자유시간

결정내 전자의 '밸리 자유도'를 활용하여 장치에 응용하는'밸리트로닉스'는 차세대 전자장치에 요구되는 저전력 · 대용량화 등을 실현할 것으로 기대되어 최근 활발히 연구가 이루어지고 있습니다. 인도공과대학 봄베이교의 MSMrudul 교수는 그래핀의 밸리 제어를 실현했다고 보고해 현대 컴퓨터의 100만 배의 계산속도를 실현하는 기술이 등장할 가능성을 제시했습니다.

OSA | Light-induced valleytronics in pristine graphene
https://doi.org/10.1364/OPTICA.418152

Graphene Valleytronics: Paving the Way to Small-Sized Room-Temperature Quantum Computers | Industrial Research and Consultancy Centre
https://rnd.iitb.ac.in/research-glimpse/graphene-valleytronics-paving-way-small-sized-room-temperature-quantum-computers

전자분야에서는 전자가 가지는 전하의 자유도뿐만 아니라 스핀이라는 전자의 자전과 같은 자유도를 활용한 '스핀트로닉스' 등이 HDD 등의 전자장치에 응용되고 있습니다.

스핀트로닉스에 이은 새로운 기술로 활용하려 시도하고 있는 것이 밸리트로닉스입니다. 재료의 에너지와 주파수의 관계를 나타낸 밴드 구조 중 에너지밴드의 극소값을 나타내는 원추 형상의 '밸리'라는 부분의 어디에 전자가 들어가느냐는 자유도를 활용하는 기술입니다.

밸리트로닉스의 실현에는 밸리 자유도를 갖는 물질 등을 이용할 필요가 있지만, 일반 물질은 이것을 가지고 있지 않습니다. 따라서 밸리트로닉스는 밸리 자유도를 가지고 있는 원자 수준으로 얇은 벌집 구조의 시트상 물자 '그래핀'을 이용한 연구가 이루어지고 있습니다.

그러나 그래핀은 그 특이한 금속상태와 키랄 대칭이라는 성질로 인해 단독으로 밸리 제어는 곤란하다고 생각되어 왔습니다. 그래서 Mrudul 씨 연구팀은 빛을 이용해 그래핀의 밸리를 이용하는 방법을 생각해 냈습니다.

Mrudul 씨 연구팀에 따르면 그래핀이 있는 삼각격자에 따라 2개의 레이저광선의 변경을 조정함으로써 밸리의 분극을 발생시켜 탄소원자 사이의 대칭을 깨 밸리의 이방성영역을 활용할 수 있게 된다는 것. 이것으로 정보를 효과적으로 '기록'할 수 있게 되어 이론적으로는 현대의 100만 배 이상의 계산속도를 제공하는 밸리트로닉스가 가능하게 된다는 것입니다.

Mrudul 교수는 그래핀에서의 밸리 제어의 가장 매력적인 측면 중 하나는 실온에서 실행 가능한 것이라며, 일반적 소형 범용 양자컴퓨터의 실현 가능성이 보인다고 기대를 나타냅니다.

식물성 대체육은 진짜 고기의 맛과 식감을 분자 수준에서 재현하고 단백질이나 지방질 등의 영양성분 표시의 수치도 진짜 고기와 거의 유사하게 되어 있습니다. 그러나 일반적인 것보다 고도의 영양 분석방법을 이용하여 고기와 대체육을 분석하여 연구한 결과, 양자는 각각이 가진 영양적인 강점이 있다는 것을 알게 되었습니다.

A metabolomics comparison of plant-based meat and grass-fed meat indicates large nutritional differences despite comparable Nutrition Facts panels | Scientific Reports
https://www.nature.com/articles/s41598-021-93100-3

Lab analysis finds near-meat and meat are not nutritionally equivalent
https://medicalxpress.com/news/2021-07-lab-analysis-near-meat-meat-nutritionally.html

식량문제와 환경에 대한 인식이 높아짐에 따라 Impossible Burger와 Beyond Burger 등 대체육이 큰 주목을 받고 있으며, 사람들의 식탁에 오르는 기회도 늘고 있습니다.

대체육 제조업체들은 식물 유래의 원료를 최대한 고기의 맛에 가깝게 하고 콩에 포함된 레그헤모글로빈과 베리의 색소를 사용하여 붉은 색상을 내거나 셀룰로오스 등의 식이섬유를 사용해 고기의 식감을 내는 등 다양한 연구를 거듭하고 있습니다. 또 콩이나 완두콩 등의 식물성 단백질을 첨가하고 비타민과 미네랄을 강화하여 영양면에서 진짜 고기와 손색없도록 한 제품도 많다는 것.

이렇게 만들어진 대체육의 영양이 정말 고기와 같은지를 알아보기 위해 듀크대학의 생리학자인 Stephan van Vliet 씨 연구팀은 인기 있는 식물성 대체육 18종류와 미국의 목장에서 풀을 뜯어 먹고 자란 쇠고기 샘플 18개를 상세하게 분석하는 연구를 실시했습니다.

van Vliet 씨 연구팀이 사용한 분석기법은 생물의 세포활동에 의해 생성되는 대사산물을 망라적으로 조사하는 '메타볼로믹스(metabolomics)'입니다. 인간의 혈액에 포함된 대사산물의 약 절반은 음식에서 유래되는 것으로 생각되고 있으며, 그것들은 에너지의 변환과 세포 간의 커뮤니케이션 등 사람이 살아가는 데 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

연구팀이 메타볼로믹스를 사용하여 총 36가지의 샘플을 조사한 결과, 쇠고기와 대체육은 분석대상이 된 190가지의 대사산물 중 171종류에 큰 차이가 있다는 것을 알게 되었습니다. 구체적으로는 쇠고기에 포함된 22가지의 대사물질이 대체육에 포함되지 않은 반면, 대체육은 쇠고기에 없는 31의 대사물질이 포함되어 있었습니다. 또 모두에 포함되어 있지만 쇠고기가 압도적으로 풍부한 영양소는 51종류, 반대로 대체육에 풍부한 영양소는 67종류였습니다.

쇠고기에만 포함된 영양소 중 대표적인 영양소는 항산화물질인 알란토인 · 안세린 · 시스테아민과 불포화지방산인 도코사헥사엔산(DHA) 등입니다.

반대로 항산화물질인 3-히드록시안트라닐산이나 소위 비타민C라 불리는 아스코르빈산, 항암작용이 있다는 연구결과가 보고된 β-시토스테롤이나 캄페스테롤 등이 대체육에만 포함되어 있었습니다.

van Vliet 씨는 "소비자에게 중요한 것은 동물성이든 식물성이든, 그 식품을 '대체할 수 있는 것'이라고 간주해서는 안된다는 점입니다. 즉, 어느 한쪽이 다른 쪽보다 뛰어나다는 것은 아닙니다. 식물성 식품과 동물성 식품은 서로 다른 영양소를 제공하며 서로를 보완하는 관계에 있다"며 균형 잡힌 식사의 중요성을 강조합니다.

쿼크는 물질을 구성하는 최소 단위인 소립자 그룹입니다. 2021년 7월 29일 유럽입자물리연구소(CERN)가 대형강입자충돌기(LHC)를 사용한 실험에서 4개의 쿼크로 구성된 '테트라쿼크'의 새로운 유형을 발견했다고 보고했습니다. 이번에 발견된 테트라쿼크는 입자로서의 수명이 길고 추가적으로 연구를 진행할 수 있게 할 단서가 될 것으로 기대되고 있습니다.

Twice the charm: long-lived exotic particle discovered | CERN
https://home.cern/news/news/physics/twice-charm-long-lived-exotic-particle-discovered

New particle discovered at CERN is a long-lived double charmer
https://newatlas.com/physics/cern-new-particle-double-charm/

물질의 기본적인 구성 요소인 쿼크는 지금까지 6가지 종류가 발견되었고, 세대별로는
1세대: up & down 2세대: charm & strange 3세대: top & bottom입니다. 여러 개의 쿼크가 강한 상호작용으로 결합하여 양성자와 중성자 등의 하드론을 구성합니다.

일반적으로 하드론은 2개 또는 3개의 쿼크로 구성되어 있습니다만, 최근에는 더 많은 쿼크로 이루어진 입자도 발견되고 있으며, 4개의 쿼크로 이루어진 하드론을 '테트라쿼크'라고 부릅니다. CERN은 2021년 7월 26일~30일에 개최된 고에너지물리학회의인 EPS-HEP2021에서 'Tcc+'라 명명된 새로운 테트라쿼크를 발견했다고 보고했습니다.

CERN에 따르면, 새로운 테트라쿼크는 대형강입자충돌기(LHC)를 사용한 실험에서 발견된 것으로, 테트라쿼크는 2개의 쿼크와 질량과 스핀이 같으나 전하 등의 양음의 특성이 반대인 반입자(반쿼크)로 구성되어 있으며, 이번에 발견된 'Tcc+'는 2개의 charm 쿼크와 각각 1개의 반up & down 쿼크로 구성되어 있다고 합니다.

테트라쿼크는 지금까지도 여러 개가 발견되었으며, CERN도 2020년에 2개의 charm 쿼크와 2개의 반charm 쿼크로 이루어진 테트라쿼크를 발견했습니다. 그런데 'Tcc+'는 쿼크에서 3번째로 질량이 큰 charm 쿼크가 2개 있는 반면, 결합하는 반쿼크의 질량이 5번째로 작은 down 쿼크와 6번째로 작은 up 쿼크이며, 입자 전체로 볼 때 쿼크와 반쿼크의 질량이 일치하지 않는다는 점이 특징적이라는 것.

charm 쿼크의 질량은 down 쿼크와 up 쿼크보다 훨씬 크기 때문에, 연구자들은 charm 쿼크의 질량과 균형을 취할 반charm 쿼크가 없는 입자를 'open charm'이라고 부릅니다. 'Tcc+'의 경우 charm 쿼크 2개분의 질량이 반쿼크와 일치하지 않기 때문에 'double open charm'에 해당합니다.

'Tcc+'는 이 외에도 지금까지 발견된 특수한 하드론(이종 하드론) 중 가장 수명이 길다는 특징이 있습니다. 2개의 무거운 쿼크와 2개의 가벼운 쿼크로 이루어진 테트라쿼크는 '1개의 무거운 쿼크와 1개의 가벼운 쿼크'로 이루어진 중간자로 나누어져 붕괴한다고 추정되는데, '2개의 charm 쿼크 · 1개 반up 쿼크 · 1개 반down 쿼크'로 이루어진 테트라쿼크는 질량의 관계에서 다른 입자보다 붕괴하기 어렵다고 CERN은 설명합니다.

CERN에 따르면 'Tcc+'의 발견은 2개의 charm 쿼크를 '2개의 bottom 쿼크'로 대체한 보다 수명이 긴 테트라쿼크의 탐색이나 입자의 정확한 양자 수 측정 등의 연구를 할 가능성이 기대된다고 합니다.

'천둥번개가 쳐도 실내에 있으면 안심'이라고 생각하는 사람도 많습니다. 그런데 '실내에서 비디오 게임을 플레이하고 있던 도중 컨트롤러를 통해 번개로 인한 전기충격을 받았다'는 피해 사례가 여럿 보고되고 있습니다.

Man suffers shock through video game controller after lightning strike in Robertson County | WKRN News 2
https://www.wkrn.com/news/man-suffers-shock-through-video-game-controller-after-lightning-strike-in-robertson-county/

Man Shocked Through Video Game Controller After Lighting Strike
https://kotaku.com/man-shocked-through-video-game-controller-after-lightin-1847404855

미국의 기상청은 2021년 7월 31일 '테네시 · 로버트슨 카운티에서 실내에 있던 남성이 비디오게임 컨트롤러를 통해 낙뢰의 피해를 입었다'라는 보고서를 공개했습니다. 남성의 구조연락을 받고 달려온 구급대원에 따르면, 남성의 증상은 가벼웠고 병원으로 이송할 필요는 없었다고 합니다.

해당 남성의 경우는 경증으로 끝났지만 인기 스포츠게임 '로켓리그'의 프로플레이어인 Karma 씨는 2020년 6월 29일에 컨트롤러를 통한 낙뢰로 인해 손에 화상을 입었습니다.

낙뢰의 피해를 입은 Karma 씨는 "아무래도 내가 컨트롤러를 통해 번개의 충격을 받은 것 같다. 맙소사"라고 중얼거렸습니다.

첫 트윗의 15분 후에는 "의사에게 연락했다. 나는 양손에 화상을 입었고 컨트롤러는 손상되어 버렸다'고 알렸습니다.

그리고 다음날에는 "환부를 밤새 차게한 결과, 가벼운 화상으로 끝났다. 컨트롤러는 USB 커넥터 주변이 녹아버렸다. 나는 완전히 괜찮다"라고 상태를 알렸습니다.

게임 관련 미디어 Kotaku의 수석작가인 루크 플런켓 씨도 "내가 PlayStation 2로 플레이하던 중에 집 근처에 번개가 떨어졌다. 감전은 일어나지 않았지만 TV의 화면표시가 이상해져 보라색 화면이 표시되었다"며 유사한 자신의 경험을 공개했습니다.

대표적인 공개키 암호화 중 하나인 RSA 암호는 '자릿수가 큰 합성수의 소인수분해는 곤란하다'는 점을 근거로 한 암호화 방식입니다. 따라서 '엄청난 자릿수의 소인수분해를 가능하게 하는 알고리즘'이 개발되어 버리면 그 안전성은 흔들려 버립니다. 만약 '엄청난 자릿수의 소인수분해를 가능하게 하는 알고리즘'을 개발한 경우에 무슨 일이 일어나는지에 대해 실명제 Q&A사이트인 Quora에서 다양한 사람들이 자신의 견해를 나타냈습니다.

If I solve integer factorization, will I get killed because I would have broken cryptography? - Quora
https://www.quora.com/If-I-solve-integer-factorization-will-I-get-killed-because-I-would-have-broken-cryptography

Quora에 게시된 '만약 내가 소인수분해 문제를 해결해 버리면 암호화 시스템이 파괴되어 버리므로 살해당하나?'라는 질문에 대해 텍사스대학의 달라스교에서 수학 및 컴퓨터과학 교수를 맡고 있는 팀 화라지 씨는 '1024비트의 소수의 곱인 2048비트의 수를 1시간만에 소인수분해 하는 알고리즘을 발견했다'는 가정으로 답변했습니다. 실제로 이러한 획기적인 소인수분해 알고리즘이 발견될 가능성은 낮지만, 그것은 이번 질문과 관계없다고 치부합니다.

화라지 씨는 "당신이 미국 시민이라고 가정하고, 당신은 무엇을 해야 할까요? 뛰어난 변호사와 상담한 후 국가안보국(NSA)에 연락이 가능한 변호사 또는 변호사 그룹을 안내받읍시다. 당신의 변호사는 당신이 무엇을 할 수 있는지를 NSA에 전달하고 당신은 애국자이며 알고리즘을 외국에 팔지 않을 것이라는 의향도 변호사를 통해 전해야 한다"며 우선 변호사와의 상담을 강조합니다.

물론 NSA가 처음부터 알고리즘의 존재를 믿을 것이라고는 생각하기 어렵지만, 발견자가 알고리즘의 효과를 입증한다면 NSA요원들은 놀란 나머지 10~15분 정도 기절할 것이라고 화라지 씨는 예측합니다. 그들이 눈을 뜨면 "우리는 정말, 정말, 정말 이 알고리즘을 좋아하고, 암호화 알고리즘을 변경할 때까지 부디 비밀로 해달라"고 요구받을 것이라고 합니다.

그 후 변호사와 NSA 사이에서 협상이 이루어져 알고리즘에 대한 대가로 1억 달러(약 1100억 원)가량의 보상을 얻을 수 있을 것으로 예상합니다. "당신은 백만장자가 되는 동시에 애국자가 되는 것도 가능합니다. 중요한 것은, 당신은 부자가 되고, NSA도 당신에게 만족할 것입니다. 당신이 본 영화가 무엇이든 간에, 그들이 배신자가 아니라면 미국 정부는 특정 지식을 가진 미국 시민을 죽이려 특수작전 요원을 파견하지 않는다"고 화라지 씨는 주장합니다.

마지막으로 화라지 씨는 미국의 원자폭탄 개발프로젝트인 맨해튼 계획 등에 관여한 수학자 존 폰 노이만의 죽음에 얽힌 일화를 소개합니다. 노이만은 죽기 직전까지 정부를 위해 적극적으로 활동했고 암으로 죽기 직전에 고통을 완화하기 위해 진통제가 투여되었습니다. 정부는 노이만이 헛소리로 기밀사항을 중얼거리는 상황을 우려했기 때문에 병실을 경비하기 위해 군대를 파견했다고 합니다.

화라지 씨 이외에도 아마추어 수학자인 Ross Rheingans-Yoo 씨는 "당신이 자신의 결과를 공표하면 당신을 죽여서 얻을 수 있는 것은 없다"며 선수를 쳐 공개하라고 주장합니다.

또 다른 익명의 사용자는 "물론 효율적인 소인수분해 알고리즘이 개발되면 RSA 암호가 깨지지만, RSA 암호는 유일한 공개키 암호방식이 아니므로 암호화 방식을 전환하여 대응할 수 있다"고 지적합니다. 사실 데이터 전송 프로토콜인 TLS의 최신판 'TLS 1.3'에서는, 키교환에 RSA 암호를 사용할 수 없게 되는 등 RSA 암호를 대체하려는 움직임도 진행 중이라고 합니다.

사업가 Alon Amit 씨는 이 질문에 대해 새로운 발견을 은폐하려고 하는 시도는 해악을 끼칠 가능성이 높을 것이라며 발견자는 그 결과를 논문으로 완성해 합법적인 절차에 따라 저명한 저널에 투고하는 것이 가장 합리적이고 책임있는 행동이라고 답변합니다.

중국의 화중과학기술대학 연구진이 2021년 7월 8일에 일반 섬유로 만든 옷보다 체온을 5도나 낮출 수 있는 신소재를 발표했습니다. 새로 개발된 이 섬유는 주위의 대기에 흡수되기 어려운 적외선을 반사함으로써 체온을 외부로 방출하여 신체를 냉각할 수 있다고 합니다.

Hierarchical-morphology metafabric for scalable passive daytime radiative cooling | Science
https://science.sciencemag.org/content/early/2021/07/07/science.abi5484

New ‘mirror’ fabric can cool wearers by nearly 5°C | Science | AAAS
https://www.sciencemag.org/news/2021/07/new-mirror-fabric-can-cool-wearers-nearly-5-c

New 'Metafabric' Passively Cools The Human Body by Almost 5 Degrees Celsius
https://www.sciencealert.com/new-metafabric-could-passively-cool-the-human-body-by-almost-5-degrees-celsius

Smart fabric radiates heat to keep you cooler in the sun | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2283614-smart-fabric-radiates-heat-to-keep-you-cooler-in-the-sun/

태양빛으로부터 자신을 보호하기 위해 많은 사람이 밝은 색 옷을 입고 있습니다. 가시광선 및 근적외선을 반사하여 체온상승을 막는 효과가 있습니다만, 근적외선은 물분자에 흡수되어 몸 주위의 공기를 가열시키기 때문에 냉각효과는 낮아집니다.

그래서 화중과학기술대학의 연구진은 폴리유산과 합성섬유에 산화티타늄 나노입자를 도포하였고, 그것을 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene, PTFE) 박막으로 덮은 섬유를 개발했습니다. 이 직물은 외형은 펑범한 흰색 천이지만, 가시광선이나 자외선뿐만 아니라 근적외선보다 물분자에 흡수되기 어려운 중적외선을 반사하는 기능이 있다는 것.

이 섬유의 효과를 검증하기 위해 연구팀은 절반이 신소재 직물, 나머지 절반은 면으로 된 조끼를 만들어 피실험자에게 착용하도록 요청해 직사광선 아래에서 1시간 보내도록 했습니다. 그리고 최고온도를 열카메라로 측정한 결과, 신소재인 우측 절반의 온도는 33.4도, 면으로 된 나머지 절반은 36.4℃로 3도 차이가 보였습니다. 또한 족기 뒷면에 장착된 온도센서로 피부의 온도를 측정한 결과, 더운 날씨에 1시간 노출되자 면의 경우 피부가 31도에서 37도까지 상승한 반면, 신소재 아래의 피부는 32도까지 밖에 상승하지 않아 5도 차이가 나는 것으로 조사되었습니다.

또 더운 날씨에 방치한 자동차를 이용한 실험에서도 신소재로 자동차를 가리면 가리지 않은 차에 비해 약 30도, 자동차커버를 사용한 자동차에 비해 약 27도나 온도가 낮아지는 결과를 얻을 수 있었다고 합니다.

연구팀에 따르면, 이 신소재는 일반 섬유와 같은 시설에서 옷으로 가공하는 것이 가능하고, 제조비용도 일반 의류보다 약 10% 높을 뿐이라고 합니다. 연구팀은 논문에서 "새로운 소재의 실험결과는 이 신소재가 스마트 섬유 및 햇빛 차단용 제품, 물류 분야 등 다양한 용도에 응용할 수 있는 큰 가능성을 시사했다"며 조만간 새로운 소재로 된 옷이 시판될 것으로 기대한다는 견해를 보였습니다.

이산화탄소 배출량을 줄여 기후변화를 줄이기 위해 태양광발전이나 풍력발전 등 신재생 에너지에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 그런 가운데, 과학계 YouTube 채널 RealLifeLore이 '사하라 사막 전체에 태양전지 패널을 깔면 어떻게 될까?'라는 사고실험에 대한 영상을 올렸습니다.

What If We Covered the Sahara With Solar Panels? - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=62ASvupr8Zg

사하라 사막은 중국만큼의 면적을 자랑하는 세계 최대의 사막으로 높은 기온과 긴 일조시간이 특징입니다.

다음은 지구 전체의 일조시간의 분포도입니다. 북미와 남미, 아프리카 남부에 일조시간이 긴 영역이 있지만, 사하라 사막 주변은 광범위하게 일조시간이 길다는 것을 알 수 있습니다.

사하라 사막에서 가장 일조시간이 긴 지역은 연간 4000시간 이상 햇빛에 노출됩니다. 또 사하라 사막은 거의 비가 내리지 않고 구름 한 점 없는 맑은 날이 계속됩니다.

이러한 이유로, 사하라 사막은 태양전지 패널을 깔아서 태양광발전소를 건설하는 장소로서 적절하다고 할 수 있습니다.

대규모 태양광발전소의 예로는 모로코의 와르자자트에 위치한 태양광발전소를 들 수 있습니다. 이 태양광발전소는 집광형 태양열발전소로 분류되는 발전소로, 태양의 열을 이용하여 낮뿐만 아니라 야간에도 발전할 수 있습니다. 건설중인 시설 포함 모든 시설이 가동하면 100만 가구에 전력을 공급할 수 있다고 합니다.

사하라 사막에 태양광발전소를 건설할 경우 아주 적은 범위에 태양전지 패널을 까는 것만으로 독일 전역에 전력을 공급할 수 있을 정도의 발전이 가능합니다.

태양전지 패널을 까는 범위를 넓히면 유럽 전체에 전력을 공급할 수 있고 아래 그림 왼쪽의 빨간색 정도의 면적에 태양전지 패널을 깔면 전세계에 전력을 공급할 수 있습니다.

전세계에 전력을 공급하기 위해 필요한 면적은 뉴멕시코주와 비슷한 수준입니다.

RealLifeLore에 따르면 사하라 사막에는 2500만 명의 사람들이 살고 있습니다만, 인구밀도가 낮기 때문에 태양광발전소 건설시 큰 문제가 되지 않다는 것.

실제로 사하라 사막에 대규모 발전소를 건설하는 'DESERTEC'이라는 프로젝트가 유럽 기업에 의해 세워진 적도 있습니다. 그러나 현시점에서는 사하라 사막에서의 태양광발전소 건설은 실현되지 않았습니다.

사하라 사막에 태양광발전소의 건설이 어려운 이유로 RealLifeLore은 '수송의 어려움'을 꼽았습니다. 다음 그림은 사하라 사막의 주요 도로를 보여줍니다만, 광대한 사하라 사막의 일부에만 도로가 꺌려있다는 것을 알 수 있습니다.

태양광발전소를 건설할 때 많은 양의 태양전지 패널뿐만 아니라 수많은 관련 자재를 건설 예정지에 옮겨야 하지만, 도로가 정비되지 있지 않은 사하라 사막에서의 물자 수송은 어렵습니다.

또 전세계에 전력을 공급하기 위해서는 514억 개의 태양전지판이 필요하며 그 비용은 51조 달러(약 5경 6000조 원)에 이릅니다.

만일 수송면이나 비용면의 문제가 해결되어 사하라 전체에 태양전지 패널을 전면에 까는 데 성공한다면 연간 130만 테라와트의 전력을 공급할 수 있습니다.

2019년에 인류가 소비한 에너지의 합계는 17만 3000테라와트이기 때문에 사하라 사막 전체에 태양전지 패널을 깔면 인류가 소비하는 전체 에너지의 7배의 에너지를 생산 가능하다는 계산이 됩니다.

그러나 그만큼 큰 태양광발전소를 건설하면 지상과 공중의 기온 차이가 심해지고 상승 기류가 발생할 것입니다.

발생하는 상승 기류는 구름을 발달시키고, 사하라 사막에 비를 내릴 것입니다.

그러면 사하라 사막 전체가 녹화될 수 있다고 RealLifeLore은 전망합니다.

녹화라고 들으면 좋은 영향인 것 같지만 실제로는 그렇지 않습니다. 사하라 사막에서 날아오른 모래는 유럽과 남미 등 전 세계에 도달하여 생태계에 영향을 주고 있는데

사하라 사막이 녹화되면 날리는 모래의 양이 감소하여 전세계의 생태계가 변화될 우려가 있습니다.

그러나 사하라 사막의 녹화는 사하라 사막 전체에 태양전지 패널을 전면에 깐 경우에만 가능한 것으로, 뉴멕시코 정도의 면적에 태양전지 패널을 까는 것은 충분히 현실적이라고 RealLifeLore은 설명합니다.

구리 ·은 등의 금속에는 미량동작용이라는 효과가 있습니다. 소량으로 놀라운 항균작용을 발휘합니다.

물 등에 녹아내린 극소량의 금속이온이 세균류의 활동을 억제하는 효과로, 구리 외에 금 등에도 비슷한 효과를 확인할 수 있습니다.

1893년 스위스의 식물학자 폰 내글리(CarlWilhelm von Nägeli)가 당시에는 분석할 수 없을 정도의 소량의 구리이온이 물에 섞이는 것만으로 Water silk라는 조류의 일종을 사멸시키는 것을 발견했습니다. 또 은, 수은 등 다른 금속이온이 섞인 물에서도 유사한 효과가 있다는 것도 알게 되었습니다.

이처럼 극히 낮은 농도의 금속이온이 녹은 액체에서 미생물과 조류 등이 사멸하는 작용을 당시에는 Oligodynamie라 불렀는데, 지금은 일반적으로 '미량동작용'이라고 불리고 있습니다.

자세한 메커니즘은 알려져 있지 않지만 사람이나 동물이 중독증상을 일으키는 것과 같이 세균이나 미생물의 체내에 허용량을 초과하는 구리이온이 쌓여 다양한 효소의 작용을 방해하는 것으로 보입니다.

최근에는 이 현상 이외에 구리의 환경표면에서의 항균효과가 주목받고 있는데, 구리와의 접촉으로 원내감염의 원인이 되는 MRSA(메티실린 내성 황색포도상 구균)와 MDRP(다제내성녹농균)를 사멸시킵니다.

구리의 미량동작용을 응용한 예로는 유명한 농약인 보르도액이 있습니다. 이것은 석회를 섞은 엷은 황산구리 용액으로 포도의 질병 대책으로 뿌려지고 있습니다.

그 외에도, 호수의 오염을 개선하기 위해 가정의 부엌에서 사용하는 배수구 받침 등을 구리로 바꾸어 배수를 정화하려는 활동이 이루어지고 있습니다.

또 물병에 장식된 꽃의 수명을 연장시키기 위해, 꽃병에 10원짜리 동전을 넣기도 합니다. 이것은 물에 녹아 나온 구리이온이 곰팡이나 세균의 번식을 억제므로 꽃을 오랫동안 즐길 수 있습니다. 특히 반짝반짝 빛나는 10원 동전이 더욱 효과가 높다고 합니다.

또 목욕물의 점액을 막아 위생적으로 유지하는 구리 목욕용품, 구리 미립자를 코딩한 주방용 스폰지 등 편리한 구리가 함유된 항균제품이 많이 판매되고 있습니다.

옛부터 '동호(銅壺)의 물은 썩지 않는다'고 일컬어져 왔는데, 이 효과가 먼 과거부터 실생활에서 입증되어 왔다는 방증이기도 합니다. 수영장이나 저수지 정화 등은 물론 양말이나 신발 깔창 등에도 이용되며 그 효과를 발휘하고 있습니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 銅が持つ微量金属作用とは何？
http://copperbook.jp/

구독자 수 397만 명 이상의 인기 YouTuber인 톰 스콧 씨가 영국의 넷슈퍼인 'Ocado'의 식료품 창고에 잠입해 그 안에서 실행되는 수많은 로봇을 소개하는 동영상을 공개했습니다.

How many robots does it take to run a grocery store? - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=ssZ_8cqfBlE

스콧 씨가 잠입한 런던 남동부에 있는 Ocado의 창고에서는 사용자가 인터넷 슈퍼 Ocado에서 구입한 제품이 처리되고 있는데, 상품의 집하 · 포장을 하는 것은 인간이 아닌 직육면체 형태의 로봇입니다.

창고는 축구경기장 7개 크기로, 이 로봇이 창고를 주행해 상품을 픽업하여 매일 100만 개 이상의 상품을 나르고 있다는 것. 창고에는 로봇이 주행하는 통로가 격자모양으로 깔려있는 것이 특징입니다.

로봇이 돌아다니는 창고의 광대함에 스콧 씨는 "카메라에 담을 수 없을 정도로 엄청나게 넓다"고 말합니다. 그런 창고 내를 종횡무진 돌아다니는 로봇의 최고속도는 시속 14km. 로봇 하단에는 각면에 2개씩 주행용 타이어가 붙어있어 이를 이용하여 전후좌우 네 방향으로 이동할 수 있습니다.

각각의 구멍 안에는 다양한 제품이 수납되어 있습니다. Ocado의 로봇프로젝트 매니저인 라리사 팀치신 씨에 따르면 각 구멍 안에는 총 5만 8000종류의 제품이 수납되어 있다고 합니다. 서로 다른 제품이 수납되어 있어 로봇은 주문한 모든 것을 필요한 만큼 구멍 속에서 픽업한다고 합니다.

팀치신 씨에 따르면 이 공장에서 가동하고 있는 로봇의 수는 약 2300대이고 로봇의 바닥센서를 이용하여 각 구멍의 안쪽에 수납되어 있는 제품을 식별하고 필요한 것을 선택합니다. 구멍에 레이저가 설치되어 있어서 로봇을 관리하는 시스템이 '언제 어떤 구멍에 로봇이 통과했는지'를 항상 인식할 수 있도록 되어 있습니다.

로봇과 로봇의 간격은 최소 5mm 이내로 마주할 경우 서로 회피합니다.

식료품 창고에서 주문빈도가 높은 제품은 로봇이 픽업하기 쉬운 위치에 수납되어 있어 '인터넷으로 주문이 들어와 창고에서 상품을 픽업하여 배송용 트럭에 싣는 데 필요한 시간'은 단 5시간 정도라고 합니다.

포장처리의 일부에는 사람의 손이 필요하고 로봇팔을 이용한 작업도 있습니다.

또 엘리베이터 식의 시설이 있으며, 고객이 주문한 상품을 정리한 바구니를 운반합니다.

바구니의 상품을 체크하는 공간에는 2대의 3D 카메라가 설치되어 있으며, 바구니 속을 촬영하여 출입된 상품을 기록합니다.

무거운 물품과 깨지기 쉬운 제품은 로봇팔로 처리할 수 없기 때문에 사람의 손으로 작업이 이루어지는 모양.

창고에서 실행하는 로봇을 제어하는 인공지능(AI) 시스템 'Hive Mind'는 로봇이 정지해야 할 장소 등을 정확하게 전달합니다.

실행중인 로봇 중 주황색 램프를 점등시키고 있는 것은 무엇인가 문제가 발생했을 가능성이 있습니다.

정지한 로봇은 별실에서 로봇의 동작을 감시하는 운영자가 '무엇이 일어났는지'를 확인하고 원격으로 문제를 해결하여 다시 작업에 투입시킵니다.

이 자동화 시스템은 Ocado를 운영하는 Ocado Group의 기술개발 부문인 Ocado Technology가 개발한 'Ocado Smart Platform(OSP)'이라는 것으로, Ocado는 OSP에 대해 '당사 고유의 엔드투엔드 e커머스 자동물류를 위한 플랫폼', '주문에서 배송까지의 온라인 식료품 배송프로세스를 최적화하는 것'이라고 설명하고, Ocado만이 아닌 전세계의 식료잡화점에 제공하는 플랫폼이라고 소개합니다.

'공기 중의 산소를 사용하여 오염된 물을 그 자리에서 소독하는 방법'을, 영국과 미국, 싱가포르의 연구진들로 구성된 국제팀이 개발했습니다. 이 방법은 기존의 물 소독방법보다 1000만 배 이상 효율적으로 박테리아를 죽여 안전한 물에 대한 접근이 부족한 지역에서의 물 소독기술에 혁신을 가져다줄 것으로 기대되고 있습니다.

A residue-free approach to water disinfection using catalytic in situ generation of reactive oxygen species | Nature Catalysis
https://www.nature.com/articles/s41929-021-00642-w

Instant water cleaning method ‘millions of times’ better than commercial approach - News - Cardiff University
https://www.cardiff.ac.uk/news/view/2530949-instant-water-cleaning-method-millions-of-times-better-than-commercial-approach

Instant water disinfectant 'millions of times more effective' than commercial purification - UPI.com
https://www.upi.com/Science_News/2021/07/01/wales-instant-water-disinfectant/7311625156929/

인간이 살아가는 데에 깨끗한 물의 확보는 중요한데, 유니세프의 추정에 따르면 2017년 현재 22억 명이 안전하게 관리된 물을 사용할 수 없고 7억 8500만 명이 집에서 멀리 떨어진 곳의 물이나 오염되어 있을 가능성이 있는 수원의 물을 이용하고 있다는 것.

물을 정화하는 일반적인 방법으로는 강한 표백살균 작용을 가진 염소를 이용한 염소소독을 들 수 있습니다. 그러나 염소는 물에 함유된 천연성분과 반응하여 메탄 등의 소독 부산물을 생성하는 것으로 알려져 있으며, 고용량이면 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있습니다.

또 다른 방법으로는 과산화수소를 이용한 소독방법을 들 수 있습니다. 과산화수소는 높은 수준의 소독제로서 기능할뿐만 아니라 부산물을 남기지 않고 물에 분해되어 인체에 미치는 영향도 적습니다. 그런데 공장에서 제조된 과산화수소는 운송 및 보관시 안정제가 첨가되므로 살균제로서의 효과는 염소소독보다 낮습니다.

그래서 연구팀은 금과 팔라듐으로 만든 촉매를 사용함으로써, 공기 중의 산소와 물에 포함된 수소를 반응시켜 순간적으로 과산화수소를 생성하는 방법을 개발했습니다. 실제로 이 방법은 물의 소독에 사용할 수 있는지 여부를 확인하기 위해 연구팀은 물에 포함된 대장균을 죽이는 효과 및 프로세스에 시판중인 과산화수소와 염소소독의 효과와 비교하는 테스트를 실시했습니다.

테스트에서는 새롭게 개발된 기술이 수소와 산소로부터 과산화수소를 생성하면 동시에 활성산소로 알려진 화합물을 생성하는 것으로 나타났고, 활성산소가 물 소독에 큰 역할을 담당하고 있다는 사실도 밝혀졌습니다. 또 촉매 기반의 소독방법은 동일한 조건에서 테스트된 과산화수소와 비교하여 1000만 배 이상, 염소소독에 비해 1억 배 이상 효율적으로 대장균을 죽일 수 있는 것으로 나타났습니다.

논문의 공동저자인 카디프대학의 그레이엄 해치스 교수는 "우리는 지금 촉매에 오염된 물과 전기를 더하는 것이 소독을 달성하기 위해 필요한 유일한 단계라는 것을 입증했다"고 말합니다. 연구팀은 "이 방법은 특히 기존의 정수방법과 식수에 대한 접근이 부족한 지역사회에서 물의 소독방법을 대체할 기술기반을 이룰 수 있다"고 말합니다.

아돌프 히틀러가 이끈 나치 독일은 높은 과학력을 가지고 있었는데, 소설이나 오컬트 음모론 분야에서는 그 부분이 특히 강조되어 '남극의 지하에 나치의 UFO 기지가 있다'와 같은 설까지 존재합니다. 그런 나치가 개발했고 '외계인의 기술을 도입한 항공기' , '중력과 시공을 왜곡시키는 타임머신'이라고 불리는 비밀병기 'Die Glocke'에 관련된 소문에 대해 군사역사가이자 작가인 마크 펠튼 씨가 정리했습니다.

Die Glocke - Hitler's Anti-Gravity Machine? - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=nXsth_xb5KE

일부 오컬트 애호가나 음모론자들 사이에서는 '나치 친위대(SS)가 2차 세계대전 말기에 반중력 무기를 개발했다'는 주장이 나돌고 있으며 '나치는 차원간 텔레포트가 가능했다'거나 '위기가 임박했을 때 달로 도망쳤다'는 설도 있습니다. 이 무기는 미디어나 인터넷에서 'Die Glocke(독일어로 '종'이라는 뜻)'라고 불리고 있다는 것. 동영상을 제작한 펠튼 씨는 이 설을 믿는 것은 아니지만, 역사가로서 그 배경을 탐구하기로 했다고 합니다.

Die Glocke는 초월적 병기의 소문이 확산된 배경에는 '2차 세계대전 당시 독일은 우수한 과학자와 엔지니어가 있었으며, 실제로 엄청난 기계와 무기를 개발했다'는 사실이 있습니다.

제트전투기로 세계 최초로 실전 배치된 메서슈미트 Me 262

로켓요격기의 Ba 349

펄스제트엔진을 탑재한 V1 비행폭탄

세계 최초의 탄도미사일인 V2 로켓 등 나치는 다양한 무기를 개발했습니다.

V1 비행폭탄과 V2 로켓 등은 언덕을 굴착하여 건설된 Mittelbau-Dora 강제수용소 내부의 공장에서 제조되었습니다.

이러한 비밀에 싸인 무기 제조공장은 나치가 극비리에 슈퍼 무기를 개발하고 있었다는 소문을 확산되는 토양이 되었다는 것.

Die Glocke가 널리 알려지게 된 것은 2000년 폴란드에서 출판된 'Prawda o Wunderwaffe (The Truth About The Wonder Weapon/경이의 무기에 대한 진실)'이라는 책과 2001년의 'The Hunt for Zero Point'가 Die Glocke에 대해 언급한 것이 계기입니다. 이 책에서는 한스 캄믈러(Hans Kammler)라는 SS장교가 Die Glocke의 개발 또는 관리에 종사한 것으로 되어 있습니다.

캄믈러는 종전 직전인 1945년 5월에 사라진 이후 목격되지 않고 있습니다.

캄믈러는 범종형의 반중력 무기(Die Glocke)를 개발했고 무기의 연료로 미지의 물질인 'Zerum 525'가 사용되었다고 합니다. Die Glocke는 높이 12~14피트(약 3.6 ~ 4.3미터), 직경 9피트(약 2.7 미터), 두께 3인치(약 7.6센티미터)의 세라믹인 것으로 알려져 있으며, 측면에는 큰 하켄크로이츠가 새겨져 있었다고 합니다.

그러나 Die Glocke 관한 서류가 발견되지 않았기 때문에 실제로 Die Glocke가 어떤 무기였는지는 밝혀지지 않았습니다. 많은 기록을 서류로 남긴 나치로서는 드문 일이라고 펠튼 씨는 지적합니다.

'Prawda o Wunderwaffe'의 저자인 폴란드 작가 이고르 비토코프스키 씨는 Die Glocke의 개발에 종사한 SS를 조사했고 기밀자료를 보았던 폴란드의 첩보원의 증언에 따라 Die Glocke를 소개했다고 합니다.

Die Glocke의 개발에 종사한 것으로 되어있는 인물 중에는 독일의 이론물리학자 베르너 하이젠베르크가 있습니다.

하이젠베르크는 2차 세계대전 중 독일의 원자폭탄 개발팀의 일원이었던 것으로 알려져 있습니다. 전후 하이젠베르크는 연합국의 심문을 받았지만, Die Glocke에 대해 이야기하지 않았다고 합니다.

미국은 2차 세계대전 말기부터 전후에 걸쳐 독일의 우수한 과학자를 미국으로 연행하는 페이퍼클립 작전(Operation Paperclip)을 실시했고, 이에 따라 Die Glocke가 미국으로 옮겨졌다는 설도 있다고 합니다.

나치는 전시 중에 다양한 첨단 무기를 개발했을뿐 아니라 전후에도 다양한 소설에서 '슈퍼 무기를 개발한 악당'으로 그려졌고, 그 때문에 사람들이 Die Glocke와 같은 무기를 쉽게 믿게 되었을 가능성도 있다고 합니다.

또 Die Glocke는 '반중력 무기'라고 알려져 있는데, 오늘날에도 일부 조직이 반중력 연구를 하고 있다는 소문이 있습니다.

예를 들어, NASA가 반중력 연구를 하고 있다는 설이 있으며, 1992년에는 Eugene Podkletnov라는 러시아의 연구자가 초전도 디스크를 이용한 '중력 차단 장치'에 관한 논문을 발표했습니다.

또 보잉과 영국 국방 · 정보 보안 · 항공 우주 관련 업체인 BAE시스템즈 등도 반중력 연구를 하고 있다고 속삭여지고 있습니다. 그러나 2차 세계대전 당시보다 현격히 과학기술이 진보한 현시점에서도 반중력 장치가 실현되었다는 보도는 없습니다.

펠튼 박사에 따르면, Die Glocke의 존재를 믿는 사람들이 '증거'로 내세우는 것이 1965년 12월 9일에 발생한 '케크스버그 UFO 사건(Kecksburg UFO incident)'이라고 합니다.

1965년 12월 9일 저녁 펜실베니아 케크스버그에 큰 불덩어리가 낙하했다는 이 사건은, 추락한 물체가 종형의 UFO라고 알려져 있으며, 해당 지역에는 추락한 물체를 재현한 조형물도 있습니다. Die Glocke를 믿는 사람들은 케크스버그 UFO 사건은 Die Glocke를 테스트하던 중에 일어난 사고라고 추측한다는 것.

케크스버그 UFO 사건으로 추락한 물체가 소련이 1965년에 발사했지만 지구 궤도를 탈출하지 못하고 추락한 인공위성 코스모스 96호라는 주장도 있지만, 진상은 알 수 없습니다.

Die Glocke 관련 다양한 소문과 배경을 소개해왔던 펠튼 박사이지만, 본인은 이 설을 믿지 않으며 "만약 히틀러가 반중력 무기를 가지고 있었다면, 왜 그들은 전쟁에 졌는가?"라고 반문합니다.

만약 Die Glocke 같은 종형의 무기를 생산하는 프로젝트가 있었다고 가정한다면, 그것은 원자폭탄 개발에 관련된 것이었을 것이라는 견해를 나타냅니다.

티라노사우루스와 스테고사우루스 등 한때 지구상에 서식하고 있던 '공룡'은 한 시기를 기점으로 대량 멸종한 것으로 추정됩니다. 대량 멸종의 원인으로 유력시되는 '운석 충돌설'에 대해 과학계 YouTube 채널 Kurzgesagt이 애니메이션으로 설명합니다.

The Day the Dinosaurs Died - Minute by Minute - YouTube
https://youtu.be/dFCbJmgeHmA

이야기의 무대는 약 6600만 년 전 지구. 이 즈음은 '공룡의 시대'가 약 1억 6500만 년간 지속된 시기로 지구는 따뜻하고 쾌적했으며 육지 대부분은 지금의 시대에서는 상상할 수 없을 만큼 다양한 나무, 꽃, 양치류로 이루어진 숲으로 덮여 있었으며, 수조 마리의 동물이 서식하고 있었습니다.

공룡은 지구 곳곳에 서식했는데 형체도 크고 작은 각종 종으로 다양했습니다. 몸길이 12~19미터의 대형 공룡 티타노사우루스나 영화 '쥬라기 공원'으로 친숙한 티라노사우루스뿐만 아니라 오리너구리류에서 가장 큰 에드몬토사우루스 등 지구상은 생명체로 넘쳐있었습니다.

그러나 이러한 공룡의 번영은 약 6600만 년 전 어느 날 갑자기 끝을 맞이합니다. 종말을 전조는 하늘에서 반짝이던 빛으로, 빛은 나날로 커져갔다고 추정됩니다.

이 빛은 일시적으로 지구의 그림자에 숨어 보이지 않게 되었지만, 날이 밝아오는 아침에는 하늘에서 다시 빛을 발하고 있었을 것입니다. 그러던 중 태양과 같은 크기가 되었고 덩치를 키우며 유카탄 반도를 향해 날아듭니다.

이 빛의 정체야말로 공룡의 대량 멸종을 일으키는 것으로 추정되는 소행성입니다. 이 소행성은 음속의 60배에 달하는 속도로 대기권에 돌입해 불과 2초만에 대지와 충돌한 것으로 보입니다.

이 소행성의 예상 크기는 직경 약 10km로 세계 최고봉인 에베레스트의 높이를 초과합니다. 현대의 여객기조차 이 소행성을 초과하는 공간을 비행하지 않습니다.

이 소행성이 공룡의 시대를 근본적으로 끝낸 것으로 추정됩니다. 이번 영상에서는 '소행성이 충돌한 날'의 발생한 상황 변화를 각각의 시점으로 나누어 설명합니다.

우선 소행성은 유카탄 반도의 바다에 충돌하여 해저에 존재하는 암반에 충돌한 것으로 추정됩니다. 이런 크기의 소행성이 충돌하면 핵무기 수십억 개분의 에너지가 주위에 방출되어 소행성 자체가 증발하게 되고 발산된 에너지는 섬광이 되어 하늘을 비추고 섬뜩한 하얀 구체가 멕시코만에서 성장합니다.

이 하얀 구체는 여전히 성장을 계속하고 암반이 녹아 수만 도 고온의 플라즈마가 됩니다. 폭발에 의해 발산된 열방출은 빛의 속도로 전파하고 충돌 지점에서 반경 약 1500km에 있는 모든 것을 태워버렸을 것입니다.

또 충돌시의 에너지가 지각을 강하게 눌러 깊이 25km 폭 100km의 초거대 크레이터를 형성합니다. 바다는 어린이가 웅덩이에 뛰어든 것처럼 수백 km가량 떠밀려 있었습니다. 그 직후에 떠밀렸던 지각이 되돌아오면서 충돌 지점에는 분화구가 아닌 높이 10km의 거대한 더미가 일시적으로 형성된 것으로 추정됩니다.

그 동안 소행성의 60배에 해당하는 질량의 파편이 우주공간에 흩뿌려져 떠돌게 됩니다.

이 충돌의 충격은 몇 분 안에 지구상의 모든 지역에 전해졌습니다. 지진으로 환산하면 '진도 11' 정도의 크기로, 이 충격에 의해 충돌 지점으로부터 멀리 떨어진 인도대륙에서 3만 년 동안 화산폭발이 이어졌을 것으로 추정됩니다.

충돌 지점에서는 폭발이 대기와 격렬하게 충돌한 결과, 시속 1000km에 달하는 충격파가 형성되었습니다. 그리고 주변 일대의 토양 · 식물 · 동물 등 모든 물질이 분해되어 수천 km 밖으로 흩뿌려졌습니다.

이어 일시적으로 형성되었던 높이 10km의 산이 붕괴되면서 그 때의 충격으로 높이 1000m의 쓰나미가 발생합니다.

이 쓰나미는 충돌 지점에서 사방으로 퍼져나가 주변 대륙의 해안선에 사는 생물을 익사시킵니다. 발생 15시간 이후에도 약 100m 높이를 유지하는 정도의 쓰나미입니다.

우주공간의 파편은 지구 궤도에 수천 년 동안 잔류했거나 달과 화성에 충돌했을 것으로 추정됩니다.

그러나 가장 비중이 많았던 것은 '지구로 되돌아오는 파편'이었습니다. 이러한 파편은 수백 도에 달하는 고온이었기 때문에 대기 자체의 온도까지 상승했을 것으로 추정됩니다. 고온의 파편으로 인해 기온이 산업용 오븐 내부 정도의 고온에 도달한 것은 확실하다는 것.

이 온도 상승이 얼마나 큰 영향을 주었는지에 대해서는 논쟁의 여지가 있지만, 지하에 숨거나 동굴에 피신할 수 없는 생물은 순식간에 타죽었을뿐 아니라 쏟아진 파편 조각에 의해 대규모 산불이 발생했을 것입니다. 그 중 일부는 수개월에 걸쳐 지속되어 지구가 마치 불지옥처럼 되었을 것입니다.

기화된 맨틀 플룸은 대기권에 도달하고 그대로 지구 전체에 퍼져나갑니다. 또 대규모 산불에 의해 발생한 그을음이나 충돌시에 생성된 에어로졸도 더해져 햇빛이 차단되어 버립니다.

이렇게 지구는 어둠에 갇히고 땅에서 타오르는 불길이 경치를 비춥니다. 기적적으로 살아남은 식물도 '햇빛 부족'으로 사멸합니다.

이 햇빛이 차단되는 사태의 영향은 기간이 경과함에 따라 큰 문제가 됩니다. 우선 며칠 만에 기온이 25도까지 떨어지면서 햇빛 부족으로 해양 플랑크톤의 90%가 사멸합니다. 플랑크톤은 해양의 먹이사슬의 최하층을 담당하는 생물이기 때문에 최종적으로는 대형 해양파충류부터 암모나이트에 이르기까지 멸종되어 갑니다.

화산재와 토사, 식물의 사체 등이 표면을 뒤덮고 하늘은 어두워지고 기온도 낮아집니다. 이러한 환경에서는 균류가 번성합니다.

기온이 낮아진 결과로 찾아온 겨울은 수십 년 동안 계속되어 지구상의 모든 생물 종의 75%가 멸종한 것으로 추정됩니다.

이것이 '공룡의 시대가 끝난 그 날'의 전부입니다. '어제와 같은 날이 수백만 년 동안 지속된다'는 환상이 갑자기 깨진 날이었습니다.

그러나 살아남은 생물도 있었습니다. 공룡의 직계인 조류와 곧 지구상에서 지배적인 종이 되는 포유류입니다.

만약 공룡의 시대를 끝낸 소행성이 없었다고 가정하면, 현재의 지구가 어떻게 되어 있을지는 상상이 되지 않습니다. 지상을 지배했던 공룡이 갑자기 멸종되지 않았다면 인류가 지금처럼 번성할 기회조차 없었을 가능성이 있습니다. 인류의 시대는 아직 20만 년 정도밖에 지속되지 않았고, 공룡 시대의 약 1억 6500만 년에 비교하면 0.1% 정도의 기간입니다.

이 0.1% 정도의 기간에 인류는 놀라운 속도로 발전했다고 말할 수 있습니다. 그러나 우리의 미래는 아직 불확실하고 주의 깊게 미래를 선택하지 않으면 공룡처럼 순식간에 멸망할지도 모릅니다. Kurzgesagt는 "우리와 공룡의 차이는 '미래는 불확실하다'라는 자각의 유무"라고 매듭짓습니다.

자전거 타이어는 다양한 폭이 있습니다. 예를 들어 경주용 자전거 타이어의 폭은 일반 자전거보다 훨씬 좁습니다. 일반적으로 '타이어의 폭이 좁으면 좁을수록 속도가 높아진다"라고 생각하는 사람도 많이 있습니다만, 1938년에 설립된 자전거 메이커인 Rene Herse의 얀 하이네 씨는 "타이어가 좁든 넓든 속도는 변하지 않는다"고 설명합니다.

Myths in Cycling (1): Wider Tires Are Slower – Rene Herse Cycles
https://www.renehersecycles.com/12-myths-in-cycling-1-wider-tires-are-slower/

하이네 씨는 우선 20mm, 23mm, 25mm 등 폭이 다른 같은 모델의 타이어를 준비하고 그 속도를 측정했습니다. 일반적으로 '폭이 좁은 타이어가 빠르다'고 생각되어 왔지만 실제로는 폭이 넓은 타이어가 더 빨랐다는 것. 추가로 28mm와 32mm의 타이어로 테스트를 한 결과, 25mm 타이어와 거의 같은 속도였다고 합니다.

그리고 아주 매끄러운 아스팔트 위에서는 최대 54mm의 타이어도 속도가 느려지지 않았다는 것. 뿐만 아니라 험로에서는 타이어의 폭이 넓은 것이 단연 빨랐다는 것을 알 수 있었습니다.

하이네 씨에 따르면, 옛날에는 이 사실은 잘 알려져 있었다고 합니다. 1920년에 프랑스 잡지 '르 사이클'은 '폭이 넓은 타이어가 유연하다면 폭이 좁은 타이어만큼 빨리 회전한다'고 적었습니다. 그러나 그 후 수십 년간 자전거 레이서 사이에서 타이어의 폭을 좁혀가는 것이 유행했기 때문에, '넓은 타이어가 빠르다'는 사실은 잊혀져 갔다고 하이네 씨는 말합니다.

자전거를 타는 사람이 폭이 좁은 타이어가 빠르다고 믿는 데에는 두 가지 이유가 있습니다.

첫 번째는 드럼식 주행시험기의 결과가 중시된 영향이라고 하이네 씨는 지적합니다. 라이더가 탑승하지 않고 타이어의 회전속도를 중시하는 실험에서는 좁은 타이어는 높은 압력으로 주행하기 때문에 탄성이 줄어들고 에너지 손실량이 감소하므로 속도가 상승합니다.

그러나 실제 도로에서 사람을 탑승시킨 채 테스트하면 타이어의 폭이 좁아질수록 진동이 증가하고 에너지 손실이 발생해 탄성이 줄어들어 얻어지는 속도 상승이 상쇄되는 것으로 나타났습니다. 또 타이어의 진동은 자전거를 타고 있는 사람의 몸에 흡수됩니다. 진동이 많을수록 에너지 손실이 증가하게 됩니다.

또한 빨리 달리면 달릴수록 자전거가 진동하는 주파수가 높아집니다. 타이어가 고속에서 노면의 요철에 부딪히기 때문인데, 타이어의 폭이 좁을수록 타이어가 전하는 진동의 주파수도 높아져 소리도 커집니다. 이로 인해 폭이 좁은 타이어로 달리면 타고 있는 사람은 빨리 달리고 있는 것처럼 느낍니다. 하이네 씨는 "폭이 좁은 타이어로 빨리 달리고 있는 것처럼 느끼는 것은 기분 탓"이라고 설명합니다.

이 사실은 타이어 고무의 유연성이 타이어 성능에 큰 차이를 가져오는 이유도 설명하고 있습니다. 유연성이 있으면 진동을 줄이고 에너지 손실도 줄어들기 때문입니다. 물론 진동이 줄어든다는 것은 승차감 향상에도 도움이 됩니다.

타이어의 폭이 속도에 영향을 미치는 원인으로 '공기저항'도 생각할 수 있습니다. 일반적으로 생각하면 타이어의 폭이 넓을수록 바람의 저항이 커지기 때문에 속도가 늦어질 것입니다. 그러나 풍동에서 폭 25mm의 타이어와 폭 32mm의 타이어로 테스트를 한 결과, 폭 7mm 차이는 오차범위 내이며, 2종류의 타이어의 공기저항에 차이가 있다고는 단언할 수 없다는 것을 알 수 있었습니다.

독일의 자전거 전문지 'TOUR'는 모터가 장착된 더미인형을 사용한 정교한 장치로 전방에서 부는 바람에 폭 28mm의 타이어가 받는 공기저항은 25mm의 타이어와 거의 동일하다고 보고했습니다. 옆바람의 경우 타이어의 폭이 넓으면 공기역학적으로 불리해지지만, 실제 도로에서는 진동으로 인한 에너지 손실도 있다는 것을 고려하면, 폭이 넓은 타이어와 폭이 좁은 타이어의 차이는 거의 없을 것이라고 하이네 씨는 말합니다.

매끄러운 노면에서 시속 29.5km로 테스트를 실시했는데, 유의미한 차이가 없었다는 것. 물론 더욱 빨리 달리면 타이어의 폭이 넓을수록 바람에 대한 저항이 커질 가능성은 있지만, 자전거의 속도에 영향을 미치는 다른 모든 요인을 고려하면 그 차이는 너무 작다고 하이네 씨는 지적합니다.

또 '폭이 넓은 타이어는 무거우므로 가속하기 어렵다'는 의견이 있지만, 전문 자전거 레이서조차도 파워 대비 중량이 가장 느린 경제적인 차량보다 가속력은 훨씬 낮고 바퀴 무게를 조금 바꾸는 것만으로는 가속력에는 영향을 미치지 않는다고 하이네 씨는 설명합니다.

결론적으로, 하이네 씨는 "타이어의 폭은 자전거의 승차감에 영향을 주지만, 속도에 영향을 주지 않습니다. 경주용 자전거처럼 높은 소음을 누르고 도로와 연결된 느낌을 좋아하는 사람은 폭이 좁은 타이어를 선택하십시오. 뛰어난 코너링 그립과 도로가 거칠더라도 빨리 달릴 수 있는 능력을 원한다면 폭이 넓은 타이어를 선택하십시오"라고 조언합니다.

스마트폰과 전기자동차 등의 전원으로 사용되는 리튬이온 배터리는 계속 사용하면 용량이 저하되어 가는 것으로 알려져 있습니다. 그런 배터리의 열화 메카니즘이 스탠포드대학의 연구팀에 의해 규명되었습니다.

Persistent and partially mobile oxygen vacancies in Li-rich layered oxides | Nature Energy
https://www.nature.com/articles/s41560-021-00832-7

Scientists discover how oxygen loss saps a lithium-ion battery’s voltage | SLAC National Accelerator Laboratory
https://www6.slac.stanford.edu/news/2021-06-11-scientists-discover-how-oxygen-loss-saps-lithium-ion-batterys-voltage.aspx

연구팀에 따르면, 리튬이온 배터리의 열화는 리튬이온 배터리에 포함된 산소가 누출되면서 일어난다는 것. 그러나 500회 충전 사이클에서 누출되는 산소의 양은 전체의 6%로 1회 충전 사이클마다 누출되는 산소의 양이 너무 적은 탓에 그 메커니즘은 관찰되어 오지 않았습니다. 따라서 이번 연구에서는 산소의 손실로 변화하는 주위 입자의 화학적 성질과 구조를 관찰함으로써 산소가 누출되는 메커니즘을 간접적으로 관찰했습니다.

연구팀은 다양한 횟수의 충전 사이클을 거친 리튬이온 배터리를 분해하여 로렌스 · 버클리국립연구소의 특수 X선현미경을 사용하여 10억분의 1미터 스케일로 리튬이온 배터리를 구성하는 나노입자의 구조를 관찰했습니다.

연구팀에 따르면, 지금까지 리튬이온 배터리의 산소는 나노입자의 표면에서 누출되는 것으로 간주했었다고 합니다. 그러나 이번 관찰 결과 산소는 초기에 나노입자의 표면에서 흘러나온 후 나노입자의 내부에서도 누출되는 것을 발견했습니다. 또 나노입자들이 덩어리를 형성하는 경우 산소가 누출되는 양이 적어지는 것으로 나타났습니다.

연구팀은 '산소를 잃은 나노입자는 최밀구조를 형성하기 위해 안쪽으로 붕괴할 것'이라고 예상하였고 산소를 잃은 나노입자의 구조변화를 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했습니다. 그 결과, 의외로 "나노입자를 구성하는 금속이온이 이동하지만, 나노입자의 구조는 변화하지 않는다'는 것을 발견했습니다.

연구팀의 일원인 윌 츄 씨는 "이 금속이온의 재배열은 산소의 부족에 기인하고 있으며 시간이 지남에 따라 배터리의 전압 및 효율을 저하시키고 있습니다. 우리는 이 현상의 개요를 이전부터 알고 있었지만 메커니즘은 불분명했다"고 이번 발견에 대한 기쁨을 나타냅니다.

츄 씨는 "이번 연구를 통한 과학적인 이해는 산소 손실과 손상 효과를 완화하는 새로운 방법의 개발로 이어질 수 있다"며 리튬이온 배터리의 열화를 줄이기 위한 연구에 매진할 예정이라고 합니다.

중국 정부의 재정 지원을 받는 베이징지원인공지능연구원이 주도하는 연구팀이 2021년 6월 1일 새로운 사전학습모델인 '悟道2.0(WuDao 2.0)'을 발표했습니다. 悟道2.0은 1조 7500억 개의 매개변수를 사용하고 있는데, 이것은 OpenAI 또는 Google 산하 Google Brain이 개발한 사전학습모델을 웃도는 숫자라고 합니다.

US-China tech war: Beijing-funded AI researchers surpass Google and OpenAI with new language processing model | South China Morning Post
https://www.scmp.com/tech/tech-war/article/3135764/us-china-tech-war-beijing-funded-ai-researchers-surpass-google-and

China's gigantic multi-modal AI is no one-trick pony | Engadget
https://www.engadget.com/chinas-gigantic-multi-modal-ai-is-no-one-trick-pony-211414388.html

China Says WuDao 2.0 AI Is an Even Better Conversationalist than OpenAI, Google | Tom's Hardware
https://www.tomshardware.com/news/china-touts-wudao-2-ai-advancements

悟道2.0은 비영리 연구기관인 베이징지원인공지능연구원을 중심으로 여러 기관에 소속된 100여 명의 연구진에 의해 개발된 심층학습모델입니다. 매개변수 개수는 1조 7500억 개에 달하며 OpenAI가 2020년 6월에 발표한 언어처리모델 'GPT-3'의 1750억 개나 Google Brain가 개발한 언어처리모델 'Switch Transformer'의 최대치인 1조 6000억 개를 웃도는 것이라고 베이징지원인공지능연구원의 연구자들은 주장합니다.

매개변수는 기계학습 모델에 의해 정의되는 변수이며, 학습을 통해 모델이 진화함에 따라 매개변수가 정밀해져 더 정확한 결과를 얻을 수 있습니다. 따라서 일반적으로 모델에 포함된 매개변수의 수가 많을수록 기계학습 모델이 정밀해지는 경향이 있습니다.

悟道2.0 총 4.9TB의 텍스트 및 이미지 데이터로 훈련되었으며, 이 훈련 데이터는 중국어와 영어 텍스트를 각각 1.2TB씩 포함합니다. 또 이미지 생성 및 얼굴인식 등의 특정 작업에 특화된 심층 생성모델과 달리 에세이와 시를 쓰고 정지 이미지를 보충하는 문장을 생성하거나 문장의 설명에 따라 이미지를 생성할 수도 있다고 합니다.

베이징의 AI연구자인 Blake Yan 씨는 "거대한 데이터세트로 훈련된 이러한 정교한 모델은 특정 기능을 사용할 경우, 소량의 새로운 데이터만으로 충분합니다. 왜냐하면 인간처럼 한번 학습한 지식을 새로운 작업에 전용할 수 있기 때문입니다"라고 설명합니다. 이미 悟道2.0은 스마트폰 제조사 Xiaomi를 비롯한 22개 기업과 제휴하였다고 사우스차이나 모닝포스트가 전했습니다.

베이징지원인공지능연구원 Zhang Hongjiang 원장은 "대규모 사전학습모델은 범용 인공지능으로 향하는 최선의 지름길 중 하나"라며 悟道2.0가 범용 인공지능의 개발을 고려한 것이라는 점을 시사했습니다.

중국 정부는 베이징지원인공지능연구원에 많은 투자를 했는데, 2018년과 2019년에만 3억 4000만위안(약 585억 원)의 자금을 제공했다고 합니다. 미국 정부도 2020년에 AI와 양자컴퓨팅에 1조 원의 투자를 발표하는 등 미중간의 기술경쟁은 격화일로입니다.

기술계열 미디어 Tom's Hardware는 悟道2.0의 발표에 대해, AI의 성능에 있어서는 매개변수의 수 외에도 데이터세트의 양이나 내용도 중요하다고 지적합니다. 예를 들어 GPT-3는 불과 570GB의 데이터로 훈련했지만, 이 데이터는 45TB의 데이터세트를 사전처리한 것이라는 것. 따라서 悟道2.0과 관련된 수치는 인상적이지만 모델의 성능을 나타내는 것은 아니라고 설명합니다.

중국의 초전도 전자석 토카막형 핵융합에너지 실험로 'EAST'가 1억 2000만 도의 고온 플라즈마를 101초, 1억 6000만 도의 플라즈마를 20초간 유지하는 데 성공해 세계기록을 갱신했습니다.

"Chinese artificial sun"sets new world record - Xinhua | English.news.cn
http://www.xinhuanet.com/english/2021-05/28/c_139975997.htm

핵융합발전(핵융합)은 '인공 태양'이라고도 불리며 에너지 부족 해결 및 신재생에너지로의 전환을 위해 전 세계적으로 연구가 진행되고 있습니다. 2020년 12월에는 한국의 핵융합 연구장치 'KSTAR'가 1억 도의 플라즈마를 20초간 유지하는 데 성공했습니다.

Korean artificial sun, KSTAR, sets the new world record of 20-sec-long operation at 100 million °C | EurekAlert! Science News
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-12/nrco-kas122420.php

Korean artificial sun sets the new world record of 20-sec-long operation at 100 million degrees
https://phys.org/news/2020-12-korean-artificial-sun-world-sec-long.html

중국의 신화통신에 따르면, EAST도 2020년도에 1억 도의 플라즈마를 20초간 유지하는 데 성공했다고 합니다. 그 후 약 300명의 연구자와 기술자에 의해 진공시스템, 레이저 산란시스템, 마이크로웨이브 시스템 등의 업그레이드가 실시되었습니다. 그리고 2021년 5월 28일, EAST는 1억 2000만 도의 플라즈마를 101초간 유지하는 데 성공해 세계기록을 갱신했습니다.

신화통신에 따르면, EAST는 해수 중에 존재하는 중수를 사용하여 핵융합하고 에너지를 공급하는 것을 최종 목표로 운용되고 있다는 것. EAST는 해수 1리터에 포함된 중수소로 휘발유 300리터에 해당하는 에너지를 생산해낼 것으로 추정합니다.

EAST에 의한 연구성과는 35개국이 개발에 참여하는 국제핵융합실험로 'ITER'에도 활용될 예정입니다. 그 밖에도 일본과 유럽이 협력하여 실시하는 'JT-60SA 계획'과 KSTAR의 연구성과도 ITER에 피드백될 예정이며, 핵융합발전의 실현에 대한 기대가 나날로 높아지고 있습니다.

Solar power with a difference as ITER nuclear fusion assembly starts - Reuters
https://www.reuters.com/article/us-nuclear-iter/solar-power-with-a-difference-as-iter-nuclear-fusion-assembly-starts-idUSKCN24T1R3

Assembly begins on ITER, a massive scientific project that seeks to replicate the sun's fusion power here on Earth - CBS News
https://www.cbsnews.com/news/iter-assembly-begins-nuclear-fusion-sun/

19세기 말 최초의 소립자를 발견한 이후 소립자 세계의 연구가 진행될수록 물리학자는 '자연은 복잡하게 보여도 궁극적으로는 매우 단순하다'는 확신을 점점 굳게 믿어왔습니다.

물질이 극소수의 쿼크와 렙톤으로 구성되어 있다는 것, 그리고 그것을 지배하고 있는 단 4종류의 힘의 존재를 알게 되었습니다. 게다가 이러한 핵력은 모두 힘의 입자를 교환함으로써 작용하는 것으로 드러났습니다. 이것은 20세기의 과학이 만들어 낸 위대한 업적 중 하나입니다.

그 자연력의 4가지 힘은 중력, 전자기력, 약한 핵력, 강한 핵력입니다.

중력

우리에게 가장 친숙한 핵력은 중력입니다. 모든 소립자에게 인력(만유인력)으로써의 역할을 합니다. 중력은 차단되지 않으며 무한대까지 작용하기 매크로의 세계를 지배하고 있습니다. 지구, 태양, 은하 등의 천체의 운행을 주관하며 거대한 우주의 구조를 만들어내고 있습니다.

우리를 지구로 끌어당기는 중력은 중력자의 교환으로 전달됩니다. 중력자는 질량을 가지고 있지 않기 때문에 무한히 먼 곳까지 도달합니다.

중력 = 중력자의 교환

중력은 질량에 비례합니다. 한편, 질량은 에너지와 등가입니다.

E = mc2

따라서 중력은 모든 입자에 작용합니다. 그러나 소립자의 질량은 매우 작고, 현재의 가속기로 도달할 수 있는 에너지 규모에서는 입자 사이의 중력이 매우 작아 무시할 수 있지만, 빅뱅에 의한 우주 창조 직후 같은 초초고 에너지 상태에서는 매우 중요해집니다.

전자기력

중력 다음으로 친숙한 핵력은 전자기력입니다. 전자기력은 전기력과 자기력이라는 2가지의 힘으로 이루어져 우리 주변에 존재합니다. 이 두 힘이 사실 동일한 것이라는 사실은 19세기에 이미 규명되었습니다. 전자기력이 현대 전자문명의 기초를 이루는 힘이라는 것은 말할 것도 없습니다.

잘 알려진 정전기나 자석의 힘뿐만 아니라 우리가 일상에서 경험하는 중력 이외의 모든 힘은 전자기력입니다. 특히 전자와 원자핵을 결합시켜 원자를 만드는 힘, 원자끼리 결합시켜 분자를 만드는 힘은 전자기력입니다. 전자기력은 광자의 교환으로 전달됩니다. 광자는 질량을 가지지 않기 때문에 차단되지 않는다면 멀리까지 전달됩니다.

전자기력 = 광자의 교환

전자기력은 전하에 비례합니다. 전하를 가진 입자는 눈에 보이지 않는 광자(가상광자)라는 옷을 입고 내달리고 있습니다. 전자가 전자석 등으로 인해 갑자기 방향을 바뀌면 광자의 옷이 찢어지고 튀어나옵니다. 이것이 방사광입니다.

약한 핵력

약한 핵력은 매우 짧은 거리 사이에서만 작용합니다. 일반적으로 전자기력보다 훨씬 약하기 때문에 이런 이름이 붙여졌습니다. 모든 쿼크, 렙톤에서 작용합니다.

이 힘은 원자핵의 베타 붕괴, 중성자, 파이온 등의 입자 붕괴의 원인이 되는(입자의 종류를 바꿀 수 있는) 힘입니다. 일상에서 경험할 수 없는 힘이지만, 미시세계에서는 중요한 역할을 하고 있습니다.

약한 핵력 = W, Z입자의 교환

약한 핵력을 매개하는 힘의 입자 W, Z는 큰 질량을 가지고 있습니다. 따라서 힘의 본질적인 힘을 나타내는 결합상수는 전자기력과 비슷하지만 힘이 닿는 거리가 매우 짧고 힘의 외관상 힘이 약해 보입니다. 힘의 강도가 너무 약해 일상생활에서 느낄 수 없습니다.

W입자와 Z입자는 본래 광자처럼 질량이 없는 게이지 입자이지만, 진공 중의 힉스장과의 상호작용에 의해 질량을 가지게 되었다고 추정됩니다. 힉스장과의 상호작용이 없었다면 이러한 힘의 입자의 운반능력은 본래는 같은 것이었을 것이라고 생각됩니다. 그래서 현재는 광자가 전달하는 전자기력과 W와 Z가 전달하는 약한 핵력을 전약력으로 정리하고 있습니다.

강한 핵력

강한 핵력은 모든 색전하(Color charge)를 가진 입자에 작용합니다. 전자기력의 100배 정도의 힘의 크기를 가지고 있어 이처럼 이름이 붙여졌습니다. 쿼크를 결합하여 양성자(p)와 중성자(n)를 만들고 양성자들 사이에 작용하는 전기적인 척력을 극복하여 중성자와 함께 원자핵을 만듭니다.

강한 핵력 = 글루온 교환

강한 핵력은 색전하에 비례합니다. 쿼크의 색전하에는 빨강, 파랑, 녹색의 삼원색(물론 실제 색상이 아니다)이 있습니다. 강한 핵력을 매개하는 힘의 입자 글루온은 흰색을 제외한 색상의 조합입니다.

3(빨강, 파랑, 녹색) × 3(반빨강, 반파랑, 반초록) -1(흰색) = 8

즉 8가지로 모두 질량을 가지고 있지 않습니다. 하지만 글루온 자체가 색상을 가지고 있으며 글루온을 이용하기 때문에 힘은 거리가 멀어질수록 강해지고 핵자(양성자, 중성자)의 크기 정도 이상의 거리가 되면 전체적으로 백색상태에서만 안정적으로 존재할 수 있습니다. 따라서 강한 핵력의 도달 거리는 글루온이 질량을 가지지 있지 않음에도 불구하고 짧으며 일상에서 느낄 수 없습니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 自然界の４つの力
https://www2.kek.jp/kids/class/particle/class01-07.html

뉴턴의 어디서나 균일하게 진행하는 '절대시간'

◆ 시간은 항상 일정한 속도로 흐르는 것
크리스찬 호이겐스가 1656년경 진자시계를 완성시켰고 이전보다 정확한 기계식 시계가 보급되면서 '시간은 항상 일정한 속도로 흐르는 것'이라는 개념이 정착해갑니다.

그것을 상식으로써 일반적으로 정착시킨 인물이 영국의 과학자 아이작 뉴턴입니다. 그가 1687년에 발간한 '자연철학의 수학적 원리'라는 책에서 소개한 개념은 '우주의 어디에 놓여 있어도 모든 시계는 무한한 과거로부터 무한한 미래로 변화하지 않고 같은 속도로 같은 시간을 가리킨다,', '공간은 균일하고 무한하게 확장되어 있다'는 것이었습니다. 이 '절대시간'과 '절대공간'을 바탕으로 수립한 것이 이른바 '뉴턴역학'으로 수많은 과학자에게 큰 영향을 미쳤습니다.

후에 아인슈타인에 의해 매우 빠르게 이동하고 있을 때와 같은 특수한 환경에서는 반드시 이 아이디어가 성립되지 않는다고 부정되어 버립니다만, 시간의 개념을 과학적으로 정착시키는데 가장 유명한 이론이며 현대인의 시간관에는 아직도 이런 생각이 지배적입니다.

◆ 뉴턴의 절대공간에 설정된 '절대시간'
뉴턴은 항상 물체는 절대정지 상태에 있거나 낙하 등 절대속도로 운동하고 있는 것 중 하나라며 그 기준으로 3개축 좌표공간의 '절대공간'을 설정했습니다. 그리고 이 공간 속에서 무엇에도 영향을 받지 않고 언제 어디서나 균일하게 흐르는 시간을 '절대시간'이라고 정의했습니다.

절대라는 의미는 시간도 공간도 물체의 운동과는 관계없이 독립적으로 존재한다는 의미로, 그 안에서 물체란 운동하는 '내용물'에 불과하다는 생각입니다. 그는 뉴턴역학의 근간인 '뉴턴의 운동 3법칙'을 합리적으로 설명하기 위해 이렇게 파악한 것입니다.

아인슈타인의 신축하는 '상대시간'

◆ 아인슈타인의 '특수상대성이론'
19세기에 들어서면서 오스트리아의 물리학자 마하가 우주의 모든 물질이 없어지면 아무런 변화도 일어나지 않기 때문에 시간 자체가 존재하지 않게 된다며, 따라서 시간은 절대적인 것이 아니라 물질과의 상대적인 관계로 존재하는 개념인 '상대시간'을 주장했습니다.

이것이 독일의 물리학자 알베르트 아인슈타인의 상대성이론에 큰 영향을 주었습니다. 아인슈타인은 1905년에 발표한 특수상대성이론에서 '시간의 진행방법은 관찰자끼리의 엇갈린 속도(상대속도)가 작을 때는 눈에 보이는 시간의 차이가 아니지만, 상대속도가 아속도(광속에 가까운 속도)에 도달하면, 눈에 보이는 시간의 차이가 나타나므로, 어떤 때라도 일정하지 않고, 관찰자에 의해 다르다'고 주장했습니다.

이것은 '시간은 관찰자마다 존재한다'는 것이며, 또한 지금까지의 물리적 이론은 개념적으로 분리되어왔던 시간과 공간을 연결하여 시간과 공간이 일체가 된 '시공'이라는 개념을 만들어 그 '시공은 관찰자의 운동상태에 따라 지연되거나 왜곡되며 변화한다'는 충격적인 이론이었습니다.

◆ 왜 시간은 신축하는 것인가?
그의 이론을 알기 쉽게 말하면, '멈춰있는 사람이 바라보는 광속으로 움직이는 사람의 시계가 가리키는 시간은 지연된다'는 것입니다.

빛의 속도는 '광속도 불변의 원리'에 의해 멈춰있는 사람이 봐도, 광속에 가까운 우주선에 타고 있는 사람이 봐도 동일한 30만 Km/s로 이동하고 있습니다. 만일 바닥과 뚜껑의 상하에 거울이 있는 빛시계가 지상에 있는 사람의 옆에 하나, 우주선에 타고 있는 사람의 옆에 1개씩 배치해 각각의 빛시계 바닥거울의 광원에서 나온 빛이 뚜껑의 거울에 도달할 때까지 모두 1초가 걸린다고 가정합니다. 우주선에 타고 있는 사람이 우주선에서 시간을 재자 멈춰있을 때와 같은 1초의 시간이 동일하게 경과합니다. 이것은 '상대성 원리'에 의해 우주선과 그 안의 시계도 같은 속도로 움직이고 있기 때문에 멈춰있을 때와 같은 물리적 현상이 일어나는 것입니다.

한편, 지상에서 멈춰있는 사람이 지상에서 광속에 가까운 속도로 움직이는 우주선의 시계를 바라본다고 가정하면 지상의 빛시계보다 우주선은 가로 방향으로 훨씬 긴 거리를 진행하고 있으며, 지상의 빛시계에서 1초 이상 경과하여도 우주선의 빛시계는 여전히 1초가 경과하지 않은 현상이 나타납니다. 이 때문에 '멈춰있는 사람의 관측으로는 움직이고 있는 사람의 시간은 지연된다'는 것이 증명됩니다.

'우라시마 효과'라는 말이 있는데, 우주선을 타고 광속에 가까운 속도로 우주여행을 마치고 몇 년 후 지구로 귀환하자, 아광속 우주여행 동안 시간의 진행이 지연되어 훨씬 미래의 지구에 도착했다는 이야기입니다.

이 광속에 가까워지면 일어나는 시간의 수축은 시간뿐만 아니라 물체와 공간 자체도 수축되고,
그 때 질량과 에너지가 증가한다는 것을 더한 것이 이른바 '특수상대성이론'입니다.

◆ 중력의 영향을 가미한 '일반상대성이론'
특수상대성이론에 중력의 영향 및 가속 · 감속을 가미한 중력이론이 '일반상대성이론'입니다.
간단히 말하면 중력도 시간을 지연시키는 원인이 된다는 의미입니다. 중력은 지구의 중심에서 멀어질수록 약해지므로 에베레스트산 정상에 있는 시계에 비해 지상에 있는 시계는 극히 미미하지만 천천히 진행한다는 것입니다. 또한 중력은 시간을 지연시키는 동시에 공간(빛)을 왜곡시키는데 중력이 크면 클수록 왜곡상태도 커지고 일정 이상으로 중력이 커지면 빛마저도 빨려 들어가는 공간의 일그러짐, 이른바 '블랙홀'이 됩니다.

강력한 중력을 가진 블랙홀의 경계면에 위치한 우주선과 그 안의 시계는, 당사자의 관점에서는 평상시와 같은 속도로 움직이고 있지만, 그것을 충분히 떨어진 위치에서 관찰하면 우주선과 그 안의 시계가 멈추어진 것처럼 보입니다.

시간의 진행은 어디까지나 두 개 이상의 위치에서의 비교에 의해 상대적으로 인식된다는 것입니다.

시간의 화살의 방향과 엔트로피의 증가

시간을 과거에서 미래로의 흐름이라고 생각하면, 시간의 방향성이 미래에서 과거로 되돌릴 수 있는 가역현상인지 결코 되돌릴 수 없는 비가역현상인지를 '시간의 화살의 방향'을 사용하여 흔히 고찰합니다.

예로는 열이 시간에 따라 고온부에서 저온부로 흐른다는 '열역학적 시간의 화살'과 연못에 돌을 던지거나 방송국의 전파가 그 중심에서 주변으로 확산하는 '파동의 시간의 화살' 그리고 동물의 '진화의 시간의 화살'은 모두 원래대로 돌아가지 않기 때문에 비가역현상입니다.

이러한 현상을 물리학적으로 말하면, 질서있는 구조나 상태가 시간이 지남에 따라 무질서한 구조나 상태로 향하고 있기 때문에 '무질서의 정도 = 엔트로피'가 늘고 있는 상태라고 부르며, 이것을 '엔트로피 증가의 법칙'이라고 합니다.

예를 들어, 블록형태 격자에 따라 제대로 정렬된 전부 흰색인 오델로의 돌을 상자째 몇 번 무작위로 흔들면, 돌은 블록형태 격자에서 벗어나 많은 돌이 뒤집어져 검은 돌이 됩니다.

질서있는 상태는 통계적으로 실현 확률이 매우 작은데, 예를 들어 블록형태 격자에 따라 제대로 늘어선 전부 흰색 돌의 상태에서 무질서한 상태란 실현 확률이 높은 격자에서 어긋난 흑백이 뒤섞인 상태입니다.

따라서 엔트로피 증가의 법칙은 물리적으로는 당연한 이야기로, 실현될 확률이 낮은 상태를 먼저 만들면 시간이 지남에 따라 실현 가능성이 높은 상태에 놓이게 되는 것을 말합니다.

시간의 화살은 우리들 주변에서 관찰되는 현상으로, 수많은 입자가 평균적인 운동을 함으로써 나타난다는 것을 보여주고 있는 것입니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 時間とは何か 第二話
https://museum.seiko.co.jp/

플라즈마에 강력한 레이저를 두 방향에서 조사하여 플라즈마에서 빛의 속도를 조정할 수 있다는 실험결과가 발표되었습니다. 고온의 플라즈마와 강력한 레이저의 상호작용을 밝힌 이 실험결과에 따라 레이저 등으로 연료를 플라즈마화시켜 핵융합을 일으키는 관성밀폐방식의 핵융합기술이 크게 진전될 것으로 기대됩니다.

Phys. Rev. Lett. 126, 205001 (2021) - Slow and Fast Light in Plasma Using Optical Wave Mixing
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.205001

Physics - Light Pulses Change Speed in a Plasma
https://physics.aps.org/articles/v14/s60

Physicists Have Broken The Speed of Light With Pulses Inside Hot Plasma
https://www.sciencealert.com/pulses-of-light-can-break-the-universal-speed-limit-and-it-s-been-seen-inside-plasma

특수상대성이론을 발표한 알베르트 아인슈타인은 진공상태에서 초속 약 30만 km로 진행하는 빛의 속도를 '궁극의 속도제한'이라고 했는데, 빛의 펄스가 물질 중을 통과할 때의 속도는 광속보다 느릴 수도 있으나 광속을 초과하는 경우도 있습니다. 이 '군속도'라는 속도와 물질의 관계를 연구하던 미국의 로렌스 리버모어 국립연구소의 연구원인 클레멘트 고욘 교수는 플라즈마에 레이저를 조사하여 그 모습을 관찰하는 실험을 실시했습니다.

연구팀은 먼저 레이저로 수소와 헬륨가스를 이온화시켜 플라즈마를 생성했고 거기에 두 번째 레이저를 조사했습니다. 그리고 2개의 레이저가 교차하는 부분의 빛의 속도를 측정한 결과, 두 번째 레이저광은 수평방향의 속도 성분이 플라즈마의 굴절률의 변화에 따라 감속하고 있었던 것으로 드러났습니다. 이 감속은 2개의 레이저와 플라즈마의 상호작용에 기인한 것이라고 합니다.

또한 연구팀이 두 레이저의 주파수를 바꾸자 플라즈마에서 진행하는 빛의 속도를 진공에서 진행하는 광속의 10분의 1에서 1.3배 정도까지 조정할 수 있었습니다.

이번 실험에서는 광속을 넘는 속도가 관찰되었지만, 이것은 특수상대성이론과 광속도 불변의 원리 등 기존의 물리법칙을 위반하는 것이 아니기 때문에, SF 같은 초광속 비행과 통신의 실현으로 이어지는 것은 아닙니다. 하지만 고온의 플라즈마에서 매우 강력한 레이저의 특성을 조정할 수 있었다는 이번 연구성과는 꿈의 에너지로 불리는 핵융합기술의 향상이나 입자가속기의 개량 등 최첨단기술에 다양한 기여를 할 것으로 기대됩니다.

전기자동차가 탑재하는 배터리는 일반적으로 가솔린 엔진보다 무겁기 때문에 전기자동차는 동급의 가솔린차보다 차체가 무겁고 이 배터리의 무게가 전기자동차의 연비 개선의 걸림돌이 되고 있습니다. 스웨덴 챠르마스공과대학의 Leif Asp 교수는 강도를 갖게 한 배터리를 차체의 일부로 하여 배터리의 하중을 거의 제로인 'Structural Battery(구조적 배터리)'의 개발에 진력하고 있습니다.

Big breakthrough for ’massless’ energy storage | Chalmers
https://www.chalmers.se/en/departments/ims/news/Pages/Big-breakthrough-for-%E2%80%99massless%E2%80%99-energy-storage.aspx

배터리를 차체의 일부로 한다는 아이디어는 이전부터 제창되고 있었습니다. 예를 들어, 이탈리아의 자동차 제조업체 람보르기니와 매사추세츠공과대학은 2017년 휠에 배터리를 내장하여 경량화 및 공간절약을 달성한 전기자동차 컨셉 모델 'Terzo Millennio'를 발표했습니다.

The Lamborghini Terzo Millennio concept is a lightning strike from the future - The Verge
https://www.theverge.com/transportation/2017/11/6/16613998/lamborghini-terzo-millennio-electric-concept-car-photos

이러한 '구조적 배터리'의 실용화에는 강도와 배터리로서의 성능을 양립시키는 과제를 해결해야 합니다. 그래서 Asp 교수 연구팀은 탄소섬유 강화 탄소복합재료 등에 사용되는 탄소섬유가 배터리의 음극으로서의 기능을 가지는 것에 주목했습니다. 스웨덴왕립공과대학의 연구진과 공동으로 높은 강도와 강성을 유지하면서 전기에너지 저장이 가능한 탄소섬유로 구조적 배터리를 개발했습니다.

Asp 교수가 제작한 구조적 배터리는 탄소섬유 전극과 인산철리튬 전극을 유리섬유로 만들어진 천으로 구분해 그 사이에 전해액을 함침시킴으로써 제조되었습니다.

이 구조적 배터리의 에너지밀도는 24Wh/kg, 중량당 용량은 현재의 리튬이온 배터리의 약 20% 정도라고 합니다. 연구팀은 "이 구조적 배터리를 차체에 사용하면 차체의 무게를 크게 줄여 전기자동차를 주행시키기 위해 필요한 전기에너지를 적게 하는 것이 가능하고, 강성도 일반적인 건축재료에 필적하는 25GPa에 달합니다. 또한 에너지밀도가 낮다는 점은 안전성면에서는 오히려 유리하다고 말할 수 있습니다"라고 설명합니다.

Asp 교수는 "지금까지 만들어진 구조적 배터리는 기계적 특성 또는 전기적 특성 즉 강도 또는 크기 중 한쪽이 뛰어나다는 것에 불과했지만, 탄소섬유를 채용함으로써 그 모두에서 경쟁력있는 구조적 배터리를 설계하는 데 성공했습니다"라고 말합니다.

연구팀은 향후 스웨덴국립우주위원회가 출자하는 새로운 프로젝트를 통해 이 구조적 배터리를 더욱 개선해나갈 예정이라고 합니다. 최종적으로 75Wh/kg의 에너지밀도와 알루미늄에 버금가는 75GPa의 강성을 자랑하는 구조적 배터리가 실현될 것으로 Asp 교수는 전망합니다.

빠르게 움직이는 물체에서는 시간의 진행이 느리다고 합니다. 그렇게 생각하면, 다음과 같은 우스갯소리도 생겨납니다. 즉, 지구상에서 키가 큰 사람은 낮은 사람보다 장수한다는 이야기입니다.

지구가 자전하므로 조금이라도 키가 큰 사람의 머리는 키가 작은 사람의 머리보다 빠르게 움직이고 있습니다. 키가 큰 사람의 머리는 지구가 24시간에 한 번 회전하는 사이에 더 큰 원주를 그리기 때문입니다. 그렇다면 키가 큰 사람의 머리 시간은 더 천천히 진행하게 되어 결과적으로 장수한다는 논리입니다. 이에 키가 작은 사람은 키가 큰 사람의 뇌 기능 역시 천천히 진행하고 있을 것이라며 반격합니다. 왠지 억지처럼 들리기도 하네요.
　
물론 키가 큰 사람과 키가 작은 사람의 사이에서 시간의 진행속도가 매우 다를 리 없습니다. 지구 정도의 속도에서는 시간의 지연은 거의 없습니다.

그렇다면 매우 빠른 속도의 로켓을 타고 우주여행을 하면 나이가 들지 않을까? 광속의 90% 속도인 로켓에 있는 사람의 1초는 외부 사람들의 0.44배입니다. 이 지구와 로켓에서 동시에 태어난 두 사람을 생각하면, 지구상의 사람이 45세일 때 로켓에 있는 사람은 20세가 됩니다. 즉, 로켓에 있는 사람 쪽이 나이를 먹지 않는 것입니다.

그러면 이러한 로켓으로 우주여행을 떠나 지구에 귀환하면 로켓에서 보낸 시간보다 지구에서 더 긴 시간이 흘렀을 것입니다. 생각을 달리해, 로켓이 날고 있다고 생각하는 대신에 지구가 움직이고 있다고 보면 어떨까요? 로켓에서 보면 지구가 멀어져 나가고 또한 접근하는 것이기 때문에, 지구상의 사람이 더 젊어져도 좋을 것입니다.

쌍둥이가 각각 로켓과 지구에 있다면, 어느 쪽이 나이를 먹을까요? 이 의문을 쌍둥이 역설이라 부르고 있습니다. 이것을 해결하는 것은 아인슈타인이 1915년에 발표한 일반상대성이론입니다. 이 이론으로 로켓 쪽이 나이를 먹지 않는다는 것을 증명할 수 있습니다. 로켓이 여행을 떠나 귀환하는 동안 방향전환을 하고 가속도가 붙는다는 점이 지구와의 큰 차이점입니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 国立科学博物館
https://www.kahaku.go.jp/exhibitions/vm/resource/tenmon/space/travel/travel02.html

만약 빛의 속도에 가까운 우주선을 타고 여행을 하고 있다면, 그 우주선의 외부에 있는 사람들의 관점에서 보면 우주선 안에서의 시간은 천천히 진행, 즉 시간이 지연되는 현상을 관찰할 수 있습니다. 이것은 아인슈타인이 1905년에 발표한 특수상대성이론에 근거하고 있습니다.

손에서 던져진 공 및 비행하는 로켓 등은 그 운동을 방해하는 힘이 작동하지 않으면 일정한 속도로 어디까지나 똑바로 움직일 것입니다. 이것을 등속도 직선운동이라고 부르고 이런 운동을 하는 물체를 관성계라고 부릅니다.
　
아인슈타인은 특수상대성이론에서 역학의 법칙이나 전자기 법칙 등의 '자연의 법칙이 모든 관성계에서 동일하게 구성되어 있다', '어떤 관성계에서 봐도 빛의 속도는 일정하다'라는 두 가지 원칙을 정했습니다. 상대성이란 어떤 관성계도 특별한 것은 아니라는 뜻으로 붙여진 이름입니다. 또한 빛의 속도가 일정하다는 광속도불변의 원리는 1887년 마이 켈슨과 몰리의 실험에서 확인되었습니다. 그러자 시간과 공간을 구분하여 생각할 수 없게 되었고, 시간과 공간을 통합한 시공을 생각할 필요가 있었습니다. 또한 운동하는 물체의 속도 제한이 빛의 속도임을 알 수 있었습니다.

특수상대성이론에서는 운동하는 물체의 시간은 느려집니다. 그 비율은 물체의 속도를 빛의 속도에 대한 비의 제곱을 1에서 뺀 후 제곱근을 취한 형태입니다.
　
예를 들어, 빛의 속도의 90%인 초속 27만 km로 비행하는 로켓을 생각해 봅시다. 그러면 0.9의 제곱이 0.81 따라서 1에서 0.81을 빼면 0.19입니다. 이 값의 제곱근은 약 0.44. 즉, 로켓 외부의 시계가 1초 앞으로 진행한 사이에 로켓 안의 시계는 0.44초밖에 진행되지 않는다는 것이 됩니다. 로켓의 속도가 빛의 속도에 근접할수록 시계의 지연은 더욱 커집니다.

특수상대성이론에서는 이 외에도 여러가지 재미있는 일이 일어난다는 것을 예언합니다. 첫째, 운동하고 있는 물체의 길이가 줄어들어 보입니다. 그리고 이 비율은 시간의 지연과 동일합니다. 위의 로켓을 예로 설명하면, 우리의 관점에서 보면 로켓의 길이는 0.44배 찌그러져 보일 수 있습니다. 이것을 처음 생각한 사람의 이름을 따 로렌츠 수축이라고 부릅니다.
　
또한 빛의 속도가 물체의 속도의 상한이라는 사실도 확인할 수 있습니다. 위의 로켓에서 광속의 90%인 미니로켓을 발사했다고 가정하면, 0.9 더하기 0.9가 되어 빛의 1.8배의 속도가 될 것입니다만, 실은 그렇게 되지 않습니다. 계산을 생략하고 설명하면, 미니로켓의 속도는 광속의 약 99.5%가 됩니다.
　
평소 우리의 생활에서 거의 체험할 수 없는 불가사의한 현상이 빛의 속도에 가까운 세계에서는 일어나고 있습니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 宇宙旅行編
https://www.kahaku.go.jp/exhibitions/vm/resource/tenmon/space/travel/travel01.html

물리학에서는 강한 상호작용 · 약한 상호작용 · 전자기력 · 중력이라는 4가지가 기본 상호작용으로 되어 있습니다. 이 4가지 중 중력이 가장 약해서, 지구 중력의 영향 아래에서 물체 간 작용하는 만유인력을 측정하는 것은 매우 어렵습니다. 그런 가운데, 오스트리아에 있는 Institute for Quantum Optics and Quantum Information(IQOQI)이 불과 90밀리그램의 물체 사이에 작용하는 매우 미세한 중력을 실험에서 발견했다고 합니다.

[2009.09546] Measurement of Gravitational Coupling between Millimeter-Sized Masses
https://arxiv.org/abs/2009.09546

Ultra-weak gravitational field detected
https://www.nature.com/articles/d41586-021-00591-1

중력의 메커니즘은 알베르트 아인슈타인이 발표한 일반상대성이론에 의해 설명할 수 있게 되었습니다만, 일반적인 범위는 17세기에 아이작 뉴턴이 제창한 '두 물체 사이에는 물체의 질량에 비례하고 물체 사이의 거리 제곱에 반비례하는 만유인력이 작용하고 있다'는 이론으로 설명할 수 있습니다.

그러나 은하계 규모가 되자 뉴턴이 제기한 역학법칙이 통용되지 않는다는 사실이 조금씩 드러났습니다.

예를 들어 "물체가 당기는 힘은 물체 사이의 거리 제곱과 반비례한다'는 만유인력의 법칙에 따르면 두 물체가 크게 거리가 벌어지면 중력의 영향이 거의 없어져 버리기 때문에 은하의 바깥에 위치한 어떤 별은 회전에서 벗어나 날아가 버릴 것입니다. 그러나 은하계를 구성하는 무수한 천체는 은하의 중심으로부터의 거리와 관계없이 거의 안정적으로 회전하고 있어 모순적입니다.

이 '이론과 관측 결과의 차이'를 해결하기 위해 뉴턴역학이 재검토되어 '수정 뉴턴역학'이 제창되었습니다. 거기에 더해 만유인력의 계산에 관련된 중력상수를 수정해야 할 필요성이 나왔습니다. 그러나 중력은 전자기력의 10^36분의 1 정도로 매우 약한 힘이며, 지구와 태양의 중력의 영향을 받는 지구에서 미세한 중력을 측정하는 것은 매우 어렵습니다. 현시점에서 중력상수는 다른 상수에 비해 정밀도가 낮아 과학기술데이터위원회에서 권장하는 값을 사용하고 있습니다. 따라서 중력상수의 실험적 측정을 전 세계의 물리학자가 시도하고 있습니다.

그런 가운데, IQOQI의 연구원인 토비아스 웨스트파르 씨 연구팀이 매우 미약한 중력장을 측정하는 실험을 실시했습니다.

연구팀이 만든 장치는 균일한 막대의 양쪽에 2개의 시험용 금속제 구체가 설치된 것으로, 중앙의 중심에 부착된 실리콘 케이블에 매달려 있습니다. 연구팀은 자기장을 차단하는 패러데이 실드를 사이에 두면서 한쪽 시험용 구체에 다른 구체를 가까이 접근시켜 3mm 정도의 범위에서 정기적으로 이동시켰습니다.

또한 천칭의 중앙에 거울이 붙어있고 여기에 레이저가 조사됩니다. 반사된 레이저를 감지기가 수광하여 천칭의 약간의 움직임을 감지할 수 있습니다. 연구팀이 구체를 가까이하거나 멀리하면 미약한 중력장에 변화가 생기면서 장치와 거울이 움직이게 되고, 반사된 레이저빔이 변위하는 구조입니다.

실험에 사용된 구체의 1개당 중량은 불과 92밀리그램. 중심의 간격이 2.5mm인 경우, 2개의 구체 사이에 작용하는 중력은 지구의 중력장에서는 인간의 적혈구의 약 3분의 1의 질량(1조분의 9그램)에 걸리는 힘과 거의 같은 힘입니다. 실제로 실험에 사용된 구체를 1센트 동전 위에 올려놓은 모습과 실제 실험장비는 아래와 같습니다.

연구팀이 구체를 이동시킨 결과, 레이저빔의 변위가 확인되었다고 합니다. 또한 실제로 레이저빔의 변위에서 중력상수를 산출한 결과, 과학기술데이터위원회에서 권장하는 값에서 9% 정도 어긋나 있었습니다. 연구팀에 따르면 천칭의 진동감쇠에 의한 불확실성을 고려하면 이 9%의 오차는 약간의 차이라고 볼 수 있다고 합니다.

적어도 웨스트파르 씨 연구팀의 실험은 매우 작은 질량의 물체도 중력에 의해 상호작용하고 있다는 사실을 최초로 보여준 것이라고 할 수 있습니다. 과학지 Nature는 "앞으로의 과제로는 천칭의 진동감쇠를 최대한 줄이는 것이지만, 이것은 쉬운 일이 아닙니다. 만약 실현된다면 최종적으로 양자중력이론도 입증할 수 있을지도 모릅니다"라고 평가합니다.

2021년 4월 19일 NASA가 화성에서 임무를 수행하고 있는 탐사기 퍼서비어런스(Perseverance)에 탑재된 무인헬기 '인저뉴이티(ingenuity)'가 비행에 성공했습니다. 이 첫 비행 성공은 무선 조종 헬기를 띄운 것뿐으로 보이기도 하지만, 로얄멜버른공과대학에서 천체물리학을 연구하는 게일 아일스 씨는 '화성에서의 헬리콥터 조종의 어려움' 그리고 이번 한 사건이 얼마나 큰 위업인지에 대해 설명합니다.

So a helicopter flew on Mars for the first time. A space physicist explains why that's such a big deal
https://theconversation.com/so-a-helicopter-flew-on-mars-for-the-first-time-a-space-physicist-explains-why-thats-such-a-big-deal-159334

현지 시각 2021년 4월 19일 퍼서비어런스에 탑재된 무인헬기 인저뉴이티가 지상으로부터 3미터의 고도에서 30초간 정지비행 후 안전하게 착륙하는 데 성공했습니다.

First Video of NASA’s Ingenuity Mars Helicopter in Flight, Includes Takeoff and Landing (High-Res) - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=wMnOo2zcjXA

NASA’s Ingenuity Mars Helicopter Succeeds in Historic First Flight | NASA
https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-ingenuity-mars-helicopter-succeeds-in-historic-first-flight

이 첫 비행은 지구에서의 비행을 상정하면 사소한 사건처럼 생각됩니다. 그러나 전문가인 아일스 씨는 인류의 우주탐사 역사의 걸출한 성과라고 평가하며, 이번 사건이 어느 정도의 쾌거인지를 설명하기 위해 화성에서의 헬리콥터 조종의 난해함에 대해 설명합니다.

화성에서 헬리콥터를 조종할 때 가장 큰 문제가 '대기'입니다. 헬리콥터는 로터를 회전시킴으로써 양력을 얻는 비행체입니다. 양력을 얻기 위해서는 대기의 존재가 필요하지만 화성의 대기는 지구의 100분의 1이기 때문에 화성의 표면에서 헬리콥터를 조종하는 난이도는 '지구의 고도 3만 미터에서 헬리콥터를 조종하는 것과 같다고 합니다. 지구상에서 헬리콥터의 최고 고도는 4만 2000피트(약 1만 2800미터)이므로 화성의 표면에서 헬리콥터가 날아오른다는 것은 대기의 관점에서 보더라도 전인미답의 경지인 셈입니다.

그러나 화성의 중력은 지구의 3분의 1이어서 사실 NASA에게 유리한 조건이었습니다. 약한 중력이 엷은 대기를 극복하는데 도움이 되었다고 아일스 씨는 설명합니다.

이러한 환경 조건에 대항하기 위해 NASA는 인저뉴이티를 지구의 헬리콥터와는 다른 사양으로 설계했습니다. 지구상의 헬리콥터는 로터를 분당 400~500회 회전하며 날아오르지만, 인저뉴이티는 화성의 얇은 대기 중을 비행하기 위해 로터를 분당 2400회 회전하도록 설정되었습니다. 또한 인저뉴이티는 13.6cm × 19.5cm × 16.3cm라는 티슈상자 정도의 본체 크기이지만, 로터의 길이는 1.2m로 길게 디자인되었습니다.

비행을 위한 작업에도 어려움이 있었다고 아일스 씨는 말합니다. 이번 작업에서는 신호가 NASA의 PC에서 위성안테나로 전송되어 화성의 궤도를 도는 화성정찰위성을 거쳐 퍼서비어런스의 중계로 인저뉴이티에 도착되었습니다. 지구에서 발사된 신호는 몇 분 내에 화성까지 도착하지만, 이번 작업에서는 다수의 중계가 필요했기 때문에 '몇 시간'이라는 시간이 걸렸습니다.

NASA는 앞으로 '인저뉴이티를 퍼서비어런스로부터 약 300m 떨어진 위치에서 비행한다'는 실험을 실시할 예정입니다. 이러한 실험은 NASA가 2019년에 밝혔던 '2035년까지 유인화성탐사를 수행한다'는 목표에 크게 공헌할 것이라고 아일스 씨는 전망합니다.

태양에서 대규모 태양 플레어라는 폭발 현상이 발생했을 때 전자파 · 입자선 · 입자 같은 것이 지구에 쏟아지는 현상을 '태양폭풍'이라고 부릅니다. 태양폭풍은 지구의 자기장을 교란하는 자기폭풍을 발생시켜 인류의 활동에 혼란을 야기할 우려가 있습니다.

이번의 새로운 연구에서는 일반적인 스마트폰이 자기폭풍과 태양폭풍을 검출할 수 있는 것으로 나타났습니다. 일반 사람들이 자신의 스마트폰을 사용하여 과학연구에 참여함으로써 이러한 혼란을 막을 수 있을 가능성이 제시되어 있습니다.

Can Smartphones Detect Geomagnetic Storms? - Odenwald - - Space Weather - Wiley Online Library
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020SW002669

Smartphones can detect huge solar storms - The Academic Times
https://academictimes.com/smartphones-can-detect-huge-solar-storms/

태양폭풍 대부분은 인류에게 큰 영향을 미치지 않지만 규모가 큰 것은 자기폭풍을 발생시켜 송전선에 영향을 주고 정전을 일으키거나 변전소에서의 사고원인이 될 것으로 우려되고 있습니다.

Could Solar Storms Destroy Civilization? Solar Flares & Coronal Mass Ejections - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=oHHSSJDJ4oo

새로운 연구결과에 따르면, iOS 및 Android 단말기는 이론적으로는 태양폭풍과 자기폭풍을 감지할 수 있다고 합니다. 많은 스마트폰은 나침반 기능을 활성화하기 위해 자력계를 탑재하고 있으며, 이것으로 자기장의 변화를 감지할 수 있습니다.

NASA의 고다드우주비행센터의 천문학자인 스텐 오덴와일드 씨는 일반인들이 과학에 더욱 관여하게 하는 방법을 알아보기 위해 이 연구를 실시했습니다. "스마트폰은 적어도 이론적으로는 매우 쉽게 가장 강한 폭풍의 일부를 발견할 수 있을 것"이라고 오덴와일드 씨는 말합니다. 특히 캐나다와 미네소타주를 포함한 북미 북위 38도 이상의 지역에 살고 있는 사람은 감지하기 쉽다고 합니다.

스마트폰의 나침반 기능은 GPS 기능과는 별개이며, 배회할 때 지도에 사용자의 방향이나 위치를 표시하고, iPhone의 '위치정보 공유' 등으로 이용됩니다. 나침반 기능은 지구의 자기장을 감지하는 것이지만, 자기폭풍이 자기장과 작용하면 발생하는 자기장의 혼란을 감지하여 태양폭풍을 감지할 수 있을 것이라고 오덴와일드 씨는 생각했습니다.

오덴와일드 씨는 2017년에 스마트폰을 사용한 최초의 실험을 실시하여 여러 자기폭풍을 발견했지만, 당시에는 뚜렷한 결론을 내지 못하고 있었습니다. 그 후 다른 방법으로 실험한 결과 태양폭풍의 감지에 성공했다고 합니다. 구체적으로는 다른 3개의 위도의 위치에서 중도와 강도의 자기폭풍을 측정할 수 있는지를 확인했는데, 북반구의 특정 위치에서는 매우 강한 태양폭풍을 감지할 수 있는 것으로 나타났다고 합니다.

자력계를 이용한 장치와 소프트웨어는 앞으로도 개발되어 갈 것으로 보여지고 있지만, 이들은 우주에서 발생하는 현상으로 인해 악영향을 받을 수 있습니다.

예를 들어 자력계를 이용하는 의료 앱이 개발되어 수술에 사용되는 경우에 자기폭풍에 의해 혼란이 발생하면 환자가 큰 피해를 입을 수 있습니다. 이러한 가능성을 감안하면 향후 태양폭풍의 영향을 받지 않는 자력계의 개발이 필요하다는 것. 이를 달성하기 위해서는 일반사람들이 스마트폰으로 태양폭풍과 자기폭풍을 감지하여 과학자에게 전송함으로써 "자기폭풍이 전 세계적으로 어떤 영향을 미치는지를 시각화하는 것이 중요하다"고 오덴와일드 씨는 말합니다.

2019년형 테슬라 모델 S가 도로를 벗어나 나무에 충돌하여 화재가 발생해 2명이 사망한 사고가 텍사스주의 스프링에서 2021년 4월 17일 발생했습니다. 차체는 심하게 불탔고 4시간에 걸친 소화활동에 의해 진화가 이루어졌다고 합니다. 또한 시신 회수 당시 운전석은 무인상태였다고 당국은 발표했습니다.

‘No one was driving the car’: 2 men dead after fiery Tesla crash in Spring, officials say
https://www.click2houston.com/news/local/2021/04/18/2-men-dead-after-fiery-tesla-crash-in-spring-officials-say/

PCT4: Two killed in fiery crash involving Tesla in Spring | khou.com
https://www.khou.com/article/news/local/tesla-spring-crash-fire/285-c28a4993-5b5f-43f4-a924-e39638390647

Two people killed in fiery Tesla crash with no one driving - The Verge
https://www.theverge.com/2021/4/18/22390612/two-people-killed-fiery-tesla-crash-no-driver

해리스 카운티 지역경찰서의 마크 허먼 씨에 따르면, 모델 S는 상당한 고속으로 주행하다 커브에서 차도를 벗어나 나무에 충돌한 것으로 보고 있습니다.

모델 S가 주행시 오토파일럿 기능을 활성화하고 있었는지는 아직 명확하지 않지만 시신 회수 당시 운전석에는 아무도 없었고 조수석과 뒷좌석에 각각 한 사람이 앉아있었습니다.

사고의 모습을 보면, 화염에 차체의 대부분이 녹아내린 상태입니다.

교통사고의 충격으로 앉아 있던 위치가 이동할 수 있을 것으로 생각되는데, 허먼 씨는 "숙련된 감식 결과, 사신의 위치로 볼 때 운전석에 아무도 없는 상태였다는 것을 100% 확신하고 있다"고 말합니다. 사망자는 59세 남성과 69세 남성으로 추정되고 있으며, 이 사건에 대해서는 여전히 수사가 진행 중입니다.

이번 사고는 자동차가 4시간 동안 불타올랐다는 점도 특징적인데, 화재의 진화에 3만 2000갤런(약 12만 리터)의 물이 필요했다는 것. 소방당국은 소방활동 중에 테슬라에 조언을 구했다고 합니다만, 응답의 유무를 포함해 어떤 반응이었는지는 밝혀지지 않았습니다. 그러나 테슬라가 공개한 정보에 따르면, 테슬라의 전기자동차는 천연가스 자동차와 달리, 진화 이후에 EV배터리가 다시 발화될 수 있다는 점에서 "불을 끄려고 시도하는 것보다 계속 태우고 것이 좋다"고 제안합니다.

2021년 3월 현재 미국교통부도로교통안전국은 오토파일럿 기능 관련 자동차 사고를 23건 이상 조사하고 있지만, 지금까지 운전자가 무인이었던 사고는 보고되지 않았습니다.

오토파일럿은 자동운전시스템과는 다른 것이며, 과거에 테슬라 모델 X에서 사고가 발생했을 당시 테슬라는 "운전자가 주의를 기울일 것", "핸들에 손을 얹고 있을 것"을 당부했습니다.

ONLY ON ABC7NEWS.COM: Tesla issues strongest statement yet blaming driver for deadly crash | abc7news.com
http://abc7news.com/automotive/exclusive-tesla-issues-strongest-statement-yet-blaming-driver-for-deadly-crash/3325908/

Tesla Model X Involved in Fatal Fiery Crash on Highway 101 in Mountview - autoevolution
https://www.autoevolution.com/news/tesla-model-x-involved-in-fatal-fiery-crash-on-highway-101-in-mountview-124517.html

게임디자이너 크리스 크로포드 씨는 자신이 소유 한 토지에 '구슬'을 계속해서 묻고 있다는 것. 왜 이런 이상한 행동을 계속하고 있는지를 자신의 홈페이지에서 밝혔습니다.

Marbles | Interactive Storytelling Tools for Writers | Chris Crawford
http://www.erasmatazz.com/library/life-in-general/marbles.html

어느 날 크로포드 씨는 우연히 인류가 멸망한 후의 지구를 묘사한 TV 프로그램 'Life After People'을 시청했다고 합니다. 그 프로그램에서는 고속도로, 다리, 고층 빌딩 등의 건축물이 인류 멸망 후 1000년 이내에 붕괴 또는 침식으로 사라져 버리는 것으로 예측하고 있었습니다.

What would happen if every human suddenly disappeared? - Dan Kwartler
https://youtu.be/v6Agqm4K7Ok

고속도로 · 교량 · 고층 빌딩의 재료로 사용되는 석재는 바람 · 비 · 비에 포함된 산 · 자외선 등의 물리적 화학적 요인으로 인해 작은 모래알로 분할됩니다. 모래알은 지렁이 등의 생물의 체내에서 강한 산에 노출되어 최종적으로 토양의 일부로 변화합니다.

이에 비해, '유리가 강산성 물질의 저장용기로 사용되고 있다'는 사실에서 알 수 있듯이, 유리의 성분인 이산화규소는 화학반응에 대해 강한 내성을 가지고 있습니다.

크로포드 씨는 규모가 큰 다리일수록 튼튼한 소재가 필요하다는 것을 예로 들며 '물체는 작을수록 강도가 높아진다'며, 이산화규소를 재료로 하는 작은 구슬은 '물리적 화학적으로도 튼튼하고 그 모양을 영원히 유지할 수 있다'고 주장합니다. 즉, 크로포드 씨는 구슬을 약 2피트(약 61cm)의 구멍에 묻으면 수만 년 후 구슬이 원래 모양 그대로 지상에 나타나게 된다고 예측하고 있는 것입니다.

크로포드 씨는 "기술문명이 멸망한 수만 년 후 흙이 씻겨나가 구슬이 지상에 나타날 것입니다. 구슬을 그 시대의 인류가 발견하여 '무엇을 위해 만들어진 물건이고 어떻게 만들어진 물건인지 생각하길 바란다"며 구슬을 계속해서 묻는 이유를 설명합니다.

'엔트로피'는 열역학에서 단열 조건에서의 불가역성을 나타내는 지표로 도입된 것이며, 열출입이 없는 계의 내부 변화는 항상 엔트로피가 증가하는 방향으로 일어난다(엔트로피 증가의 법칙)고 설명합니다. 최근에는 조직이나 삶에 엔트로피 증가의 법칙을 적용하는 움직임이 있는데, '조직은 시간이 지남에 난잡해져 간다'라는 설명에 엔트로피가 거론될 수 있습니다. 미국 데이턴대학의 교육학자인 앨리슨 A 카세르만 씨는 엔트로피에 대응하는 개념인 '네겐트로피'를 고려하면 조직과 인생의 혼란 상태를 개선할 수 있다고 말합니다.

A concept from physics called negentropy could help your life run smoother
https://theconversation.com/a-concept-from-physics-called-negentropy-could-help-your-life-run-smoother-155030

인생은 다양한 결정의 연속으로 벗은 양말을 정리할지, 정원을 가꿀 것인지, 깨진 수도꼭지를 수리할지 등의 선택을 일상 속에서 반복합니다. 각각의 문제를 해결하는 데 필요한 에너지는 적지만 모든 문제를 방치해 버리면, 벗은 양말이 굴러다니고 정원이 황폐해지며 수도꼭지가 고장난 상태라는 카오스 같은 상황이 만들어질 것입니다. 이러한 누적된 문제들을 해결하기 위해서는 상당한 에너지가 필요하며, 삶의 질이 떨어지게 됩니다.

그래서 사회시스템을 연구하는 카세르만 씨는 엔트로피에 해당하는 네겐트로피 개념을 이용함으로써 생활 속에서 증가하는 엔트로피에 대처할 수 있을 것이라고 생각했습니다. 네겐트로피라는 엔트로피가 낮은 상태로 유지되고 있음을 가리키는 용어로 엔트로피를 감소시키는 물리량의 의미로도 사용됩니다. 예를 들어 생명체는 환경에 개방되어 있어서 호흡과 신진대사를 통해 환경에 엔트로피를 배출함으로써 체내의 엔트로피를 낮게 유지하는데, 이러한 작용을 네겐트로피라고 부른다는 것.

카세르만 씨는 물리학 및 사회시스템 모두에서 에너지는 일을 할 수 있는 능력으로 정의할 수 있다며, 많은 학교와 기업, 비영리단체, 지역사회의 커뮤니티 등에서 에너지 손실을 확인할 수 있다고 주장합니다. 예를 들어 '다음 회의를 계획하기 위한 회의'나 '이메일을 보내면 끝나는 내용의 회의'는 관련 사람들에게 에너지의 손실을 유발할 뿐만 아니라 불만이 누적되어 직원의 이직 등이 빈번해집니다.

그래서 엔트로피의 증가를 억제하고 네겐트로피의 개념을 고려하여 에너지 손실을 제한 또는 역전시키는 시스템을 구축해야 한다고 카세르만 씨는 말합니다. 벗은 양말을 제대로 정리하고 불필요한 회의를 없애면 상황이 개선되어 미래의 에너지 손실을 피할 수 있다는 것.

카세르만 씨가 동료와 함께 개발한 '네겐트로피를 성공시키는 5단계'는 다음과 같습니다.

◆ 1 : 엔트로피가 증가하는 영역을 찾아낸다
일상생활이나 사회시스템에서 에너지 손실이 일어나는 위치를 확인합니다. '주방이 정리되어 있지 않아 물건을 찾기 어렵다', '신입사원용 시스템이 불충분하여 혼란을 유발한다' 등이 에너지 손실을 초래하는 부분에 해당한다는 것.

◆ 2 : 대처해야 할 손실을 특정한다
찾아낸 에너지 손실의 원인 중에서 가장 신경이 쓰이거나 불쾌한 것을 특정합니다.

◆ 3 : 계획한다
최우선으로 처리해야 할 사항을 확인한 후 에너지 손실을 억제하거나 반전시키는 방법을 계획합니다. 문제에 따라 '양말을 줍는다'라는 간단한 해결책인 경우도 있고, '회의의 방식을 바꾼다' 등 비교적 대규모인 경우도 있습니다.

◆ 4 : 처리한 후에도 주시한다
문제해결의 아이디어를 실행에 옮긴 후에도 에너지의 손실에 관심을 두어 대책이 작동했는지, 얼마나 노력을 들였는지, 앞으로도 네겐트로피를 실현할 새로운 대책이 있는지를 생각해야 합니다.

◆ 5 : 단순한 수리 및 유지보수에 머무르지 않는다
에너지 손실을 줄이기 위해 노력하고 있는 가운데, '손실을 줄여도 근본적 시스템에 문제가 있기 때문에 원활하게 작동할 수 없다'는 현실에 직면하는 경우도 있습니다. 네겐트로피적 사고를 사회시스템에 적용하려면 작은 프로세스 개선에 그치지 않고 사물의 전체상을 파악하여 에너지 손실 대책에 나서는 것이 중요하다고 합니다.

카세르만 씨는 "네겐트로피의 렌즈를 통해 사물을 보면, 나쁜 인간관계를 개선하거나 싫어하는 일을 좋게 하는 데에는 도움이 되지 않습니다. 이런 것들은 복잡한 문제입니다. 하지만 당신이 인생의 어느 부분에서 에너지가 손실되었는지 깨닫기 시작하면 주변의 사회시스템을 개선하기 위해 우선순위를 정하고 행동하기 쉬울 것"이라고 말합니다.

태양의 핵융합

태양은 4개의 경수소가 하나의 헬륨이 되는 핵융합반응으로 막대한 에너지(26.2MeV. MeV는 에너지의 단위)가 만들어지고 있습니다. 그러나 갑자기 이 반응이 일어나는 것은 아닙니다. 먼저 2개의 경수소에서 하나의 중수소가 생성되고 그 후에 중수소와 다른 경수소에서 삼중수소가 생성되는 등의 반응시리즈(pp체인. P는 경수소의 원자핵 proton(양성자)의 머리글자)에 의해 헬륨이 만들어집니다.

이 반응시리즈는 매우 천천히 진행됩니다. 특히 첫 번째 단계인 경수소 · 경수소 반응은 매우 일어나기 어려운데, 태양의 중심(온도 1600만도, 압력 2400억 기압)에서도 경수소 당 100억 년에 1회 정도밖에 반응하지 않습니다. 태양의 나이가 약 46억 년이므로 얼마나 느린 반응인지 알 수 있습니다. 그래도 태양은 매우 크고 경수소의 숫자도 엄청나기 때문에, 개별 반응은 적지만 전체적으로 보면 수많은 반응이 일어나 저렇게 빛나는 거대한 에너지를 생산할 수 있는 것입니다.

지구상의 핵융합

지구상에서 핵융합을 일으켜 에너지를 꺼내 사용하려고 시도하는데, 태양에서와 같은 경수소 · 경수소 반응이 거의 일어나지 않기 때문에 사용할 수 없습니다. 그래서 더 반응하기 쉽고 지구상에서 실현 가능한 다른 조합을 사용해야 합니다. 일부 후보가 있지만, 반응의 용이성 순으로 나열하면 다음과 같습니다.

1. 중수소와 삼중수소에서 헬륨과 중성자가 생성되는 반응(발생하는 에너지 17.6MeV).
2. 중수소와 중수소에서 삼중수소와 경수소(발생하는 에너지 4.03MeV) 또는 헬륨3(질량수 3의 헬륨의 동위원소)와 중성자가 생성되는 반응(발생하는 에너지 3.27MeV). 어느 쪽이 될지는 반반입니다.
3. 중수소와 헬륨3에서 헬륨과 경수소가 생성되는 반응(발생하는 에너지 18.3MeV).

그러나 이러한 반응을 일으키기 위해서는 초고온의 플라즈마를 만들 필요가 있습니다. 중수소와 삼중수소의 반응은 1억 도 정도, 중수소와 중수소의 반응 및 중수소와 헬륨3는 10억 도 정도여야 합니다. 태양의 중심부가 1600만 도이므로 요구되는 초고온을 갖추는 것만으로도 상당한 고생입니다. 그래서 가장 낮은 온도에서 일어나고 반응 확률도 높으며(경수소와 경수소의 반응에 비해 1조 배의 1조 배 정도) 발생하는 에너지도 큰 중수소와 삼중수소의 반응에 의한 핵융합이 가장 실현 가능성이 커 연구개발을 진행하고 있습니다.

중수소와 삼중수소는 반응에서 발생하는 에너지의 80%를 중성자가 가지고 튀어나옵니다. 핵융합로에서는 이 중성자를 플라즈마로 둘러싼 특수한 벽으로 잡아내어 열로 변환하고 전기를 발생시키는 구조로 되어 있습니다. 중성자 자체는 특수 벽과 차폐벽으로 쉽게 막을 수 있으며, 핵융합반응은 핵분열과 같은 연쇄반응이 아니므로, 만일의 경우 반응이 즉시 정지하는 등 핵융합로의 안전성은 우수합니다. 그러나 중성자를 막는 부분에서는 중성자에 의한 방사화나 재질의 변화 등이 발생할 수 있으므로 그 영향이 적은 재료의 연구개발이 활발하게 진행되고 있습니다.

중수소와 삼중수소의 반응에 의한 핵융합을 첫 세대 핵융합으로 본다면, 중수소와 중수소의 반응에 의한 핵융합은 2세대 핵융합으로 간주할 수 있습니다. 그 이유는 중수소와 삼중수소의 반응에 비해 더 높은 온도가 필요하므로 더욱 진보된 기술이 필요하게 되어 수십 배 어렵고, 첫 세대 핵융합을 실현한 후 플라즈마 기술이 더욱 진보되어야 실현이 가능하다고 예상되기 때문입니다. JT-60은 플라즈마 온도 5.2억 도를 달성해 세계기록을 가지고 있습니다만, 아직도 격차가 큰 것이 현실입니다. 그러나 리튬을 원료로 인공적으로 만들어야 하는 삼중수소와 달리 중수소는 바닷물 속에 풍부하게 포함되어 있어 쉽게 채취할 수 있으므로, 중수소만으로 가능한 반응은 매력적입니다.

한편, 중성자가 가지는 에너지가 반응에서 발생하는 전체 에너지의 30% 정도까지 감소하지만, 중성자를 다루는 관점에서는 중수소와 삼중수소의 반응과 본질적인 차이는 없습니다.

참고로 중수소와 헬륨3의 반응은 중성자가 나오지 않는 것이 특징입니다. 반응에서 발생하는 것은 하 전입자(전기를 띤 입자 = 헬륨4와 경수소의 이온)뿐인데, 이 하전입자에서 직접 효율적으로 전기를 생성할 수 있을 가능성이 있습니다. 그러나 중수소와 삼중수소의 반응과 비교하면 역시 고온이 필요하고 헬륨3이 지구상에 존재하지 않는다는 것이 문제입니다. 즉, 현시점에서는 실현될 수 없습니다. 그러나 헬륨3가 달의 지표면에 풍부하게 묻혀있다는 것을 알고 있으므로, 언젠가 우주개발이 진행되어 달에서 헬륨3를 체굴한다면 미래에는 실현가능성이 커집니다.

어쨌든, 우선은 중수소와 삼중수소에 의한 핵융합을 실현이 모든 것의 시작입니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 地球上の核融合
https://www.qst.go.jp/site/jt60/5248.html

트리튬이란?

트리튬은 '수소'의 일종입니다. 보통의 수소와의 차이는 트리튬의 원자 구조가 불안정하다는 점입니다. 트리튬은 안정된 물질(헬륨)로 변화하려고 할 때 '방사선'을 방출합니다. 안정되면 더 이상은 방사선을 내지 않습니다. 트리튬은 원자력발전소 등에서 인공적으로 생성될 뿐 아니라 자연적으로 발생한 천연 트리튬도 존재합니다. 우주에서 쏟아지는 우주선(우주공간을 떠도는 고에너지의 방사선)이 대기에 충돌하여 천연의 트리튬이 생깁니다. 트리튬은 물의 형태로 수증기나 빗물, 해수, 수돗물, 하천수에 널리 존재합니다. 우리가 매일 먹고 마시는 음료수나 음식에도 트리튬이 포함되어 있습니다. 인간의 몸 안에도 트리튬이 존재하는 것입니다.

수소의 종류에는 수소, 중수소, 삼중수소(트리튬)라는 3가지가 있습니다. 트리튬은 원자의 중심에 있는 '핵'을 구성하는 '중성자'의 수가 많기 때문에 불안정한 상태입니다.

방사성물질이 방사선을 방출하는 능력은 점점 줄어듭니다. 절반이 될 때까지 걸리는 시간을 '반감기'라고 합니다. 반감기는 방사성물질의 종류에 따라 다른데, 트리튬의 경우에는 12.3년입니다.

오염수에서 트리튬을 제거할 수 없나?

최신의 기술로도 매우 어렵습니다. 수소는 우리 주변에 존재하는 원소 중 가장 수가 많은 산소와 결합하여 물을 구성하고 있습니다. 트리튬도 혼자가 아니라 많은 경우 '물'로 존재합니다. 보통의 수소로 구성된 물과 트리튬으로 구성된 물 모두 화학적으로는 같은 물입니다. 물에 녹거나 혼합된 다른 방사성물질은 여과 및 흡착으로 제거하는 것이 일반적이지만, 트리튬은 물로서 존재하고 있기 때문에 이런 방법으로는 제거할 수 없습니다.

따라서 원자력 · 방사선시설에서는 극히 미량의 트리튬을 포함한 배수가 국가 등이 정한 배출 기준에 따라 해양이나 하수로 방출되어 있습니다. 프랑스와 미국, 한국 등 해외에서도 마찬가지로 해양 방출이 이루어지고 있습니다.

원자력발전소의 경우, 국가가 정한 트리튬의 배출 기준은 폐수 1리터당 6만 베크렐(베크렐은 방사선을 내는 능력을 나타내는 단위)로, 배수 즉시 해수와 혼합되어 수치가 더욱 떨어집니다.

트리튬은 몸에 나쁘다?

일상생활 속에서 건강에 미치는 영향에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 트리튬이 방출하는 방사선은 베타선입니다. 트리튬의 베타선은 에너지가 작아 물체를 통과하는 힘(투과력)이 약해서 인간의 피부를 통과할 수 없습니다. 물이나 음식으로 막대한 양의 삼중수소가 체내에 유입된 경우에는 건강에 영향을 줄 수 있습니다. 그러나 인공적인 트리튬을 환경에 배출하는 양이 제한되어 있어서, 그 같은 양의 트리튬이 체내에 들어올 경우는 없습니다. 원자력 · 방사선시설은 국가 등에 의한 엄격한 배출기준이 정해져 있어서, 주변 주민들에게 트리튬에 의한 건강 영향이 나온 사례는 없습니다.

체내에 유입된 트리튬의 작용은 보통의 수소와 다르지 않습니다. 축적되지 않은 채 대사작용에 의해 체외로 배출됩니다.

DNA는 트리튬뿐만 아니라 활성산소와 자외선, 자연 방사선 등에 의해 손상을 받을 수 있는데, 생체의 복구 기능을 통해 끊임없이 복구되고 있습니다. 복구할 수 없는 DNA 손상은 세포 수준의 변화, 조직 및 장기 수준의 변화 등을 유발하지만, 거기에도 손상을 회복시키는 기능이 작동합니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· トリチウムの基本 Ｑ＆Ａ
https://www.denkishimbun.com/tritium_qa/index.html