자유시간

스마트폰의 보급으로 식사나 여행지의 사진을 찍어 저장하거나 인터넷에 업로드하는 활동이 당연해졌지만 너무 많은 양의 데이터를 저장하면 곧 스토리지가 가득 차버리므로 가끔 정리할 필요가 있습니다. 그러나 그런 사람 중 일부는 데이터를 삭제하는 것을 꺼리고 병적일 정도로 대량의 디지털 콘텐츠를 저장하는 '디지털 수집강박증(digital hoarding)'인데 정보기술 전문가가 이에 관해 설명했습니다.

Modern-day hoarding: A model for understanding and measuring digital hoarding - ScienceDirect
https://doi.org/10.1016/j.im.2022.103700

With seemingly endless data storage at our fingertips, 'digital hoarding' could be an increasing problem
https://theconversation.com/with-seemingly-endless-data-storage-at-our-fingertips-digital-hoarding-could-be-an-increasing-problem-190356

최근 쓰레기나 불필요한 가구 등을 모으거나 애완동물을 무질서하게 증식시키는 애니멀 호딩 등이 자주 사회문제로 뉴스에서 나오는데 이러한 문제는 정신의학적으로 수집강박증이라는 정신질환이 연관되어 있다고 봅니다.

디지털 수집강박증은 수집강박증의 디지털 버전으로 필요하지 않은 디지털 콘텐츠를 대량으로 수집해 버리는 증상을 가리킵니다. 디지털 수집강박증은 특히 물리적 물품과는 달리 데이터가 직접 보이지 않고 장소를 차지하지 않는다는 점이 문제를 더욱 복잡하게 만듭니다.

데이터 보존비용이 한없이 0에 가까워진 폐해로 급속히 문제화되고 있는 이 디지털 수집강박증에 대해서 호주의 서던 크로스 대학(Southern Cross University)의 정보시스템학 교수인 Darshana Sedera 씨 연구팀은 846명을 대상으로 한 앙케이트를 실시했습니다.

그 결과 디지털 수집강박증인 사람은 그렇지 않은 사람보다 불안감의 수준이 높은 것으로 나타났습니다. 구체적으로는 우울증·불안증·스트레스에 관한 척도로 측정된 불안 레벨의 37%가 디지털 수집강박증으로 설명이 된다는 것. 설문조사에서 발견된 사례 중 일부는 저장장치에 저장한 사진과 소셜미디어에 업로드한 내용을 포함하여 총 40TB의 디지털 콘텐츠를 저장중인 사람도 있었습니다.

영상 콘텐츠를 제작하는 크리에이터나 업무 데이터의 관리를 하는 사람 등 대량의 데이터를 보유하고 있다고 무조건 병적이라고 볼 수 없는 경우도 있습니다.

그래서 Sedera 씨는 디지털 수집강박증의 정의로서 디지털 콘텐츠를 항상 수집하고 있거나 데이터 삭제가 꺼려지고 데이터가 정리되지 않은 상태라는 3가지 기준을 설정했습니다.

첫 번째 디지털 콘텐츠를 항상 수집하는 행위는 데이터의 가치와 목적을 고려하지 않고 항상 디지털 콘텐츠를 수집하는 것으로 현대에서는 전자적인 커뮤니케이션이 일상이기 때문에 디지털 수집강박증의 사람이 아니어도 전자메일이나 이미지, 동영상 등을 만약을 위해 보관하기 쉽습니다. 그러나 저장한 데이터를 삭제하는 것에 큰 저항을 느끼고 좀처럼 삭제할 수 없는 경우는 두 번째 기준인 '데이터 파기가 곤란한 상태'에 해당할 가능성이 있습니다.

또 귀중한 자료나 여행처에서 찍은 기념사진 등 중요한 데이터는 파일명이나 보존처 등 제대로 정리하는데 디지털 수집강박증에 의해 수집된 데이터는 난잡하게 저장됩니다. 이것이 세 번째 '데이터 산란'입니다.

디지털 수집강박증이 되어 버리면 정신위생에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다. 그러므로 Sedera 씨는 4가지 조언을 했습니다.

・1년에 1회는 디지털 콘텐츠의 대청소를 하는 습관을 들여 데이터를 정리할 수 있도록 한다.
・불필요한 디지털 컨텐츠는 줄이도록 유의한다.
・사진이나 미디어 파일, 이메일 등을 관리하는 나름대로의 방법을 찾아낸다.
· 만연하게 참여하고 있는 소셜앱 그룹 등 SNS의 중요성을 재검토하여 자신에게 필요한 것만을 남긴다.

이러한 디지털 수집강박증 대책에 어려움을 느끼거나 너무 많은 데이터에 답답함을 느낄 경우 정신건강 전문가나 의사와 상담하는 것을 고려해 보라고 Sedera 씨는 권합니다.

건전지나 스마트폰의 배터리 등 일상생활에서 전지를 사용할 기회는 매우 많습니다. 건전지는 튼튼한 외장으로 보호되어 있기 때문에 어떤 구조를 하고 있는지 간단하게는 알 수 없습니다. 그런 전지의 내부구조가 Nintendo Switch나 AirPods의 CT스캔 이미지를 공개해 온 웹사이트 'scanofthemonth.com'에서 공개했습니다.

Safely see inside Lithium-ion, LiPo, and alkaline batteries.
https://www.scanofthemonth.com/scans/batteries

알칼리 건전지의 원형부분을 스캔한 이미지를 살펴보면 가장 외측의 외장캔에는 두께 250마이크로미터의 스틸소재가 사용되고 있고 그 안쪽에는 이산화망간(양극) 한층 더 안쪽에는 아연(음극)이 들어가 있습니다.

옆에서 보면 중앙에 길쭉한 막대기가 위치하는데 탄소봉입니다.

다음은 스마트폰이나 전기자동차의 배터리로 사용되는 리튬이온 배터리의 내부구조를 CT스캔한 이미지로 원형 쪽으로 살펴보면 외관은 알칼리 건전지와 유사하지만 내부에는 동심원형의 층이 빽빽하게 채워져 있습니다.

옆에서 보면 꽉 막힌 층은 양극, 세퍼레이터, 음극으로 구성되어 있습니다. scanofthemonth.com에 따르면 이 층구조는 매우 깨지기 쉽고 층구조가 부서지면 단락되어 폭발할 위험이 있다고 합니다.

마지막으로 리튬이온 폴리머 이차전지의 내부구조를 살펴보면 리튬이온 전지와 마찬가지로 양극, 세퍼레이터, 음극이 층구조를 형성하고 있음을 알 수 있습니다.

각도를 바꾸어 관찰하면 양극이나 음극의 층이 확실히 막혀 있는 것을 알 수 있습니다. 각 층의 두께는 100~150마이크로미터이지만 각 층은 매우 휘발성이 높은 재료로 구성되어 있기 때문에 종종 팽창하는 것으로 알려져 있습니다. scanofthemonth.com은 CT스캔으로 팽창의 징후를 알 수 있어 배터리를 안전하게 관리하는 데 도움이 될 것이라고 보았습니다.

뇌를 특수한 방법으로 스캔하는 연구에서 사람의 뇌가 양자적인 기능을 가지고 있다는 내용의 연구결과를 발표했습니다. 이 발견은 사람의 뇌가 일부 분야에서 여전히 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 능력을 가지고 있는지에 대한 규명으로 이어질 것으로 기대됩니다.

Experimental indications of non-classical brain functions - IOPscience
https://doi.org/10.1088/2399-6528/ac94be

Our brains use quantum computation - News & Events | Trinity College Dublin
https://www.tcd.ie/news_events/top-stories/featured/our-brains-use-quantum-computation/

이번 발견은 중력을 양자역학의 관점에서 규명하는 양자중력의 연구로부터 착상을 얻어 더블린대학 트리니티칼리지 신경과학연구소의 연구자인 Christian Kerskens 씨와 David López Pérez씨 연구팀은 양자중력의 존재를 증명하기 위한 고안된 아이디어로 인간의 뇌의 작용을 조사함으로써 사람의 뇌가 양자계산을 수행하고 있다는 사실을 발견했습니다.

Kerskens 씨는 연구내용에 대해 “우리는 양자중력의 존재를 증명하는 실험을 위해 개발된 아이디어를 적용했습니다. 기존에 알려진 시스템과 미지의 시스템이 양자적인 얽힘을 일으킨다면 미지의 시스템도 양자적이어야 하는데 이를 통해 미지의 시스템을 측정하는 난제에 도전할 수 있다”고 설명합니다.

연구팀은 이번 실험에서 '기존에 알려진 시스템'으로서 뇌의 수분의 양성자 스핀을 사용했고 얽힘 스핀을 검출하기 위해 고안된 특수한 방법으로 자기공명화상장치(MRI)를 이용해 측정했습니다. 그 결과 뇌파의 신호의 일종인 '심박유발 전위'를 닮은 MRI 신호를 포착하는데 성공했다고 합니다.

이러한 신호는 통상의 MRI로는 측정할 수 없기 때문에 연구팀은 사람의 뇌내의 양성자 스핀이 얽힘을 일으키고 있기 때문에 이번 발견이 가능했다고 추정하고 있습니다.

이 발견의 포인트는 단순히 뇌에서 양자적인 신호가 확인되었을 뿐 아니라 그것이 단기기억과 같은 능력이나 사람의 의식과 같은 뇌의 기능에도 관련되어 있었다는 점입니다. Kerskens 씨는 “이 양자과정이 우리의 인지적, 의식적인 뇌 기능의 중요한 부분일 수 있다”고 보았습니다.

'슈레딩거의 고양이'로 유명한 물리학자인 에르빈 슈뢰딩거가 '생명이란 무엇인가'를 주제로 강의를 한 유명한 장소에서 이루어진 이번 실험은 예측불허의 사태에서의 대응이나 의 결정, 과학자들은 새로운 것을 배우는 사람의 뇌가 최신 슈퍼컴퓨터를 능가하는 능력을 발휘하는 이유를 설명할 수 있게 될 것으로 기대를 받고 있습니다.

네트워크의 안전성을 한층 더 높이는 ‘양자키 전송기술(QKD)’의 실현 가능성 실증을 위해 유럽우주기관(ESA)이 2024년 위성 ‘Eagle-1’을 발사할 방침을 밝혔습니다. Eagle-1은 3년에 걸쳐 궤도상에서 검증을 실시하게 됩니다.

ESA - Quantum encryption to boost European autonomy
https://www.esa.int/Applications/Telecommunications_Integrated_Applications/Quantum_encryption_to_boost_European_autonomy

Europe plans to launch a quantum encryption satellite in 2024 | Space
https://www.space.com/europe-quantum-encryption-satellite-planned

QKD 기술은 양자역학의 원리를 이용하여 네트워크를 훔치려는 시도를 즉시 검출 가능한 방법으로 암호키를 배포하는 기술입니다. Eagle-1은 유럽으로서 최초의 위성기반 QKD 시스템으로 더욱 안전한 통신네트워크로 이어질 가능성이 있습니다.

Eagle-1은 크기가 660파운드(약 300kg)인 소형 저지구 궤도위성으로 개발·운용에는 룩셈부르크에 본거지를 둔 우주기업 SES와 20개 이상의 유럽 기업연합체가 참가합니다.

ESA의 통신 및 통합 애플리케이션 담당이사인 Elodie Viau 씨는 “이 노력에는 강력한 암호화 키와 안전한 배포를 실현하는 기술이 필수적입니다. ESA와 SES가 이끄는 연합체 간 파트너십을 구축해 Eagle-1을 통해 고도로 안전하고 자율적인 양자키 배포시스템을 구축할 수 있다는 것을 자랑스럽게 생각합니다. 이를 통해 경쟁력의 비약적인 향상을 가능하게 될 것”이라고 말했습니다.

ESA의 Josef Aschbacher 사무국장은 “유럽의 우주 개발은 기술적 관점에서나 상업적 관점에서 볼 때 큰 기세가 있습니다. 이를 통해 안전한 통신, 차세대 네트워크, 사이버보안 등의 중요한 영역에 걸쳐 차세대의 미래를 바라보는 프로젝트를 우주에서 개발하고 구현할 수 있습니다. ESA가 주도하고 유럽위원회가 일부 출자하며 SES가 운용하는 Eagle-1은 안전하고 확장 가능한 유럽의 양자통신 인프라 실현을 위한 큰 한 걸음”이라고 설명했습니다.

덧붙여 Eagle-1이 '유럽으로서 최초의 위성베이스의 QKD 시스템'이라고 표현되는 이유는 중국과학원이 2016년 8월에 양자화학 실험위성 '묵자(QUESS)'를 앞서 발사했기 때문입니다. 또 2016년 9월에 중국이 발사한 우주실험모듈 '천궁 2호'에도 양자키 전송이나 우주에서 지상으로의 양자통신의 실험을 위한 실험기기가 탑재되었다고 알려졌습니다.

양자세계에서는 입자가 동시에 두 곳에 존재한다는 불가사의가 일어날 수 있다. 물리학자는 이것을 '중첩'이라고 부른다. 양자적인 중첩은 실제로 실험실에서 여러 번 확인되었지만 매우 섬세하고 깨지기 쉽습니다. 중첩된 입자가 주변 입자들과 상호작용하면 중첩은 즉시 '수축'하고 입자의 위치는 하나로 확정된다.

하지만 '중첩이 유지되고 있는 동안 입자의 물리적 성질은 어떻게 될 것인가'라고 비엔나대학의 Markus Aspelmeyer 씨는 생각했다. 예를 들어 입자가 만들어내는 미소한 중력장은 어떻게 되는 것인가? 어떤 물체를 겹쳐 놓았다고 하자. 여기서 의문이 생긴다. 그 물체는 도대체 어떻게 중력을 미칠 것인가?

그가 하려고 하는 실험은 원래 유명한 물리학자 파인만(Richard Feynman)이 1957년 학회에서 사고실험으로 제창한 것이다. 만약 중력이 양자현상이라면 동시에 2개의 장소에 존재하는 중첩된 입자는 2개의 다른 중력장을 생성할 것이라고 파인만은 주장했다. 일반상대론에 따르면 중력장은 시공간의 왜곡이다. 따라서 하나의 작은 질량이 양자적 중첩되면 두 개의 서로 다른 시공간이 서로 인접하여 동시에 존재합니다.

만약 이러한 시공의 중첩이 생겼을 경우 거기에 다른 물체(시험질량이라고 부른다)를 가져오면 중첩이 된 시공과 어떤 상호작용을 할 것인가? 두 개의 다른 중력장에서 인력을 받아 운동할까 아니면 일부 물리학자가 생각하고 있듯이 상호작용에 의해 중첩이 깨져 보통의(1개의) 중력장에 의한 운동을 하는 것일까? 시공의 중첩이 깨지지 않고 유지되고 시험질량이 중첩된 중력장과 실제로 상호작용하면 그것은 중력장의 중첩이 시험질량과 '양자얽힘(quantum entanglement)'이 됨을 나타내는 강력한 증거가 될 것이다.

Markus Aspelmeyer 씨의 실험은 보기에는 불가능해 보이지만 중력의 이해를 바꿀 가능성을 지니고 있다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 時空の量子化をとらえる
https://www.nikkei-science.com/201908_066.html

기업의 디지털 데이터의 절반 이상은 데이터베이스에 수집되어 저장됩니다. 하지만 Google 포토나 iCloud에 저장되어 있는 여러 개의 동일한 이미지나 다시 사용할 수 없는 오래된 스프레드시트, 인터넷에서 수집한 불필요한 데이터 등 대부분은 결코 재사용되지 않습니다. 이러한 "다크 데이터(Dark data)"는 서버 공간을 차지하고 많은 양의 전력을 소비합니다. 이러한 다크 데이터에 의한 보이지 않는 에너지 비용이 존재하고 있다고 러프버러대학의 톰 잭슨 교수와 이안 R. 호지킨슨 교수가 설명했습니다.

'Dark data' is killing the planet – we need digital decarbonisation
https://theconversation.com/dark-data-is-killing-the-planet-we-need-digital-decarbonisation-190423

많은 환경활동가가 에너지산업으로부터의 이산화탄소 배출량을 제한하는 것에 초점을 맞추고 있습니다. SDGs(지속가능한 개발목표)를 내걸고 있는 많은 기업이 이산화탄소 배출량을 삭감하려고 하고 있지만 일반적으로 제품의 제조나 수송으로부터의 이산화탄소 배출량을 삭감하는 방향으로 대책을 실시하고 있습니다.

한편 디지털 데이터에 의한 배출량은 지금도 여전히 증가하고 있다는 것. 조사기업·Statista의 데이터에서는 2020년 시점에서 이미 '디지털 데이터에 의해 세계 온실가스 배출량의 4%가 발생하고 있다'고 지적되고 있습니다. 2022년 시점에서는 97제타바이트(97조기가바이트)의 데이터가 생성된다고 하며 2025년까지는 거의 2배인 181제타바이트가 될 가능성이 시사되고 있습니다.

디지털화는 탄소중립이라고 생각되기 쉽지만 반드시 그런 것은 아닙니다. 그래서 잭슨 교수와 호지킨슨 교수는 '디지털 탈탄소화(Digital Decarbonisation)'이라는 생각을 제안했습니다.

디지털 탈탄소화는 전화, 컴퓨터, 센서 등의 디지털 기술을 사용하여 조직의 이산화탄소 배출량을 줄이는 것이 아니라 디지털 데이터 보전에 의한 이산화탄소 배출량을 줄이는 것을 의미합니다. 잭슨 교수와 호지킨슨 교수는 “디지털화 자체는 환경문제는 아니지만 일상적인 활동에서 디지털화를 어떻게 이용하는지에 따라 환경에 큰 영향을 미친다는 것을 인식하는 것이 중요하다”고 말합니다.

잭슨 교수와 호지킨슨 교수의 계산에 따르면 보험이나 은행 등의 전형적인 데이터 이용형 비즈니스에서는 100명의 직원이 하루에 2983기가바이트의 다크 데이터를 생성한다고 합니다. 그 데이터를 1년간 보존하면 런던에서 뉴욕까지 6회 비행기로 이동하는 것과 같은 정도의 이산화탄소 배출량이 발생한다고 합니다. 또 세계 전체의 다크 데이터 생성량은 하루 13억 기가바이트에 달하고 있는데 이것은 런던에서 뉴욕까지를 비행기로 300만 회 이상 이동하는 것과 같다고 합니다.

잭슨 교수와 호지킨슨 교수는 “우선 자신에게 불필요한 사진이나 동영상을 버리는 것부터 시작합시다. Apple의 iCloud나 Google 포토에 저장된 파일은 모두 디지털 카본이 됩니다 "라고 말합니다.

생활습관병의 발병이나 진행에는 체내에서 차분히 계속 발병하는 만성염증이 크게 관여하고 있다는 사실이 최근 알려졌습니다. 그 기점과 되는 것이 장으로 장내에서 일어난 염증이 전신에 퍼져 생활습관병의 불씨가 됩니다.

과식이나 장의 독소를 기초로 일어나는 염증은 전신을 돌아 질병을 일으킵니다. 장은 입에서 들어간 것이 모이는 장소이자 몸의 유해물질 등의 독소가 가장 모이기 쉬운 장소입니다. 기름기가 많은 음식을 과식하거나 체내의 독소가 늘어나면 장은 그것들을 이물질이나 적으로 인식하고 장관을 지키려고 염증이 일어납니다.

염증이란 몸이 유해한 자극을 받았을 때 일어나는 반응으로 장에서 일어나는 염증은 매우 약한 것이지만 만성적으로 계속하면 세포는 망가져 갑니다. 장의 점막에는 체내의 면역세포가 많이 모여 있기 때문에 면역기능에 대한 영향도 크고 그것이 알레르기의 원인이 되거나 장염이나 대장암의 원인이 될 가능성도 있습니다.
　
장내 독소가 증가하는 원인은 장의 노화로 장이 노화되면 장내의 유익균과 유해균의 균형이 무너져 독소를 만드는 유해균이 늘어나기 때문입니다. 또 장의 노화가 진행되면 장의 내부의 점막성분이 줄어 외적이 침입하기 쉬워져 면역세포의 기능도 저하해 갑니다.
　
우리 몸은 나이가 들면서 노화되지만 신체의 장기는 같은 속도로 노화되는 것은 아닙니다. 실은 장기 중에서 가장 빨리 노화하는 것이 장으로 소화와 배설을 위해 체내에서 가장 많은 혈액을 사용하는 기관이기 때문입니다. '사람은 혈관과 함께 노화한다'는 말이 있는데 혈류가 더뎌지면 그 영향을 많이 받는 장이 가장 빨리 노화하기 쉽습니다.

노화 외에도 편향된 식생활이나 스트레스, 운동 부족, 수면 부족 등 생활습관으로 인한 장의 피로도 영향을 미칩니다. 그러므로 같은 나이에서도 장 노화의 속도는 사람 제각각으로 상당히 개인차가 있습니다.

장의 건강이 다양한 생활습관병의 도화선이 되는 이유는 몸에 좋은 것도 나쁜 것도 장을 거쳐 전신에 돌기 때문입니다. 당연히 장에서 일어난 염증도 장내에만 머물지 않습니다. 마치 화재가 난 것처럼 장에서 혈관과 간, 심장, 췌장, 신장 등 다양한 장기로 전해져 갑니다.
　
예를 들어 혈관에 불이 붙으면 동맥경화가 진행되기 쉬워지고 췌장에 불이 붙으면 인슐린이 잘 만들 수 없게 되어 당뇨병의 발병으로 이어질 가능성이 있습니다. 이러한 영향은 전신에 미치기 때문에 장의 만성염증은 생활습관병을 비롯한 모든 질병으로의 도화선이라고 해도 과언이 아닐 것입니다.

장의 기능은 생활습관이나 정신상태 등의 영향을 곧바로 받기 때문에 자각할 수 있습니다. 그러한 상태가 계속되면 장이 노화하고 있는 상태라고 생각해도 좋을 것입니다. 또한 만성염증이라고 하는 것은 밖으로부터 침입한 균이나 바이러스에 대해서 일어나는 급성염증과 달리 거의 눈치채지 못합니다. 그러나 약해도 만성적으로 계속 진행하기 때문에 장기의 세포가 서서히 망가져 갑니다. 그리고 무엇보다 무서운 것은 세포에 만성염증이 일어난 기관은 원래대로 돌아가지 않는다는 것입니다. 방치하면 장기는 모르는 사이에 기능하지 않게 되어 5년이나 10년 후에 심각한 병이 나타날 위험성이 있습니다.

만성염증의 기점은 음식과 장에서 발생하는 유해물질과 같은 독소입니다. 살아있는 이상 먹고 배설하는 것을 피할 수 없습니다. 그런 의미에서 우리의 장기는 항상 만성염증의 위험에 처해 있다고 할 수 있습니다.
　
살아가기 위해 필요한 산소로 인해 노화의 원흉이 되는 활성산소가 체내에서 만들어지는 것과 같이 만성염증도 피해할 수 없는 숙명과 같은 것으로 생각하는 것이 좋을지도 모릅니다.

장의 노화를 진행하지 않게 하기 위해서는 식사는 1일 3식을 규칙적이게 섭취하고 적당량을 밸런스 좋게 해야 합니다. 또 장은 제2의 뇌라고 불리는 것처럼 정신상태와도 밀접하게 관련되어 있습니다. 그러므로 긴장을 풀거나 감동하는 시간을 가지는 것은 장의 젊음을 유지하는 데 중요하다고 할 수 있습니다.

중장년이 되면 조금 더 장의 변화에 민감하게 됩니다. 몸 안에서 가장 노화하기 쉬운 장기이므로 평소부터 장의 건강을 의식하는 것은 매우 중요한 일이고 장의 독소는 살아있는 한 계속 생성되지만 조금이라도 공급하지 않고, 쌓지 않고, 늘리지 않는 생활습관을 길러야 합니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 腸から始まる慢性炎症は生活習慣病への導火線
https://health.suntory.co.jp/professor/vol12/

연구를 하다 보면 우주의 구조형성을 일으키는 중력의 원천이 되는 대부분의 물질은 우리가 잘 알고 있는 물질을 구성하는 수소, 산소 및 탄소와 같은 일반적인 원소가 아니라 정체불명의 물질이라는 사실을 알 수 있습니다. 정체불명의 것이 존재한다고 알고 있다는 말은 매우 이상하게 받아들여지지만 암흑물질의 존재는 특수한 관측이나 이론으로부터 유도된 것이 아니라 다양한 관측결과로부터 공통으로 시사되고 있어 거의 사실이라고 할 수 있습니다.

◆ 근거가 되는 대표적인 관측 사실

· 은하의 회전속도가 별이 없는 외부영역에서도 크게 감소하지 않음
· 은하단 내의 구성은하의 속도분산이 매우 큰 점
· 많은 은하단에서 볼 수 있는 중력렌즈 현상
· 우주의 대규모 구조형성

이러한 모든 관측결과를 설명하기 위해서는 대량의 '눈에는 보이지 않지만 중력 상호작용을 하는 것'을 가져와야 합니다.

은하단과 관련된 암흑물질의 존재 증거로 중력렌즈 현상을 들 수 있습니다. 작은 원호에 밝은 부분이 많이 있는데 이 구성은하들은 거의 중앙을 감싸고 있습니다. 은하단에 있는 대량의 암흑물질이 '중력의 렌즈'가 되어 더 멀리 있는 은하의 형태를 바꾸어 버린 것입니다.

◆ 암흑물질 후보

암흑물질의 후보로서 다양한 것이 제안되어 있습니다.
　
· 알 수 없는 기본입자. 초대칭성 입자 뉴트랄리노나 액시온이라고 불리는 양자색역학으로 존재가 기대되는 입자.
· 우주 초기에 형성된 블랙홀
· 작고 어두운 천체

다만 우주에서의 바리온 물질(통상 원소)의 밀도는 매우 작기 때문에 어두운 천체가 암흑물질의 주요 요소일리 없다고 생각되고 있습니다. 또한 중성미자는 우주에 널리 존재하기 때문에 1980년대에는 암흑물질의 유력한 후보였지만 아래에 설명하는 바와 같이 우주의 구조형성의 관점에서 중성미자가 주요한 요소인 것은 부정됩니다.

◆ 암흑물질이 '차갑다'란 무슨 의미?

이상하게도 암흑물질의 정체는 알 수 없지만, 그 성질은 대략 알고 있습니다. 가장 기본적인 성질은 우주 초기에 상대론적이었는지, 암흑물질 입자의 속도분산(난잡한 움직임의 정도)에 의해 결정됩니다. 난잡한 움직임이 컸던 것은 '뜨거운 암흑물질'이라고 불리고 그렇지 않은 것은 '차가운 암흑물질'이라고 합니다. 예를 들어 중성미자는 전자이고 액시온과 뉴트랄리노는 후자의 대표후보입니다. 이 '뜨겁거나 차가운' 특성은 물질 분포의 매끄러움에 가장 두드러집니다. 왼쪽 하단의 그림은 '뜨거운 암흑물질' 모델에 기초한 우주의 대규모 구조의 형성 시뮬레이션이고 오른쪽 하단의 그림은 '차가운 암흑물질' 모델에 기초한 것입니다. 그리고 아래 그림은 실제로 관측된 우주의 구조를 보여줍니다. 일목요연하게 '차가운 암흑물질' 모델이 유력한 것은 곧 알 수 있습니다.

◆ 소멸하는 '밝은' 암흑물질

소립자물리학에서 가장 유력한 것으로 생각되는 차가운 암흑물질의 후보는 초대칭 입자 '뉴트랄리노'입니다. 뉴트랄리노는 특별한 성격을 가지고 있는데 뉴트랄리노 입자가 충돌하면 드물게 사라지고 고에너지 입자와 감마선으로 변할 것으로 예상됩니다. 우리의 은하계에서 그러한 일이 일어나고 있다면 감마선의 관측으로 암흑물질의 분포를 직접 볼 수 있을 것입니다. 아래 그림은 최근의 대규모 수치계산에 의해 얻은 은하에서의 암흑물질 대소멸에 의한 감마선 강도의 예상입니다. 은하 내에서는 암흑물질은 크고 작은 다양한 덩어리(부분구조)를 만들고 수천 개 이상의 덩어리(그림에서 밝은 부분)가 날아가고 있다고 생각됩니다. 은하 중심으로부터의 감마선은 현재 가동중의 Fermi 감마선 위성에서도 관측 가능하다고 생각되고 있어 암흑물질의 증거 발견이 기대되고 있습니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 冷たい暗黒物質
https://member.ipmu.jp/naoki.yoshida/darkmatter.html

자신들이 사는 장소에서 멀리 떨어진 정글이나 바다 속, 우주 등에 로망을 느끼는 사람은 많지만 발밑에 퍼져있는 미크로의 세계에 눈을 돌린 적이 있는 사람은 적습니다. 과학을 다루는 YouTube 채널 Kurzgesagt가 세포, 분자 및 원자가 보일 정도로 작은 크기의 세계에서 무슨 일이 일어나고 있는지를 애니메이션으로 설명했습니다.

Let’s Travel to The Most Extreme Place in The Universe - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=FfWtIaDtfYk

인간에 비해 너무나 광대한 우주의 신비에 매료되는 사람은 많습니다. 한편 인간도 벌레나 미생물에게는 엄청나게 큰 존재입니다.

우선 인간의 크기를 1000분의 1까지 줄이고 신장 불과 2mm의 상태로 세계를 바라봅시다. 이 상태에서는 모래 알갱이가 키만큼 크고 풀이 8층짜리 빌딩 정도의 높이로 느껴집니다.

한때 부담없이 산책할 수 있었던 1km 거리의 공원은 1000km 정도의 거리로 느껴져 프랑스를 횡단하는 거리에 필적합니다. 인간은 엠파이어 스테이트 빌딩의 4배의 높이로 보입니다. 꿀벌은 헬리콥터 정도의 크기에 날개와 몸의 움직임으로 지면이 흔들릴 정도입니다.

또 몸의 사이즈가 1000분의 1이 된 영향으로 공기의 밀도가 1000배로 느껴져 마치 꿀 속을 움직이고 있는 것 같은 감각이 된다는 것.

꿀벌은 이 체감공기밀도를 이용하여 보트를 젓는 노처럼 날개를 사용하여 하늘을 날고 있습니다. 그러므로 꿀벌이 인간 크기가 되면 몸과 날개가 너무 무거워 하늘을 날 수 없습니다.

이어 체장 2마이크로미터의 세계로 가보면 거의 대장균과 같은 크기가 됩니다. 이 상태가 되면 1km 거리의 공원은 인간에게 약 100만km의 크기로 느껴집니다.

미생물 시선으로 보면 꿀벌은 말 그대로 움직이는 에베레스트 산입니다. 공기는 용암 정도의 점도가 있으며 인간은 그 안에서 움직이기 어렵습니다.

나뭇잎 1장이 파리만큼의 광대해지고 진딧물의 파먹은 흔적이 분화구처럼 남아 있습니다. 식물의 세포는 유리에 싸인 집처럼 느껴집니다. 떨어지는 물방울은 소행성이 떨어지는 것처럼 보입니다. 그러나 이 스케일에서는 물의 충격을 받지 않고 그대로 물에 흡입된다는 것. 물분자에 작용하는 응집력에 의해 물은 접착제처럼 손발에 붙기 때문에 작아진 인간은 흐름에 몸을 맡길 수밖에 없습니다.

작은 물방울에는 많은 양의 미생물과 테니스공 크기의 바이러스가 존재합니다. 대부분의 미생물은 자동차 크기의 해파리와 같은 형태를 하고 있고 편모라는 촉수와 같은 기관으로 물속을 움직이고 있습니다. 이것을 인간에게 비유하면 시속 600km 이상의 속도로 진흙 속을 진행하는 것과 같습니다. 또한 미생물은 매우 작고 물의 점도가 너무 높기 때문에 기본적으로 미생물의 움직임에 관성의 법칙이 작동하지 않습니다. 그 때문에 미생물의 움직임은 예측 불가능한 움직임이 된다는 것.

이어서 몸길이 2나노미터의 분자크기의 세계를 살펴보면 물방울이 달처럼 보입니다.
그리고 공원은 거의 태양계에 필적하는 크기가 됩니다. 그러나 거기는 진공이 아니라 다양한 물질로 가득합니다. 어디를 봐도 무수한 분자나 원자가 있고 풀의 세포의 단단한 벽에서도 진동과 에너지가 느껴집니다.

1개의 물방울에 포함되는 물분자는 약 60억 개에 이르고 물분자가 1초간에 수백조 회나 충돌하는 폭풍과 같은 세계라고 합니다. 인간의 스케일로 환산하면 각각의 물분자는 시속 2300km를 넘는 스피드로 이동하고 있는 것과 같다고 합니다.

이들 분자의 움직임은 열에 의한 것으로 열은 분자의 움직임과 진동입니다. 열을 잃으면 분자의 움직임이 느려지고 충돌빈도도 감소합니다. 열을 얻으면 분자는 속도를 높이고 충돌빈도도 높아진다는 것.

또 물방울로부터 공기 중으로 튀어나오면 공기를 구성하는 분자가 드물게 존재하고 그 이외에는 거의 아무것도 없다는 것을 깨닫습니다.

분자 사이에는 진공이 있을 뿐이며 분자가 다음 분자에 충돌하기까지 평균 60나노미터로 인간의 스케일로 환산하면 하키장 정도의 거리를 이동한다는 것.

만약 방 안에서 날아다니는 모든 분자와 원자를 압축하면 부피는 방의 0.1% 수준입니다. 즉 인간의 주위는 99.9%가 진공이라고도 표현할 수 있습니다.

한층 더 수축해 신장 2피코미터의 사이즈가 되면 통상의 인간은 20억 km 정도의 사이즈가 되어 태양으로부터 토성까지 손이 닿는 스케일이 됩니다.

그래도 원자의 질량의 99.7%를 차지하는 원자핵은 손가락 끝에 올린 모래알 정도의 크기가 됩니다. 원자핵을 도는 전자는 에펠탑 정도의 범위를 돌고 있다는 것. 원자핵은 진동하거나 부풀어 오르는 등 가만히 정지하고 있지 않습니다.

여기에서 1,000분의 1 사이즈로 축소하면 더 이상 작은 세계는 관측할 수 없는 플랑크 길이에 도달합니다. 이것보다 작은 세계에서는 기존의 우주모델은 의미를 갖지 않는다는 것입니다.

이 세계에서는 입자가 거품처럼 보이고 상상을 초월하는 에너지의 양자거품이 생성된다고 추정되고 있습니다.

올려다 보는 밤하늘은 엄청나게 광대하고 이상하게 보입니다. 그러나 작은 세계는 더욱 이상합니다.

글래스고대학 등의 연구자들이 자유공간(물질이 존재하지 않는 공간)을 이동하는 빛을 감속시키는 데 처음으로 성공했다. 지금까지 진공 중의 빛의 속도는 일정하고 불변한 물리적 척도로 취급되어 왔지만 이번 결과는 그 전제를 뒤흔든 것이다.

연구팀은 광자를 액정 마스크(liquid-crystal mask) 장치에 통과시켜 형상을 변화시키고 형상이 변화하지 않은 광자와 속도를 경쟁하게 하는 실험을 실시했다. 그 결과 형상이 변화한 쪽의 광자는 1m의 이동거리에서 최대 20파장분의 지연이 관측되었다. 이것은 빛이 자유공간에서 감속할 수 있음을 보여주는 첫 실험결과다.

자유공간 중의 빛의 속도는 초속 2억 9,979만 2,458m이며 이 속도는 불변으로 지금까지 생각되어 왔다. 빛은 물이나 유리를 통과하는 동안 감속하지만 통과한 후에 다시 광속으로 돌아간다. 그러나 이번 실험에서는 광자는 마스크를 통과한 후에도 약간 감속한 상태를 유지했다.

글래스고대학의 광학연구그룹에 속하는 마일즈 패젯 교수가 지휘하고 에든버러에 있는 헬리엇와트대학과 공동으로 실시된 이번 연구는 Science 학술지의 온라인 선행 게재판 'Science Express'에 발표되었다.

연구팀은 이번 실험에서 광빔의 거동을 자전거 레이스 집단의 주행에 비유하고 있다. 빛은 '입자'와 '파동' 양쪽의 성질을 겸비하기 때문에 개별 광자의 형상을 '파동'으로 변화시키는 한편 두 광자의 이동속도를 '입자'로 경쟁시킬 수 있다.

자전거 레이스의 집단은 전체적으로는 일정 속도로 이동하고 있어도 개별 선수는 집단 내에서의 순위를 바꾸면서 각자 다른 스피드로 달리고 있다. 동일하게 빛에도 적용되며 하나의 광빔은 복수의 상이한 속도로 구성된다. 즉 1개의 광빔은 자전거 레이스 집단과 마찬가지로 전체적으로는 광속으로 이동하고 있지만 선수에 해당하는 개별 광자의 속도는 각각 다른 것이다. "구조화된 광선에 우리가 달성한 지연은 1m의 전파거리에서 수 마이크로미터로 작다. 그러나 그것은 유의미한 지연”이라고 연구의 필두저자 중 한 명인 다니엘 조바니 씨는 말했다.

다만 중요한 것은 이 실험결과가 단거리에만 적용된다는 점이다. 연구팀은 광빔의 생성에 사용되는 렌즈가 크고 또한 빛의 이동거리가 짧을 경우에 감속의 효과가 최대가 된다고 설명했다. 즉 이번 연구결과는 우주의 구조에 관한 우리의 기본적 이해에까지 변화를 가져오는 일은 없지만 빛에 관한 기존의 이해에는 변화를 가하는 내용이다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 自由空間において光の速度は一定でないことが、初めて証明される
https://wired.jp/2015/01/27/speed-of-light-slowed/

지구의 위성인 달의 성립에 대해서는 복수의 가설이 있지만 그 중에서도 약 46억 년 전에 테이아라는 천체가 지구에 충돌해 그 파편이 달이 되었다는 자이언트 임팩트설이 유력한 것으로 여겨지고 있습니다. 새롭게 영국의 더럼대학, 글래스고대학, NASA의 에임스연구센터의 연구자로 구성된 팀이 슈퍼컴퓨터를 사용하여 자이언트 임팩트설을 시뮬레이션 한 결과에서 달은 행성충돌로부터 불과 몇 시간 만에 형성되었을 가능성이 부상했습니다.

Collision May Have Formed the Moon in Mere Hours, Simulations Reveal | NASA
https://www.nasa.gov/feature/ames/lunar-origins-simulations

How did the moon form? A supercomputer may have just found the answer | Live Science
https://www.livescience.com/moon-formed-in-hours-new-simulations-suggest

자이언트 임팩트설에도 여러 패턴이 있고 달이 어떻게 형성되어 갔는지에 대해서는 논의의 여지가 있습니다. 지구에 충돌한 테이어가 수백만 개의 파편과 지구에서 기화한 암석과 가스가 섞여 천천히 지구를 도는 원반이 형성되었고 수백만 년에 걸쳐 냉각되면서 달이 되었다는 가설에서는 달의 대부분이 테이아 유래의 물질임에도 불구하고 동위원소 조성이 지구와 비슷하다는 점에 대한 설명이 부족합니다. 또 달은 테이아의 충돌에 의해 지구로부터 기화한 물질로 이루어진 원반 속에서 형성되었다는 가설에서는 현재의 달의 궤도를 설명하기 어렵다고 합니다.

이에 더럼대학의 계산우주학자인 Jacob Kegerreis 씨 연구팀은 대량의 물질에 작용하는 중력과 유체역학적인 힘을 시뮬레이션하는 'SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking(SWIFT)'라는 컴퓨터 프로그램과 더럼대학의 우주연구용 슈퍼컴퓨터인 COSMA를 이용한 시뮬레이션을 실시했습니다.

연구팀은 COSMA를 이용하여 다양한 각도, 회전, 속도로 지구와 테이어의 충돌을 시뮬레이션했습니다. Kegerreis 씨에 의하면 일반적인 컴퓨터에서는 모델화할 수 있는 입자의 수는 10만~100만 개 정도이지만 COSMA를 사용하면 1억 개의 입자를 모델화할 수 있다고 합니다.

COSMA를 이용한 고해상도 시뮬레이션을 통해 연구팀은 행성충돌로 방출된 지구의 물질과 분쇄된 테이아의 파편으로부터 단 몇 시간 만에 달이 형성되었을 가능성이 있다고 결론지었습니다.

New Supercomputer Simulation Sheds Light on Moon’s Origin - YouTube
https://youtu.be/kRlhlCWplqk

화면의 왼쪽에서 날아온 테이아가 오른쪽의 원시의 지구와 충돌해 녹은 대량의 파편이 휘날립니다. 그러나 지구 쪽은 곧바로 형태를 되찾고 거기에서 꼬리처럼 녹은 파편이 늘어나는 형태로 파편은 2개의 덩어리가 되었고 지구에 가까웠던 큰 덩어리는 흡수되었지만 지구로부터 멀었던 작은 덩어리는 흡수되지 않고 남아 달이 되었다는 것.

이번 시뮬레이션은 달이 단 몇 시간 만에 형성되었을 가능성이 있다는 것을 보여주었습니다. 이 시나리오에서는 달의 외층은 약 60%가 원시 지구 유래의 재료로 구성되어 있으며 채취된 달 샘플과 지구의 동위원소 조성이 유사하다는 점과 달의 기울어진 궤도에 대해서도 설명을 할 수 있습니다.

이 시나리오가 옳다는 것을 증명하려면 미래의 달탐사에서 월면 아래 심층부에서 암석 등의 샘플을 채취하여 맨틀의 혼합상태 등에 대해 분석해야 합니다. Kegerreis 씨는 향후 더 많은 달 샘플이 입수하면 그 분석결과를 모델에 반영해 더욱 정밀도를 높일 수 있다고 보고 있습니다. “이번 임무와 연구는 달과 지구의 역사에 대한 규명과 태양계 내외의 행성 형성에 대해 더 깊이 알기 위해 확실히 도움이 된다”고 평가했습니다.

또한 논문의 공동저자인 더럼대학의 빈센트 에이크 씨는 “달이 어떻게 탄생했는지 알수록 우리가 사는 지구의 진화가 보인다”고 말했습니다.

'Stable Diffusion' 등의 이미지 생성 AI가 화제인 가운데 'Make A Video'나 'Phenaki' 등의 동영상 생성 AI도 잇달아 등장하고 있습니다. 새롭게 Google이 테디베어가 접시를 씻는다(a teddy bear washing dishes)라는 자연언어로 동영상을 생성하는 'Imagen Video'를 발표했습니다.

Imagen Video
https://imagen.research.google/video/

Google은 2022년 5월에 텍스트로 고정밀 이미지를 자동으로 생성할 수 있는 AI 'Imagen'을 발표했습니다.

Imagen: Text-to-Image Diffusion Models
https://gweb-research-imagen.appspot.com/

그리고 Google은 이번에 이미지가 아닌 약 5초간의 동영상을 생성할 수 있는 'Imagen Video'를 공개했습니다. 도대체 어떤 동영상이 생성되는지는 아래의 동영상에서 확인할 수 있습니다.

Google's NEW Text to Video AI! - Imagen Video, Text to Video Generator
https://m.youtube.com/watch?v=3oVDdl9jCxE

Imagen Video는 먼저 입력된 텍스트 프롬프트를 자연언어 처리 AI 'T5'로 처리합니다. 다음 확산모델로 영상을 생성하는 'Video Diffusion Models'가 베이스가 되는 24×48의 해상도, 초당 3프레임으로 16프레임의 영상을 생성합니다. 그리고 이것을 '시간적 초해상도(Temporal Super-Resolution)'와 '공간적 초해상도(Spatial Super-Resolution)'라는 모델로 업샘플링하여 최종적으로 1280×768의 해상도와 초당 24프레임에서 128프레임 약 5.3초의 영상을 생성합니다.

Imagen Video의 공식사이트와 SNS에는 그 밖에도 Imagen Video에서 생성한 다양한 동영상이 게재되어 있습니다.

혈액형이라고 하면 A·B·O·AB라는 4가지로 분류하는 ABO식 혈액형이 유명한데 적혈구에 있는 항원이라는 물질의 미세한 차이에 따른 상세한 분류에서는 지금까지 40종류 이상의 혈액형이 발견되었습니다. 새롭게 원인불명의 혈액이상으로 인해 아기를 잃은 모친의 혈액이 매우 희귀한 타입이었던 것으로 밝혀져 44번째의 새로운 혈액형이 특정되었습니다.

Missense mutations in PIEZO1, encoding the Piezo1 mechanosensor protein, define the Er red blood cell antigens | Blood | American Society of Hematology
https://doi.org/10.1182/blood.2022016504

NHS scientists discover new blood group system - NHS Blood and Transplant
https://www.nhsbt.nhs.uk/news/nhs-scientists-discover-new-blood-group-system/

September: er-blood | News and features | University of Bristol
https://www.bristol.ac.uk/news/2022/september/er-blood.html

이번 연구의 계기는 태아의 혈액에 이상이 발견되었기 때문에 긴급 제왕절개를 하게 된 모자의 사례입니다. 아기는 그 후 수혈 등의 의료 개입에도 사망했고 원인도 알지 못했습니다.

이 사례의 원인규명을 위해 영국의 브리스톨대학과 국립혈액서비스(NHSBT)를 중심으로 한 국제연구팀이 모친의 혈액샘플을 분석한 결과에서 'Er형'이라는 매우 희소한 혈액형인 것으로 드러났고 이것이 원인으로 태아와 모친의 혈액이 적합하지 않아 모친의 몸이 아기의 혈액을 공격해 버렸을 가능성이 있는 것으로 밝혀졌습니다.

Er형에 관해서는 지금까지 'Era'라는 항원이 30년 전에 발견되어 있었고 그 후 'Erb', 'Er3'라는 합계 3가지의 항원이 특정되었는데 샘플수가 적고 도대체 어떠한 물질인지 알 수 없었습니다. 그래서 연구팀이 유전자 편집기술을 이용하여 세포에서 단백질을 제거하거나 재도입하는 연구를 실시한 결과에서 알려진 3가지의 항원과 새롭게 발견된 2가지의 항원 'Er4', 'Er5'가 'Piezo1'이라는 단백질과 결합하는 것이 증명되어 Er형이 새로운 혈액형의 계통이라는 사실을 확인하였습니다.

NHSBT의 Nicole Thornton 씨는 이번 연구결과에 대해 “이 발견은 혈액형의 유전적 배경에 관한 30년 동안 풀지 못한 수수께끼의 열쇠였지만 우리에게 가장 중요했던 일은 비극적으로 아기를 잃은 모친들에게 그 이유를 전달할 수 있었던 것”이라고 말했습니다.

연구팀에 의하면 이 연구로 드문 혈액형을 조사하기 위한 검사방법이 확립되어 향후는 드문 혈액형을 가진 환자에게도 최선의 치료를 제공하는 것이 가능하게 되었다고 합니다. 또한 이번에 확인된 단백질은 세포 표면에 극히 약간밖에 존재하지 않았지만 그러한 경우에도 항원성을 갖는 것으로 나타났기 때문에 수혈의료 측면에서도 큰 발견이었다고 합니다.

물이란 H2O로 이것을 분해해 봅시다.

수소원자는 양성자 1개, 전자 1개로 구성되어 있습니다. 그러나 전자껍질의 가장 안쪽의 K껍질에는 전자가 두 개 들어가는 공간이 있습니다. 이 K껍질에 하나 빈 공간이 있기 때문에 이대로는 불안정한 상태입니다.

거기에 또 하나의 수소원자가 나타나 전자를 공유함으로써 K껍질이 채워져 안정적이게 될 수 있게 됩니다. 이 전자껍질을 공유함으로써 결합하는 것을 '공유결합'이라고 합니다. 따라서 일반적으로 수소는 단독으로는 분자로 존재합니다.

이어 산소원자는 전자껍질의 최외각에 두 개의 여유공간이 있습니다. 수소와 마찬가지로 그대로는 안정적이지 않기 때문에 원자가 2개 붙어 산소분자 O2, 3개로 오존 O3 등으로 존재합니다. 그 외 이산화탄소 등 다양한 원소와 붙어서 안정적이게 됩니다.

이 산소원자의 틈새에 수소원자가 붙으면 서로의 전자를 공유하면서 안정되어 물분자(H2O)가 됩니다.

그러나 여기서 하나 신경이 쓰이는 것이 양성자는 (+), 전자는 (-)의 전하를 가지고 있는데 물분자를 보면 수소는 산소에 전자를 빼앗긴 모습입니다. 그렇다는 것은 전자가 산소 측에 치우쳐져 버리기 때문에 수소는 전자의 영향이 없어져 (+)로 대전합니다. 산소는 전자를 2개 받음으로써 (-)에 대전하면서 물분자는 분자 자체가 극성을 갖는 것이 됩니다. 이것을 '극성분자'라고 합니다.

물분자에 (+)와 (-)의 극성이 있다는 것은 다른 극성끼리는 끌어당기는 현상이 일어납니다. 수소 부분은 산소 부분으로, 산소 부분은 수소 부분으로 서로 끌어당기는 현상은 수소가 물분자를 결합시키는 것처럼 보입니다. 이와 같이 수소를 통해 결합하는 것을 '수소결합'이라고 합니다. 결합이라고 부르기에는 그 힘은 그다지 강하지 않기 때문에 분자간 힘이라고도 불립니다.

이 물분자의 집합을 '클러스터'라고 부릅니다.
수소결합의 힘은 약하기 때문에 물 속에서는 물분자끼리가 붙어 있거나 멀어지기를 반복해 이 클러스터의 크기가 끊임없이 변화하고 있습니다.

여담이지만 얼음이 물에 떠 있는 이유는 이 클러스터가 관련되어 있습니다. 물이 액체일 때는 물분자가 돌아다니기 때문에 클러스터가 변화하고 서로의 틈을 메우므로 밀도가 높습니다.

한편 물이 식어 가면 물분자의 움직임이 멈추고 클러스터에 틈을 만든 채 얼어붙습니다. 틈이 많이 있으므로 밀도가 낮아지고 부피가 커집니다. 그 때문에 밀도가 낮은 얼음은 밀도가 높은 물에 뜨고 체적도 커지는 것입니다.

마지막으로 물은 전기를 잘 통과시킵니다. 그러나 순수한 물은 전기를 통과시키지 않습니다. 전기는 자유전자의 이동인데 순수한 물은 수소와 산소의 공유결합이 강하고 전자가 결합의 속박에서 벗어날 수 없습니다. 전자가 움직일 수 없기 때문에 전기를 통과시키지 못합니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 水と電気の関係。純水は電気を通さない？
https://alllearnhobby.com/archives/232.html

소립자의 질량과 깊은 관계가 있는 힉스는 톱쿼크와 서로 반응할 수 있는데 이번에 보텀쿼크와 반바텀쿼크의 쌍으로 변신하는 것이 LHC의 실험으로 확인할 수 있었다고 합니다.

CERN의 보도 자료(영어)
https://press.cern/press-releases/2018/08/long-sought-decay-higgs-boson-observed

원래 힉스입자는 60% 정도의 확률로 보텀쿼크와 반보텀쿼크의 쌍으로 변신할 것으로 예상되었지만 변신하는 모습은 확인할 수 없었습니다. 많이 일어나는 현상이지만 결과적으로 많은 입자가 튀어나오게 되기 때문에 찾아내는 것이 매우 어려웠습니다. 그러나 LHC가 방대한 실험자료를 분석한 결과에서 변신하는 모습이 보였다고 합니다.

이전 실험에서 타우입자와 힉스입자가 서로 반응할 수 있다는 것을 알고 있었으므로 물질을 구성하고 있는 소립자인 페르미온의 3세대의 매우 가벼운 중성미자를 제외한 소립자 중에서도 특히 무거운 3개의 소립자인 탑쿼크, 보텀쿼크, 타우입자와 힉스입자가 서로 반응할 수 있음을 확인할 수 있게 되었습니다. 이 연구결과로 이 소립자의 질량의 대부분은 힉스입자와 붙어서 생겨나고 있다고 설명할 수 있게 되었습니다.

앞으로는 더욱 데이터를 늘려 힉스입자와의 사이 좋은 정도가 제3세대와는 크게 다를지도 모르는 제2세대의 페르미온과의 반응도 자세하게 조사할 예정이라고 합니다.

전자설계를 생업으로 삼고 있는 Hales 씨가 실내용 공기품질을 측정하는 제품에 대해 “업계가 붕괴 상태에 있어 제품이 쓰레기라도 그 사실을 깨닫는 고객이 적기 때문에 신경을 쓰지 않는다”고 지적했습니다.

Many indoor air quality sensor products are a scam (temperature, humidity, pressure, CO2, TVOC)
https://halestrom.net/darksleep/blog/048_indoorairsensing/

Hales 씨의 비판은 임베디드 시스템용 펌웨어로서 이용되고 있는 Linux 배포판 OpenWRT의 포럼에서 '방의 온도나 습도를 측정하고 싶지만 4개의 기기에서 모두 다른 값이 나와 버리므로 어떻게 하면 좋을지 고민'이라는 글에 대한 답변에서 나왔습니다.

전자설계를 생업으로 온도·습도 센서 등을 취급하는 Hales 씨에 의하면 온도·습도·압력 등을 측정하는 디바이스를 만드는 과정은 BME280이나 2SMPB-02E라는 기성품의 센서 컴퍼넌트를 Wi- Fi를 갖춘 마이크로컨트롤러나 칩셋 부착 PCB에 배치하면 간단하다는 것.

이러한 센서 컴포넌트는 메이커가 정밀도를 보증하고 있어 매우 우수한데 문제는 디바이스에서 올바르게 사용되고 있는 것을 본 적이 없다고 합니다.

첫째, 온도측정을 올바르게 수행하려면 온도센서를 보드에서 다른 전력을 사용하는 전자장치와 분리하여 배치해야 합니다. 마이크로컨트롤러와 Wi-Fi 칩셋은 단 0.5W의 열만으로도 센서에 영향을 미칩니다. 측정온도의 오차는 아무것도 하지 않으면 몇 도, 만약 센서의 주위에 강제적으로 공기의 흐름을 만든 경우는 0.1℃ 미만이 됩니다. 오차는 그야말로 바람 정도라도 변화하기 때문에 단순히 수치를 조작해 조정하는 것은 무리라는 것.

그리고 습도표시는 '현재 기온에서의 공기의 최대 수분 용량'을 기준으로 하고 있기 때문에 온도의 어긋남은 습도의 어긋남으로 이어집니다.

압력센서도 내부 판독값을 보정하여 올바른 값을 표시하기 위해서는 센서 자체의 온도가 필요합니다. 이러한 이유로 온도센서가 내장되어 있지만 일부는 자체 발열을 일으킬 수 있습니다. 데이터시트에는 보정을 실시하는 방법이 기재되어 있지만 잘못된 방법을 선택해 버리는 케이스가 있다고 합니다.

이 밖에 이산화탄소 센서는 상대값은 문제 없지만 '하루에 한 번은 신선한 공기와 접촉하고 있다'는 것을 전제로 이산화탄소 값이 가장 낮을 때를 최소 측정치로 자동 보정하려고 하는 케이스가 있다고 합니다. 이 때문에 밀폐되어 있어 계속적 공조가 효과가 있는 사무실 등이라면 제대로 기능하지 않는다고 Hales 씨는 지적했습니다.

Hales 씨는 “제품의 정확성과 신뢰성, 예상되는 제품 수명 및 적절한 사용방법을 보여주는 문서가 제공되지 않는 한 장치는 사기로 간주하라”고 조언했습니다.

스티븐 호킹은 젊은 시절에 ALS(근위축성 측삭 경화증)를 발병해 휠체어 생활을 강요당했다. 발병 후 수년 만에 호흡근 마비를 일으킨다는 난치병으로 여명도 길지 않다고 생각되었지만 호킹은 76세까지 살았다.

이 천재 물리학자가 어려서 죽을 것이라던 예측은 연구논문이 나올 때마다 이 사람은 불사신인 것이 아닐까라고 생각하게 되었다. 호킹은 “휠체어의 뉴턴”으로서 방대한 연구성과나 일반 과학서를 계속 발표했다.

그와는 정반대의 철학을 가지면서 그와 친밀한 물리학자 로저 펜로즈와 비교해 보자.

펜로즈는 호킹의 박사논문의 사독자로 이른바 스승에 해당하고 공동으로 논문도 집필하다. 두 사람은 모두 물리학의 거성이지만 과학에 대한 자세는 정반대다.

펜로즈는 아인슈타인 등과 같은 계보에 속해 '실재론'이라는 생각으로 물리학을 하고 있다. 실재론은 물리학의 수식 뒤에 물체가 실재한다는 굉장히 당연한 생각이다. 물리학자나 철학자가 아닌 일반인들도 '소박실재론'으로 인생을 보내고 있다. 눈앞의 테이블이나 고양이가 실제로는 실재하지 않는 것이라고 의심하는 사람은 그다지 많지 않을 것이다.

호킹은 보어 등과 같은 계보에 속해 ‘실증론’이라는 생각의 물리학자다. 실증론이란 물리학의 수식은 실험이나 관측과 대조하기 위한 계산도구에 지나지 않고 그 배후에 물체가 있는지 어떤지는 관여하지 않는다는 생각이다.

수식을 컴퓨터 프로그램에 넣어 수치를 낸다. 그 수치가 실험이나 관측의 수치와 맞는지가 중요하다. 수식 뒤에 물체가 있는지 여부는 아무래도 좋다. 실재를 말해도 의미가 없다. 말하자면 완전히 개방된 세계관인 것이다.

◆ 사제가 예언한 우주 시작의 '심'

철학은 다르지만, 수식을 이용해 예언을 하는 점은 같다. 그래서 호킹과 펜로즈는 함께 논문을 썼다. 원래는 펜로즈가 '블랙홀의 한가운데에는 심이 있다'는 특이점 정리를 증명했고 호킹이 그것을 우주에 응용해 공동으로 '우주의 시작에도 심이 있다'라는 논문을 쓴 것이다.

특이점이라는 것은 크기가 0인데 에너지가 유한한 점이다. 크기가 0이므로 에너지밀도는 무한대가 된다(유한 에너지 ÷ 0 = 무한대). 물리학은 뉴턴방정식이든 아인슈타인 방정식이든 무한대가 나오면 계산이 불가능해진다. 그래서 특이점은 '물리학의 끝'을 의미한다.

그런 곤란한 '심'이 블랙홀의 한가운데뿐만 아니라 우주의 시작에도 존재한다는 것이다.

◆ 독자적 우주론을 전개한 호킹

실재론의 펜로즈와 실증론의 호킹의 우주론에 있어서의 공동작업은 여기에서 끝났다. 이 논문 이후 두 사람은 극단적으로 다른 우주론을 전개하기 시작한다.

호킹은 '우주의 시작에도 '심'이 있었다'는 설을 담백하게 버리고 '양자론을 가미하면 우주의 시작은 없어지고 시간도 허수가 된다'는 '허시간의 우주론'을 제창했다. 시간이 허수가 되면 보통의 시계에서는 시간을 헤아릴 수 없게 되는 것을 넘어 시간의 경과라는 개념조차 없어져 버린다. 그래서 우주의 시작도 없어진다.

심=특이점이라는 것은 시공에 있어서는 뾰족한 점과 같은 이미지다. 파라솔을 펼치기 전에는 끝이 뾰족하지만 펼치면 구면의 일부가 되어 버려 전체가 둥글게 되기 때문에 심=특이점이 사라진다는 느낌이다.

거의 의미가 없는 우주론이지만 호킹은 실증론자이고 우리는 아무래도 수식에서 '의미'를 찾아내려고 한다.

호킹에게는 우주론에 양자론을 적용해 보자 시간이 허수가 되었다는 이야기로 허시간의 우주의 '흔적'이 현재 우주에 남아 있으면 관측할 수 있고 남아 있지 않으면 관측할 수 없다는 것에 불과하다.

덧붙여 호킹은 아인슈타인의 중력방정식에 조금 양자역학을 가미해 계산을 한 양자중력이론의 선구자라고 할 수 있다.

우주의 시작뿐만 아니라 블랙홀의 경계선(사건의 지평선)도 양자론 식으로 고찰해 '블랙홀은 완전히 검은 것이 아니라 조금 방사하고 있으며 실은 그레이홀이었다'는 계산도 했다. 이것이 유명한 호킹방사이며 블랙홀이 결국 에너지를 방사하고 증발한다는 놀라운 예상으로 이어진다.

◆ 빛에 집착한 펜로즈

실재론자인 펜로즈는 눈에 보이는 '빛'에 집착했고 또다시 기발한 우주론을 발표했다.

우주의 시작에는 질량이 있는 물체가 없었고 질량이 0인 빛만 있었다. 현재 우주는 가속도적으로 팽창하고 있어 물질이 점점 희박해지고 결국 블랙홀 투성이가 되지만 그 블랙홀도 호킹방사에 의해 증발한다. 그런 미래에 존재하는 것은 빛뿐이다. 그리고 물체가 없으면 공간에서 길이를 측정할 수 없다. 빛만으로는 각도밖에 측정할 수 없는 것이다.

그러면 우주의 시작의 작은 우주와 팽창하여 거대해진 우주는 같은 '크기'라고 해도 상관없다. 왜냐하면 원래 빛만으로 채워진 우주에는 길이라는 개념이 없기 때문이다.

따라서 펜로즈는 우주의 시작과 끝이 '같다'는 우주론에 도달했고 빅뱅 직후의 우주를 관측하면 '이전 우주의 흔적'이 있을 것이라는 예상했다. 이전 우주의 지적생명체가 다음 우주에 어떠한 메시지를 남기진 않았겠냐는 꿈이 있는 가설에는 크게 마음이 움직인다.

과연 우주의 시작은 둥글고 허시간이었는지, 아니면 처음과 끝이 '빛'으로 충만하는 윤회전생하는 우주였는가...

호킹과 펜로즈는 실증론과 실재론이라는 극단에 위치하는 철학을 가지고 있지만 두 사람이 도달한 곳은 모두 SF적이고 순수수학과 인간의 상상이 아름답게 융합된 꿈의 세계이다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 「宇宙の始まり」を消し去ったホーキングの「すごい世界観」
https://gendai.media/articles/-/55317?page=1

수식으로 쓰면 E = mc^2. 세계 제일 유명한 물리학의 방정식이다. 기호의 의미를 어원까지 거슬러 올라가 보면 E는 에너지(energy), m은 질량(mass), c는 라틴어의 빠름(celeritas, 케레리타스)의 머리글자이다. 에너지는 그리스어 유래로 '내부에 있는 일하는 능력'이라는 뜻이다.

에너지라는 개념은 파악할 곳이 없다. 에너지는 자유자재로 모습을 바꾼다.

에너지가 붙는 단어를 떠올려보면 전기에너지, 열에너지, 화학에너지, 운동에너지, 위치에너지, 중력에너지 등으로 다양한데 이상하게도 학교에서는 에너지라는 개념 그 자체에 대해 자세하게 가르치지 않는다.

실은 대학이나 대학원에서 전문적으로 물리학을 공부한 사람이라도 간단하게 대답할 수 없을 가능성이 있다. 그만큼 에너지는 물리학에서 귀찮은 개념이다.

그러나 견해를 바꾸면 반대로 에너지는 매우 간단한 문제라고 볼 수도 있다.

간단한 사고방식: 존재하는 사물에는 모두 에너지가 있다　

이 명제의 대우를 세우면 다음과 같이 된다.

에너지가 없는 사물은 존재하지 않는다　

에너지가 제로라고 하는 것은 사물로서 존재할 수 없다는 것이다! 물리학이 사물의 이론을 탐구하는 학문이라면 물리학은 에너지를 탐구하는 학문으로 정의하는 것도 가능한 것이다.

예를 들어 높은 위치에 있는 물체는 떨어지면 에너지가 나타난다. 위치에너지(=중력에너지)가 운동에너지로 변하는 것이다. 덧붙여서 위치에너지는 숨겨진 능력이라는 의미로 일반적으로는 포텐셜 에너지로 분류된다. 영어의 잠재력(potential)은 '가능성, 능력'을 의미한다.

수력발전소에서는 높은 위치에 있던 물이 낮은 위치로 이동하여 고속·고압이 되는 현상을 이용하여 터빈을 돌려 전기에너지로 변환하고 있다. 위치에너지가 전기에너지로 변하는 셈이다.

산업혁명에서의 증기기관의 발명으로 인류는 석탄이나 석유 등의 화석연료를 연소시키는 화학반응을 이용해 열에너지를 운동에너지로 변환해 기관차나 기선을 움직일 수 있게 되었다. 화학에너지→열에너지→운동에너지라는 에너지 변화의 가능성이 열린 것이다.

내가 운전하는 가솔린차도 이 원리로 달리고 있다. 열에너지로 터빈을 돌려 전기에너지로 변환함으로써 기차는 전차가 되었고 각 가정에 전기제품이 넘치는 시대가 왔다.

◆ 정지에너지

천재 아인슈타인의 정지에너지는 학교에서 가르치는 에너지에서 거의 나오지 않는다.
모처럼 학교에서 움직이는 물체에는 운동 에너지가 있다고 가르치나 물체가 멈춰 있어도 에너지가 있다는, 마치 반대와 같은 것을 가르치는 것이 꺼려졌기 때문일까?

E=1/2mv^2

예를 들어 학생들에게는 이런 질문이 나올 수 있다.

"멈춰 있던 물이 아래로 떨어지면 위치에너지가 운동에너지로 바뀌고 터빈을 돌려 발전하는군요? 그렇다면 원자력발전에 나오는 정지에너지도 포텐셜 에너지의 일종인가요?"

원자력에너지에 의한 발전에서는 핵분열 시에 질량이 줄어들어 그 줄어든 분의 정지에너지가 중성자 등의 운동에너지로 변환되는데 중성자 등은 엄청 작고 날고 있는 방향 역시 제각각이어서 열에너지이고 그 열에너지로 터빈을 돌려 전기로 변환한다.

요점은 정지하고 있는 원자핵의 '정지에너지'가 결국 전기에너지로 변환되는 것이다.

정지하고 있기 때문에 그것은 운동에너지가 아닐 것. 그렇다면 넓은 의미에서의 포텐셜 에너지일 것이라고 학생이 의문을 품어도 이상하지 않다.

하지만 선생님은 대답에 궁핍해질 것이다. 왜냐하면 정지에너지는 그동안 학교에서 가르쳐 온 위치에너지 등과는 본질적으로 다른 에너지이기 때문이다.

아인슈타인의 이론에서 위치에너지 같은 포텐셜 에너지는 최종적으로 '중력장을 나타내는 계량 텐서'라는 난해한 수학이 등장할 수밖에 없다. 텐서는 수학의 벡터를 일반화한 개념이지만 학생의 소박한 의문에 대답하기 위해 꺼내기는 무리다.

위치에너지는 중력장이 가지는 에너지로 그것은 시공의 왜곡을 나타낸다. 수학적으로는 계량 텐서로 나타난다.

아인슈타인의 발견은 이런 형태로 쓸 수 있다.

v는 사물의 속도이며 이것이 0일 때

에 귀착한다. 이 식은 근사적으로 다음과 같이 쓸 수도 있다.

우변의 전반이 정지에너지로 후반은 운동에너지다.

즉 아인슈타인은 지금까지 알려진 운동에너지뿐만 아니라 물체가 멈춰도 정지에너지가 되는 것이 존재한다고 주장한 것이다. 아인슈타인 이전에는 이 정지에너지의 존재에 아무도 알지 못했습니다.

태양의 핵융합이나 핵분열 시에는 질량 m이 줄어들어 그 결손분이 전기나 빛 등의 에너지로 변환된다. 전자와 양전자가 충돌하면 질량이 완전히 사라지고 순수한 에너지로 변환된다.

현대물리학은 아인슈타인의 수식 없이는 말할 수 없다.

◆ 광속과 질량의 이상한 관계

지금까지 에너지 E, 질량 m에 대해 살펴보았다. 마지막으로 남은 광속 c에 대해 생각해 보자.

수치로는 c는 대체로 초당 30만 킬로미터. 1초 만에 지구를 7바퀴 반 돈다. 실제로 우주에는 광속보다 빠르게 움직이는 물체는 존재하지 않는다. 보다 정확하게 말하면 우주에서는 광속보다 빨리 정보가 전해지는 않는다.

우주는 초광속으로 팽창하는데 우주의 제한속도가 광속 c라는 의미는 공간에 대한 속도다.

광속으로 움직이는 물체는 더 이상 물체가 아니라고 할 수 있다. 왜냐하면 질량이 0이기 때문이다. 하지만 에너지가 있기 때문에 존재는 하고 있다. 질량이 0인 빛은 멈출 수 없다. 아무리 질량이 작아도 질량이 제로가 아닌 한 속도를 느슨하게 멈출 수 있지만 질량이 제로라면 수명이 계속되는 한 광속으로 계속 날아야 한다.

그래서 아인슈타인의 이론은 어떤 의미에서 빛의 이론이며 광속의 이론이므로 E = mc^2에 광속 c가 등장하는 것도 당연한 것이다.

물리학자는 다양한 단위계를 사용한다. 표준미터, 킬로그램, 초라는 단위계도 있고 작은 물체를 취급할 때는 센티미터, 그램을 사용할 수도 있다.

아인슈타인의 이론으로 계산할 때에는 광속 c를 1로 둔 '자연 단위계'를 사용하는 경우가 많다. 광속 c는 상수이므로 그것을 1로 놓는 것이 합리적이다. 그래서 이 단위 시스템에서는 대개 c = 30만 킬로미터/초 = 1이므로 1초 = 30만 킬로미터라는 등식이 되었다. 시간의 1초는 길이 30만 킬로미터로 환산할 수 있는 셈이다.

E = mc^2의 의미를 물리학적으로 깊이 파고 보았지만 같은 수식에서도 부분적으로 완전히 다른 해석이 나오는 경우가 있다.

에너지는 무엇일까? 질량의 기원은?(힉스? 중력장?) 만일 초광속의 물체가 존재한다면 관측할 수 있는 거야?(초광속 입자 타키온?)

공식만 만져도 재미있지만 개념 그 자체에 대해 생각하기 시작하면 물리학은 실로 깊은 학문이라는 것을 알 수 있다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- アインシュタイン作「世界一有名な方程式」はここがスゴイ！
https://gendai.media/articles/-/56259?page=1

지구가 속한 우리은하의 중심에 있는 초대질량 블랙홀 '궁수자리A*'의 주위를 광속의 30%라는 경이적인 속도로 주회하는 고온의 가스덩어리가 발견되었습니다. 이 가스덩어리는 수성의 태양 주회궤도와 비슷한 거리를 불과 70분만에 주회하고 있다고 합니다.

Orbital motion near Sagittarius A* - Constraints from polarimetric ALMA observations | Astronomy & Astrophysics (A&A)
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202244493

Astronomers detect hot gas bubble swirling around the Milky Way’s supermassive black hole | ESO
https://www.eso.org/public/news/eso2212/

A Weird Blob of Hot Gas Is Whizzing Around Sagittarius A* With 'Mind-Blowing Velocity' : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/a-weird-blob-of-hot-gas-is-whizzing-around-sagittarius-a-with-mind-blowing-velocity

궁수자리A*는 우리은하의 중심에 위치하고 태양의 400만 배의 질량을 가지는 블랙홀입니다. 2022년 5월 전세계에 설치된 8개의 전파망원경을 연계시켜 가상의 망원경을 구축하는 프로젝트 '이벤트 호라이즌 텔레스코프(EHT)'에 의해 궁수자리A*의 화상이 촬영된 사실이 발표면서 화제를 모았습니다.

막스플랑크 전파천문학연구소의 천문물리학자인 Maciek Wielgus 씨 연구팀은 칠레에 있는 아타카마 대형 밀리미터파 서브밀리미터파 간섭계의 관측데이터를 분석했습니다. 그 과정에서 2017년 4월의 관측데이터에서 궁수자리A*의 주변에서 발하는 이상한 빛(플레어)을 검출했다고 합니다.

궁수자리A*에서의 이러한 종류의 플레어는 과거에도 X선망원경과 적외선망원경으로 관측되어 왔으며 블랙홀 근방을 고속으로 주회하는 가스덩어리(핫 스폿)와 관련되어 있다고 추정되었습니다. X선이나 적외선이 아닌 전파관측에서 플레어의 존재가 확인된 것은 이번이 처음이라고 합니다.

연구팀이 플레어를 방출한 가스의 덩어리에 대해 분석을 실시한 결과 수성의 태양 주회궤도와 비슷한 크기의 블랙홀 주회궤도를 불과 70분 만에 주회하고 있는 것으로 판명되었습니다. Wielgus 씨는 “우리는 수성과 비슷한 크기의 궤도에서 궁수자리A*를 돌고 있는 가스의 뜨거운 거품을 보고 있다고 생각하지만 이것은 약 70분 만에 일주하고 있습니다. 이 속도는 광속의 30%라는 경이적인 속도"라고 전했습니다.

또 가스덩어리는 강하게 치우친 비틀린 빛을 방사하고 있었고 싱크로트론 방사의 징후도 확인되었다고 합니다. 이것은 강한 자기장의 조건에서 발생하는 것으로 가스덩어리는 블랙홀의 주위를 소용돌이시켜 물질을 공급하는 magnetically arrested disk(자기적으로 정지한 원반/MAD)에 포함되어 있다는 것을 나타낸다고 합니다.

보통 초대질량 블랙홀에 너무 가까이 있는 천체는 압도적인 중력으로 잡혀버리지만 이번에 발견된 가스덩어리는 매우 빠르게 움직이기 때문에 블랙홀 근처에서 안정된 궤도를 유지하고 있다는 것. 그러나 전파망원경으로 플레어를 관측할 수 있었다는 것은 가스덩어리가 에너지를 잃고 차가워져 보다 긴 파장으로 관측 가능하게 되었기 때문일 가능성도 있어 최종적으로 가스덩어리가 감속해 블랙홀에 흡수될지도 모른다고 합니다.

논문의 공동저자이자 네덜란드 라드바우드대학의 천체물리학자인 Monika Mościbrodzka 씨는 “우리는 이러한 플레어의 자기적 기원을 보여주는 강한 증거를 찾아내었고 관측에서 프로세스의 기하학적 형상에 대한 단서를 얻을 수도 있었다”고 평가했고 Wielgus 씨는 “언젠가 궁수자리A*에서 일어나고 있는 현상을 “알고 있다”고 기분 좋게 말할 수 있게 되길 바란다”고 소망을 밝혔습니다.

다이아몬드 등의 보석 중에는 내부에 액체나 다른 광물과 같은 내포물(인클루젼)을 가지는 것이 있습니다. 흠집이나 균열과 마찬가지로 보석의 가치를 낮추는 요인으로 일반적으로 기피되는 인클루젼에 대한 연구로 지구 내부에 대한 새로운 지식을 얻었다고 보고되었습니다.

Hydrous peridotitic fragments of Earth’s mantle 660 km discontinuity sampled by a diamond | Nature Geoscience
https://doi.org/10.1038/s41561-022-01024-y

Ultra Rare Diamond Suggests Earth's Mantle Has an Ocean's Worth of Water - Scientific American
https://www.scientificamerican.com/article/oceans-worth-of-water-hidden-deep-in-earth-ultra-rare-diamond-suggests/

Rare diamonds suggest water lurks much deeper in Earth's interior than scientists thought | Live Science
https://www.livescience.com/diamond-inclusion-water-lower-mantle

이번 연구에서는 다이아몬드 안에 있는 인클루젼이 테마가 되었습니다. 이러한 다이아몬드는 희귀한데 현재 퍼듀대학의 광물물리학자로 이전에는 미 보석학회의 연구원이었던 Tingting Gu 씨 연구팀은 레이저광이나 X선으로 결정을 파괴하지 않고 내용물을 조사하는 분석법을 구사하여 인클루젼을 스캔했습니다.

그 결과 인클루젼에서 링우다이트와 하부맨틀의 주성분인 브리지 마나이트, ferropericlase라는 광물이 발견되었습니다.

링우다이트는 상부맨틀의 주원료인 감람석(olivine)과 같은 화학조성을 가지고 있지만 매우 높은 온도와 압력으로 형성되기 때문에 다이아몬드 중에서 발견되기 전에는 인석에서만 발견됩니다. 또 수분을 많이 포함하는 성질을 가진 링우다이트가 하부맨틀의 광물과 함께 발견되었다는 것은 지구의 심부에는 지금까지 생각했던 것 이상으로 물이 많이 존재한다는 것을 시사하고 있습니다.

지구의 깊은 부분에 대량의 물이 있을 가능성은 2014년의 연구에서도 나타났지만 이번 연구에 의해 더욱 견고한 것이 되었습니다. 연구에 직접 관여하지 않은 캐나다의 앨버타대학의 맨틀학자인 Suzette Timmerman 씨는 “만약 하나의 샘플만이라면 단순히 국소적으로 함수영역이 있을 뿐이었지만 두 번째의 샘플이 나왔기 때문에 넓은 범위에 적용할 가능성이 높아졌다”고 보았습니다.

지구의 깊은 영역에 포함되어 있는 수분이 지금까지의 정설보다 많다는 것을 보여주는 이번 연구결과는 플레이트 테크토닉스나 지중을 진행하는 지진파의 전파방법 연구에도 영향을 주기 때문에 다양한 분야에 도움이 됩니다.

Tingting Gu 씨는 앞으로 더 많은 다이아몬드에서 링우다이트를 발견하면 맨틀심부에 관한 연구가 더욱 진전될 것으로 기대하며 “만약 누군가로부터 프로포즈를 받아 끼워진 다이아몬드 반지에 인클루젼이 있다면 '아니오'라고 말하지 마시라"고 글을 남겼습니다.

2022년 9월 25일 Google 클라우드 서비스 'Google 포토' 공식 포럼에 이전에 Google 포토에 업로드한 데이터가 손상되었다는 문제가 게시되었으며 이후에도 비슷한 보고가 많아지기 시작했습니다.

Corrupted photos - Google Photos Community
https://support.google.com/photos/thread/180787712/corrupted-photos

사용자 Scott Miller 8444는 2014년경 Google 포토에 업로드한 사진을 몇 장 포럼에 게시했습니다. 과거 사진을 둘러보다 일부 사진이 붕괴된 사실을 알게 되었습니다. 제대로 업로드하고 저장했음에도 불구하고 이 문제가 발생했습니다.

Scott Miller 8444 씨가 게시한 사진 중 하나를 살펴보면 사진의 일부에 이상한 선이 들어가 있는 것을 알 수 있습니다.

이 게시물에는 "나도 이렇게 되었다"거나 "2002년경의 사진에서도 마찬가지"라는 다수의 사용자의 댓글이 달렸습니다.

MikeO7817 씨 등 일부는 "Google이 오래된 사진을 자동으로 편집하고 있는 것이 원인일 것"이라고 추측하고 있습니다. MikeO7817 씨가 올린 사진도 붕괴되어 있는 것을 알 수 있습니다.

하지만 MikeO7817 씨가 스마트폰용 Google 포토 앱으로 사진을 편집하면 이미지 손상이 복구되었다고 합니다.

현재 Google로부터의 공식 답변은 없습니다.

◆ 진공 중에 있는 '장'

진공 중에는 전기장, 자기장, 힉스장이라는 장이 있습니다. 전자기파는 전기장과 자기장의 진동입니다. 전기장과 자기장의 진동이 멈추면 전자기파가 사라집니다. 따라서 공간은 '무'가 아니라 '진동하는 장'이 있습니다.

전자기파(=빛)와 마찬가지로 물질도 '공간의 장'의 진동입니다. 드 브로이는 물질을 파동으로 보았습니다. 그리고 그 파장을 λ=h/mv라고 표현했습니다. 이것을 '드 브로이 파장'이라고 합니다. 드 브로이는 입자가 '파동성'을 나타내는 것으로 생각한 것입니다. 진동하는 입자가 움직이면 그 궤적은 파동이 됩니다.

그 후 슈뢰딩거는 물질파의 파형이 정현파라는 사실을 밝혀내 '파동방정식'을 발견했고 양자역학의 건설에 중심적인 역할을 했습니다.

여기까지는 입자가 점으로 여겨졌습니다. 그러나 '점상입자'끼리는 어디까지나 접근할 수 있어 입자간에 작용하는 만유인력이 무한대가 되는 모순이 일어났습니다. 2개의 페르미 입자는 같은 장소에 겹칠 수 없는데 점끼리는 무한하게 가까워지기 때문입니다.

거기서 유가와 박사는 소립자를 점상입자가 아니라 넒이를 가진 입자라고 취급해 소립자끼리가 무한하게 접근하는 모순을 해소할 수 있었습니다.

초끈이론에서는 넒이를 가진 입자를 초끈이라고 생각했습니다. 초끈은 진동하고 있어 진동수가 많은 초끈일수록 에너지나 질량이 큰 것입니다. 이런 식으로 소립자가 진동하여 이동하면 그 궤적이 파형이 되는 원인을 알 수 있었습니다.

◆ 전자기장의 왜곡과 빛의 구부러짐

중력에 의해 이 공간의 장이 왜곡됩니다. 진동하지 않는 장은 늘어나고 진동하면 장은 작아집니다. 이 때문에 진동하는 장(질량)의 주위는 질량의 방향으로 당겨집니다. 마치 트램폴린에 볼링구슬을 놓았을 때와 같이 공간의 장은 질량이 있는 방향으로 늘어납니다.

이와 같이 전자기장이 중력에 의해 왜곡되기 때문에 전자기장의 위를 똑바로 진행하는 빛은 구부러집니다. '슈왈츠실트 반경' 위치에서 전자기장은 '0'으로 압축됩니다. 그러므로 빛은 전자기장을 통해 앞으로 나아갈 수 없고 거기에서 탈출할 수 없습니다.

◆ 힉스장의 왜곡에 의한 물질의 낙하

물질이 '힉스장'에서 움직이면 '힉스입자'가 나타나서 붙어 움직임에 어려움을 줍니다.

2개의 질량이 있으면 상대의 질량의 방향의 힉스장이 그 반대 측보다 더 늘어져 힉스장은 얇아집니다. 상대의 질량에 가까워 중력이 강하기 때문에 더 늘어나는 것입니다.

따라서 물질이 같은 거리 이동해도 나타나는 힉스입자의 수는 '상대질량의 방향으로 움직일 때 생기는 수＜반대 측의 방향으로 움직였을 때 생기는 수'가 됩니다. 즉 다른 질량이 있는 방향으로는 움직이기 쉽습니다.

입자는 위와 같이 진동하여 끊임없이 다양한 방향으로 움직이려고 합니다. 그것을 힉스입자가 멈추고 있습니다. 그 밖에 질량이 있을 때 진동하면 입자는 상대질량의 방향으로 움직이기 쉽기 때문에 상대질량의 방향으로 움직여 갑니다. 이것이 '낙하'입니다.

이와 같이 중력에 의해 공간의 장이 왜곡되므로 빛이 구부러져 물질은 낙하합니다. 전자기장이나 힉스장이라는 실체를 제외한 후에 남는 아무것도 없는 공허한 공간 그 자체는 중력에 의해서도 왜곡되지 않습니다. 왜냐하면 왜곡되는 것이 없기 때문입니다.

그리고 그 공간의 장소의 실체는 '초끈의 망'입니다. 진공 중에는 초끈이 상전이하여 연결된 초끈의 망이 있습니다. 그리고 초끈이 진동하면 빛이나 물질로 보이고 진동을 멈추면 거기는 진공으로 보입니다.

이와 같이 소립자를 점으로 생각하면 점상의 물질을 제거하면 공간에 아무것도 남지 않습니다. 즉 공간은 중력에 의해서도 왜곡되지 않고 일반상대성이론을 설명할 수 없습니다.

소립자를 진동이라고 생각하면 물질을 제거해도(=진동을 멈추어도) 나중에 지금까지 진동하고 있던 실체(초끈)가 남습니다. 그 실체(전자기장이나 힉스장)가 중력에 의해 왜곡되기 때문에 빛이 구부러져 물질은 낙하합니다. 이것으로 일반상대성이론의 공간의 왜곡을 잘 설명할 수 있었습니다.

◆ 중력으로 인한 시간 지연

강한 중력장에서는 입자가 움직이기 어렵습니다. 물질이 변화하는 것은 주로 '전자기력'에 달려 있습니다. 그리고 전자기력은 전하를 띤 입자 간을 빛이 왕복하는 식으로 생깁니다. 빛의 왕복 수에 비례한 강도의 전자기력이 생깁니다.

중력에 반대하는 방향으로 빛이 진행될 때 빛의 속도는 느려집니다. 중력의 방향으로 빛이 진행되어도 그 속도는 광속도 c인 채입니다. 그러므로 강한 중력장에서는 입자 사이를 빛이 왕복하는 데 시간이 걸립니다. 그리고 슈왈츠실트 반경 강도의 중력에서는 빛이 앞으로 진행되지 않기 때문에 입자 간을 빛은 왕복할 수 없게 되어 전자기력은 생기지 않습니다.

이와 같이 강한 중력장에서는 전자기력이 약해지기 때문에 같은 운동에너지를 얻어도 입자는 움직이기 어려워집니다. 즉 시계를 구성하는 입자가 움직이기 어렵기 때문에 중력장에서는 시계가 지연됩니다. 슈왈츠실트 반경 강도의 중력 하에서는 전자기력은 발생하지 않으므로 시계는 멈춥니다.

이와 같이 강한 중력장에서는 발생하는 전자기력이 약해지고 초당 입자의 이동거리는 짧아집니다. 그러나 시계도 천천히 시간을 가리키므로 이 시계를 사용하면 전자기력에 의해 입자는 무중력장과 같은 거리를 움직였다고 관측됩니다.
　
즉 관측자에게는 중력의 강도에 영향을 받지 않고 발생하는 전자기력의 강도는 불변입니다. 어떠한 중력장(=가속계)에서도 물리현상이 동일하게 관측되는 현상을 '일반상대성 원리'라고 합니다.

이렇게 입자가 움직이기 어려워지기 때문에 강한 중력장에서 '입자는 질량이 증가한 것처럼 행동한다'는 것입니다. 시계를 구성하는 입자의 무게가 무한대가 되면 개별 입자는 전혀 움직이지 않고 시계는 멈춥니다. 이에 따라 중력장에서는 (시계가 나타내는) 시간이 지연됩니다. 이것으로 일반상대성이론에서의 시간의 지연을 잘 설명할 수 있었습니다.

◆ 공간의 장과 정지계

그렇다면 이 '공간의 장'은 상대성이론이 부정하는 '정지계'일까? 공간에 실체가 있으면 그 실체를 정지계로 해 운동의 기준으로 삼을 수 있을 것 같습니다. 그러나 힉스장 위를 물질이 등속 직선운동을 해도 아무런 힘도 가해지지 않습니다. 즉 물질이 힉스장 위에서 정지하고 있는지 혹은 어느 방향으로 등속 직선운동하고 있는지 우리에게 알 수 있는 방법은 없습니다.

이와 같이 공간에는 힉스장이라는 실체가 있지만 그 등속 직선적인 움직임을 아는 방법은 없고 또 물리현상은 그 움직임에 무관합니다. 그러므로 힉스장이 있어도 그 위치를 특정할 수 없기 때문에 힉스장은 정지계가 아닙니다.

전기장이나 자기장도 마찬가지입니다. 전자기장 위를 물질이 어느 방향으로 어느 정도의 속도로 등속 직선운동해도 물질로부터 관측되는 전자기파(=빛)의 속도는 같습니다. 이것을 '광속도 불변의 원리'라고 합니다. 이와 같이 위치를 특정할 수 없기 때문에 전자기장은 정지계가 아닙니다.

◆ 특수상대성이론에서 시공간이 변화하는 원리

한편 특수상대성이론에서는 고속으로 이동하는 물질의 공간과 시간이 변화합니다. 즉 이동속도에 따라 관측자의 공간과 시간이 변화하는 것입니다. 관측자의 수에 따라 무수한 공간과 시간이 필요합니다. 그러나 이 우주에 공간과 시간은 하나뿐입니다. 이것을 어떻게 생각하면 좋을까요?

광속에 가까운 속도로 움직이면 물질이 점차 움직이기 어려워집니다. 그리고 광속을 초과할 수 없습니다. 그러므로 광속에 가까운 속도로 이동하면 물질은 천천히 움직이게 되어 시간의 진행이 늦어진 것 같은 현상이 일어납니다.

이것을 '고속이동에 의한 질량 증가'라고 합니다. 즉 시계를 구성하는 개별 입자가 무거워지면 시계가 천천히 시간을 가리키게 됩니다.

또한 광속에 가까운 속도로 이동하면 물질이 '로렌츠 수축'합니다. 고속으로 움직이는 관측자가 가진 눈금자는 수축합니다.

관측자가 움직이는 동안 지연된 시계와 수축된 눈금자로 빛의 상대속도(관측자로부터 빛이 멀어지는 속도 또는 관측자에 빛이 가까워지는 속도)를 측정하면 그 속도는 항상 299,790.25킬로미터/초라고 측정할 수 있습니다. 이것이 '광속도 불변의 원리'입니다.

이런 식으로 빛의 속도에 가까운 속도로 움직이면 눈금자는 '로렌츠 수축'하므로 공간은 오랫동안 측정됩니다. 시계는 천천히 시간을 가리키기 때문에 시계가 나타내는 시간은 지연됩니다.

이것으로 특수상대성이론의 공간의 변화와 시각의 지연을 잘 설명할 수 있었습니다.

◆ 빅뱅과 우주공간의 팽창

우주공간은 빅뱅에 의해 팽창하고 있습니다. 빅뱅에 의해 공간의 장(전자기장이나 힉스장)이 유사팽창하고 있습니다. 천체에서 지구로 오는 빛은 팽창하는 전자기장 위를 통과하므로 그 파장이 늘어나고 적색편이합니다.

그러므로 이것은 '도플러 효과'가 아닙니다. 도플러 효과란 전해지는 매체인 공기에 대하여 음원이 멀어지면 전해지는 소리의 파장이 늘어나는 현상을 말합니다. 빅뱅에서는 광원인 천체는 매체인 공간의 장과 함께 유사팽창하므로 광원의 천체의 후퇴로 빛이 적색편이하는 것은 아닙니다. 빛의 파장이 늘어나는 이유는 천체와 지구 사이의 전자기장이 팽창하기 때문입니다.

◆ 만물의 이론

양자역학과 일반상대성이론은 모두 초끈이론에 통합되어 있습니다. 초끈이론은 여전히 발전댠계이지만 세계의 이론가는 이론의 완성에 몰두하고 있습니다. 만물을 끈이라는 하나의 실체로 풀어내는 만물의 이론이 완성될 날은 멀지 않았을지도 모릅니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 相対性理論で時間と空間が変化する仕組み
http://catbirdtt.web.fc2.com/soutaiseirironnniokeruzikuukannnohennka.html

최근에는 전열히터로 요리를 하는 전기쿡탑이나 뜨거워지지 않는 IH쿠킹히터 등이 부엌에 보급되는 가운데 가스를 연소시키는 가스렌지도 화력을 고집하는 사람들 사이에서 뿌리 깊게 지지받고 있습니다. 그런 가스렌지가 건강에 미치는 영향에 대해 공기오염과 주거환경 전문가가 설명했습니다.

Is your gas stove bad for your health?
https://theconversation.com/is-your-gas-stove-bad-for-your-health-186454

보스턴대학 공중보건 학부장 조나단 레비 교수는 가스렌지 사용과 관련된 오염물질로서 대표적인 것은 가스의 연소에 따라 발생하는 이산화질소로 가정 내 이산화질소에 대한 노출은 소아천식의 중증화 및 흡입제의 사용 증가와 관련이 있음을 알 수 있으며 성인천식에도 영향을 미치거나 만성 폐색성 폐질환 발병과 악화 모두에 영향을 미치는 것으로 밝혀졌습니다.

물론 이산화질소의 발생원은 가스렌지만이 아니고 자동차의 배기가스에도 이산화질소가 포함되어 있기 때문에 간선도로에 가까운 장소에 사는 사람만큼 이산화질소에 의한 건강피해가 발생하기 쉽다는 것. 그러나 남캘리포니아에서 실시된 연구에서 약 절반의 가정에서는 이산화질소의 농도가 건강에 관한 기준을 넘고 있는데 그 원인의 대부분이 실내에서 발생한 것이라는 사실을 밝혀내는 등 레비 교수는 "많은 경우 가스렌지는 실내 오염물질의 주요 발생원"이라고 말합니다.

대형트럭이 오가는 고속도로보다 단 하나의 가스렌지가 영향이 큰 것은 옥외에서 발생한 이산화질소는 광범위하게 확산하는 반면 실내 공기오염은 좁은 범위에 집중하기 때문입니다. 따라서 가스렌지의 건강에 미치는 영향은 집의 구조에 크게 영향을 받습니다. 구체적으로는 실내의 공기를 배출하는 레인지 후드를 사용하고 있는 가정이나 크고 환기가 좋은 집에 사는 사람은 작은 집에 사는 사람보다 악영향이 작아진다는 것.

이러한 점에서 레비 교수는 “비록 큰 집에서도 가스렌지의 사용에 영향을 받을 가능성이 있으나 창문을 열거나 레인지 후드를 사용하는 환기대책을 실시하면 오염물질의 농도를 극적으로 낮출 수 있다”고 설명했습니다.

가스렌지에서 발생하는 유해한 오염물질은 이산화질소만이 아닌데 실은 가스렌지를 사용하지 않는 동안에도 오염물질이 계속 방출되고 있을 가능성이 있다는 것. 주택의 열원으로부터 발생하는 오염물질에 대해 조사한 2022년의 연구에 의하면 미국의 가정에서 사용되고 있는 가스렌지는 미사용시에도 메탄가스를 발생시키고 지구온난화에의 영향은 자동차 약 40만대의 열을 대기중에 가두는 것과 같은 수준이었다고 합니다.

가스누출은 건강피해뿐만 아니라 화재 등의 위험도 있기 때문에 가스에는 냄새성분이 포함되는데 가정용 천연가스의 가스누출에 대해 조사한 연구에서는 약 5%의 가정에서 거주자가 눈치채지 못한 가스누출이 발생하고 있는 것으로 드러났으며 특히 최근에는 신형 코로나바이러스 감염의 후유증으로 후각에 문제가 있는 사람이 늘고 있기 때문에 예상되기 때문에 가스누출의 우려는 높아지고 있다고 합니다.

레비 교수는 가스렌지가 있는 가정은 IH 쿠킹히터와 같은 전자조리기로 전환하도록 권장했습니다. 왜냐하면 이러한 조리기구는 에너지효율도 우수하기 때문에 건강피해뿐만 아니라 기후변화에 대한 영향도 저감시킬 수 있기 때문입니다. 또한 가스렌지를 사용할 경우 환기를 철저히 할 것을 강조했습니다.

최첨단 연구 중 하나에 따르면 힉스입자의 질량(관측치)이 지금까지의 이론에서 예측된 값보다 조금 가볍기 때문에 우주는 '안정'과 '불안정'의 경계영역에 있다고 생각된다는 것입니다.

그래서 약간의 어떤 계기로 '불안정'한 상태로 기울어 버리면 진공의 거품 같은 것이 광속으로 퍼져 우주가 붕괴할 가능성이 있다고 합니다.

다만 이것은 소립자의 이론만으로 생각한 경우이며 이론적으로 편중되었을 가능성도 있다고 합니다. 초대칭성이나 중력을 고려하면 진공붕괴 없이 끝난다는 견해도 있다고 합니다. 최첨단 연구라서 연구자들 사이에서도 견해가 엇갈린다고 합니다.

물리학에 한정되지 않고 어떤 분야에서도 최첨단은 시행착오의 연속이기 때문에 비슷한 상황일지도 모릅니다.

우주가 안정적이지 않다는 뜻이나 제행무상(諸行無常)이라는 불교의 가르침으로도 이어지는 것처럼 느꼈습니다.

사람은 모두 죽습니다. 사람에 한정되지 않고 생명이 있는 것은 언제나 죽음을 맞이합니다.
생명이 없는 암석이나 대지도 큰 스케일이나 긴 시간축 속에서 변화합니다.

지구나 태양계도 약 50억 년 후에는 수명을 다한다고 합니다. 우주 자체도 138억 년 전의 탄생이라고 추정하며 그 이후 팽창이 계속되고 있어 현재는 가속팽창 중이라고 합니다. 그런 오랜 역사의 우주 속에서 별도 태어나서 죽고를 반복하고 있는 것입니다.

이 우주 자체도 어떻게 끝을 맞이할지 영원히 계속될지 아무도 모릅니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 宇宙の真空崩壊
https://drmpls.com/2017/10/21/vacuum-collapse-of-the-universe/

소립자가 세계를 구성하는 궁극의 단위라는 의미는 다음과 같이 파악할 수 있다고 생각됩니다.

이 경우의 세계란 일상생활에서 눈으로 볼 수 있고 손으로 만질 수 있는 현실의 세계 그리고 물리학이 다루는 물체나 물질로 구성된 세계 즉, 물질적 존재의 총체로서의 세계를 의미하는 것으로 생각됩니다.

그리고 궁극의 단위라는 개념에서 궁극이란 사물을 철저히 탐구해 갔을 때 도달하는 더 이상 진행할 수 없는 최종 도달지점입니다.

단위란 사물이 성립할 때 기본이 되는 구성요소라는 의미입니다.

또 여기서 말하는 사물이란 앞서 정의한 '세계' 즉 물질적 존재의 총체로서의 세계를 가리키게 되므로 세계를 구성하는 궁극의 단위란 물질적 존재의 총체로서 세계의 탐구를 철저히 추진해 갈 때 도달하는 최종 도달지점인 물질적 존재의 가장 기본이 되는 구성요소를 의미합니다.

기본입자는 논리적으로 필연적으로 크기가 없습니다. 물질적 존재의 총체로서의 세계를 더욱 작은 부분으로 철저하게 분할해 나가는 탐구는 더욱 작은 부분, 한층 더 작은 구성 요소에 점점 계속 탐구해 가게 되는데 그 끝없이 계속되는 분할로 물질적 존재의 가장 근원적이고 가장 작은 구성요소에 도달할 수 있다면 그것은 그 구성요소가 무한소의 수렴값에 이르렀을 때, 즉 그 구성요소가 크기를 전혀 갖지 않는 상태에 이르렀을 때입니다.

왜냐하면 크기를 가지는 것은 그것이 아무리 미소한 크기라도 그것이 일정한 크기를 가지는 이상 일정한 높이, 폭, 깊이를 가진 공간이 그 존재에 의해 채워지고 있어 그 높이나 폭, 깊이 등의 길이가 더 짧은 길이의 부분으로 분할하는 것이 가능한 것처럼 미세한 크기를 더 작은 크기의 부분으로 분할하는 것은 최소한 개념적으로 가능합니다. 그렇게 되기 때문에 일정한 크기를 가지는 것은 원리적으로 더욱 작은 부분으로 분할해 가는 것이 어디까지나 가능해져 버리므로 크기가 있는 존재는 그것이 아무리 작은 크기라도 더 이상 분할이 불가능한 물질적 존재의 가장 근원적이고 가장 작은 구성요소가 될 수 없습니다.

그러므로 소립자가 세계를 구성하는 궁극의 단위, 물질적 존재의 총체로서의 세계를 철저하게 분할해 갈 때 도달하는 최종 도달지점인 가장 근원적이고 가장 작은 구성요소라고 한다면 필연적으로 크기가 전혀 없는 상태인 것이어야 한다는 결론에 도달하게 되는 것입니다.

기본입자가 세계를 구성하는 궁극적인 단위라면 논리적 필연적으로 크기가 없는 점입자가 되어야 한다는 것이 존재의 크기에 대한 철학적 논증에서도 도달하게 되는 것입니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 素粒子が大きさを持たない点粒子である理由②哲学的論証
https://information-station.xyz/2736.html

인간의 눈에 보이는 모든 존재, 즉 물질적 존재는 원자라는 기본 단위로 구성되어 있고 원자는 원자핵과 전자, 원자핵도 양성자와 중성자라, 양성자와 중성자도 쿼크와 같은 소립자로 구성되어 있습니다.

현대물리학에서는 이 소립자야말로 더 이상 작은 부분으로 분할하는 것이 불가능한 존재를 구성하는 궁극의 단위로 취급하고 습니다.

현재 물리학의 주류인 표준 이론(Standard Model, 표준 모델)에서는 존재의 궁극적인 단위인 입자는 크기가 전혀 없는 점입자(point particle, 공간적 확산을 전혀 갖지 않는 크기 제로의 입자)라고 부릅니다.

소립자가 크기를 가지지 않는다고 여겨지는 이유는 만약 크기가 있다고 해도 너무 작아서 측정할 수 없기 때문에 크기가 없는 것으로 취급하는 편이 편리하고 계산하기 쉽기 때문이기도 합니다.

일반상대성이론과 함께 현대물리학의 근간을 이루는 이론인 양자역학에서는 일상적인 매크로의 세계에서는 있을 수 없는 이상한 현상이 자주 일어난다고 알려져 있는데 그러한 양자역학의 이상하고 불가사의한 현상 중 하나로 양자중첩이라는 현상이 있습니다.

소립자에는 스핀이라는 고유의 운동량이 있으며 일반적인 물체로 비유하면 천체의 자전운동과 같은 운동에 해당하기 때문에 회전을 의미하는 스핀이라는 말로 불리고 있습니다.

소립자의 스핀상태에는 '상향 스핀'과 '하향 스핀'이라는 두 가지 상태가 있다고 생각됩니다. 소립자에는 크기가 없다는 전제에 따르면 구체의 자전운동이라고 생각할 수 없고 어느 방향으로 회전하고 있는지 생각하는 것 자체가 넌센스라고도 말할 수 있습니다.

소립자에 있어서 상반되는 2개의 존재의 상태에 대해서 양자를 분류하고 라벨 붙여 표시하는 의미로 상향 스핀과 하향 스핀이라는
2개의 표현이 사용되고 있다고 생각됩니다.

그리고 양자역학에서 소립자는 관측이 행해질 때까지는 그 스핀이 상향인지 하향인지는 불확정한 상태에 있고 일단 관측이 행해지면 그 불확정한 상태가 해소되어 상향 스핀상태 인지 하향 스핀상태인지 존재의 상태가 확정한 상태로 관측되는데 이것은 관측 후에 상향 또는 하향 중 어느 하나의 스핀상태로 확정하는 소입자가 관측 이전에는 불확실한 상태로서 상향과 하향이라는 2개의 스핀상태에 있었다는 것을 의미합니다.

즉 양자역학에서는 관측 이전의 상태에서 하나의 기본입자가 상향 스핀과 하향 스핀이라는 상반하는 2가지의 상태를 동시에 유지하고 있는 상태의 중첩을 양자중첩(superposition) 현상이라고 합니다.

수많은 실험 결과로부터도 소입자가 관측 전에는 상향 스핀과 하향 스핀이라는 2가지의 존재의 상태를 동시에 가지고 있고 관찰 후에 그것이 하나의 상태로 정해진다는 것이 실증되었으므로 관측 전에 소립자의 스핀상태가 불확정하다는 것은 단순히 관측자의 정보부족이 아닌 관측 이전의 중첩상태였던 것이 관측 후 그 중첩상태로부터 파생해 하나의 스핀상태로 정해졌다고 생각할 수도 있습니다.

왜냐하면 양자의 중첩상태란 상향 스핀상태와 하향 스핀상태가 동일한 소립자에 있어서 동시에 존재하고 있는 상태이므로 이것을 상향 스핀과 하향 스핀의 혼합상태로 보면 상향으로 스핀하는 움직임과 하향으로 스핀하는 움직임이 부딪쳐 서로의 스핀의 운동이 상쇄되어 버려 소립자의 스핀운동 자체가 사라져 버리게 된다고 생각되기 때문입니다.

소립자의 스핀에는 가속이나 브레이크의 기능이 있는 것은 아니기 때문에 멈춘상태에서
새로이 스핀을 시작할 수 없으며 급 브레이크 후 반대방향으로 방향전환하는 것도 불가능하기 때문에 상향 스핀과 하향 스핀이 섞인 것으로 양자의 중첩상태를 파악하는 것은 불가능하다는 것입니다.

양자의 중첩상태에서는 같은 위치에 있는 동일한 소립자가 동시에 2개의 상반되는 존재상태를 모두 가지게 되는데 이것은 같은 위치에 두 개의 다른 존재가 동시에 존재한다는 현상을 허용한다는 것을 의미합니다.

예를 들어 같은 테이블 위의 정확히 같은 위치에 사과와 귤이라는 다른 존재가 동시에 존재한다고 말하는 것 같고 유전자 재조합 등으로 합성된 것과 같은 존재가 아니라 순수한 형태의 사과와 순수한 형태의 귤이 그대로 겹친 형태로 동시에 같은 장소에 위치합니다.

이런 식으로 양자중첩(superposition)이란 단어 자체의 의미가 나타내는 대로 일상적인 위치개념을 초월하는 현상으로 크기를 가지고 일정한 높이, 폭 및 깊이에 의해 형성되는 일정한 형태를 갖게 되는 통상의 물질적 존재에 있어서는 2개의 상반되는 형태나 운동상태가 동시에 같은 위치에 존재하는 것은 논리적 모순처럼 보입니다.

이러한 통상의 크기를 가지는 물질적 존재에 있어서는 논리적 모순을 일으키는 현상이 소립자라는 존재의 궁극의 단위에 있어서는 성립하는 전제 조건으로 크기를 가지지 않는 것이 필요하다는 것이 됩니다.

즉 그 자체가 크기가 없는 존재에 대해서는 우회전이나 좌회전, 상향 및 하향 등의 개념도 통상의 크기와 형태를 가진 물질적 존재와는 완전히 다른 형태로 적용되게 되므로 이러한 존재에 있어서는 양자중첩(superposition)이라는
일상적인 위치개념을 초월하는 현상도 성립할 수 있게 된다는 것입니다.

그리고 양자중첩이란 양자역학에 있어서 기본적인 성질을 이루는 학문의 전제가 되는 개념이므로 현대물리학의 근간을 이루는 이론인 양자역학이 성립하기 위해서는 양자중첩이라는 동일한 위치에서 상이한 존재의 동시 존재가 가능해지는 것이 필요하고 이를 위해 존재의 궁극적인 단위인 입자는 크기가 없는 존재여야 합니다.

현대물리학과 양자역학의 무결성의 관점에서도 소립자는 필연적으로 크기가 없는 존재여야 합니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 素粒子が大きさを持たない点粒子である理由
https://information-station.xyz/2724.html

YouTube가 크리에이터에게 동영상 조회수에 따라 광고수익을 환원하는 파트너프로그램을 개정하여 짧은 동영상을 게시하는 'YouTube 쇼츠'에서도 광고수익을 얻을 수 있도록 하겠다고 발표했습니다.

YouTube targets TikTok with revenue sharing for Shorts, Partner Program expansion | TechCrunch
https://techcrunch.com/2022/09/20/youtube-targets-tiktok-with-revenue-sharing-for-shorts-partner-program-expansion/

기존의 파트너프로그램은 '채널 등록자 수 1000명 이상, 그리고 총 시청시간 4000시간'을 달성한 크리에이터만이 참가할 수 있었습니다. 하지만 이는 일반 동영상뿐이었으며 YouTube 쇼츠는 프로그램에서 제외된 상태였습니다.

새롭게 개정된 파트너프로그램은 2023년부터 적용됩니다. 이 새로운 프로그램을 사용하면 YouTube 쇼츠에서도 광고수익을 얻을 수 있는데 크리에이터는 90일 동안 1,000만 회 이상의 조회수를 획득해야 합니다.

이 프로그램에 참여한 크리에이터는 동영상의 광고수입 중 45%를 받을 수 있다는 것. 또 음악을 사용해도 사용하지 않아도 수익의 분배율은 변하지 않는다고 합니다.

YouTube가 쇼트무비 크리에이터에게 광고수익을 제공할 준비를 하고 있었던 것은 뉴욕타임즈에 의해 이미 보도되었습니다. 45%라는 수익분배율은 뉴욕타임스가 사전에 보도한 내용과 일치합니다.

YouTube Opens More Pathways for Creators to Make Money on the Platform - The New York Times
https://www.nytimes.com/2022/09/15/technology/youtube-opens-more-pathways-for-creators-to-make-money-on-the-platform.html

YouTube is gearing up to give Shorts creators a cut of ad revenue, report says | TechCrunch
https://techcrunch.com/2022/09/16/youtube-give-shorts-creators-cut-ad-revenue/

유튜브의 최고제품책임자인 닐 모한 씨는 “어떤 플랫폼에서도 쇼트무비에 대해 진정한 수익공유가 대규모로 제공되는 사례로 이번 프로그램이 최초라는 사실을 자랑스럽게 생각한다”고 말했습니다. YouTube 쇼츠의 경쟁서비스인 TikTok에서도 광고수입 분배를 시험적으로 진행하고 있지만 TikTok의 수익화 프로그램의 참가자격은 상위 4% 한정으로 크리에이터가 TikTok에서 광고수익을 얻기는 상당히 어렵습니다.

YouTuber인 Chris Collins 씨는 "나에게 YouTube 쇼츠의 주요 장점은 많은 사람에게 도달하고 내 커뮤니티에 끌어들이는 것으로 더욱 많은 수익을 창출하고 있는데 이번 YouTube 쇼트에 대한 파트너 프로그램 도입으로 두 형식 모두에서 생계를 설정할 수 있게 되었다"고 기대를 나타냈습니다.

지구 45억 년의 역사 속에서 지자기의 남북은 수백 회 이상 바뀌어 왔다. 반전의 이유는 오랫동안 연구자들 사이에서 수수께끼였다. 하지만 지난 10년간의 연구로 그 수수께끼가 풀리고 반전의 원리를 알게 되었다. 슈퍼컴퓨터에 의한 시뮬레이션, 인공위성에 의한 자기장 관측, 지구의 코어를 모의한 실험장치 개발 등의 성과다.
　
지구의 중심 코어에는 다이나모(발전기)가 있고 거기에서 자기장이 발생하여 지구 전체를 덮는 쌍극자를 만들고 있다. 비밀은 그 코어와 맨틀 사이의 경계에 있었다. 인공위성의 관측으로부터 이 경계상에 통상의 방향과는 반대의 자속반이 있다는 것이 밝혀졌다. 이를 "역자속반"이라고 한다. 가장 큰 것은 아프리카 남단에서 남미 대륙의 남단 아래까지 퍼져 있다. 과거의 관측과 비교한 결과 역자속반은 코어·맨틀 경계상에서 차례차례 형성되어 있다는 것을 알 수 있었다.
　
이 역자속반은 자력선이 지구의 자전의 코리올리 힘(Coriolis force)의 작용을 받거나 동서방향의 자기장의 영향을 받거나 하면 형성되는 것 같다. 역자속반이 자기장반전의 원인이 되는지를 검증하기 위해 슈퍼컴퓨터에 의한 시뮬레이션이 행해졌다. 1995년부터 그라츠마이어 등 3개의 그룹이 거의 동시에 슈퍼컴퓨터에서 지구 다이나모에 의해 발생하는 자기장 시뮬레이션을 시작했다. 수십만 년분을 재현하는 계산의 결과 쌍극자자기장이 발생하여 코어·맨틀 경계상에 역자속 반점이 생긴 후 자기장의 반전도 일어났다. 하지만 이러한 시뮬레이션 결과가 그대로 지구의 코어 속에서 일어나고 있다는 확증이 없다. 왜냐하면 계산은 모두 근사치를 사용하고 있기 때문이다. 코어 내의 열대류는 복잡하고 미세한 난류가 다수 존재하고 있을 것이다. 현재 슈퍼컴퓨터에서는 이 난류를 3차원적으로 다루는 것은 불가능하다. 난류의 효과를 포함한 시뮬레이션 방법의 연구가 진행되는 한편 지구 다이나모를 본뜬 실험장치의 개발도 진행되고 있다. 액체나트륨을 넣은 거대한 용기를 회전시켜 다이나모 기구를 만들어 내는 실험이다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 地磁気反転の謎に迫る
https://www.nikkei-science.com/page/magazine/0507/dynamo.html

노벨 물리학상 수상공적인 '중성미자가 질량을 가지고 있음을 나타내는 중성미자 진동의 발견'

중성미자는 우주를 구성하는 기본입자의 하나로 다양한 연구를 통해 중성미자는 빛의 속도로 움직이고 질량은 0이라고 가정하여 물리학의 이론체계가 완성되었다.

그런 가운데 세계 최대의 중성미자 관측장치 슈퍼 카미오칸데가 완성되면서 놀라운 발견을 하게 된다. 지구 뒤편 대기권에서 생성된 중성미자는 지구를 지나가는 사이에 종류가 변화하고 있는 것으로 나타났다. 이 변화는 중성미자 진동이다.

상대성이론에 따르면 한 물질이 빠르게 움직이면 상대적으로 주변 물질이 느리게 움직이는 것처럼 보인다. 이윽고 물질의 속도가 광속에 도달하면 주위의 것은 움직이지 않게 되어 시간이 멈춰 있는 것처럼 보인다. 이 때 물질은 다른 것들로 변할 수 없다. 변화에는 반드시 시간이 필요하기 때문이다.

중성미자가 변화한다는 것은 광속보다 느린 속도로 움직이고 있음을 나타낸다. 그리고 질량을 가지지 않는 것은 광속으로 움직이고 질량을 가지는 것은 광속에 도달할 수 없다는 사실을 알고 있으므로 중성미자는 질량을 갖는 것으로 생각되는 것이다. 그래서 중성미자 진동이 질량의 증거가 된 것이다.

널리 받아들여지고 있던 물리학의 근저를 뒤집어 우주의 견해를 재검토하는 발견이었다. 향후 연구에도 주목이 모일 것이다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- ニュートリノが質量をもつとは
https://www.sci.kyoto-u.ac.jp/ja/academics/programs/scicom/2015/201510/01

미국의 인기 프로그램 'America's Got Talent'는 세계 각국에서 다양한 재능인들이 모여 상금 100만 달러(약 14억 원)를 건 오디션에 도전하는 프로그램입니다. 그런 AGT에 대기업 반도체 기업인 NVIDIA가 지원하고 있는 스타트업 Metaphysic이 참가해 리얼타임 합성기술로 눈앞의 심사원이 오페라를 노래하고 있는 것처럼 보이는 퍼포먼스를 선보였습니다.

AI Propels Metaphysic to ‘America’s Got Talent’ Final | NVIDIA Blog
https://blogs.nvidia.com/blog/2022/09/13/metaphysic-ai-avatars-americas-got-talent/

Metaphysic은 크리에이터가 AI기술로 가상의 정체성과 합성 콘텐츠를 구축할 수 있도록 지원합니다. 2021년에는 AI 합성기술을 사용해 배우 톰 크루즈가 말하거나 움직이는 모습을 재현한 'deeptomcruise'라는 TikTok 계정을 만들어 합계 약 1억 회의 재생수를 기록하는 등 화제를 불렀습니다.

Metaphysic은 기술계 스타트업을 지원하는 NVIDIA의 프로그램인 NVIDIA Inception의 참가 기업이기도 하며 AI 아바타 소프트웨어나 하드웨어의 지원을 받고 있다고 합니다. Metaphysic의 제품혁신 담당이사인 Jo Plaete 씨는 NVIDIA의 하드웨어와 소프트웨어 라이브러리가 없으면 이러한 초현실적인 결과를 얻을 수 없었다고 말합니다.

그리고 이번에 Metaphysic은 AI를 이용한 실시간 합성기술을 퍼포먼스로 승화시켜 오디션 프로그램 AGT에 참가했습니다. Metaphysic이 세미 파이널 스테이지에서 보여준 퍼포먼스는 아래의 영상에서 볼 수 있습니다.

Simon, Terry, and Howie Sing "Nessun Dorma" on Stage?! Metaphysic Will Stun You | AGT 2022 - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=2mDJSq7bInY

무대에 나타난 것은 3명의 오페라 가수 앞에는 카메라와 같은 기계가 설치되어 있습니다. 노래는 'Nessun Dorma'로 입가의 움직임과 행동은 무대 위의 가수의 것이지만 얼굴은 심사원입니다. 퍼포먼스 후에는 스탠딩 오베이션을 받았으며 AI를 이용한 퍼포먼스가 AGT 파이널에 진출하는 것은 이번이 처음입니다.

그리고 현지 시각인 9월 13일에 행해진 파이널에서 Metaphysic은 1977년에 사망한 뮤지션 엘비스 프레슬리를 AI의 힘으로 재현하는 퍼포먼스를 선보였습니다.

Simon, Sofia, And Heidi Perform With Elvis on America's Got Talent! | AGT Finals 2022 - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=xsaPAXzoTUI

'Hound Dog'와 'Devil in Disguise' 등을 노래했으며 심사원이 등장해 무대를 빛냈습니다.