중국은 지진이 빈번한 나라인데 이 사실을 인식하고 있는 사람은 드물다. 오랜 중국 체류 중에 지진으로 인한 재해는 물론 여행 중에 지진을 경험하는 경우는 거의 없다. 사실 곳곳에 보이는 내진에 취약한 구조를 용인하는 모습에 그리 인식하는 것은 당연하다. 그러나 중국은 세계적으로도 지진 다발국이다.
중국은 국토의 대부분이 한 장의 유라시아 플레이트에 실려 있다. 따라서 인도 히말라야 플레이트가 유라시아 플레이트에 둘러싸인 티베트나 운남 지방 등을 제외하면 대부분의 지역의 지진은 플레이트간이 아니라 지각 내 지진이 된다. 중국 지진의 특징은 4가지 들 수 있다.
◆다발성 중국의 국토면적은 전세계 육지의 14분의 1에 불과하지만 육상 지진 발생수에서는 전 세계의 직하형 지진 건수의 3분의 1이 중국 내에서 발생하고 있다. 중국에서는 M8.0 이상의 거대지진은 10~15년에 1회, M7.0~7.9의 대지진은 3년에 2회, M6.0~6.9의 지진은 1년에 2회의 비율로 발생하고 있다.
◆대규모 20세기 세계에서 일어난 3회의 거대지진(M8.5 클래스) 중 2회는 중국에서 발생했다.
1920년 12월 16일 간쑤성 대지진(M8.6) 1950년 08월 15일 티베트 자치구의 지진(M8.6) 1960년 05월 22일 칠레 남부 지진(M8.5)
◆광역 중국 각지의 광범위한 성, 직할시에서 M5 이상의 지진이 발생하고 있으며 국토의 41%, 도시의 50%, 인구 100만 명 이상의 중·대도시의 70%로 진도 4 이상의 지진이 관측되고 있다.
◆직하형 서남부의 티베트나 운남성, 길림성, 흑룡강성 등에서는 지하 400~500km를 진원으로 하는 플레이트형 지진이 발생하고 있고 그 이외의 대부분 지역에서는 깊이 10~ 20km 정도의 지각 내 지진이다.
중국에서는 지진활동의 주요 분포를 5지구(대만, 서남, 서북, 화북, 동남지구)로 구분, 정리하고 있다. 화북지구는 수도 베이징이나 천진, 대련 등 연해 주요 도시를 내포 또는 인접하는 인구밀집도, 정치경제 영향이 매우 높은 지역임에도 불구하고 서남지구(티베트 고원지구)에 이어 지진의 강도, 발생빈도가 높은 지구로 구분되어 있고 통계자료에서도 과거에 M8 클래스의 지진이 5회, M7~7.9 클래스 지진이 18회 발생하고 있다. 1976년 7월에 발생해 사망자 24만 명이 발생한 탕산 지진도 화북지구의 4지진대 중 하나인 '화북평원 지진대'가 흔들린 것으로, 중국의 지진은 변경 지구라는 인식을 뒤집는 사실이다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 地震多発国・中国 https://www.irric.co.jp/risksolution/opinion/031.php#:~:text=%5B1%5D%E5%A4%9A%E7%99%BA%E6%80%A7%3A,%E3%81%A7%E7%99%BA%E7%94%9F%E3%81%97%E3%81%A6%E3%81%84%E3%82%8B%E3%80%82
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초전도는 전이온도 이하에서 전기저항이 0이 되는 현상이며, 1911년에 Heike Kamerlingh Onnes에 의해 발견되었습니다. 금속의 상전도상에서 가상적으로 전기저항이 0으로 한 상태(완전 전도 상태)와는 달리 마이스너 효과라고 불리는 완전 반자성을 나타내는 것이 1933년에 발견되어 상전도 상태와는 다른 물질의 새로운 단계로 결정되었습니다. 반면에 초전도가 발현되는 이유와 초전도 상태의 전자상태는 초전도 발견 이후 오랫동안 알려지지 않았습니다. 그러나 1957년에 Bardeen, Cooper, Schrieffer의 3명에 의해 발표된 이론(BCS이론)에 의해 초전도 발현 메커니즘 이론의 기본이 밝혀졌습니다.
초전도 상태에서는 전자 2개가 쌍을 이루고 있습니다. 이 쌍을 쿠퍼쌍이라고 합니다. 전자는 페르미 입자인데 전자 2개가 쌍을 이룬 쿠퍼쌍은 보손이 되기 때문에 쿠퍼쌍이 집단으로 응축할 수 있습니다(보즈 응축). 이 응축상태가 초전도 상태라고 할 수 있습니다.
전자가 쌍을 이루기 위해서는 전자 사이에 어떤 인력이 작용해야 합니다. 전자끼리는 원래 쿨롱척력이 존재하기 때문에 그대로는 쿠퍼쌍을 형성할 수 없습니다. 초전도상태에서는 전자간의 쿨롱척력을 유효하게 인력으로 할 필요가 있습니다. BCS 이론에서는 이 인력의 형성 메커니즘으로 포논을 채택했습니다. 음전하를 가진 전자가 양전하를 가진 원자핵이 늘어선 결정 사이를 운동하면 결정격자에 변형이 일어납니다(포논). 왜곡된 부분에서는 다른 부분에 비해 양의 전하에 치우쳐지고 다른 전자가 그 치우친 장소에 유효한 인력을 느낍니다. 즉 전자간에는 포논을 매개로 하여 유효한 인력이 작용하고 있는 것입니다. 이 효과적인 인력에 의해 쿠퍼쌍이 형성되어 응축됨으로써 초전도 상태가 되는 것입니다.
이처럼 BCS 이론은 초전도의 기본 발현 메커니즘을 밝혔습니다. 그런데 BCS 메커니즘의 초전도체와는 분명히 성질이 다른 초전도체(비전통형 초전도체)가 1978년의 무거운 전자계 초전도체의 발견을 계기로 잇달아 발견되었습니다. 그 대표 예가 1986년에 발견된 구리산화물 고온 초전도체입니다. 고온 초전도체에서는 쿠퍼쌍을 만드는 인력은 전자-포논 상호작용이 아니고, 전자가 가지는 스핀이 인접끼리 반평행이 되려고 하는 스핀요동이라고 추정하고 있습니다. 2008년에 발견된 철계 초전도체는 구리산화물에 이어 높은 전이온도를 가진 초전도체인데 스핀요동 외에 궤도요동을 매개로 한 초전도 이론이 제안되고 있습니다.
그 외 구리산화물 초전도체와 같은 결정구조를 가지는 Sr2RuO4에서는 쿠퍼쌍을 형성하는 전자가 서로 평행이 되는 스핀 삼중항 상태인 것이 실험적으로 관측되는 등 발현 메커니즘에 대해서는 다양한 이론이 제안되어 있습니다. 또한 최근에는 위상부도체(topological insulator)에 캐리어 도핑된 CuxBi2Se3에서 초전도가 발견되었습니다. 이 물질은 토폴로지컬 초전도의 후보물질로서 주목을 받고 있는데 그 발현 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았습니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 超伝導発現機構 http://www.rover.nuap.nagoya-u.ac.jp/research_intro/mechanism.htm
물성 물리학에서 쿠퍼 쌍은 특정 방법의 저온에서 결합된 전자(또는 다른 페르미 입자) 쌍입니다. 1956년에 미국 물리학자 레온 쿠퍼에 의해 기술되었다.
쿠퍼는 금속 내의 전자들 사이의 작은 인력으로 인해 전자의 쌍 상태가 페르미 에너지보다 낮은 에너지를 가질 수 있음을 보여주었다. 이것은 전자 쌍이 결합되었음을 의미한다. 종래의 초전도체에서 이 인력은 전자-포논 상호작용에 기인한다. BCS 이론에서 설명한 바와 같이 쿠퍼 쌍 상태는 초전도의 원인이다.
쿠퍼 쌍이 만들어지는 것은 양자효과이지만 쌍을 이루는 이유는 단순화된 고전역학의 설명으로부터 이해할 수 있다. 금속 내의 전자는 보통 자유입자로서 작용한다. 전자는 음의 전하를 갖고 있기 때문에 다른 전자와 반발하지만 금속의 격자를 구성하는 양이온을 끌어 당긴다. 이 인력은 이온격자에 왜곡을 일으켜 이온이 전자를 향해 약간 이동하여 주변 격자의 양전하 밀도가 증가한다. 이 양전하는 다른 전자를 끌어 당긴다. 이 이동된 이온에 의한 전자간의 인력이 음의 전하에 의한 전자의 반발을 상회하여 전자가 쌍이 될 수 있다. 엄격한 양자역학적 설명에서 이 효과는 전자-포논 상호작용으로 인한 것이며 포논은 양으로 하전된 격자의 집단운동임을 나타낸다.
쌍 상호작용의 에너지는 10^-3 eV 정도로 매우 약하며 열에너지로 인해 쌍이 쉽게 파괴될 수 있다. 따라서 금속 및 다른 기판에서는 저온에서만 많은 수의 전자가 쿠퍼 쌍이 된다.
쌍을 이루는 전자는 반드시 서로 접근할 필요는 없다. 상호작용은 장거리이기 때문에 전자쌍은 여전히 수백 나노미터 떨어져 있을 수 있다. 이 거리는 일반적으로 평균 전자 간 거리보다 길기 때문에 많은 쿠퍼 쌍이 동일한 공간을 차지할 수 있다. 전자는 스핀 1⁄2이기 때문에 페르미 입자이지만, 쿠퍼 쌍의 총 스핀은 정수(0 또는 1)이기 때문에 복합보스입자이다. 이것은 파동함수가 입자교환 하에서 대칭임을 의미한다. 따라서 전자와 달리 복수의 쿠퍼 쌍이 동일한 양자상태가 되는 것이 허용되고, 이는 초전도 현상의 원인이 된다.
2008년, 광격자 내의 보스입자가 쿠퍼 쌍과 유사할 가능성이 제안되었다.
물체의 모든 쿠퍼 쌍이 동일한 기저상태로 '응축'하는 경향은 초전도의 특이한 특성을 유발한다.
쿠퍼는 처음에는 금속에 고립된 쌍이 형성되는 경우만 고려했다. 완전한 BCS 이론에서 설명한 바와 같이 많은 전자쌍 형성의 보다 현실적인 상태를 고려하면, 쌍이 형성됨으로써 전자의 허용 에너지상태의 연속 스펙트럼에 갭이 생기는 것을 알 수 있다. 이것은 계의 모든 여기가 어느 정도 최소한의 에너지를 가질 필요가 있음을 의미한다. 전자의 산란 등의 작은 여기가 금지되기 때문에 이 '여기와의 갭'이 초전도로 이어진다. 갭은 인력을 느끼는 전자 간의 다체 효과에 의해 나타난다.
RA Ogg Jr.은 전자가 물질 내의 격자진동에 의해 결합 된 쌍으로 운동할 수 있음을 먼저 제안했다. 이것은 초전도체에서 관찰되는 동위원소 효과에 의해 나타났다. 동위원소 효과는 더 무거운 이온(다른 핵 동위원소)을 포함하는 물질일수록 초전도 전이온도가 낮다는 것을 보여주었다. 이것은 쿠퍼 쌍의 이론으로 설명할 수 있다. 무거운 이온일수록 전자가 끌어당겨지거나 이동하기 어려워지고 결과적으로 쌍의 결합 에너지가 작아진다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - クーパー対 https://ja.m.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AF%E3%83%BC%E3%83%91%E3%83%BC%E5%AF%BE
하버드대학의 연구팀은 수소에 초고압을 가함으로써 '금속수소'라는 상태를 만드는 데 성공했다고 발표했다. 금속수소는 초고압을 가한 수소가 금속광택이나 도전성 등 금속 특유의 성질을 나타내게 되는 것으로, 금속수소는 상온에서 초전도체일 것으로 이론적으로 예상되고 있어서 고압물리 분야에서는 수년에 걸쳐 금속수소를 만드는 실험이 계속되고 있다. 해당 연구 논문은 과학지 'Science'에 게재되었다.
수소는 통상 수소원자 2개가 각각의 궤도 상에 있는 전자를 공유하여 결합하는 공유결합에 의해 수소분자 H2를 구성하고 있다. 이 상태의 수소는 분자간에 전자를 전달할 수 없기 때문에 전기를 통과시키지 않는 절연체이다. 그러나 수소에 매우 높은 압력을 가한 경우에는 분자끼리가 밀착되면서 분자의 공유결합이 해리되어 전자 1개를 가지는 수소원자가 빽빽히 늘어선 상태가 출현한다. 이 때 수소의 밴드구조는 금속상태가 되어 도전성을 갖는 금속수소가 된다고 생각된다.
이러한 이론 예상은 1930년대에 물리학자 유진 위그너 등에 의해 이미 이루어졌는데 위그너는 금속수소를 만드는데 필요한 압력을 25GPa(기가파스칼)로 계산하고 있었다. 25GPa은 약 25만 기압의 초고압 상태이지만 그 후의 실험에서 금속수소를 실제로 만들기 위해서는 25GPa로는 부족하고 이것을 대폭 웃도는 초고압이 필요하다는 것을 알았다. 예를 들어 로렌스 리버모어 연구소가 1996년에 실시한 실험에서는 140GPa·3000K라는 초고압·초고온 상태를 가스총의 충격파로 발생시킴으로써 액체수소가 도전성을 나타냈다고 한다. 다만 이는 충격파에 의한 순간적인 현상으로 금속수소로 보이는 상태가 지속된 것은 100만 분의 1초 이하라는 짧은 시간이었다. 오늘날의 이론에서는 금속수소로의 변화에 필요한 압력은 400~500GPa 정도일 것으로 예측되고 있다.
이번 실험에서는 고압실험에서 자주 사용되는 다이아몬드 앤빌셀(DAC)을 이용하여 저온에서 고체화된 수소분자에 초고압을 가했다. 그 결과 압력 335GPa까지는 투명했던 수소가 이 압력을 초과하면 흑색으로 바뀌었고 495GPa에 도달하자 금속광택을 나타내는 것이 확인되었다. 이 때의 반사율은 0.91이었다. 이 반사율을 바탕으로 이론모델로부터 계산한 플라즈마 진동수는 약 32.5eV(전자볼트), 캐리어 밀도는 약 7.7×10^23/㎤이어서 금속수소의 원자밀도 예측치와 일치했다. 이를 통해 연구팀은 초고압 하에서 고체 금속수소가 나타났다고 결론을 내렸다.
초고압 실험 중인 수소분자. 압력 200GPa 부근에서는 투명했던 수소분자(왼쪽)가 335GPa를 넘은 지점에서 흑색으로 변화했고(중앙) 495GPa에서 금속 특유의 광택을 나타내게 된다. (출처:하버드 대학)
일반적으로 이러한 초고압을 DAC에 가하면 장치 자체가 파괴되어 버려 실험이 되지 않는다. 연구팀은 파괴 회피 대책으로서 DAC의 다이아몬드 표면 5μm를 반응성 이온에칭으로 깨끗이 깎아내고 그 후에 알루미나 박막에 의한 보호층을 만들어 수소의 진입에 의한 열화를 방지하는 등의 처리를 실시했다. 이러한 노력에 495GPa라는 초고압 조건을 실현할 수 있었다고 한다.
초고압 하에서 생성된 금속수소는 이론적으로는 준안정 상태이기 때문에 생성 후에 상온·상압으로 되돌려도 금속수소의 상태를 유지할 수 있을 가능성이 있다. 또한 금속수소가 실온 이상에서 초전도 상태를 나타내는 고온 초전도체일 가능성도 지적되고 있다.
향후 이러한 이론 예측이 실험적으로 확인되면 상온 초전도라는 꿈의 기술이 현실이 될지도 모른다. 전기저항 제로 상태에서 전류를 계속 돌리는 획기적인 에너지 저장기술과 송전망의 초저 손실화, 초전도 리니어 등의 자기부상식 이동시스템, 초고효율 전자 디바이스의 실용화 등 상온 초전도 실용화가 사회에 미치는 영향은 헤아릴 수 없다.
에너지 소비 확대로 인한 환경 영향과 자원 고갈이 사회문제입니다. 저온에서 전기저항이 제로가 되는 물질인 초전도체는 전력 수송에 혁명을 가져올 수 있을 뿐만 아니라 의료나 교통 등 폭넓은 분야에 응용이 기대되고 있는 꿈의 물질입니다. 보다 저비용으로 보다 고성능인 초전도체 개발을 하기 위해 전세계에서 연구가 진행되고 있습니다.
▣ 초전도란 어떤 현상? 특정 물질을 저온까지 식히면 전기저항이 제로가 되는 등 특수한 성질을 가지게 되는 현상으로, 그러한 물질을 초전도체라고 부릅니다.
전류는 전자가 흐르는 것으로 인해 생겨납니다. 원자가 나란히 형성하는 결정격자 안을 전자가 흐를 때 격자가 전자가 가지는 운동에너지를 조금 빼앗아 버려 전자가 감속해 버리는 현상이 있습니다. 간단히 설명하면 결정격자가 체육관이고 그 안에 전자라는 공을 여러 번 던진다면 공이 테두리에 부딪치게 되고 잘 통과할 수 없는 현상이 여러 번 일어날 것인데, 이러한 메커니즘은 전기저항의 원인 중 하나입니다.
그러나 초전도 상태에서는 달라집니다. 이 때 전자는 2개씩 쌍이 되어 움직이고, 1번째의 전자로부터 빼앗긴 운동에너지를 2번째의 전자가 똑같이 그대로 받습니다. 따라서 전체적으로 에너지가 전혀 손실되지 않습니다. 이 상태는 임계온도라는 온도보다 낮을 때 발생합니다. 임계온도는 물질에 따라 다르며, 가능한 한 임계온도가 높은 초전도체를 만드는 것을 목표로 연구가 진행되고 있습니다.
▣ 지금까지의 초전도 연구의 흐름 1911년에 네덜란드의 연구자가 수은에서 초전도 현상을 발견한 것을 계기로 초전도의 연구가 시적되었고 1957년 미국의 연구자들이 발표한 BCS이론에 의해 '전자가 쌍이 되어 움직인다'는 메커니즘이 제시되었습니다.
임계온도는 연구가 진행됨에 따라 점진적으로 계속 상승했지만 여전히 초전도가 일어나는 조건은 매우 저온으로 제한되었습니다. 그런데 1986년 스위스의 연구자들에 의한 구리산화물 초전도체의 발견에 의해 임계온도가 단번에 상승하였고 1993년에는 수은을 포함한 구리산화물에서 약 마이너스 140도의 임계온도가 보고되었습니다. 이 임계온도는 저렴한 액체 질소로 냉각 가능한 약 마이너스 196도보다 훨씬 높았고, 초전도체 연구는 단번에 고조되었습니다. 그러나 이 물질은 가공이 어려운 세라믹이거나 유독한 수은을 포함하기 때문에 실용화가 어려웠습니다.
2000년대에는 비교적 가공이 용이한 금속의 화합물에서 고임계온도의 초전도체가 발견되었고 2001년에는 이붕화 마그네슘의 초전도, 2008년에는 철계 초전도체가 발견되었습니다. 철계 초전도체는 지금까지 약 마이너스 218도의 임계온도를 가지는 것으로 보고되고 있습니다. 그러나 초전도체는 고가의 희토류를 포함하여 대량 생산에 어려움이 있습니다.
최근에는 2015년 독일의 연구자들로부터 황화수소가 약 150만 기압의 초고압 하에서 임계온도 약 마이너스 70도에서 초전도를 나타낸다는 보고가 있었습니다. 초고압이어서 즉시 실용화할 수 있는 것은 아니지만 실온에 가까운 임계온도의 초전도체가 확실히 존재하는 것을 나타내는 중요한 결과라고 할 수 있습니다.
by Trevor Prentice
▣ 어떻게 초전도체를 만드는가? 크게 두 가지 접근법이 있습니다. 하나는 처음부터 새로운 물질을 설계하는 것이고 다른 하나는 기존 물질의 조성을 재조합하는 것입니다.
전자가 쌍을 형성하고 초전도가 실현되기 위해서는 전자쌍의 형성을 매개하는 것과 전자 사이에서 에너지의 전달이 일어나야 하며, 그 때문에 매개역에 안정된 질서가 아니라 '요동'이 요구됩니다. 체육관의 예에서 결정격자는 그 요동을 가지고 있으며 전자쌍의 형성을 매개합니다. 이 밖에 요동은 자기 모멘트(물질 중에 있는 미소한 자석)의 방향이나 전자의 배치로도 만들 수 있고, 안정된 구조로부터 그 질서를 무너뜨림으로써 전자쌍의 형성을 매개시킬 수도 있습니다. 이러한 요동이 생성하는 초전도의 임계온도는 격자 요동을 사용하는 경우보다 높을 것으로 예상됩니다. 3차원적으로 같은 구조가 이어지는 물질은 안정성이 높고 요동을 일으키기 어렵기 때문에 얇은 층상의 구조를 여러 층에 쌓은 밀푀유와 같은 물질을 주로 설계해 갑니다.
새로운 물질에 대한 접근법 중 하나는 화학의 지식에 근거하여 사고상에서 다양한 구조체를 레고블록처럼 조립해 나가는 방법입니다. 예를 들어 철은 정사면체, 플래티넘은 정사각형 등으로 정해진 기본구조가 있습니다. 이것들을 어떻게 조합하면 목적의 구조가 완성되는지 또 그 구조끼리가 제대로 연결되어 결정이 될지 어떨지를 음미하면서 조합해 갑니다. 이 때 각각의 원소가 가지는 기본 성질이 중요해지기 때문에 원소의 주기율표를 고려하면서 생각합니다. 그 후 전자가 결정 중 어디를 흐르는지, 초전도를 일으킬 수 있는지 등을 물리적인 지견에 근거해 검토한 후 실제로 물질을 합성합니다.
기존 물질을 이용한 새로운 초전도체의 개발에서 최근 흥미롭다고 생각하는 것은 천연 광물의 조성을 일부 재조합하는 접근법입니다. 자연적으로 존재하는 물질은 기본적으로 안정한 구조를 가지므로 일부의 결합을 끊거나 일부의 구조를 다른 분자로 치환하는 등을 하면 요동이 발생하여 초전도가 일어나기 쉬워지는 것 같습니다. 예를 들어 칼라버라이트(Calaverite)라는 천연광물은 구조 내에 포함된 텔루르의 분자가 전자의 흐름을 방해하고 있다고 추측할 수 있었습니다. 거기서 분자의 결합을 절단해 준 결과 새로운 초전도체가 되었습니다. 천연광물은 대량으로 산출하기 쉽고 생각도 하지 않았던 초전도체의 힌트가 보인다는 기대감도 가지고 있어서 큰 가능성을 지니고 있습니다.
▣ 향후의 전망 임계온도가 가능한 한 높은 초전도체의 발견을 목표로 하고 있으며 액체 질소로 초전도를 일으킬 정도가 이상적이지만 가공이 용이한 물질이면 마이너스 250도 정도에서도 충분히 채산성을 취할 수 있습니다. 실용화에서는 독성물질이나 희토류를 최대한 사용하지 않는 것도 중요합니다.
철도 구리도 아닌 원소를 베이스로 한 고임계온도의 초전도체의 개발도 이루어지고 있는데, 예를 들어 망간을 기반으로 한 고임계온도의 초전도체는 아직 만들어지지 않았습니다. 망간을 사용하는 물질은 매우 안정적인 자기 모멘트의 방향과 전자 배치의 질서를 가지고 있습니다. 그 때문에 통상은 초전도를 일으키기 어려운데, 그 질서로부터 능숙하게 요동을 만들어 그것을 이용하는 방법이 발견되면 고임계온도의 초전도체를 발견하기 위한 큰 돌파구가 될 가능성이 있습니다.
▣ 초전도 기술의 응용 에너지의 큰 절약으로 이어집니다. 전선으로 운반되는 전력 중 5% 정도가 전기저항에 의해 도중에 손실되고 있습니다. 액체 질소 등으로 초전도체를 감싸는 특수한 케이블을 이용함으로써 전력의 초장거리 수송이 가능해집니다. 예를 들어 사하라 사막의 면적의 4분의 1에 태양광 패널을 깔면 전세계 전력소비를 만족시킬 수 있다고 합니다. 궁극적으로는 지구상의 빛이 비치고 있는 장소에서 발전해 수요가 있는 장소에 정확하게 송전한다는 지구 규모에서의 효율적인 에너지 이용도 가능하게 될지도 모릅니다.
또한 전기저항이 0이면 매우 큰 전류를 흘릴 수 있기 때문에 초전도체는 강력한 전자석이 될 수 있습니다. 이것으로 차체를 띄워 초고속 주행을 가능하게 한 것이 이미 실용화가 진행되고 있는 리니어 모터카입니다. 그 외 몸의 단면을 촬영하는 MRI(자기공명 화상)도 강력한 전자석으로 그만큼 선명한 화상을 찍을 수 있게 됩니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 電気抵抗ゼロの物質「超電導体」を創り出す https://www.okayama-u.ac.jp/tp/research/focus_on_11.html
우리의 뇌는 나이가 들어감에 따라 조금씩 주름이 깊고 커집니다. 이것은 서서히 뇌가 위축되고 있기 때문입니다.
일반적으로는 30세대 정도부터 조금씩 뇌의 위축이 시작되고 65세 정도가 되면 육안으로도 분명한 위축이 보입니다.
뇌의 무게는 성인 남성에서 1300~1400그램, 성인 여성에서는 1200~1300그램 정도인데 90세가 되면 60세의 뇌보다 5~7% 정도 가벼워진다고 합니다. 위축의 속도와 정도는 개인차가 크고 뇌의 부위에서도 차이가 보입니다. 특히 전두엽과 측두엽은 전두엽의 전방이나 후두엽에 비해 노화에 따른 위축이 눈에 띄는 부분이라고 합니다.
뇌위축의 정도나 범위, 부위나 증상을 진찰하면 치매인지 여부를 판단할 수 있습니다. 위축의 정도에 따라 동작이 완만해지거나 기억하기 어려워지는 경우라도 반드시 치매인 것은 아닙니다.
▣ 뇌위축의 원인 뇌가 위축하는 주요 원인 중 하나는 '신경세포 수의 감소'입니다. 일설에 의하면 뇌에서는 매일 약 10만 개의 신경세포의 탈락이 일어나고 있어서 뇌 전체의 볼륨이 작아져 간다고 봅니다.
그러나 뇌 전체에는 140억 개의 신경세포가 있기 때문에 매일 10만 개의 신경세포가 탈락해도 전부 없어지기까지는 400년 가까이 걸리는 매우 방대한 수가 존재하고 있습니다. 또 뇌는 강한 '대상 능력'이 있기 때문에 몇 개의 신경세포가 탈락해도 남은 신경세포가 새로운 신경전달의 경로를 만들어내므로 뇌의 기능은 손실되기 어렵다고 합니다. 따라서 뇌의 기능에 갑자기 큰 영향을 미치지 않습니다.
과거 해외에서 행해진 연구에서는 뇌의 일부(해마와 뇌실 주변)에는 신경세포를 신생할 수 있는 능력이 있는 세포(줄기세포)가 존재하고, 고령자의 뇌에서도 신경세포의 신생이 진행되고 있음이 밝혀졌습니다. 이로 인해 '신경세포는 발생과 성장 초기에 분열한 뒤는 평생 결코 분열증식할 수 없다'는 지금까지의 상식이 깨지게 되었습니다.
그 밖에도 노화에 따라 뇌동맥경화가 진행됨으로써 뇌혈류량이 저하되어 그 결과 뇌의 위축에 이른다는 학설도 있습니다.
▣ 뇌 검사 방법 뇌위축을 알기 위한 검사는 CT, MRI를 이용합니다. CT는 엑스레이와 유사한 기계구조를 가지고 있어서 단시간에 쉽게 이미지를 그려낼 수 있으며 초기 뇌위축의 발견에 적합합니다.
한편 MRI는 시간을 들여 촬영을 해 위축의 부위나 범위, 정도를 상세하게 파악할 수 있습니다. 최근에는 이 MRI 화상에 해석처리를 실시하는 '뇌위축 해석검사'라는 것도 있습니다.
▣ 뇌의 위축에 의한 영향과 증상 뇌가 위축하는 것에 의한 영향으로 생각할 수 있는 대표적 질환은 인지기능의 저하, 이른바 치매입니다. 그러나 이것은 뇌가 위축된 누구나 일어날 수 있는 것이 아니며, 뇌의 위축이 병적으로 발생한 경우에만 발생한다고 생각됩니다. 치매가 발병하면 잊어버리거나 단기 기억장애뿐만 아니라 식별장애, 우울증과 같은 증상이 나올 수도 있습니다.
또 알츠하이머병도 뇌의 위축을 보이는 병으로 치매 중 40% 이상을 차지하고 있습니다.
한편 알츠하이머병 이외의 원인으로 치매가 되는 사람도 있습니다. 뇌가 위축하고 있는지 여부로 증상이 정해지는 것은 아니지만 위축이 병적인 위축이었을 경우에는 그 병에 해당하는 증상이 출현하게 됩니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 脳の形態の変化 https://www.tyojyu.or.jp/net/kenkou-tyoju/rouka/nou-keitai.html
절대영도는 열역학에서 절대 온도 K의 최저가 되는 온도를 말한다. 이 절대영도는 섭씨 -273.15℃이다. 이 온도에서는 엔트로피와 엔탈피는 0이 된다.
이 온도가 되면 모든 물질은 얼어붙는데, 실은 헬륨은 단순히 절대영도가 된 것만으로는 고체가 되지 않는다.
헬륨가스는 상온에서는 비행선의 내용물에 사용될 정도로 가볍고 흡입하면 목소리가 높아지는 것으로 유명하다. 이 가스는 상압 하에서 약 4K(-269℃)에서 액체로 변화한다. 이 끓는점은 모든 물질 중에서 가장 낮습니다. 헬륨보다 가벼운 수소분자 쪽이 융점이 높다.
헬륨은 절대영도에서도 압력이 없으면 액체상태를 유지하고 고체로 하려면 25기압의 압력을 가해야 한다(해발 0m의 기압이 1기압이다).
잘 알려진 바와 같이 헬륨의 최외각은 전자로 채워지기 때문에 헬륨 자체는 화학반응을 일으키기 어려운 희가스로 분류된다. 헬륨원자끼리 화학반응을 하는 일도 없기 때문에 원자 1개로 안정된 상태가 된다. 이 경우 헬륨원자 1개로 분자처럼 운동할 수 있다. 이와 같이 1개의 원자만으로 이루어지는 분자를 단원자 분자라고 부른다.
희가스를 구성하는 단원자 분자간에는 상호작용 인력이 작용하고 있다. 이 인력은 원자핵 주위에 편재하는 전자의 불균형(원자핵 주위에 편재하고 있는 전자가 일부분에 달려 있는 것)에 의한 반데르발스 힘(van der Waals force)이다. 반대로 분자가 너무 가까워서 두 원자의 전자구름이 겹치면 파울리의 배타율에 의해 강한 척력이 발생한다. 이 인력과 척력이 균형을 이룰 때의 원자간 거리는 원자의 직경이 된다.
이 상호작용에 의해 분자가 규칙적으로 정렬되어 있는 상태가 고체이다. 반대로 분자가 이 상호작용을 넘어갈 정도로 큰 에너지를 가지고 있고 공간을 자유롭게 날아다니는 상태가 기체이다. 그리고 이러한 중간에서 완전히 상호작용을 떨치지 못했지만 분자의 정렬을 붕괴시키기에 충분한 에너지를 분자가 가지고 있으면 액체가 된다.
분자간력이 생기는 원인은 많이 있다. 반데르발스 힘 이외에 이온 간 상호작용, 쌍극자 상호작용, 수소결합을 들 수 있다.
그러나 희가스의 단원자 분자 간의 상호작용에 의한 힘은 반데르발스 힘 이외에는 무시할 정도로 작다. 사실 희가스 원자는 이온화하거나 수소결합하지 않고 화학반응도 하지 않으며 전기음성도의 값 또한 없기 때문에 전기 쌍극자도 발생하지 않는다. 따라서 희가스의 분자간력은 다른 원소의 분자간력보다 약하다. 따라서 희가스의 융점과 비점은 낮아진다.
단 헬륨원자의 질량은 작기 때문에 다른 희가스 원자와 비교하여 움직이기 쉬운 원자라고 할 수 있다. 게다가 반데르발스 힘은 양자요동에 의한 것이기 때문에 반데르발스 힘은 그 원자에 포함되는 전자가 많을수록 강해진다. 그런데 헬륨의 원소번호는 2로 작기 때문에 이 인력은 희가스 중에서도 매우 약하다고 추측된다.
절대영도로 고체가 되지 않는다는 것은 그만큼 헬륨원자간의 상호작용이 약하다는 것이다.
가장 일반적인 수소의 동위원소는 질량 수 1의 수소원자이다. 따라서 일반적인 수소분자의 질량수는 2가 된다. 일반적인 헬륨의 질량수는 4이기 때문에 수소분자 쪽이 헬륨원자보다 질량이 작다.
그런데 실험에 의하면 헬륨 쪽이 수소보다 고체가 되기 어렵다. 사실 수소의 융점은 약 4K(-259.2℃)이며 상압에서도 고체가 될 수 있다.
그 이유는 수소분자가 2원자 분자이기 때문이다. 전술한 바와 같이 헬륨원자의 분자간력은 반데르발스 힘 이외는 무시할 정도로 작다. 그러나 수소분자는 반데르발스 힘 외에도 전기적 인력이 존재한다. 이 전기적 인력은 수소가 고체가 되기 쉽게 한다.
▣ 요약 ・헬륨은 절대영도에서도 고체가 되지 않는다. 고체로 만들기 위해서는 매우 큰 압력을 가할 필요가 있다. ・헬륨원자간의 인력은 매우 약하기 때문에 저온에서도 정렬하기 어렵다. ・헬륨에 한정되지 않고 다른 희가스의 융점·비점도 매우 낮다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 希ガスの性質―なぜヘリウムは絶対零度で固体にならないのか https://butsurimemo.com/liquid-helium/
우주의 광대함을 생각하면 지구 이외의 행성에도 생명체가 존재할 가능성은 높고, 지금까지 많은 과학자가 지구외 생명체의 탐사를 실시해 왔습니다. 2024년 1월 8일 지구외 생명체의 탐사를 하는 미국 캘리포니아주의 SETI 연구소가 지구외 생명체가 발하는 테크노 시그니쳐를 검출하는 프로젝트 'Commensal Open-Source Multimode Interferometer Cluster(COSMIC)'의 현황과 미래계획에 대해 보고했습니다.
COSMIC은 미국 뉴멕시코 칼 쟌스키 초대형 간섭전파망원경군(VLA)의 관측 데이터를 이용하여 지구외 생명체를 탐사한다는 프로젝트입니다.
VLA는 지름 25m의 파라볼라 안테나 27기를 한변 21km의 Y자형으로 부설된 선로 위로 이동시켜 우주로부터 날아오는 미약 전파를 검출해 천체 관측을 합니다. COSMIC은 VLA의 운용시설 내에 시스템을 구축해 각 파라볼라 안테나로부터의 디지털 신호를 증폭·분할해 컴퓨터 서버에 송신하고 있다고 합니다. 이 데이터를 사용하여 외계생명체의 흔적을 찾고 있습니다.
by cmh2315fl / https://www.flickr.com/photos/cmhpictures/
이미 광대한 탐색 능력을 가진 VLA에 편승함으로써 COSMIC는 외계생명체의 탐색범위를 대폭 넓히고 있습니다. 지금까지의 지구외 생명체 탐사에서는 수천 개의 항성만 커버할 수 있는데 반해 COSMIC에서는 0.75GHz~50GHz의 주파수로 수십만, 혹은 수백만의 항성계를 탐색할 수 있게 되어서 전천의 80%에 달한다고 합니다.
COSMIC은 2023년 1월에 세 번째 관측이 시작된 VLA Sky Survey(VLASS)에 편승하여 VLA가 관측한 데이터의 사본을 실시간으로 분석하고 있습니다. 미약한 전파를 신속하게 분석함으로써 지구외 생명체의 테크노 시그니처의 가능성이 있는 신호가 정말로 지구외 생명체에 의한 것인지, 다른 발신원에 의한 것인지 후속조사가 원활해집니다.
SETI 연구소의 천문학자인 체노아 트램블레이 씨는 “현재의 초점은 처음 6개월 동안 50만 개 이상의 관찰된 소스로 테크노 시그니처에 대한 가장 큰 조사 중 하나를 만드는 것"이라고 밝혔습니다. COSMIC은 현시점에서 매시간 약 2000건의 우주전파 소스를 스캔하고 있다고 합니다.
아래는 COSMIC가 관측대상으로 하고 있는 항성계의 위치를 점으로 표현하여 미약 전파를 매핑한 영역을 채운 이미지입니다.
COSMIC은 어디까지나 VLA 관측 데이터를 복사하고 분석하므로 VLA가 수행하는 다른 분석을 방해하지 않습니다. 또한 COSMIC 시스템은 미래의 확장을 염두에 두고 설계되었으므로 업데이트를 통해 동시에 관찰할 수 있는 대상의 수를 늘리거나 기계학습 알고리즘을 도입하여 데이터 분석을 효율화할 수 있다는 것.
또한 시스템은 적응성이 있기 때문에 외계생명체의 탐사 이외의 천문학 프로젝트에도 사용할 수 있습니다. 트럼브레이 씨는 “설계의 유연성은 고속 전파 버스트의 펄스 구조 연구와 암흑물질 후보인 액시온 탐색과 같은 다른 광범위한 과학적 기회를 제공한다”고 설명했습니다.
어린이가 블루라이트 차단 안경을 착용하도록 권장하는 움직임이 일부에 있는데, 과학적 관점에서 우려됩니다.
일반적으로 판매되고 있는 블루라이트 차단 안경은 디지털 단말기 사용시의 수면장애나 눈 피로의 경감, 안구 장해를 예방한다고 주장하고 있습니다. 이 중 체내 시계와 블루라이트의 관계에 대해서 몇 가지 논문이 있으며, 밤늦게까지 디지털 단말기의 강한 빛을 받으면 수면장애를 일으킬 우려가 지적되었습니다. 따라서 저녁 이후에 블루라이트를 차단하는 것은 일정한 효과를 기대할 수 있습니다. 그러나 그 외 주장은 증거가 부족하며 몇 가지 문제가 있습니다.
디지털 단말기의 액정화면에서 나오는 블루라이트는 흐린 하늘이나 창 너머 자연광보다 적고 망막에 장해를 일으킬 수 없는 레벨이어서 블루라이트를 두려워할 필요는 없다고 보고되었습니다.
어린이에게 있어서 태양광은 심신의 발육에 좋은 영향을 주고, 충분한 태양광을 받지 않는 경우 어린이의 근시 진행의 리스크가 높아집니다. 블루라이트 차단 안경의 착용은 블루라이트의 노출 자체보다 유해할 가능성을 부정할 수 없습니다.
최신의 미국에서의 연구결과는 블루라이트 차단 안경에는 눈 피로를 경감하는 효과가 전혀 없다고 보고했습니다.
체내 시계를 고려했을 경우 낮에 블루라이트 차단 안경을 굳이 착용하는 유용성은 근거가 부족하고 산업위생 분야에서는 낮의 일은 창문의 밝은 환경하에서 실시하는 것이 권장되고 있습니다.
어린이에게 블루라이트 차단 안경을 착용하도록 권장하는 근거는 없으며 오히려 블루라이트 차단 안경 착용은 발육에 악영향을 미칠 수 있습니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - ブルーライトカット眼鏡は逆効果 https://www.hikichi-eye.jp/blog/1509
비타민 D는 뼈의 건강에 필수적인 중요한 영양소입니다. 식사로부터의 섭취 외에 일광욕에 의해 체내에서 만들어낼 수 있는 것이 특징입니다.
비타민 D는 칼슘의 흡수를 좋게 하여 뼈를 만드는 데 빠뜨릴 수 없는 성분으로 식사뿐만 아니라 일광욕으로 피부에서도 만들어집니다.
햇볕이 잘 들더라도 창 너머로는 효과를 얻기가 어려운 데, 유리는 자외선을 많이 통과하지 않기 때문에 창 너머의 일광욕으로는 그다지 효과는 바랄 수 없습니다.
비타민 D의 효과 ● 뼈의 대사를 촉진한다(튼튼한 뼈를 만든다) ● 면역력 향상, 알레르기 증상 개선 ● 세로토닌 조절
뇌내 전달물질 세로토닌에는 정신을 안정시키는 효과가 있으며, 분비되면 동기와 활력이 나와 긍정적인 기분이 될 수 있습니다. '행복 호르몬'이라고도 불리며 인간에게 빼놓을 수 없는 물질로 부족하면 우울증, 불면증, 의욕 저하 등의 증상을 일으킬 수 있습니다.
식사만으로는 건강에 필요한 비타민 D 섭취가 어렵습니다. 비타민 D 생산을 위해서는 피부에 유해한 작용을 일으키지 않는 범위에서 자외선량을 확보할 필요가 있지만, 위도나 계절의 영향을 받고 코로나19의 유행으로 외출의 기회가 줄어들어 점점 부족한 경향에 있다고 합니다.
비타민 D는 야채와 곡물, 콩, 감자류에는 거의 포함되어 있지 않습니다. 많이 포함되어 있는 식품은 어류나 버섯류입니다. 또한 비타민 D는 뼈에 필수적인 칼슘의 흡수율을 높이기 때문에 함께 섭취하는 것이 좋습니다.
또한 자외선량이 적은 겨울에는 비타민 D가 부족하기 쉽기 때문에 적극적으로 비타민 D를 포함한 식품을 섭취하는 것이 중요합니다.
비타민 D 생성에 필요한 일광욕의 기준 시간은 계절이나 장소, 시간에 따라 다르지만 15~30분 정도입니다. 자외선량에 따라 일광욕 시간당 생성되는 비타민 D량이 달라집니다.
유리창은 자외선이 통과하지 못하므로 비타민 D를 생성하는 것은 어렵습니다. 피부를 태우는 UBA와 달리 비타민 D를 생성하는 UVB는 유리를 투과하지 않습니다.
손바닥이나 발바닥은 멜라닌 색소가 적지만 비타민 D 생성은 다른 부위에 뒤지지 않습니다. 창문에서 손만 내밀고 태양을 향하는 것만으로도 충분합니다. 손바닥에 자외선 차단제가 남아 있으면 충분한 효과를 얻을 수 없습니다.
옷을 입고 거의 피부 노출이 없어도 손바닥을 태양으로 향하는 등 어딘가 직접 햇빛을 받으면 효과는 얻을 수 있습니다. 그러나 당연히 긴소매보다는 반소매, 긴바지보다는 반바지가 자외선에 노출되는 면적이 넓어 보다 효율적으로 비타민 D생성이 됩니다.
자외선 차단제는 비타민 D 생성을 억제하는데, 자외선의 파장과 비타민 D를 생성하는 자외선의 파장은 거의 같기 때문입니다. SPF30 자외선 차단제의 사용으로 비타민 D 생성량이 5% 이하가 된다는 연구결과도 있습니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 日光浴で健康になろう！適切な目安時間や紫外線による影響を紹介 https://www.seims.co.jp/column/22111901/#:~:text=%E6%9C%8D%E3%82%92%E7%9D%80%E3%81%A6%E3%81%84%E3%81%A6,%E8%A6%9A%E3%81%88%E3%81%A6%E3%81%8A%E3%81%84%E3%81%A6%E3%81%8F%E3%81%A0%E3%81%95%E3%81%84%E3%80%82
세포의 죽음은 두 가지로 나눌 수 있다는 것이 현재 생물학자의 견해이다. 파멸적인 상태에 몰려 죽는 네크로시스와 세포에 본래 갖춰져 있는 죽음의 메커니즘이 발동하여 정연히 죽는 아폽토시스이다. 네크로시스는 아폽토시스조차 일어날 수 없을 정도로 심한 상태에 몰린 끝의 죽음이라고도 생각된다.
아폽토시스는 세포의 신구 대체 등 다세포 생물이 건강하게 생활하기 위해 필수적인 메커니즘이다. 그런데 설명할 수 없는 사례도 있다. 성체의 심근세포나 신경세포 등 두 번 다시 분열하지 않는 세포도 스스로의 죽음의 메커니즘에 따라 죽어 간다. 형태적으로 봐도 네크로시스가 아닌 것은 확실하지만, 아폽토시스라고 부르기 모호하다.
일부 학자는 이러한 개체의 죽음에 직결되는 세포사의 기구를 아폽토시스와 구별하는 '아포비오시스'라고 명명했다. 아폽토시스에서는 DNA가 단편화하는 것으로 알려져 있지만, 아포비오시스에서는 다른 효소의 작용으로 더 큰 단편이 된다고 한다.
아폽토시스는 개체의 생존을 위해 더 이상 필요하지 않은 세포를 제거하는 과정이다. 개체의 죽음에 직결되는 아포비오시스의 생물학적 의미는 무엇일까? 종의 생존을 위해 개체의 죽음을 보장하는 메커니즘이라는 주장도 있다. 이기적인 유전자에게는 더 이상 차세대에 유전자를 전달할 수 없는 개체가 죽음에 이르지 못하면 종의 존속에 지장을 주는 것이다.
세포의 죽음은 오랫동안 막연하게 나쁜 것으로 간주되거나 무시되어 왔다. 세포의 죽음을 나타내는 말로 널리 사용되어 온 것이 최근까지 네크로시스(괴사)밖에 없었던 것이 이것을 상징하고 있다. 현재 네크로시스는 세포가 파멸적인 상황에 몰릴 때 일어나는 완전히 수동적인 죽음, 이른바 '타살'이라고 생각되고 있다.
이와는 별도로 세포에 본래 갖춰져 있는 죽음의 메커니즘을 발동시켜 일어나는 자살형의 세포사인 '아폽토시스'는 형태적으로 생화학적 네크로시스와 완전히 다른 과정을 거쳐 죽는다. 그리고 다세포 생물의 생명을 유지하는데 있어서 필수적인 메커니즘인 것을 알게 되었다. 그리고 아폽토시스의 제어불량으로 너무 일어나거나 너무 적게 일어나면 여러 가지 병이 된다.
예를 들어 발생단계에서 아폽토시스가 정상적으로 일어나지 않으면 기형이 생길 것이다. 또 자가면역 질환은 원래 죽어야 할 자가반응성 T세포가 죽지 않고 남아 발생한다. 암도 세포가 죽기 위한 메커니즘을 없애기 때문에 발생한다. 에이즈에서는 면역세포가 아폽토시스를 과도하게 일으켜 HIV에 감염되지 않은 세포까지 죽는다.
아폽토시스의 중요성은 20년 전에 지적되었지만 오랫동안 무시되어 왔다. 본격적인 연구는 최근 시작되었고, 아폽토시스를 이용한 치료법의 개발도 시작되었다.
Argonne National Laboratory / https://www.flickr.com/photos/argonne/15693117819
특성 - 완전 전도성(전기저항 제로) - 완전 반자성(마이스너 효과) - 자속의 양자화, 자속양자 핀 고정 - 조셉슨 효과
▣ 완전 전도성(전기저항 제로) 어떤 물질을 식히면 특정 온도(임계 온도, Tc)를 경계로 전기저항률이 제로가 되는 현상입니다. 전기저항이 발생하는 원인은 물질 속을 진행하는 전자가 다양한 요인으로 인해 운동을 방해받고 있기 때문입니다. 방해를 하는 요인은 산란요인이라고 불리며, 물질 중의 불순물이나 결정결함 등을 들 수 있습니다. 그러나 초전도 상태에 있는 물질 중에서는 전자가 두 개가 한 세트로 운동하고 있습니다(쿠퍼 쌍). 이 쿠퍼 쌍이 되면서 초전도체 중의 전자가 하나의 큰 파동과 같이 운동할 수 있게 됩니다. 이 파동은 쉽게 산란요인을 극복할 수 있기 때문에 방해받지 않고 운동하는 것이 가능해져 제로저항이 실현됩니다.
현재 보고된 가장 높은 Tc는 Hg-Ba-Ca-Cu-O계 초전도체의 133K(섭씨 -140도)입니다. 초전도에 관한 연구분야에서는 Tc의 향상뿐만 아니라 그 발생원리의 규명이나 새로운 초전도체의 발견 등의 연구가 진행되고 있습니다.
응용으로는 초전도체의 전기저항이 제로라는 특징을 살려 대전류의 무손실 송전이나 강자기장 발생 마그넷 등이 실현 가능합니다. 또한 이것들을 이용한 SMES(초전도 자기 에너지 저장장치) 등의 고효율 에너지 시스템이나 MRI(자기공명 화상법) 등의 의료기기의 연구개발이 진행되고 있습니다. 또한 차세대 고속 교통수단으로서 초전도 리니어 모터카에서도 강력한 자기장을 발생시킬 수 있는 초전도 마그넷이 불가결한 기술입니다.
▣ 완전 반자성(마이스너 효과) 초전도체는 외부 자기장을 내부에서 완전히 배제하는 완전 반자성(마이스너 효과)이라는 성질을 가지고 있습니다. 상전도 상태에 있는 경우 자기장은 물질의 내부를 뚫고 갑니다. 그러나 일단 초전도 상태로 전이하면 내부를 뚫고 있던 자기장이 밖으로 밀려 나와 초전도체 내부에는 자기장이 없는 상태가 됩니다. 또한 자기장이 없는 환경에 있는 초전도체에 자기장을 가해도 자기장이 내부로 침입할 수 없습니다.
마이스너 효과가 발생하는 원인으로는, 초전도체에 자기장이 걸리면 초전도체의 표면 근처에서 작은 '전류 소용돌이(볼텍스)'가 발생합니다. 이 볼텍스는 외부 자기장을 상쇄하는 방향으로 흐르기 때문에 초전도체 내부에서는 자기장이 상쇄된 상태가 됩니다. 이것이 마이스너 효과입니다.
마이스너 상태에 있는 초전도체에 영구자석을 접근시키면 내부에 자기장을 침입시키지 않으면서 초전도체가 영구자석으로부터 밀려나는 힘이 작용합니다.
▣ 자속의 양자화, 자속양자 핀 고정 초전도체는 외부 자기장의 크기에 대한 초전도체 내부로의 자기장의 침입방법에 따라 제1종 초전도체와 제2종 초전도체 2종류로 나눌 수 있습니다.
제1종 초전도체는 임계자기장(Hc)까지 마이스너 상태를 유지하지만 그 이상의 자기장이 걸리면 초전도 상태가 파괴됩니다. 제1종 초전도체에는 Hg와 같은 금속원소 초전도체가 포함됩니다.
제2종 초전도체는 하부 임계자기장(Hc1)까지 마이스너 상태를 유지하지만 그 이상의 자기장이 되면 초전도체가 일부 파괴되어 자기장이 부분적으로 침입합니다. 자기장을 더욱 크게 해 나가면 차례차례로 자기장이 침입해 상부 임계자기장(Hc2)에서 완전히 상전도 상태로 전이합니다. 이 성질 때문에 제2종 초전도체는 고자기장까지 초전도 상태를 유지하는 것이 가능하여 강력한 초전도 마그넷 등에 사용되고 있습니다. 산화물 초전도체 등이 제2종 초전도체에 속합니다.
Hc1에서 Hc2 사이를 혼합상태라고 합니다. 혼합상태에서는 초전도에 침입한 자기장은 φ0 = hc/2e = 2.07 × 10^-7 G•cm^2을 최소단위로 φ0 정수배의 크기를 가진 무수한 자속선으로 분할되어 있습니다. 이것은 자속의 양자화로, 양자화된 자속선을 '자속양자'라고 부릅니다. 혼합상태에 있는 제2종 초전도체에 전류를 흘리면 자속양자에 로렌츠력이 작용하여 운동을 시작합니다. 이 운동에 따라 유도전계가 생겨 외부 자기장이 Hc2에 도달하지 않아도 초전도 상태가 파괴되어 버립니다. 이 때 초전도체 내부에 자속양자의 운동을 멈추는 '핀 고정점'이 존재하면 전류가 흐르더라도 자속양자는 운동하지 않고, 이상적으로는 Hc2까지 초전도 상태를 유지할 수 있습니다. 핀 고정점이 되는 것으로는 미세한 상전도체나 결정결함 등을 들 수 있습니다.
이 양자화 자속 핀 고정에 의해 초전도체 중에 침입한 자속양자는 확실히 고정되기 때문에 초전도체가 영구자석 상에 부상하거나 영구자석과 일정한 간격 유지하고 떨어지지 않는 피싱효과가 발생합니다.
자속양자 핀 고정은 초전도 응용에 특히 중요한 현상입니다. 자속양자 핀 고정점을 제어함으로써 보다 높은 자기장을 발생하는 초전도 마그넷의 개발이 가능하게 되었고 SMES의 저장 에너지량 증대나 NMR(핵자기 공명장치)의 분해능 향상 등을 기대할 수 있습니다.
▣ 조셉슨 효과 초전도체 중에서는 전자가 하나의 큰 파동을 형성함으로써 전기저항이 제로가 됩니다. 그렇다면 두 개의 초전도체가 얇은 절연체를 사이에 두고 있다면 어떻게 될까요?
절연체가 얇은 경우(수 나노미터 정도) 각각의 파동이 절연체를 넘어 다른 쪽의 초전도체에 전달됩니다. 각각의 초전도체의 파동은 아래 당연히 어긋나 있는데, 이 어긋남을 없애고 같은 파동으로 하기 위해 한 초전도체에서 다른 초전도체로 전류를 흘립니다(직류 조셉슨 효과). 이 전류는 전압이 가해지지 않은 상태에서도 흐르기 때문에 통상의 물질에서 생기는 터널효과와는 다른 초전도체 특유의 현상입니다.
또한 하나의 초전도체에만 전압을 가하면 그 초전도체 중의 파동이 방해되지만, 직류 조셉슨 효과의 경우와 마찬가지로 다른 파동과의 어긋남을 없애려고 절연체를 넘어서 전류가 흐릅니다. 그러나 전압은 걸린 채이므로 다시 파동의 어긋남이 생기고 또 전류가 흐릅니다. 이 반복에 의해 직류 전압을 가하고 있음에도 불구하고 교류의 전류가 흐르는 '교류 조셉슨 효과'가 생깁니다.
현재 이 조셉슨 효과를 이용한 고정밀도의 자기장 측정기나 고속으로 동작하는 전자 디바이스의 연구개발이 이루어지고 있습니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 「超伝導」って何？ https://www.nuee.nagoya-u.ac.jp/labs/yoshidalab/superconductor.html#Flux_pin
이번에 보고된 사례는 결장암을 제거하는 수술을 받을 예정이었던 70세 남성의 복부를 소형 카메라로 검사한 결과 담도에서 5마리의 기생충이 움직이고 있는 것을 발견했습니다.
A 70-year-old man undergoing cholangioscopy to evaluate dilatation of the common bile duct was found to have flatworms in his biliary tract (shown in a video). Read the full clinical case: https://twitter.com/i/status/1741127056648528054
발견된 기생충은 일반적으로 간흡충이라는 기생충 Clonorchis sinensis였습니다.
적출된 간흡충은 갈색이며 평평한 모양을 하고 있습니다. 간흡충을 발견한 중국 광동성 중산대학 제일부속병원의 의사들은 이 사례를 2023년 12월 23일자의 의학지 The New England Journal of Medicine에 보고했습니다.
간흡충은 전 세계에서 6억 명이 감염 위험에 노출되어 있는 것으로 추정되는 기생충으로, 서식하는 지역의 담수어와 새우를 생식 혹은 가열이 불충분한 상태로 먹는 것이 일반적 감염경로입니다.
물고기와 같은 중간 숙주에서 인간의 소화기에 들어가면 간흡충 유충이 소장에서 시스트라는 주머니에서 나와 담도로 이동하여 간과 담즙에 기생합니다. 수가 적으면 무증상이지만 간흡충의 수가 증가하면 복통이나 두통, 현기증 등의 증상을 일으킵니다. 추가 치료없이 방치하면 간흡충은 때로는 30년 동안 계속 살며 간비대증과 영양실조와 같은 심각한 증상을 초래합니다.
사람이 생명을 유지하고 활동하기 위해 외계에서 음식과 물, 공기 등을 도입합니다. 음식과 물은 필요한 영양분을 추출하기 위해 소화기에 의해 분해 처리됩니다. 이 과정에서 신체에 불필요한 노폐물도 나오는데, 이것들은 혈액과 함께 전신을 돌며 도중에 제거할 필요가 있고 비뇨기 중 하나인 신장에서 처리됩니다.
신장에는 분당 800~1000밀리리터의 혈액이 보내지고 필터 역할인 네프론의 사구체로 여과하여 필요한 것과 불필요한 것으로 분류해 소변의 근원이 되는 원뇨가 생깁니다. 여기서 여과되는 것은 수분이나 혈장, 노폐물 등으로, 백혈구나 적혈구, 혈장판 등은 여과되지 않습니다. 원뇨는 요세관을 통과할 때 포도당이나 아미노산, 나트륨 등 몸에 필요한 영양소나 수분 등이 99%가 재흡수되면서 100분의 1의 양이 됩니다. 바로 소변은 몸을 돌아다니는 혈액의 '남은 찌꺼기'로, 평상시와 다르다면 신체의 어딘가에 이상이 있는 것이어서 오줌은 '신체의 창', '컨디션의 기압계'입니다.
건강한 성인의 경우 하루에 나오는 소변의 양은 1500밀리리터 정도. 물론 수분의 섭취량과 발한량 등에 따라 약간의 증감은 있습니다. 색은 황색, 또 황갈색. 방광에 모이는 시간이 길면 짙어지고 짧으면 얇아집니다. 소변의 성분은 84~85%가 수분으로 나머지가 고형성분. 가장 많은 것이 요소(단백질의 남은 찌꺼기)로 염분, 크레아틴(근육 중에서 사용된 단백질의 노폐물), 요산(세포 내의 푸린체가 분해되어 생기는 노폐물) 등이 포함되어 있습니다. 또한 소변이 노랗게 되는 우로빌린, 냄새의 원인인 암모니아 등도 배설됩니다. 표준 횟수는 주간 4-5회, 야간은 없거나 1회로, 한 번에 배설되는 양은 200-300밀리리터 정도입니다.
소변은 방광 내의 말초신경이 자극을 받고 그 정보가 대뇌에 전해져 방광의 괄약근이 느슨해지면서 배뇨됩니다. 요의를 참을 수 있는 이유는 방광의 입구에 요도외괄약근이 있어 억제할 수 있기 때문입니다. 단 방광은 신축자재의 고무와 같은 소재이기 때문에 오랫동안 소변이 모이면 방광이 늘어져 느슨한 고무끈처럼 됩니다. 또한 박테리아가 번식하기 쉬우므로 오줌은 참지 않도록 해야 합니다.
화장실에서 배뇨 이상을 느끼고 그 증상이 2, 3일 이상 계속되면서 발열이나 부종 등 다른 증상이 있는 경우에는 신장이나 비뇨기과에서 빨리 진찰합시다.
체크사항은 다음과 같습니다.
▣ 색 ▼혈뇨 레드와인 색은 신장이나 방광의 병일 가능성. 배뇨 시작일 경우 방광, 후일 경우는 신장 ▼혼탁, 고름 신우신염, 방광염, 요도염 등을 의심. 신장이나 요로계가 세균에 감염되었을 가능성. 배뇨통과 발열, 등 통증 동반
▣ 양 ▼평소보다 적다 1일에 100밀리리터 이하는 무뇨, 100~400밀리리터 이상은 핍뇨. 신장 이상일 가능성 ▼많다 1일에 2500밀리리터 이상은 다뇨. 신부전 등 의심. 당뇨병을 가진 사람일 가능성
▣ 횟수 ▼1일 2회 이하 신장이나 신경장애 등 의심 ▼1일 10회 이상 빈뇨이며 방광염, 요도염, 전립선 비대증의 징후. 야간 빈뇨는 전립선 비대의 특징
▣ 기타 ▼냄새 당뇨병은 과일과 같은 새콤달콤한 냄새 ▼통증 배뇨통은 방광염이나 요로결석일 가능성
출처 참조 번역 - Wikipedia - おしっこの話 https://www.minamitohoku.or.jp/up/news/minamitouhoku/topnews/201110/kagami.htm
by Paul Stainthorp / https://www.flickr.com/photos/pstainthorp/
혈당치를 낮추는 호르몬인 인슐린의 분비가 잘 되지 않거나 인슐린의 효능이 나빠지면 고혈당이 일상화되어 다양한 문제나 질병을 일으키는 당뇨병의 원인이 됩니다. 그래서 당뇨병의 진행에 따라서는 인슐린을 주사할 필요가 있는데, 인슐린을 분비할 수 있도록 유전자 개조한 피부 상재균을 체내에 도입하여 자동적으로 인슐린을 체내에 공급한다는 새로운 치료법의 연구를 생물학계 블로그 사이트인 GROW가 소개했습니다.
2010년 분자생물학자인 크레이그 벤터 연구팀은 컴퓨터에 기록된 박테리아의 게놈정보를 바탕으로 게놈을 포함한 DNA를 합성하고 효모에 이식함으로써 '합성생명'을 세계에서 처음으로 만드는 데 성공했습니다.
캘리포니아대학 샌디에고교의 소아과 명예교수인 알버트 하이엑 씨는 이 벤터 연구팀의 논문을 읽고 인슐린을 생성하는 세균을 만들 수 있을 것이라는 아이디어를 생각해 냈다고 것.
인슐린은 췌장 내의 조직으로 만들어지는 호르몬으로, 어떤 이유로 이 호르몬이 체내에서 만들 수 없게 되면 혈당치를 낮출 수 없게 되기 때문에 당뇨병의 원인이 됩니다. 특히 1형 당뇨병은 태어나면서 인슐린의 분비부전을 안고 있기 때문에 평소부터 인슐린 주사를 할 필요가 있습니다.
by FatCatAnna / https://www.flickr.com/photos/fatcatanna/
그러나 미국에서는 여러 가지 이유로 인슐린 가격이 상승하고 있으며 당뇨병을 앓는 사람들에게 부담이 되고 있다는 문제가 있습니다.
하이엑 씨가 논문을 읽은 다음 해인 2011년, 우연히도 하이엑 씨의 집 근처에 벤터 씨가 운영하는 J. 크레이그 벤터 연구소가 건설되었습니다. 하이엑 씨는 연구소에 연락하여 벤터 연구소에서 합성생물학 그룹을 이끄는 존 글래스 씨와 친분을 얻었습니다. 당초는 줄기세포를 사용한 연구를 계획하고 있었는데 면역학자 리차드 갈로 씨에게 상담한 결과 피부 표면의 상재균을 사용하는 아이디어를 제안받았다고 합니다.
갈로 씨는 2013년에 피부에 상재하는 세균이 표피뿐만 아니라 표피보다 2mm 깊은 체내에서도 서식하고 있으며 일부가 혈관과 상호작용할 가능성이 있다는 연구결과를 발표했습니다. 즉 이 표피 상재균의 DNA를 조작해 혈당치의 상승을 감지하면 인슐린을 분비하게 프로그램하면 자동으로 인슐린이 분비되는 시스템을 몸에 도입할 수 있다는 것입니다.
하이엑 씨와 갈로 씨 연구팀은 피부의 상재균 중 하나인 표피 포도상구균의 DNA를 변경하고, 하나의 아미노산 사슬로 이루어진 인슐린 유사체를 발현하는 유전자를 통합했습니다. 이 인슐린 유사체는 신체에서 생성되는 인슐린과 유사하게 작동하지만 표피 포도상구균의 서식에 적합한 온도에서도 안정적인 것이 특징입니다.
또 이 표피 포도상구균에 이상이 일어났을 경우나 타자에게 감염해 버린 경우에 대비하여 페일 세이프를 마련할 필요가 있습니다. 그래서 연구팀은 DNA를 구성하는 뉴클레오사이드의 1종인 티미딘을 합성하는데 필요한 유전자를 표피 포도상구균의 DNA로부터 배제했다고 합니다. 따라서 외부에서 티미딘을 투여하지 않으면 개조된 표피포도상구균은 살 수 없습니다.
그리고 더욱 중요한 것은 필요한 때에 인슐린을 분비하는 구조를 도입하는 것인데, 연구팀의 일원이며 스탠포드대학의 생물공학자인 카이샤 벤자민 씨는 연구를 반복하여 포도당 농도에 반응시켜 mRNA 수준을 증가시키는 여러 유전자를 확인했습니다. 다음으로 포도당을 검지하는 구조와 관련된 프로모터 영역을 찾고 있다고 합니다. 이 프로모터 영역을 표피 포도상구균의 게놈에 추가한 인슐린 발현 유전자의 상류에 배치하면 혈당치가 너무 높을 경우에만 세균이 적절한 양의 인슐린을 전달하게 됩니다.
이 연구 프로젝트는 2013년부터 10년간 계속되고 있지만 현재 많은 과제가 남아 있습니다. 하나는 인슐린 생산량이 예상보다 적다는 것입니다. 또 유전자 조작된 박테리아로부터 생성된 인슐린이 모든 사람에게 효과가 있는지도 불분명합니다.
모든 과제를 달성하더라도 이 피부상재균을 이용한 치료법이 실용화되기 위해서는 규제당국의 승인을 얻어야 하며, 그 목표를 달성하기까지는 엄청난 규모의 비용이 듭니다. 다만 치료법이 충분히 보급되어 제약회사들의 경쟁이 활성화되면 비용도 억제될 수 있다고 기대됩니다.
리튬이온 배터리는 현대 사회에서 스마트폰이나 전기자동차 등에 널리 사용되는 반면 파열과 화재로 이어질 위험성이 있습니다. 2024년 1월 9일 Microsoft와 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소(PNNL)는 공동으로 기존의 리튬이온 전지보다 파열하기 어려울 가능성이 있는 새로운 고체 전해질을 이용한 배터리 재료를 발견했다고 발표했습니다. 이번 발견에는 Microsoft의 양자컴퓨팅 서비스 'Azure Quantum Elements'가 사용되었습니다.
현시점에서 널리 사용되는 리튬이온 배터리는 액체 전해질이기 때문에 에너지 전도에 뛰어나지만 파열되어 화재를 일으킬 수 있습니다. 또한 리튬이온 배터리 수요가 확대됨에 따라 다양한 제조업체들이 배터리 공장을 건설하고 있지만 리튬이온 배터리 생산에는 많은 양의 물과 에너지가 필요하기 때문에 환경에 악영향을 미쳤습니다.
또한 미국 에너지부에 따르면 리튬이온 전지의 수요는 2030년까지 최대 10배 높아질 가능성이 있다고 합니다. 따라서 과학자들 사이에서는 리튬 사용량이 적은 차세대 배터리의 개발이 진행되고 있습니다.
PNNL의 연구팀은 AQE에게 리튬 사용량이 적은 전지의 재료는 어느 것인지 묻자 AQE는 즉시 3200만 가지의 후보를 제안했습니다. 그 후 연구팀은 제안된 후보들 중에서 안정적으로 사용할 수 있는 약 50만 가지의 재료를 선별했습니다.
또한 연구팀은 각 재료가 에너지를 얼마나 전도하는지 추측하고 각 재료 내에서 원자와 분자가 어떻게 움직이는지를 시뮬레이션했습니다. 또한 동시에 비용과 입수의 용이함을 포함하여 각 후보가 얼마나 실용적인지 추측했습니다.
연구팀에 의한 선정의 결과, 최종적으로 23가지로 배터리 재료의 후보를 좁히는 것에 성공했습니다. 3,200만 가지의 후보를 제안받고 23가지로 좁히는 데 걸린 시간은 불과 80시간이었습니다. PNNL의 직원 과학자 겸 재료과학 그룹리더인 비자이 무르게산 씨는 “3200만 가지의 자료를 인간의 수작업으로 조사하려고 하면 아마 20년 이상을 필요로 하므로 이번 발견은 AI 그리고 AQE 없이는 이뤄지지 않았다”고 밝혔습니다.
연구팀은 최종적으로 남은 23가지의 후보 중에서 배터리로 사용할 수 있는 가능성이 높은 후보를 하나 합성하여 테스트를 실시했고 제조된 배터리를 이용하여 전구나 시계에 전력을 공급하는 데 성공했습니다.
이번에 제조된 배터리에는 기존의 리튬 이외에 나트륨이 사용되었습니다. Microsoft에 의하면 이번에 발견된 신소재는 기존의 리튬이온 전지에 비해 리튬 함유량을 최대 70% 삭감할 수 있고 액체 전해질인 리튬이온 전지와 달리 고체 전해질이어서 안전성이 향상되었다고 합니다.
한편 고체 전해질 배터리는 액체 전해질의 배터리에 비해 에너지 전도 성능이 떨어지고 이번에 발견된 재료는 연구팀에 당초 예측보다 에너지 전도 성능이 낮다는 점에서 향후 테스트와 미세 조정이 이루어질 예정이어서 이번에 발견된 재료를 이용한 배터리가 시장에 등장하는데 시간이 걸릴 것으로 보입니다.
Microsoft Research의 Microsoft Quantum – Redmond(QuArC) 그룹리더인 크리스타 스보어 씨는 “AI와 AQE를 사용함으로써 지금까지 250년 필요했던 화학재료 연구를 불과 20년으로 압축할 수 있다”고 주장했습니다.
독일의 광학기기 메이커인 ZEISS(칼자이스)가 라스베가스에서 개최되고 있는 일렉트로닉스 관련의 박람회 CES 2024에서 자동차 응용에 중점을 둔 다기능 스마트 유리 시스템에 대해 발표합니다. 이번에 발표되는 테크놀로지 중에는 창이나 유리에 통합 가능한 '투명하고 보이지 않는 카메라'도 포함되어 있다고 알려져 화제가 되고 있습니다.
ZEISS는 최근 유리에 다양한 정보를 표시하는 헤드업 디스플레이(HUD) 개발에 주력하고 있으며, 2023년 독일에서 개최된 국제 모터쇼 IAA Mobility에서는 자동차에 HUD를 탑재하려는 시도를 발표했습니다.
ZEISS의 기술은 건물과 자동차 창문, 유리 스크린 등을 포함한 모든 유리의 표면을 온 디맨드 스크린으로 바꾸는 얇은 폴리머 필름을 중심으로 구축되어 있습니다. 이 필름은 초고정밀 광학계를 탑재하면서 92% 이상의 투명도를 자랑하며 투영・검출・조명・필터링이라는 4개의 기본 기능을 조합해 스마트홈 솔루션부터 AR헤드업 디스플레이에 이르기까지 완전히 새로운 홀로그램의 가능성을 열 것으로 기대되고 있습니다.
자동차의 앞유리 등에 HUD로 정보를 투영함으로써 드라이버는 운전 중 필요한 정보를 얻을 수 있습니다. 또 홀로그래픽 3D 콘텐츠는 디자인 변경이나 기능 추가의 자유도가 높아 투영된 이미지나 텍스트를 안쪽 또는 바깥쪽에서만 보이게 하거나 창을 검은색으로 처리할 수도 있다고 ZEISS는 설명했습니다.
또 커플링, 디커플링, 도광소자를 사용하여 입사광을 숨겨진 센서로 유도하여 유리를 '투명한 카메라'로 만드는 기술도 개발했다며 'Holocam'이라고 부르는 투명한 카메라를 실용화하면 차간 거리의 경고나 주차용의 센서, 드라이버의 피로 감지시스템 등에 사용하는 카메라의 설치 스페이스를 삭감할 수 있다고 보았습니다.
또 카메라를 내장한 스크린이나 디스플레이가 실현되면 PC나 스마트폰의 화면 중앙에 투명한 카메라를 배치할 수도 있습니다. 화면 자체에 카메라를 내장하면 자연스러운 화상회의가 가능하고 카메라 배치 공간을 줄일 수 있다는 것.
그 외에도 추가 카메라 모듈을 필요로 하지 않는 스마트 인터폰이나 도어의 잠금해제에 필요한 얼굴인증 또는 제스처 검출장치 등 유리에 통합된 투명 카메라의 응용 범위는 상당히 넓다고 할 수 있습니다.
왼쪽의 유리가 특수한 가공을 한 투명한 카메라이고 오른쪽 화면에 카메라가 촬영한 영상이 비추어지고 있습니다.
IAA Mobility에 전시된 투명한 카메라로 촬영할 수 있는 영상은 흑백이고 해상도도 거칠지만 대강의 모습 등은 확인할 수 있었습니다.
카메라 전문 미디어인 디지털 Camera World는 “물론 투명한 카메라와 같은 기술에는 어두운 가능성이 숨겨져 있습니다. 모든 유리창들이 날 엿볼 수 있다는 우려가 있습니다."라고 지적했고 소셜 뉴스사이트인 Hacker News에서는 "이러한 카메라 유리는 100% 투명하지 않고 특수한 용도에 사용되는 것으로, 해상도나 저조도 성능은 상당히 심할 것”이라며 “이미 2mm 정도의 렌즈를 갖춘 핀홀 카메라를 간단하게 입수할 수 있기 때문에 모든 못 구멍이나 포토 프레임, 가전제품, 콘센트, 연기 탐지기 등이 조사가 끝나지 않은 경우, 새로운 취약성이 늘었다고는 할 수 없다” 등의 의견이 달렸습니다.
호주 원주민에게서 보이는 치아 마모가 우리가 평상시 난치로 보는 치아 마모와는 다른 특징을 가지고 있는 것에 주목해, 왜 우리가 임상으로 직면하는 치아 마모를 보이는 증례가 난치가 되기 쉬운지를 호주 원주민의 치아 마모와의 차이를 통해 흥미로운 설명이 나왔다.
일반적으로 물건을 만지면 거기에 반드시 흠집이 생긴다. 턱구강영역의 경우 치아나 턱관절인데, 특히 상하 치아의 교합접촉에 의한 마모는 이 분야 연구자들의 큰 관심사이다. 약간의 마모는 턱의 운동에 협조하는 것으로 좋다고 보며 교합조정의 기본형이라고도 인식되었다. 한편 진행된 마모는 교합관계를 무너뜨리고 턱의 기능에 악영향을 미치는 것으로 수정해야 했다. 그러나 교합이 되는 한 마모는 멈출 수 없다.
고대 사람들의 치열을 보면 상당히 진행된 치아 마모가 보인다. 젊은이의 경우에도 교두가 깎아졌거나 교합면이 평평해져 있는 사례도 드물지 않다.
치아 마모가 주목되게 된 것은 그리 멀지 않은 시기로 교합이나 씹는 연구가 시작된 이후로 보인다. 치아 마모가 어떻게 발생하고 그에 따라 치열이 어떻게 변화했는지 등 원인과 과정의 추구가 이루어졌다. 그 대표로서 세계적으로 유명해진 것은 Beyron의 연구이다. 호주 중부 지구의 원주민의 구강, 턱안면의 형태에 대해 1951년부터 이루어진 장기적인 인류학적 조사 프로젝트에 치과의 입장으로 참가해 그 결과에 근거한 연구이다. 당시 원주민은 아직 백인 등과의 접촉이 적었고, 6000년 동안 고립되어 원시적인 생활을 이어가고 있었다. 순수한 원주민은 약 5만 명으로 추정되고 있었다. 향후 그 수가 적어질 것으로 예상되어 조기에 현황을 기록할 필요에서 이 조사가 계획되었다고 한다.
Beyron은 15세 이상의 남녀 46명에 대해 치열, 교합상태 등을 구강 내 및 모형의 관찰, 그리고 시네마토 그래프로 저작운동의 관측을 실시했다. 거기서 우선 흥미로운 것은 36명에게 제4 대구치가 인정되었고 나지 않은 사람은 불과 1명이었다는 것이다. 현대인에서는 제3 대구치가 나지 않는 경향이 있으므로 하면, 이것은 인류로서 낡은 타입을 나타내는 것이라고 말할 수 있다.
이 논문 속에서 치아 마모의 기술로 주목해야 할 점을 들자면, 치아 마모 정도에 대해 24세 이하의 젊은층 24명에서는 에나멜질 치아 마모와 교두가 마멸되어 상아질의 노출이 있는 것이 각각 절반이었다. 25~44세 중년층 9명에서는 상아질의 노출과 교합면의 형태가 상실되어 치관이 꽤 마멸한 것이 보였다. 45세 이상의 고년층 13명에서는 치경부에 이르는 현저한 치아 마모가 있는 것이 1명에게서 보였다고 한다.
마모는 노화에 따라 진행하는 것은 개념적으로는 이해할 수 있지만 한 개인에 대해 그것을 증명하려면 그 사람의 평생을 정기적으로 관찰해야 하기 때문에 실제로는 매우 어렵다.
여기서는 치아 마모 진행이 빠르다고 보이는 사람들을 대상으로 연령층마다 치아 마모상태를 보면서 그 문제를 어느 정도 해결했다.
마모는 피험자 모두 치열상, 좌우대칭적으로 발생하고 있어서 턱이 양측에서 동일하게 사용되고 있는 것을 나타내고 있었다.
원주민들은 농경이나 축산을 하지 않고, 식량은 유일하게 사냥에 의해 얻어져 캥거루나 에뮤 등의 새고기라고 한다. 요리할 때는 땅을 파 구멍 속에서 불을 지펴 그 위에 직접 재료를 놓고 주위의 뜨거운 모래와 재를 뿌려 굽는다고 한다. 따라서 음식에는 항상 모래와 재가 섞여서 치아의 연마제로 작용하여 전체 치열의 현저한 마모를 형성했다.
확실히 마모의 정도에 관계없이 모두 치열의 교합면은 좌우대칭적인 매끄러운 만곡면을 이루고 있다. 마모가 진행되면 교합고경이 작아지지만 전체가 거의 균등하게 마모되어 있기 때문에 하악의 수평적인 편이는 거의 없는 것 같다. 그리고 씹는 등 턱의 기능이 원활하게 이루어지고 있다면 문제가 없는 바람직한 교합형태라고 볼 수 있다. Beyron은 각 교합위에서 복수 치아의 접촉을 기본으로 하는 교합 개념인 Optimal occlusion를 최적의 교합으로 발표했는데, 이러한 호주 원주민의 교합연구가 베이스가 된 것은 확실하다.
또한 저작운동의 기록에서는 로스트 비프가 시험식품으로 사용되었다. 같은 저작운동의 연구로 츄잉껌이나 생미 등이 사용되었던 점에서 사치스러운 느낌이 들지만, 피험자의 식성에 맞추기 위해서였다고 한다. 저작운동의 경로기록에서는 치아가 접촉하는 부근에서는 절치부에서 평균 2.8㎜의 측방운동을 볼 수 있고, 치아 마모가 진행된 그룹에서는 보다 큰 값이 얻어졌다. 이에 의해 저작운동은 치아의 교합면의 형태와 밀접한 관계가 있다고 결론을 내리고 있다. 덧붙여 글쓴이가 실시한 젊은이의 저작운동의 관측에서 측방운동은 평균 약 2㎜였다. 그것에 비하면 이 원주민의 값은 확실히 크고 구마운동이 활발히 이루어지고 있는 것을 알 수 있다.
그런데 이 연구에서는 치열 전체에 걸친 치아 마모가 주제이며, 그 원인은 모래 등을 포함한 음식의 섭취에 의한 것이었다. 하지만 치아 마모의 원인에는 그 밖에 또 하나 중요한 것이 있다. 그것은 이갈이다.
치아의 마모는 기본적으로 상하 치아 접촉으로 인한 것으로, 거기에는 어느 정도의 힘이 관련되어 있다. 음식을 씹는 것으로 인한 치아 마모는 음식을 통해 간접적으로 상하의 치아가 접촉한 결과이며 음식의 성질이나 모래 등의 오염물에 의해 치아 마모의 정도가 다양해진다. 대조적으로 상하 치아의 직접적인 접촉은 빈 상태에서 자주 일어나는 습관성 폐쇄운동이지만 씹을 때와 같은 큰 근력은 작동하지 않는다. 그러나 때로는 접촉과 동시에 강한 힘이 가해지거나 접촉한 채로 전후좌우로 이동하는 경우가 있다. 그것은 이갈이로 각각 clenching, grinding이라고 불리는 동작이다. 이로 인해 치아 마모가 생기지만 대부분 씹는 것과 관련이 없는 부분에서 볼 수 있으며, 그 표면은 활택하고 상하 치아 형태인 특징이 있다. 이러한 치아 마모면은 특히 Bruxofacet라고 불린다. 이것은 크로그 폴슨(Krogh-Poulsen)이 제창한 개념으로 Bruxism가 턱근의 긴장을 높이고 턱기능 이상을 유발할 가능성이 높다고 진단하기 위해 이 치아 마모면이 중시되었다.
성인에서 견치의 첨두와 상악 소구치 부근의 뺨측 교두가 마모되어 있는 것을 흔히 본다. 그 부위는 씹기에는 사용되지 않기 때문에 거의 이갈이에 의해 생겼다고 생각되지만, 대합치에 그것과 적합하는 치아 마모면이 있으면 Bruxofacet라고 진단하게 된다. 따라서 이것들의 상하의 마모면이 접촉하도록 하악을 유도한다. 그러면 딱 맞는 것도 있고 아무래도 적합하지 않은 것도 있다. 딱 맞는 것은 현재 혹은 극히 최근 이갈이로 접촉하고 있는 Bruxofacet이며, 적합하지 않은 것은 과거에 이갈이로 생긴 것으로 생각된다. 현재 턱기능의 이상 증상이 있고 그 교합에 관한 진단에서 필요로 하는 것은 말할 필요도 없이 딱 맞는 Bruxofacet 쪽이다. 실제로 이것을 찾으려면 몇 가지 치아 마모면을 순차적으로 상하가 적합하는지 하악을 유도하여 조사한다. 그리고 증상으로 이어질 것인지, 즉 원인인자가 될 수 있는지를 확인하기 위해서는 이전에 설명한 증상 유발 테스트를 실시한다.
마모는 법랑질 내에 머무르는 경우 진행이 느리지만 상아질이 노출되게 되면 치질이 부드럽기 때문에 진행이 빨라진다. 호주 원주민의 조사에서는 음식의 성질에 의해 조기에 치아 마모가 진행되었지만, 에나멜질내 치아 마모의 단계에서 교두가 마멸되어 상아질이 노출되는 단계가 되는 것은 약 20세로, 그 이후 치아 마모가 급속히 진행되어 45세에서는 대부분이 교합면의 형태가 잃어버린 상태였고 일부는 치경부에 이르는 것도 있었다고 한다.
마모가 심해지면 치열 전체의 교합면의 형태는 바뀐다. 호주 원주민은 앞서 언급했듯이 좌우 대칭적으로 매끄러운 곡선을 나타냈다. 치관이 오히려 짧아져 교합고경도 저하하고 있었다. 그래도 턱기능에는 특별히 이상은 보이지 않았다. 반면에 우리 가까이 발생하는 심한 치아 마모의 경우에는 종종 기능적 결함이 발생한다.
이 차이는 무엇인가? 마모에 의해 교합고경이 짧아지는 것은 모두 동일하다. 차이는 마모된 치열의 형태에 있다고 생각된다.
우리가 보는 마모가 진행된 증례에서는 많은 경우, 마모가 치열상 전후 혹은 좌우로 치우치고 있고 대칭적인 만곡은 되지 않는다. 그래서 치우친 교합위를 취하게 된다. 또한 교합고경도 저하되어 있기 때문에 교합위는 수평적으로도 수직적으로도 치우쳐, 하악두의 이동은 좌우로 다르게 된다. 그래서 포인트가 되는 것은 교합위에 좌우적인 어긋남이 생기는지, 그리고 좌우의 하악두의 이동에 차이가 생기는지인 것으로 생각된다. 즉, 원주민의 치열에서는 심한 마모상태임에도 좌우적인 편향이 적은 것이 기능적으로 받아들여졌다는 것이다.
그래서 치아 마모가 편향되어 일어나는 것에 대해 그 이유를 생각해 보면, 씹는 방법이 크게 관련되어 있는 것은 확실하다. 씹는 습관이라고 말할 수 있을지도 모르지만, 그것에는 어떤 이유가 있다. 어느 쪽으로 씹으면 아프기 때문에 그것을 피하고 반대쪽에서 씹는 것도 있겠지만, 치우친 치아 마모가 되기 위해서는 장기간에 걸친 치우친 저작이 관계있기 때문에 그것은 해당되지 않을 것이다. 그렇다고 하면 어느 쪽에서는 씹기 어려운 경우가 생각된다. 교합관계가 나쁘기 때문에 혹은 하악이 움직이기 어렵기 때문에 무의식적으로 그쪽으로는 씹지 않는 경우가 있을 것이다. 편향된 치아 마모가 있는 치열 모형을 보았을 때, 이러한 잠재적인 결함이 상정되는 것이다. 호주 원주민에서는 치아 마모 상태에서 편향된 저작이 없었고, 그것에 관한 문제는 없었다는 것이다.
마모는 진행되면 교합위나 턱기능에 악영향을 미치지만, 경도의 마모에서도 면이 넓어지면 접촉 시에 마찰이 커져 치주조직이나 근육의 부담 과중을 일으킨다고 한다. 이를 막기 위해 큰 치아 마모면에서는 그 주위를 삭제하거나 분할하거나 하여 면적을 작게 할 수 있다.
마모는 보철에 있어서도 여러 가지 문제가 된다. 치관 보철, 특히 어금니의 보철에서는 교합 접촉을 적절하게 회복하는 것이 요구된다. 따라서 접촉은 교두, 와, 변연의 융선 상에서 가능한 한 치축에 가까운 위치에 점형상으로 설치하는 것이 좋다고 되어 있다. 또한 치아의 부담 경감, 즉 치아에 가해지는 측방압을 적게 하기 위해 접촉하는 개소를 엄밀하게 결정하고, 가능한 한 작은 점상 접촉으로 하는 것을 제창하는 사람도 있다. 그것은 상하의 치열을 크라운으로 재구성하는 경우가 대상이지만, 대교하는 어금니의 접촉을 각 교두의 융선 상 3개소로서 끼워 맞춤 시에 각 교두가 안정적으로 지지되는 것을 목표로 한다는 생각으로 있다. 하악의 측방운동에 대해서는 어금니의 접촉을 피하고 견치로 대응시킨다고 한다.
이러한 방법은 어금니를 보전하는데 효과적일지도 모르지만 실행에는 힘든 노력이 필요하다. 더욱이 처음에는 그렇게 구성할 수 있었다고 해도 연월이 지나면 마모되어 접촉면이 확대된다. 단단한 재료가 사용되더라도 치아 마모는 피할 수 없다.
그렇다면 만일 거의 마모되지 않는 재료를 사용할 수 있다면 어떻게 될까. 우선 절삭이 어려워질 것이다. 그 재료보다 단단한 재료의 연삭공구가 필요하다. 그런 다음 이러한 재료로 치열이 만들어지면 치아 마모가 거의 발생하지 않는다는 점에서 교합접촉 관계는 변하지 않고 좋을 수 있습니다. 그러나 그것을 지지하는 조직이나 턱근, 턱관절이 노화에 따라 변화하는데 적응할 수 없고 부조화가 일어날 수도 있다. 이 경우 쉽게 조정할 수 없다면 매우 난감하다. 그렇게 생각하면 반드시 마모되지 않는 것이 좋다고 말할 수 없는 것이다.
마모는 틀니에 대해서도 마찬가지이며, 장기간의 사용으로 인공치아 교합면이 마모된다. 그것을 줄이기 위해 단단한 재질이 사용되지만 대교치가 천연 치아나 금속관인 경우 그것들을 과도하게 마모시키지 않는 정도의 재질이 좋다고 되어 있다. 그렇게 되면 비교적 마모되기 쉬워지지만 크라운 등과 달리 필요에 따라 인공치아를 새롭게 하거나 틀니 자체를 재작성함으로써 대응할 수밖에 없다.
또한 뇌성마비의 후유증이 있는 환자는 종종 심한 이갈이를 하는 사람이 있다. 현저한 치아 마모가 생겨 치수가 노출되거나 치관이 붕괴되는 경우도 적지 않다. 그 복구는 매우 어렵다. 단단한 금속을 사용해도 곧바로 줄어들기 때문이다. 하지만 불행히도 그러한 처치를 정기적으로 끈기 있게 계속할 수밖에 방법이 없는 것이다.
덧붙여 천연 치아와 인공물의 교합접촉 부분에서 특히 눈에 띄는 치아 마모가 있다는 것이다. 빛을 잘 반사하는 특징에 shiny spot라고 불리는데, 그 부분이 다른 것보다 높고 입을 닫거나 전후 좌우의 하악의 활주운동에 강하게 접촉하여 생기는 치아 마모로, 조기접촉의 증거로 본다. 그러한 높은 부분이 있으면 무의식적으로 그것을 제거하려고 근력이 작용한다. 그것은 치아이지만, 그 부분이 다른 것과 같은 높이가 될 때까지 계속된다는 것이 실험에서 나타났다. 그 결과 접촉부에는 뚜렷한 치아 마모면이 형성되어 근육이나 그 치아의 치주조직에 상해가 생기게 된다. 따라서 그 부분이 보이는 경우에는 즉시 수정할 필요가 있다.
마모는 치아가 접촉하는 한 피할 수 없다는 것을 다시 인식했고 그로 인한 리스크를 최소한으로 유지하도록 노력할 수밖에 없다. 치아와 교합을 재건하는 경우 Ideal occlusion(이상적인 교합)을 추구하는 것보다 현재의 턱구강의 기능에 있어서 최적이라고 생각되는 Optimal occlusion을 목표로 하고 필요에 따라서 미조정하는 것이 타당할 것이다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 咬耗とその不可避性 https://www.tmd.ac.jp/pro/70_55fbe8693efeb/70_6004d8375cd88/
치아를 보면 대략적인 연령을 알 수 있는데, 실제로 치아의 마모나 잇몸의 퇴축 등으로 어느 정도의 연령을 추정할 수 있습니다.
영구치가 12세 전후에 재배치된 후 서서히 마모되어 가는데, 가장 알기 쉬운 것은 아래 전치의 끝입니다. 대체로 20세에서 30세 사이에 끝이 약간 줄어든 상태가 됩니다. 30세에서 40세 사이에는 마모가 진행되어 상아질이 점상 또는 실모양으로 노출되며, 40세부터 50세에는 상아질이 어느 정도 노출됩니다. 50세가 되면 현저한 마모가 나타날 수 있습니다.
또 다른 하나는 잇몸의 퇴축상태로, 잇몸은 1년에 0.1mm 퇴축해 가는 것으로 알려져 있고 이 퇴축의 정도는 치주병의 진행과 함께 커져가므로 치주병의 진행상태에 따라서도 어느 정도의 나이는 추정할 수 있습니다.
현실에는 10대부터 치주병에 걸리기 시작하는 사람도 있습니다. 그리고 20~40세대에 걸쳐 서서히 악화되어 잇몸이 통증이 나거나 치아가 흔들리게 됩니다.
치아를 젊고 건강하게 유지하는 것은 신체가 젊고 건강하기 위해 필수적입니다. 치아 마모는 씹는 습관과 이갈이 등으로 인하여 상당히 바뀝니다. 치주병은 심해지고 나서는 치료하기 어렵다고 알려져 있습니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 年齢と歯について https://okubo-dc.net/blog_dean/225/
사람의 치아, 특히 잇몸에서 나와 있는 치관은 표면에서 순서대로 매우 단단한 에나멜, 그 안쪽에는 비교적 부드러운 상아질, 신경과 혈관이 있는 중심부의 치아치수로 되어 있습니다.
호주 퀸즐랜드대학 치과부 상급 강사인 아로샤 윌라쿤 씨에 따르면 상아질은 상아모세포라는 특수 세포에 의해 만들어지지만 뼈를 만드는 골세포가 항상 보충되는 것과는 달리 유한하다고 합니다.
따라서 나이가 들어감에 따라 치아가 부서지기 쉬워지며 상아질의 탄력도 상실되기 때문에 부러지기 쉬워집니다. 특히 치아에 큰 충전물을 하고 있거나 충치 등으로 치아의 뿌리를 치료하는 근관치료를 했으면 이 경향은 강해집니다.
또한 상아질과 마찬가지로 에나멜질도 얇아지고 불투명한 상아질이 비쳐 보일 수 있습니다. 노인의 치아색이 어두운 이유라는 것.
이런 식으로 쇠약해지는 치아를 조금이라도 유지하고 수명을 연장하는 방법을 윌라쿤은 다음 7가지 포인트로 정리했습니다.
◆1：불필요한 힘을 가하지 않는다 치아를 사용해 용기를 열거나 치아를 공구나 만력 대신에 사용하면 치아에 부담이 가해집니다. 이 외에도 잠자는 동안 이갈이 대책으로 나이트가드를 사용하는 것이 좋습니다.
또 큰 충전물이나 근관치료를 한 치아가 있는 경우 치아가 깨지거나 부러지는 것을 막는 충전물 소재나 크라운에 대해서 치과의사와 상담하면 좋다고 합니다.
◆2：부담을 분산시키다 치아를 상실한 경우 브릿지나 임플란트, 틀니 등의 치료를 빨리 받는 것이 좋습니다. 이러한 의치는 적어도 10년마다 교체해야 합니다.
◆3：에나멜질을 보존한다 많은 치약에는 연마제가 들어가 있는데, 연마제가 들어 있지 않은 치약과 부드러운 칫솔을 사용하여 에나멜질과 상아질의 손실을 막을 수 있습니다. 또한 치아가 레몬이나 사과 등의 음식과 구토 등 산에 가급적 노출되지 않도록 하는 것도 에나멜의 유지에 도움이 됩니다.
◆4：타액을 늘린다 타액에는 치아를 산으로부터 지키는 작용이나 치아를 청결하게 해 충치를 경감하는 항균작용이 있습니다. 그러나 타액선으로부터의 분비량은 노화와 함께 감소하고 우울증이나 고혈압 등의 만성질환을 치료를 위해 처방되는 특정 약 등에 의해서도 타액의 양과 질은 감소합니다. 만약 타액의 감소나 입의 갈증이 신경이 쓰이는 경우는 의사와 상담해 타액에 영향을 끼치지 않는 다른 약을 선택하는 것이 효과적입니다.
◆5：치주병을 치료한다 치주병이 되면 잇몸이 내려앉고 색이 어둡고 충치가 되기 쉬운 치근이 노출되어 버리기 때문에 방치하지 않고 확실히 치료해야 합니다.
◆6：세포의 노화를 예방한다 윌라쿤 씨에 의하면 노화란 세포 내의 DNA가 변화해 물리적, 화학적, 또는 생물학적 손상에 견디는 능력이 저하하는 프로세스로, 암의 발생이나 기존의 암의 악화, 알츠하이머병, 당뇨병, 골다공증, 심장병 등의 만성질환도 촉진합니다.
흡연이나 통제되지 않은 당뇨병, 치주병 등 생활습관을 재검토하여 세포의 손상을 방지하면 깨끗한 치아와 수명을 연장하는 것도 가능합니다.
◆7：전문가의 도움을 받는다 고령이 되면 인지력, 체력, 시력의 저하는 피할 수 없기 때문에 적절하게 이를 닦는 것이 어려우므로 치과를 정기적으로 방문하고 관리를 받는 것이 좋습니다.
고휘도 광과학연구센터(JASRI)는 호쿠리쿠 첨단과학기술대학원 대학과 가가와대학, 아키타대학, 스페인 바스크 주립대학 등과 공동으로 금에 지금까지 검출되지 않았던 새로운 자기적 성질이 있음을 발견했다고 발표했다. 연구성과는 과학지 'Physical Review Letters' 온라인판에 게재되었다.
금은 예로부터 연구되어 왔으며, 그 물리적·화학적 성질은 잘 이해되어 왔다. 녹슬지 않고 산 등에도 침투되기 어려우며 부드럽고 가공하기 쉬우며 전기가 잘 통하는 등의 성질에 공업적으로도 다채로운 응용이 전개되고 있다.
특히 최근에는 하이테크 재료로서의 이용이 주목받고 있으며, 철이나 코발트 등의 자성체와 조합함으로써 자기기록 재료로서의 응용도 검토되고 있다. 게다가 금을 나노 사이즈의 입자로 하면 강한 자성을 가지는 것이 최근의 연구에서 분명해져 학술적으로도, 응용의 면에서도 주목받고 있다.
그러나 금은 대표적인 반자성체라고 알려져 있으며, 자석이 되는 강한 자성은 가지지 않는다고 생각되어 왔다. 왜 자석의 성질을 가지지 않는 금이 나노 사이즈가 되면 자석이 되는지는 지금까지 미해결이었지만, 이번 연구에서 밝혀졌다.
이번 연구에서는 거시적인 크기를 금조차도 상자성이라는 명확한 자기적 성질을 갖는 것으로 밝혀졌다. 대형 방사광 시설 'SPring-8'에서는 방사광 X선을 물질에 조사하여 그 X선 흡수량(흡수 스펙트럼)을 측정함으로써 시료의 자성을 평가하는 것이 가능하다.
그 측정은 자성재료 빔라인 'BL39XU'의 원편광(전계나 자계가 나선형상으로 회전하면서 전해지는 전자파)을 이용하고 있으며 'X선 자기원 이색성 분광측정(XMCD)'이라고 불린다. XMCD 측정법의 첫 번째 특징은 고감도로 미약한 자기신호를 측정할 수 있는 것으로, 검출감도는 높아서 철의 자성의 10만 분의 1의 크기의 신호까지 검출을 할 수 있다.
출처:JASRI / 방사광에 의한 XMCD 측정(그래프 중의 붉은 원이 실험 데이터)에 의해 종래 알려진 반자성상태의 신호(검은 점선)보다 작은 상자성상태의 신호(청색 선)를 처음으로 검출하는 데 성공했다. 이 결과로부터 금이 전자의 스핀과 궤도운동에 의한 상자성상태도 가지는 것이 판명되었다. 궤도운동의 비율이 큰 것은 나노입자에도 공통의 성질이며, 금 나노입자가 강한 자성을 가지는 원인인 것도 규명되었다.
또 이 수법의 또 다른 특징은 강자성이나 상자성 등 전자스핀이 관여하는 자기적 상태에만 감도가 있고 반자성의 상태는 검출되지 않는다. 방사광 이외의 종래의 측정법에서는 모든 종류의 자기신호를 구별하지 않고 측정해 버리기 때문에 금의 자기적 응답 중에서 가장 큰 반자성 신호밖에 검출할 수 없었다. 그러나 방사광을 사용한 고감도 XMCD 측정에 의해 반자성 신호에 방해받지 않고 보다 미약한 상자성 신호도 확인할 수 있게 된 것이다.
덧붙여 전자스핀이란 전자 1개 1개가 가지고 있는 미크로 자석으로서의 성질로, 간단하게 말하면 전자의 운동이다. 자성을 갖지 않는 물질에서는 전자스핀의 방향이 정렬되어 있지 않기 때문에 자석의 성질은 평균화되어 제로가 된다. 자성체에서는 일정한 수의 전자스핀이 같은 방향으로 정렬되어 있기 때문에 전자가 가지는 자석의 성질이 매크로 크기에까지 나타난다는 것이다.
또한 전자가 원자핵을 주회할 때의 궤도운동도 미크로 자석으로서 기여한다. 스핀에 대한 궤도운동 비율이 크면 그 물질의 자화가 특정 방향으로 향하기 쉬워지는 구조다. 이 특성을 자기 이방성이라고 하며, 자기기록 재료에서 중요한 특성이다.
실험에서 얻은 스펙트럼의 분석에서 금의 자기상태에 대한 상세한 정보를 얻었다. 구체적으로 살펴보면 금은 본질적으로 외부로부터 가해진 자기장과 동일한 방향으로 자화되고, 그 자화의 크기는 자기장에 대해 완전히 비례하여 변화하는 것으로 밝혀졌다.
또한 섭씨 20℃에서 -271℃까지 시료의 온도를 변화시켜도 자화의 크기는 변화하지 않는다는 결과도 얻어졌다. 이러한 정보로부터 금은 '파울리 상자성'이라는 금속 특유의 자성을 나타내는 것이 판명되었다는 것이다.
게다가 자성의 기초가 되고 있는 것은 금의 5d궤도의 전도전자이고 전자의 스핀과 전자의 궤도운동 양쪽이 자성에 기여하고 있는 것도 밝혀졌다. 궤도운동 성분의 비율은 스핀 성분에 비해 30% 정도의 크기이며, 그 비율은 철 등의 자성체에 비해 10배나 크고, 금이라는 물질에 특징적인 성질임을 알 수 있었다.
나노입자의 금에 대해서도 같은 분석을 실시한 결과, 역시 궤도운동에 의한 자성의 성분이 30%으로 단일 금의 결과와 잘 일치했다. 이 일치로부터 전자의 궤도운동은 전자스핀을 특정 방향으로 향하게 하는 작용을 갖기 때문에 큰 궤도 성분이 나노입자의 강한 자성의 기원 중 하나인 것이 확인되었다는 것이다. 나노입자의 금이 강한 자성을 가지는 이유는 금이라는 물질 그 자체에 존재하는 숨겨진 자기적 성질에 있었던 것이다.
금은 반자성체로 알려져 왔지만 이번 발견은 그 상식을 뒤집는 모양새다. 게다가 금 나노입자의 자기적 성질에는 아직 규명되지 않은 부분이 있어, 이번 성과에 의해 그 이해가 진행될 것이라고 연구그룹에서는 기대를 나타내고 있다.
지금까지의 나노입자의 연구에서는 입자의 크기, 결정구조나 입자의 형상, 입자의 표면원자의 성질, 혹은 입자 주위에 배위한 유기분자와의 작용에 주목하여 그 자성이 논의되어 왔다. 이번에 발견된 전자의 궤도운동이라는 금 자체가 가지는 성질을 고려하여 나노입자의 자성 규명의 큰 단서를 얻을 수 있다고 한다.
또한 금뿐만 아니라 백금 등 귀금속의 나노입자의 자기적 메커니즘에 대한 이해가 촉진되고 나노입자를 기록단위로 한 초고밀도 자기기록에의 응용도 기대된다고 연구그룹은 기대했다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 反磁性体とされてきた金が実は磁性体 - JASRIなどが発見 https://news.mynavi.jp/techplus/article/20120124-a092/
'금'은 5500년 이상 전부터 가치가 높은 매력적인 금속으로 알려져 있습니다. 자연계에서 유리금속으로 발견되는 경우도 있지만, 대부분의 금은 방해석, 텔루르, 석영, 아연, 구리, 납 등과 함께 발견됩니다.
과학자들은 수십 년에 걸쳐 금을 연구했고 그 특성이 매크로 스케일과 나노 스케일에서 다르다는 것을 발견했습니다. 설명하기에는 상당히 복잡하지만 간결하게 대답하면 금은 비자성입니다.
순금은 자석에 끌리지 않습니다. 그러나 24캐럿 이하의 금에는 철이나 니켈과 같은 다른 물질이 포함되어 딱딱하고 긁히기 어렵습니다. 이러한 불순물이 포함된 금은 큰 자기장 아래에서 약한 자성을 띱니다.
그렇다고 해서 자석을 이용해 정확하게 검사할 수 있는 것은 아닙니다. 자석에 끌리지 않는 경우에도 알루미늄, 구리, 은과 같은 비자성 물체가 포함될 수 있습니다. 그러므로 금이 자기를 띠지 않아도 순금이라는 것을 보증하는 것은 아닙니다.
▣ 금의 본질 금은 순수한 상태에서 약간 붉은 황색을 띠고 부드럽고 치밀하며 가단성 있는 금속입니다. 금원자는 79개의 양성자, 79개의 전자, 118개의 중성자로 구성됩니다. 전자가 많기 때문에 전기의 전도성이 높고 특정 고에너지 용도의 전기배선에 사용됩니다.
금은 표준 환경에서 고체이며 가장 반응하기 어려운 금속 중 하나이며 열과 전기전도성이 우수합니다. 은이나 구리와 같은 다른 소재와 달리 금은 변색하지 않고 장기간에 걸쳐 전도성을 유지합니다.
금은 엄청난 연성을 가지고 있습니다. 아주 얇은 철사로 늘릴 수 있습니다. 1온스의 금으로 50마일의 얇은 금선을 만들 수 있습니다.
또한 금은 가단성이 있어서 매우 얇은 시트로 펼칠 수 있습니다. 1온스의 금은 9평방미터 이상의 면적을 커버하기에 충분히 얇게 만들 수 있습니다.
▣ 금은 왜 자기를 띠지 않는가? 이것을 이해하기 위해서는 물질의 자기특성을 알아야 합니다. 물질의 자기특성은 전자와 그 배열에서 비롯됩니다.
모든 금속은 원자량과 원자번호를 기반으로 일정 수의 전자를 포함합니다. 원자의 전자와 양성자는 가능한 한 효율적인 방식으로 자신을 배치합니다.
구체적으로 전자는 원자핵 주위에 껍질을 만들어 배치되어 있습니다. 전자는 원자의 궤도와 부각을 이동합니다. 원자핵에 가까운 전자는 에너지가 낮고 먼 전자는 에너지가 높습니다.
일부 원자들은 최외각에 홀전자를 가집니다. 이 홀전자는 자유롭게 회전하여 자성의 원인이 됩니다. 홀전자의 수가 많을수록 자기를 띤 물질이 됩니다.
예를 들어 철은 보통 가장 바깥 껍질에 네 개의 홀전자를 가지고 있습니다. 따라서 자석에 강하게 끌릴 수 있습니다. 한편 금은 홀전자가 1개밖에 없기 때문에 의미 있는 자극을 형성하기 어려운 것입니다.
또한 물질의 자성은 크게 세 가지로 분류됩니다.
・반자성은 외부로부터 자기장을 걸면 물질이 반발하는 현상입니다. ・강자성은 어느 물질이 자석에 끌리거나 영구자석을 형성하는 기본적인 메커니즘입니다. ・상자성은 외부의 자기장에 약하게 끌려 자계의 방향으로 유도 자기장을 형성합니다.
금에는 반자성과 상자성 특성이 모두 있기 때문에 효과가 상쇄될 수 있습니다. 두 가지 효과를 모두 상쇄하거나 두 효과 중 하나만 강화하는 특별한 자석은 존재하지 않습니다. 그러므로 금은 자석에 끌려가거나 반발하지 않습니다.
▣ 금이 진짜인지를 구별하는 방법 18금이나 22금 등 불순물이 많은 금은 강자성 물질로 구성되어 있습니다. 이 물질은 금을 더 단단하고 마모나 휨에 강하게 하기 위해 첨가됩니다.
이 경우 금의 자성은 첨가된 금속에 따라 달라집니다. 예를 들어 제조업체가 금과 철을 혼합하면 고자성 합금이 생성됩니다. 은과 혼합하면 비자성 화이트 골드가 됩니다.
금을 가공한 보석에는 다양한 물질이 포함되어 있으므로 자석을 사용하여 금의 순도를 정확하게 조사할 수 없습니다. 그러나 금이 자석에 끌리면 순금이 아니라는 것을 알 수 있습니다.
자석은 금화와 금괴를 검사하는 데 유용합니다. 판매자가 금화가 99% 이상의 순도라고 주장한다면 자석의 영향을 받지 않을 것입니다.
금의 순도를 판정하는 다른 유용한 방법은 다음과 같습니다.
1. 순도 검증 극인과 상표 찾기 미국에서 구입한 모든 금과 은 보석은 고품질의 상표를 가지고 있습니다.
2. 산성 시험을 실시한다 금은 아쿠아 레지아(염산과 질산의 혼합액)에 녹아 버립니다.
3. X선 분광계 사용 이 검사기는 금이나 기타 귀금속을 손상시키지 않고 함량을 측정합니다. 예를 들어 Niton DXL 귀금속 분석기는 22종 이상의 귀금속과 미량의 합금원소의 존재와 농도를 측정할 수 있습니다.
▣ 금의 자기에 관한 최근 연구 이것저것 2016년 도호쿠 대학의 연구팀은 금이 온도 구배로 인한 열에서 자화됨을 발견했습니다. 이 연구는 스핀 주입에 의해 변화하는 전자 수송 특성에도 주목하고 있으며, 따라서 일반적인 금속에서 비평형 자화의 생성과 검출을 위한 다양한 접근법을 제공합니다.
매크로 스케일에서 금은 반자성으로 분류됩니다. 즉, 자기장에 의해 반발하고 영구자석을 형성할 수 없습니다. 그러나 나노스케일로 관찰하기 시작하면 기묘해집니다. 금원자의 작은 클러스터는 상자성을 나타내며, 이는 다른 자성금속을 끌어당길 수 있음을 의미합니다. 2017년 브라질 리오그란데 연방대학의 연구자들은 단 2개의 원자입자로 구성된 금 클러스터를 분석했습니다. 그들의 계산은 클러스터 내에서 2개의 홀전자(1개의 금 원자는 최외각에 1개의 홀전자를 가진다)가 쌍을 형성하지 않는다는 것을 밝혀냈습니다. 오히려 단독이 더 안정적입니다. 이 효과는 클러스터가 클수록 약해집니다. 즉, 금입자가 커질수록 자기특성은 약해집니다.
▣ 기타 정보 거의 모든 금속탐지기는 금, 백금, 은 및 청동을 찾기 위하여 디자인됩니다. 금속탐지기는 높은 주파수에서 작동하고 서치코일에서 전자기장을 지면으로 보냅니다. 전자기장 범위 내에 있는 금과 같은 대상 금속은 에너지를 얻고 자체 전자기 주파수를 재전송합니다. 최근 금광 탐지기는 0~75kHz에서 작동합니다. 여러 코일이 내장되어 있으며 송신기와 수신기로 동시에 작동합니다. 다목적 금속탐지기는 다른 지형에서 귀금속 신호에 매우 효과적입니다. Fisher 22, Garrett Ace 400, Bounty Hunter Legacy 2500은 인기 있는 초보자용 보석검출기입니다.
암석 시료를 화학적으로 분석한 결과, 지각의 상단 4킬로미터에는 약 1220억 톤의 금이 포함되어 있음을 알 수 있습니다. 채굴할 수 있을 만큼 농축되어 있는 것은 그 중 일부입니다. 바다에도 많은 금이 매장되어 있고 대서양과 북태평양에는 평균 1억 톤의 해수에 1g의 금이 포함되어 있습니다. 지금까지 인류가 발견한 금의 양은 24만 4,000톤이고 대부분은 중국, 호주, 러시아, 미국 등 4개국에서 나옵니다.
보석산업은 세계 금 수요의 50% 이상을 차지합니다. 중국과 인도는 양적으로 압도적으로 큰 시장이며 현재 세계의 금 수요의 절반 이상을 차지합니다. 전세계 금 수요의 약 8%가 전자기기, 의료 및 기술적 용도에 사용됩니다. 현재의 금의 이용방법의 대부분은 최근 40년 사이에 개발된 것으로 이 추세는 앞으로도 계속될 것입니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 「金」はマグネット？ 他の金属にくっつく磁性を持つのか？ https://www.seleqt.net/topic/is-gold-magnetic/
알루미늄의 특징 중 하나는 자기를 띠지 않는다는 것으로 이 특성을 살려 파라볼라 안테나나 배의 자기 나침반 등의 계측기기나 전자 의료기기, 메카트로닉스 기기 등에 사용되고 있습니다. 철 등과 같이 자기를 띤 금속과 무엇이 다른지 살펴봅시다.
전자운동에 의한 자기발생의 구조를 살펴보면, 우선 전자(전하)가 원자 안을 돌아다니면 자기장을 만들어내고 있습니다. 도선에 전류를 흘리면 도선에 수직인 평면 내에서 도선을 중심으로 하는 동심원형의 자기장이 생기는 것과 같은 작용에 의한 것입니다.
원자 안에서의 전하의 이동은 3종류가 있습니다.
1. 전자의 핵을 중심으로 한 공전 2. 전자 자신의 자전(스핀) 3. 원자핵 자체의 자전
원자핵 자체의 자전운동에 의한 자기는 매우 약하기 때문에 전자만 생각해도 좋습니다.
전자의 공전운동에서는 원자핵을 중심으로 한 자기모멘트가 발생하고, 전자의 자전운동에서는 전자의 위치에서 자기모멘트가 발생하고 있습니다.
원자핵 주위에는 원자번호의 수만큼 전자가 여럿 궤도에서 공전하고 있습니다. 각각의 궤도에서 전자의 자전방향이 반대인 대전자가 돌면서 자기장을 상쇄하면 전체에서는 자계가 밖으로 나가지 않습니다. 전자에 의한 자기발생 모델이기 때문에 원자가 쌍이 아닌 홀전자를 가지면 자기모멘트가 커집니다.
자성체와 자구
이와 같이 모든 원자는 자기모멘트를 가지고 있으며 자석에 달라붙는 것만이 아닌 모든 물질이 자성체인데 일반적으로는 강자성체를 자성체로 부르고 있습니다.
▣ 강자성체 외부 자계가 작용했을 때, 매우 강하게 외부 자계의 방향으로 자화되는 것
▣ 반자성체 외부 자계와 반대방향으로 자화되어 자석에 반발하는 것
▣ 상자성체 약하게 자화되는 것
강자성체는 자화되어 있지 않을 때는, 그 내부에 '자구'라는 자기모멘트가 갖추어진 소구획으로 나누어져 있으며 이 자구가 다양한 방향을 향한 채 상쇄되어 전체로서 자기를 띠지 않는 것처럼 보입니다. 여기에 강한 외부 자계가 작용하면 자구의 방향이 한 방향으로 모이면서 전체적으로도 자기를 띠게 됩니다. 철, 니켈, 코발트 등이 이에 해당합니다. 외부 자계를 제거해도 남는 자기를 잔류자기라고 부르고, 이것이 큰 것을 경질 자성재료, 작은 것을 연질 자성재료라고 합니다. 영구자석은 경질 자성재료입니다. 또 자기의 방향이 모두 갖추어지는 경우를 페로 자성, 일부가 갖추어지지 않는 경우를 페리 자성이라고 부릅니다.
반자성체는 강한 자계에 놓이면 물질의 표면에서 반대방향의 자기장을 발생시키는 데, 이 반발력은 자석의 같은 극을 가까이했을 때와는 달리, 어느 극을 가까이해도 그것에 반발하는 것입니다. 헬륨, 금, 은, 구리 등이 이에 해당합니다.
상자성체는 외부 자계가 없을 때는 자성을 가지지 않는 성질입니다. 강자성체도 어느 온도 이상이 되면 상자성을 나타내게 되고, 이 온도를 퀴리점 혹은 퀴리온도라고 합니다. 금속 이외에서는 산소나 일산화탄소, 유리 등도 상자성체입니다. 철은 강자성체이고, 알루미늄은 상자성체입니다. 철 등에서는 홀전자를 가지는 궤도(d궤도)가 있고 알루미늄 등에서는 대전자만으로 자기모멘트를 상쇄하고 있으므로, 이것에 의해 발생하는 자기모멘트는 철의 수만 분의 1 이하가 되어 거의 자석에 붙지 않습니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 磁性について https://alfaframe.com/mame/10344.html#:~:text=%E9%89%84%E3%81%AF%E5%BC%B7%E7%A3%81%E6%80%A7%E4%BD%93,%E3%81%A8%E3%81%84%E3%81%86%E4%BA%8B%E3%81%AB%E3%81%AA%E3%82%8A%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82
확실히 식초는 안전하고 산성이므로 비누 찌꺼기를 녹이거나 알칼리성인 소변의 냄새를 중화하는 기능이 있습니다. 그러나 식초를 세탁조의 청소에 이용하는 것은 부적절합니다. 우선 식초에는 곰팡이를 제거하는 파워가 없을 뿐만 아니라, 잡균이나 곰팡이의 번식의 원인이 되는 등 여러 가지 문제가 있습니다.
일반사단법인 일본전기공업회는 세탁조 청소에 식초를 사용하는 것에 대해 다음과 같이 충고하고 있습니다.
『식초에 의한 곰팡이의 발생 방지 효과는 확인할 수 없습니다. 또한 식초는 세탁기의 금속부품을 손상시킬 위험이 있으므로 세탁기에 사용하지 마십시오. 』
당분을 포함하지 않는 곡물식초를 사용하면 된다는 주장도 있는데, 곡물식초는 당분 이외에도 아미노산이나 단백질, 탄수화물 등의 양분이 포함되어 있어 세탁조에 숨어 있는 세균이나 곰팡이의 영양원이 됩니다.
또 식초의 탈취 효과와 강한 살균력에 대해서는, 후지TV 상품연구소에 의한 실험에서 식초의 효과로 뛰어난 것은 살균이 아니라 세균의 증식을 억제하는 정균이라며 세탁에 식초를 이용하는 것은 적절하다고는 말할 수 없다고 결론 내렸습니다.
구연산의 경우 휘발하지 않기 때문에 세탁조에 남으면 세탁조의 금속 부분의 녹이나 부식에 의한 장해의 원인이 되는 일이 있기 때문에 청소를 한 후에는 물로 다시 한번 헹구어 냅니다.
식초는 구연산처럼 화장실 청소나 알칼리제로는 떨어지지 않는 오염에 효과적이며, 헤어린스에도 사용할 수 있습니다.
그러나 세탁조의 청소에는 적합하지 않고, 베이킹소다와 섞어 사용하는 것은 효과가 없을 뿐만 아니라 낭비가 됩니다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 洗濯槽の掃除に酢を使ってはいけない https://www.live-science.co.jp/store/c/ncjji/s_show_contents-e563.html
by Mojahid Mottakin / https://unsplash.com/ja/%E5%86%99%E7%9C%9F/%E4%BC%9A%E7%A4%BE%E3%81%AE%E3%83%AD%E3%82%B4%E3%81%AF%E3%82%B9%E3%83%9E%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%95%E3%82%A9%E3%83%B3%E3%81%AB%E8%A1%A8%E7%A4%BA%E3%81%95%E3%82%8C%E3%81%BE%E3%81%99-pDgyu4ALp3I
ChatGPT 등의 생성 AI를 개발하는 OpenAI가 AI 훈련에 뉴스 미디어 콘텐츠를 이용하는 것이 문제시되고 있으며 일부 미디어에서는 소송을 제기했습니다. 이에 대응하기 위해 OpenAI는 뉴스 미디어에 대해 100만 달러(14억 원)에서 500만 달러(약 72억 원) 상당의 라이센스료를 지불하는 방향으로 협의를 진행하고 있다고 보도되고 있습니다.
2023년은 OpenAI의 ChatGPT와 Google의 Bard, Microsoft의 Copilot 등 생성 AI의 약진이 눈부신 해였습니다. 이러한 생성 AI의 기반이 되고 있는 것이 대규모 언어모델(LLM)로 LLM의 트레이닝에는 인터넷상에 존재하는 다양한 데이터가 이용되고 있는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 AI 훈련에 이용되는 데이터 세트에 유명 작가의 서적 등이 포함되어 있는 것이 문제가 되어 규제당국에 엄격한 대처를 요구하는 목소리도 높아졌습니다.
채팅 AI Bard를 개발하고 있는 Google도 당초는 AI툴의 개발을 촉진하기 위해 온라인에 공개된 모든 것을 AI를 위해서 스크래핑한다고 발표했지만 콘텐츠 크리에이터 측의 반발에 생성 AI 훈련에 자신의 웹사이트가 사용되지 않도록 하는 옵션을 발표했습니다.
언론 등의 미디어는 콘텐츠를 AI 훈련에 이용하는 것에 반발하고 있으며, 미국에서의 발행 부수 3위 일간지인 뉴욕타임스는 생성 AI 훈련에 자사 콘텐츠가 사용하지 않도록 크롤러 액세스를 차단하고 OpenAI와 Microsoft를 저작권 침해로 고소했습니다.
by Sarah Shull / https://unsplash.com/ja/%E5%86%99%E7%9C%9F/%E3%83%89%E3%83%BC%E3%83%8A%E3%83%84%E3%81%A8%E3%82%B3%E3%83%BC%E3%83%92%E3%83%BC%E3%81%AE%E3%83%97%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%88-0z0nT8w_y_o
뉴욕타임스는 OpenAI의 ChatGPT나 Microsoft의 Copilot 등 생성 AI의 기반이 되는 LLM의 GPT-4가 뉴욕타임스의 콘텐츠를 훈련에 이용했다며, 뉴욕타임스의 표현 스타일을 모방한 AI가 뉴욕타임스와 직접 경쟁하는 콘텐츠를 만들어내고 있다고 주장했습니다.
실제로 뉴욕타임스가 법원에 증거로 제출한 자료 중 하나에서는, ChatGPT의 베이스가 되는 LLM의 GPT-4가 출력한 '2019년의 퓰리처상 수상자에 관한 텍스트'가 뉴욕타임스의 기사를 거의 그대로 모방한 내용이라고 지적되고 있습니다.
이러한 반발에 OpenAI가 미국의 대형 미디어와 라이선스 협의를 하고 있다고 보도되고 있었습니다. 이 보도에 따르면 OpenAI는 미국의 주요 신문사이자 USA 투데이의 발행원인 Ganett, The Wall Street Journal의 발행인 News Corp, The Daily Beast의 운영원인 IAC 등과 라이센스 공여에 대해 협의하고 있다고 합니다. OpenAI와 미디어의 협의에는 OpenAI 최대의 투자자이기도 한 Microsoft도 참가하고 있는 듯합니다.
지불 대가로 콘텐츠의 이용을 허가하고 있는 기업도 있습니다. Politico 및 Business Insider와 같은 미디어를 소유하는 독일의 주요 미디어 기업인 악셀 슈프링거는 2023년 12월 OpenAI와 계약을 맺고 ChatGPT가 Politico 및 Business Insider에서 직접 데이터를 검색할 수 있도록 허용했습니다. AP통신도 OpenAI가 뉴스 기사를 기반으로 AI 모델을 훈련하도록 허용하는 계약을 체결했습니다.
그리고 새롭게 OpenAI가 AI 훈련에 뉴스 미디어 콘텐츠를 이용하기 위한 라이센스 비용으로 100만 달러에서 500만 달러의 지불을 제시하고 있다는 것이 The Information의 보도에 의해 밝혀졌습니다. 이 보도를 다룬 해외 언론인 The Verge는 “이번 보도는 OpenAI가 AI 훈련에 이용하는 데이터에 어느 정도의 자금을 투입할 예정인지를 보여주는 최초의 지표 중 하나"라고 보도했습니다.
by Andrew Neel / https://unsplash.com/ja/%E5%86%99%E7%9C%9F/%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%97%E3%83%B3ai%E3%83%AD%E3%82%B4%E3%81%8C%E8%A1%A8%E7%A4%BA%E3%81%95%E3%82%8C%E3%81%9F%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%82%BF%E3%83%BC%E7%94%BB%E9%9D%A2-3bIuyZmcM0s
IT기업의 콘텐츠 사용이 문제가 된 유사한 사례로 2019년 Facebook에 도입된 뉴스탭이 있습니다. Meta는 이 뉴스탭에서 뉴스 기사의 라이센스료로 연간 최대 300만 달러(약 43억 원)를 미디어에 지불했다고 보도되었습니다. 또한 Google은 캐나다 뉴스 배급 사업자가 보도기관에 사용요금을 지불하도록 결정한 온라인 뉴스법에 따라 캐나다 보도기관에 연간 총액 1억 캐나다 달러(약 1100억 원)를 지불할 것에 동의했습니다.
OpenAI의 연간 매출은 16억 달러(약 2조 3000억 원)로 전년 대비 58배로 증가했습니다. 게다가 OpenAI의 2024년 연간 매출은 50억 달러에 달할 것으로 예상되고 있기 때문에 OpenAI가 미디어에 지불할 예정인 라이센스료는 그다지 부담되지 않는다고 예상할 수 있습니다.
또한 Apple도 뉴스 미디어 콘텐츠를 이용하여 AI를 훈련하기 위해 여러 미디어와 5000만 달러(약 724억 원) 이상의 다년 계약에 대해 논의한 것으로 보도되고 있습니다.
캠브리지 대학의 연구팀은 아인슈타인의 일반상대성이론이 성립되지 않게 되는 노출 특이점(Naked Singularity)이 4차원 시공(공간 3차원 + 시간 1차원)에 존재할 수 있다는 연구결과를 발표했다. 지금까지 5차원 이상의 고차원 공간에 대해서는 노출 특이점이 존재할 가능성이 지적되고 있었지만, 우리가 살고 있는 이 우주와 같은 레벨의 차원이어도 노출 특이점이 존재할 수 있음을 나타내는 시뮬레이션 결과를 얻은 것은 이번이 처음이라고 한다. 연구논문은 물리학지 'Physical Review Letters'에 게재되었다.
블랙홀의 내부에서는 질량이 중심의 한 점에 집중되어 있고, 이 점에서는 밀도와 시공간의 곡률이 무한대가 된다고 생각되고 있다. 무한대의 밀도 등을 계산으로 취급할 수 없기 때문에 아인슈타인의 일반상대성이론을 포함한 기존의 물리법칙이 성립되지 않게 된다. 이와 같이 무한대의 출현에 의해 물리법칙이 파탄되는 점은 '특이점'이라고 불린다.
한편 블랙홀에 흡입되면 강한 중력장에 사로잡혀 빛조차도 돌아올 수 없게 된다고 되어 있다. 빛이 돌아갈 수 없게 되는 지점(블랙홀의 내부와 외부의 경계면)은 '사건의 지평면'이라고 불린다. 블랙홀 내부에서 일어난 사건은 외부에서는 관측할 수 없고, 외부 우주에 대해서는 인과관계를 갖지 않는다고 볼 수 있다.
따라서 특이점이 존재하더라도 블랙홀 내부에 있는 한 외부 세계에는 영향을 미치지 않는다고 생각할 수 있다. 물리법칙이 성립되지 않는 장소가 우주 안에 존재하고 그러한 장소가 사건의 지평면에 의해 주위로부터 가려져 있는 것처럼 보인다. 이 생각을 '우주검열관 가설(cosmic censorship conjecture)'이라고 한다. 물리학자 로저 펜로즈 등에 의해 제창되었다.
우주검열관 가설이 어떤 경우라도 반드시 성립할지 여부는 논의가 나뉘며, 특이점이 숨겨지지 않고 노출된 상태로 존재하는 '노출 특이점'에 대해서도 다양한 검토가 이루어지고 있다.
특수한 시공의 조건을 생각했을 경우에는 노출 특이점이 존재 가능하게 된다고 하는 연구는 여럿 나왔는데, 예를 들면 2016년에 케임브리지 대학의 팀이 슈퍼컴퓨터를 사용해 실시한 시뮬레이션에서는 5차원 공간 상에 존재하는 환상의 블랙홀에서는 노출 특이점이 형성된다는 결과가 나온다.
이번 연구가 주목되는 것은 5차원 이상의 고차원 공간이 아니라 우리 우주와 같은 차원 수준인 4차원 시공에서도 노출 특이점이 존재할 수 있다고 보인 점에 있다. 다만 이 우주와 정확히 같은 성질을 가진 시공이 아니라 시공의 곡률이 마이너스인 'Anti-de Sitter space'라는 조건이 붙어 있다.
관측되고 있는 실제의 우주는 곡률이 거의 제로의 평탄한 시공 구조라고 여겨지고 있어서 마이너스 곡률을 가지는 Anti-de Sitter space과는 상당히 다르다. Anti-de Sitter space의 이미지는 아래 그림과 같이 승마 안장과 같은 형태로 시공간이 왜곡된 우주이다.
평평한 3차원 공간 내에 있는 2차원 곡면으로 그릴 경우의 Anti-de Sitter space(Credit: Wikimedia Commons)
Anti-de Sitter space의 특징은 어느 점에서 출발한 빛이 직진해 가면 최종적으로 원래의 장소로 돌아온다는 성질이 있다. 이것은 빛이 반사되어 돌아오는 경계면을 가지고 있다고도 말할 수 있다. 연구팀은 이 경계면에서의 자유도를 이용함으로써 시스템에 에너지를 가했을 때 노출 특이점이 형성되는 것을 시뮬레이션으로 나타내었다고 한다.
연구팀의 Jorge E. Santos 씨는 "이번에 제시된 노출 특이점은 시뮬레이션 내에 하전입자를 더하면 소멸하는 것 같다"며 이 문제에 대해 더 조사 중이라고 밝혔다.
하전입자의 문제는 우주검열관 가설과 양자중력이론에 있어서의 '약한 중력예측(weak gravity conjecture)'의 사이에 어떠한 연결이 있는 것을 시사하는 것으로 생각되고 있다. 약한 중력예상이란 모순이 없는 양자중력이론이라면 어떤 이론이라도 중력이 가장 약한 힘으로서 나타난다는 가설이며, 충분한 양의 하전입자의 존재가 불가결이다. 이 때문에 Anti-de Sitter space에서는 약한 중력예상에서의 하전입자의 존재에 의해 특이점이 소멸하는 것으로, 우주검열관 가설이 유지될지도 모른다고 한다.
노출 특이점이 존재할 수 있는 우주모델의 연구는 중력이론과 양자역학을 통합하는 양자중력이론을 완성하는 데 있어서도 도움이 될 것으로 생각된다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 相対性理論を破綻させる「裸の特異点」は存在可能 - ケンブリッジ大 https://news.mynavi.jp/techplus/article/20170602-a249/
by Borb / https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Inverse_square_law.svg#mw-jump-to-license
빛이나 소리가 그 광원이나 음원으로부터 멀어짐에 따라 약해져 가는 것은 경험에 의해서도 잘 알려진 것이다. 그 약화는 거리의 제곱에 반비례하고 있다. 즉 거리가 2배가 되면 강도는 4분의 1로, 거리가 3배가 되면 강도는 9분의 1이 된다.
빛이나 소리의 에너지가 공간의 모든 방향으로 방사되기 때문에, 중심으로부터의 거리 r을 반경으로 하는 구면을 생각하면, 구면의 면적은 r의 제곱에 비례하기 때문이다. 구면 전체는 중심으로부터 방사된 에너지가 모두 받기 때문에, 같은 면적에 받는 에너지는 거리 r의 제곱에 반비례한다. 이것을 역제곱의 법칙이라고 부른다.
고등학교 물리학에서 뉴턴의 만유인력(중력)과 정전기력(쿨롱력)을 배울 때 이러한 힘도 역제곱의 법칙을 따르는 것을 배운다. 식으로 나타내면 다음과 같다. 빛이나 소리의 감쇠와 같은 형태의 식이 된다.
만유 인력(중력)
정전기력(쿨롱력)
두 힘이 똑같은 형태를 하고 있는 것에 나는 고등학생 때 신기하다고 생각했다. 만유인력이나 정전기력이 전해지는 구조는 빛이나 소리가 전해지는 구조와 전혀 관계가 없는데 비슷한 줄어드는 방법을 하는 것이다. 힘은 에너지가 아니기 때문에 빛이나 소리와 같이 줄어들 필연성은 없다. 에너지는 방사됨으로써 그 방사원은 상실하지만, 만유인력(중력)이나 정전기력은 주위에 힘을 가해도 그 발생원으로부터 상실되는 것은 아니다.
또한 거리가 멀어짐에 따라 힘의 영향이 줄어든다는 것은 납득이 가지만, 줄이는 방법에도 여러 가지 있다. 그런데 왜 딱 역제곱일까?
실은 역제곱의 법칙이 성립되어 있는 것은 우리가 사는 공간이 3차원으로 그리고 모든 방향에 같은 퍼짐을 가지고 있다는 것에 깊이 연결되어 있다. 이것을 공간의 등방성이라고 한다. 공간이 3차원이기 때문에 한 점에서 같은 거리에 있는 면적이 거리의 제곱이 되기 때문이다.
자석의 인력이나 척력도 거리가 떨어짐에 따라 줄어드는 것은 경험적으로 기억하고 있다. 실은 이 자력도 역제곱의 법칙에 따르는 것이다. 학교에서는 배우지 않겠지만 식으로 나타내면 다음과 같이 만유인력이나 정전기력과 같은 형태의 식이 된다.
자력
왜 이 사실을 적극적으로 학교에서 가르치지 않는 이유가 있다. 자력의 경우 역제곱의 법칙이 성립하기 위해서는 단독 자하(모노폴)의 존재를 가정해야 하기 때문이다. 자하는 N극이나 S극만 단독으로 존재할 수 없고, 반드시 N극과 S극의 쌍으로서 존재한다. 전하에 해당하는 단일 자하는 Dirac에 의해 예언되었지만 아직 실험에서 존재를 확인할 수 없다.
그런데 만유인력(중력)이 역제곱의 법칙에 따르고 있다고 말했지만 아직 검증되지 않은 것도 몇 가지 남아 있다.
하나는 0.1밀리미터 이하의 짧은 거리에 대해서도 역제곱법칙이 성립되어 있는 것이 확인되지 않은 것이다.
또한 최근 가설로서 클로즈업되고 있는 잉여차원이나 초끈이론 등 공간이 5차원 이상의 잉여차원을 갖고, 그것들이 미소공간에 접혀 있는 경우는 공간이 3차원이라고 하는 가정이 잘못된 것이 되어 중력의 역제곱법칙도 수정을 강요당할 가능성이 있다.
어쨌든 기원이 다른 각각의 힘에 같은 법칙이 성립되어 있는 것은 당연한 것 같고 신기한 일이다.
출처 참조 번역 - Wikipedia - 逆２乗の法則の不思議 https://blog.goo.ne.jp/ktonegaw/e/093969d0415d58ec514ada4fcfbb0b0c
오랜만에 만난 고령의 부모나 친척이 건망증이 심해지고 주변을 신경 쓰지 않을 경우 치매일 가능성이 있습니다. 치매 환자의 3분의 1이 자신이 치매임을 깨닫지 못했다는 보고를 바탕으로 가족의 치매 문제에 어떻게 대처해야 하는지에 대해 임상간호학자인 케이트 어빙 교수가 설명했습니다.
영국치매위원회는 2023년 12월에 국내 치매환자의 약 36%가 진단되지 않은 것으로 보고되었습니다. 이 보고서는 의료 및 간병 전문가에게 치매의 초기 증상을 발견하려면 어떻게 해야 하는지 정보를 제공하는 목적이었지만, 치매는 주변 사람에게도 큰 고민입니다.
아일랜드 더블린시티 대학의 임상간호학자인 케이트 어빙 교수는 “치매의 증상은 사람마다 다르기 때문에 소중한 사람의 평소 생활을 아는 것이 중요하다”고 말했습니다.
치매의 초기 증상으로는 기억 문제가 잘 알려져 있지만, 스트레스와 슬픈 사건이 기억에 영향을 미칠 수 있으며, 나이에 따라 인지기능이 변화하기 때문에 잊어버렸다고 치매가 시작된 것은 아닙니다. 그러나 스트레스 등 다른 원인 탓이라고 단정 짓는 것이 치매의 징후를 놓쳐 버리는 원인이 되기도 하는데, 전문가는 이것을 '진단의 그림자(diagnostic over-shadowing)'라고 부릅니다.
많은 경우 치매는 몇 개월에서 수년이라는 기간에 진행되기 때문에 뭔가를 기억하는 데 시간이 걸리는 문제가 며칠에서 몇 주라는 짧은 기간에 발생하면 "치매가 아닌 더 심각한 질환일 가능성이 있으므로 의사의 신속한 진단이 필요하다”고 어빙 교수는 설명했습니다.
반면에 치매는 현대 사회에서 가장 큰 공포 중 하나이며, 시간이 지남에 따라 신뢰관계의 소실로 발전하기도 하기 때문에 기억장애가 있을 경우 솔직하게 토론하는 것이 최선이라고 합니다.
또 기억장애에는 어느 정도 가역적인 원인이 있어서 어느 정도 회복시키는 것도 가능하므로 원인을 없애기 위해 진찰에 가도록 권하는 것도 하나의 방법입니다.
본인이 진찰에 긍정적이었을 경우, 미리 경험한 기억장애의 종류나 그때의 상황, 기억장애의 영향을 1주일 정도 기록해 두면 진단에 도움이 됩니다.
어빙 씨는 가족과 치매 문제에 대해 “기억장애나 망상에는 스트레스가 수반되는 경우가 많기 때문에 일상생활에 지장을 초래하거나 가족관계를 악화시키는 경우도 있지만, 최선책은 정직하고 개방적인 대화와 지원”이라고 강조했습니다.
ILC(국제 선형 가속충돌기)에서는 전자와 양전자라는 소립자를 충돌시켜 우주의 법칙을 찾습니다. 소립자란 지금까지 그 이상으로 나눌 수 없다고 생각되고 있는 입자로 지금까지 17종류의 존재가 알려져 있습니다. 전자는 전선 안을 달려 전류가 되는 소입자입니다. 입자라고 명확하게 결론지은 인물은 영국의 물리학자 조셉 존 톰슨 박사입니다. 1897년 톰슨 박사는 진공 유리관에서 마이너스 극으로부터 플러스 극으로 끌리는 빔이 마이너스 전기를 가진 입자의 흐름이며, 그 입자가 원소를 구성하는 요소라고 논문을 썼습니다. 그 공적으로 톰슨 박사는 1906년에 노벨 물리학상을 수상했습니다.
양전자는 양의 전기를 가진 소립자입니다. 1932년 미국의 물리학자 칼 데이비드 앤더슨 박사가 안개상자라는 장치로 우주에서 내려오는 입자를 관측하고 있을 때 발견했습니다. 양전자라는 이름은 '플러스 전기를 가진 전자'라는 의미에서 유래하며, 지금은 전자의 반입자인 것으로 알려져 있습니다. 반입자란 가지고 있는 전기의 부호가 입자와는 반대이며 그 외의 성질은 입자와 같은 입자를 말합니다. 양전자는 인류가 처음 발견한 반입자입니다. 앤더슨 박사는 그 발견으로 1936년에 노벨 물리학상을 수상했습니다. 안개상자는 인공적으로 구름을 만드는 장치로서 발명되었고 전하를 가진 입자가 그 장치를 통과하면 비행기 구름과 같은 잔상이 생겨 입자의 통과를 알 수 있는 장치입니다.
