미스테리 끄새

youtu.be/dAIaQ3nNx5s 공전의 흥행에 성공한 「마이크로 결사대(A Fantastic Voyage)」는 매우 흥미 있는 소재를 담았다. 정상적인 수술로는 치료할 수 없는 뇌장애환자를 위해 실험용 잠수함과 선원 그리고 의료 팀을 미생물 크기로 축소시켜 환자의 혈액에 주입한 후 대동맥을 타고 뇌의 상처 부분까지 항해한 후, 레이저 광선을 통해 환자를 치료하고 눈물을 통해 극적으로 탈출한다는 내용이다. 영화 감독의 고유권한인 상상력을 두고 왈가왈부할 수는 없는 일이지만, 영화 속 같은 일이 실제로 일어나기 위해서는 ‘불가능의 영역’을 모두 극복하지 않으면 안 된다. 우선 생물체의 기본구조는 놀랍게도 미세한 규모의 세포라는 것이 발목을 잡는다. 모든 생물체는 한 개 또는 다수의 세포들로 구성되어 있..

youtu.be/lqoILOnQEQY 냉동인간은 인간의 삶을 획기적으로 바꾸어줄 수 있다는데 의미가 있다. 영화 「데몰리션」에서 냉동인간을 매우 심층적으로 다루었는데 영화의 주제는 미래의 어느날 포악한 악당 피닉스와 거칠지만 정의로운 경찰 스파르탄이 대결하여 결국 정의가 이긴다는 헐리우드의 전형적인 이야기이다. 그런데 주제가 종신형에 처해진 죄수들을 형량만큼 냉동인간으로 만들었다 형량이 지나면 해동하는 것이다. 스파르탄은 뛰어난 경찰이기는 하지만 임무를 수행하는 과정에서 파괴를 자행하여 많은 무고한 사람들이 희생되자 70년, 악당 피닉스는 종신형을 받고 냉동감옥에 갇힌다. 인간을 벌주기 위해 인간을 냉동감옥에 수감한다는 영화의 기본 아이디어는 많은 논쟁을 야기했다. 냉동인간은 다시 살려내야 한다는 기술이..

youtu.be/CAAyBqUnfRs 상온에서 절대로 불가능하다고 생각했던 꿈의 에너지가 실용가능하다고 발표되자 그야말로 순식간에 전 세계가 경악했다. 대다수의 물리학자들은 다소 의심스러운 반응을 보이면서도 물리 분야가 아니라 화학 분야이므로 모른다며 그럴 가능성도 있을지 모른다고 조심스럽게 대답했다. 조그마한 실험실 안에서 핵융합이 가능하다면 자동차 엔진을 위해서도 가능하다는 설명도 된다. 자동차 공업에 일대 혁신을 가져올 발명자에게 미국 의회에서 가만히 있을 리 없었다. 그들의 성공 소식이 알려지자마자 의회는 이들에게 즉시 32만 2천 달러를 기부했다. 폰스 교수가 소속한 유타대학의 유타 주는 재빨리 500만 달러를 투자했다. 를 건립하기 위한 법안도 마련되었다. 물론 일부 학자들로부터 조심스러운 의..

youtu.be/QjattLikOkM 브라질은 세계에서 5번째로 큰 나라이며 국토의 대부분이 밀림으로 되어 있는 천연 자원의 보고이다. 이러한 브라질에서 울창한 밀림을 베어 내고 커피를 심는 등 경제 개발 정책을 적극적으로 추진하자 미국을 위시한 선진국들은 무분별한 밀림 제거를 중지하라고 촉구하였다. 선진국들의 주장은 브라질이 일 년마다 남한 만한 땅을 개간하고 있는데 그런 무차별 개발이 계속 이어질 경우 지구의 생태계에 치명상을 줄 수 있다는 것이다. 현재 브라질의 울창한 밀림이 지구 규모의 산소 공급에 절대적인 영향을 미치고 있기 때문이다. 브라질 당국은 이들의 주장을 한마디로 일축한다. 지금까지의 지구 환경 파괴는 주로 선진국에 의해 일어났다는 것이다. 오존층 파괴 원인이라는 이산화탄소의 77%가 ..

youtu.be/GDJjkeRokCE 한국 등 세계가 집중적으로 도전하고 있는 토카막(Tokamak) 장치이다. 토카막(Toroidal Chamber with Magnetic Coils) 러시아어에서 유래된 명칭으로 구소련의 이고르 탐(Igor Tamm, 1895〜1971)과 사하로프(Andrei Sakharov, 1921〜1989)가 1950년대 발명했다. 이후 아치모비치(Lev Artsimovich, 1909〜1973)가 1968년 세계에서 처음으로 초고온 플라스마를 100분의 1초 이상 가두는 토카막 장치 개발에 성공했다. 단순간이지만 이 성공은 과학자들에게 큰 힘이 되었고 일본은 1996년에 순간 온도를 섭씨 5억2,000만도까지 올리는 데 성공했다. 태양 표면 온도가 섭씨 6,000도이고, 중심..

youtu.be/vjeuz_z0g6s 작가들의 상상력이 끊임없는 것처럼 과학자들의 상상력도 끝이 없다. 옥터퍼스 박사가 개발한 소형 인공태양이 아니라 『해리포터』에서 등장한 여러 개의 태양을 실제로 만들수있을지도 모른다는 것이다. 인류가 지구상에 태어난 이래 가장 획기적인 발명은 불이다. 처음에 발견된 불은 화학작용에 의한 것이지만 이어서 전기에 의한 불이 발명되었고 20세기에 들어와 ‘제3의 불’이라는 핵분열 연쇄반응에 의한 원자력이 태어났다. 핵분열 반응은 우라늄과 같은 무거운 방사능 동위원소들이 세슘과 같은 가벼운 원소의 핵과 중성자로 분리되는 현상을 말하는데 이 반응을 연쇄적으로 일으키면 핵폭탄이 되고 일정 단계로 제어해서 응용하는 것이 핵발전소이다. 반면에 ‘제4의 불’은 핵융합 에너지를 이용하..

youtu.be/Z9-S9-Zo9kU 1997년에 발간된 이래 전 세계에 수억 권 이상이 팔려 단숨에 영국에서 가장 돈을 많이 버는 여자로 부각된 영국인 J.K. 롤링의『해리포터』는 마법소년 해리포터의 이야기이다. 영국이나 미국에서 오래 전부터 어린이들이 책을 읽지 않는다고 걱정했으나 『해리포터』는 이런 우려를 말끔히 씻어 주었을 정도로 수많은 어린아이들의 마음을 사로잡았다. 해리포터 소년이 겪는 모험이 꿈과 호기심으로 가득 찬 어린아이들을 꼼짝 못하게 만들었기 때문이다. 『해리포터』가 그린 환상의 장소에는 태양이 한 개가 아니라 여러 개이다. 태양이 많은 곳에 산다면 약간의 단점도 있겠지만 여러 가지 이점이 있다는 것을 누구나 금방 이해할 수 있다. 간단하게 말해 어둠으로 인한 많은 불편함이 사라지기 ..

youtu.be/nyWHlkfp16g ⑫ 군사용 영화 「이레이저」에 매우 특이한 무기가 등장한다. 이 영화에 등장하는 EM건(레일건)은 표적을 X-ray로 자동감지하여 발사하는데 5cm의 철판도 간단하게 뚫어버리는 가공할 만한 무기이다. 특히 작동원리가 전자 자석 펄스 방식으로 화약이나 기존 총알이 아닌 알루미늄 탄환을 초음속으로 연속 발사하는 총이다. 그동안의 무기는 한쪽 끝이 막힌 원통 내에서 화약을 폭발시켜 그 폭발력으로 탄환을 날려 보낸다. 그런데 이 총포는 군대의 상징과도 같은 기본 무기체계이지만 21세기에 들어서자 보다 파괴력이 있는 무기가 등장한다. 기존의 화약식 총포의 포구 초속은 1,500미터인데 유효사거리는 80㎞를 넘기기 어렵다. 이를 넘는 거리의 목표를 타격할 때 미사일을 발사하는 ..

youtu.be/LTDw3jJh8Y4 ⑭ 자기부상열차 물질은 자기의 성질에 따라 상자성, 강자성(强磁性), 반자성(反磁性)의 세 종류로 구분된다. 반자체는 물질 내부에 분자자석이 없는 물질이다. 반자체의 전자는 외부 자기장의 영향을 받아 외부 자기장과 반대 방향으로 자기장을 만드는 유도전류가 발생하여 외부 자기장을 부분적으로 차단한다. 그런데 초전도체의 경우에는 이 성질이 아주 강해서 외부 자기장을 완전히 상쇄시킨다. 따라서 초전도체의 내부 자기장은 0이 되는 것이다. 즉 초전도체는 저항이 0일뿐만 아니라 완전한 반자성체가 된다. 이 현상을 발견자인 마이스너(Walteher Meissner)의 이름을 따서 ‘마이스너 효과’라고 부른다. 그러나 자기장이 강력할 경우, 그 자기장은 초전도체의 반발력을 물리치..

youtu.be/0zNtbjNrkpY 앞에서 초전도체에 대해 설명했지만 다소 어려운 면이 있는 것은 사실이다. 그러므로 초전도체의 특성이 무엇이냐는 질문에 학자들은 수많은 특징 중 다음 세 가지를 가장 큰 성질로 제시한다. 앞의 설명을 참조하여 이해하기 바란다. ① 전기저항 0 초전도체의 기본은 직류 전류저항이 0이라는 점이다. 물론 초전도 상태를 만들기 위해서는 온도만 내려주는 것이 아니라 여러 가지가 충족되어야한다.우선 온도가 임계 온도(Tc)보다 낮아야 한다. 또한 자기장이 임계 자기장(Hc)보다 낮아야 하며 전류가 임계 전류(Jc)보다 낮아야 한다. 물론 여기에 도핑레벨이나 압력 등 양자 페이즈 변이에 해당하는 파라미터들도 있다. 그런데 임계온도의 바로 밑에서는 조금의 자기장이나 전류로도 쉽게 초..

youtu.be/e1xzsphnA7w 절대온도 ‘0K’도, 즉 섭씨 영하 273도 부근까지 온도가 내려가면, 상온에서는 보기 어려운 특이한 물리현상들이 발견된다. 도체의 전기저항이 사라지는 초전도 현상은 그 대표적 예 중의 하나이며, 그밖에도 원자, 분자 수준에서 다양하고 중요한 여러 현상들이 발견된다. 따라서 고체물리학자들 중에 저온을 연구하는 이들이 상당히 많다. 초전도체가 지닌 독특한 특성이 수많은 노벨상 수상자를 배출할 수 있기 때문이다. 초전도 즉 전기가 흐를 때 저항이 전혀 없는 상태, 즉 ‘영(0Ω)‘이 된다는 자체가 환상을 의미하기 때문이다. 초전도체를 이용하면 전기 손실이 없는 원거리 송전이 가능하고, 축전지를 쓰지 않고도 전기를 대량으로 저장할 수 있으며, 강력한 자기장을 내는 전자석도..

youtu.be/kD_v-fWhtx4 초전도체에 대한 연구가 봇물처럼 이어지므로 초전도체의 종류는 매우 많다. 그러므로 학자들은 초전도체를 물질에 따라 네 가지 분야로 분류한다. 1) 상용초전도체(Conventional SC) BCS이론을 따르는 초전도체를 말한다. 쿠퍼쌍을 만드는 역할을 하는 것이 포논이라고 증명되었다는 것이 큰 성과다. 동동위원소로 인해 포논의 모드가 바뀌고 이것이 초전도성에 영향을 준다는 것이다. 또한 BCS이론에서 예측했던 질량에 대한 초전도 전이온도 함수가 실험값과 일치한다는 것도 확인되었다. 한마디로 BCS이론이 적용되는 물질이 분명히 존재한다는 뜻이다. 2) 구리기반 초전도체 (Cuprate SC) 구리를 기반으로 한 화합물이 초전도성을 나타내는 초전도체. 대부분 층상구조를 ..

youtu.be/rx-tCz59YtM II. 2단계(1957〜1986) 2단계를 약 30년으로 잡는 것은 충분한 이유가 있다. 우선 이 기간 동안 초전도체 연구는 다소 답보된 상태로 진행된다. 물론 BCS 이론은 여러 학자들에 의해 양자장론(quantum field theory)으로 확장되었다. 이를 통해 고체내의 복잡한 포논 동력학을 포함할 수도 있고, 불순물에 의한 산란 효과 등도 편리하게 계산할 수 있다. 특히 컴퓨터의 비약적인 발전으로 임계온도나 포논 스펙트라 등의 실험데이터를 정확하게 맞출 수 있게 진전되었다. 한편, BCS wave function 안에 숨어있는 중요한 구조와 새로운 의미를 발견하기도 하였다. 1960년에 P.W. 앤더슨 박사 등이 초전도체의 반대칭성 문제 등을 순전히 수학적 ..

youtu.be/ioTetUa6Y-0 복잡한 초전도 현상은 학자들을 곤혹스럽게 만들었다. 초전도 현상이 아무리 많은 장점을 갖고 있더라도 그 메커니즘을 정확히 알지 못하면 실용화에 한발자국도 나갈 수가 없기 때문이다. 금속은 전자를 내놓은 금속 이온들이 서로 연결해 금속 고체의 구조를 만드는 결정격자로 이루어져 있고 각 이온이 열을 받으면 제자리에서 조금씩 진동하는데 이를 격자진동이라고 한다. 한편 금속 원자들이 내놓은 전자는 자유롭기 때문에 금속이 전기를 잘 통하는 것이다. 그런데 금속 내부에 섞여 있는 불순물, 결정 구조의 결함, 금속 이온들의 격자진동에서 오는 불규칙성 등이 전자의 운동을 방해해서 저항이 생긴다. 보통 상태의 전기 저항은 이 같은 금속 내부의 구조적인 특성으로 설명된다. 그러나 아무..

youtu.be/d_Ry4lOS-Hg 20세기초 등장한 초전도처럼 현대 과학의 모든 면을 보여주는 것도 거의 없다. 우선 초전도체는 놀랍고 흥미진진한 이야기로 채워진 완벽한 드라마의 모든 조건을 갖추고 있다. 주제 자체가 환상적인데다 많은 흥미진진한 등장 인물들이 등장하며 이들 상당수가 노벨상으로 무장했다. 더불어 많은 사람들에게 매력을 주는 것은 초전도체가 아직도 많은 수수께끼와 예측 불가능한 결말들을 이끌어가는 끝나지 않은 이야기(never ending)라는 점이다. 김창영 박사는 100여 년에 걸친 초전도 역사를 세 개의 시기로 나누었다. 첫 번째 시기는 초전도체가 등장한 1911부터 1957년, 두 번째 시기는 초전도체가 실용으로 전개되는 1957년부터 1986년 그리고 마지막으로 1986년부터 ..

youtu.be/WY3-Iq3pQ2o 현대 물리학 연구의 3대 주류는 기본 입자의 구조, 레이저를 중심으로 하는 광학, 응집 물질의 여러 가지 특성에 대한 연구라 할 수 있다. 이 중에서 기본 입자와 레이저에 대한 것은 실생활에 많이 적용되고 있으므로 많은 사람들이 개념 정도는 이해하고 있으나 3대 연구 분야임에도 응집 물질의 연구에 대해서는 매우 생소하게 느낀다. 그러나 이 분야가 초전도체를 연구하는 것이라고 설명하면 금방 이해할 것이다. 1911년 오네스(Heike Kámerlingh Onnes)가 초전도 현상을 발견한 이후 새로운 발견이 이루어질 때마다 노벨상이 집중적으로 수여되고 있으므로 과학에 대한 문외한이라도 언론을 통해서 적어도 한 번 이상은 초전도라는 단어를 접했을 것이기 때문이다. 이와 ..

youtu.be/X2IpLnFo8oE 퍼킨은 또 하나의 중요한 염료를 개발해 공업적으로 생산했는데, 그동안 꼭두서니과의 식물 뿌리에서만 채취하던 빨간색 염료 알리자린이다. 사실 이 부분에도 선구자가 있었다. 독일의 칼 그레베와 칼 리베르만은 1868년에 콜타르의 한 성분인 안트라센으로 알리자린을 합성할 수 있다고 발표했다. 그러나 그들의 합성법은 비실용적이었다. 다행히 퍼킨은 호프만 교수 밑에서 안트라센을 취급한 적이 있었다. 퍼킨은 곧바로 알리자린 실용화에 착수하여 놀랍게도 단 1년 만에 알리자린을 생산해냈고 1871년에 이미 연 생산 200톤에 이를 정도로 그 규모를 키웠다. 콜타르와 합성염료, 이 두 가지처럼 서로 어울리지 않는 물질도 없을 것이다. 끈적끈적하고 시꺼먼 콜타르는 옷에 묻으면 잘 지워..

youtu.be/rjJ-ACIJ6GQ 19세기 중엽에 이르면 공기가 없는 상태에서 석탄을 가공해서 만든 코크스가 산업용으로 중요하게 활용되고 있었다. 그런데 1톤의 석탄을 처리하여 코크스를 만들면 30리터의 콜타르라는 검은색의 끈적끈적한 액체가 생긴다. 그중 일부는 철도 침목을 만드는 목재 보호재나 도로 포장용으로 사용하지만 대부분 처리가 어려운 산업폐기물이었다. 독일의 화학산업을 이끈 유스투스 폰 리비히(Justus von Liebig, 1803～1873))는 머지않아 콜타르에서 염료를 비롯한 여러 약품이 만들어질 것으로 예상했다. 그의 예언은 맞았지만 콜타르에 대한 이용방법은 독일이 아니라 영국에서 이루어졌다. 리비히는 화학 분야에서 가장 중요한 학자 중의 한 명이므로 좀 더 설명한다. 리비히는 중앙..

youtu.be/a-2nd2e6MKg 전통미와 친환경성이 강조되고 있는 요즘 천연염색에 관한 관심이 뜨겁다. 직장에서는 천연염색 유니폼이, 가정에서는 황토옷이 유행이다. 옷이나 건물은 그 디자인과 더불어 색깔 때문에 더욱 빛나고 신호등이나 표지판의 색깔은 유용한 정보를 전해주는 동시에 위험도 막아준다. 심지어 우리가 먹는 음식물도 그 색깔에 따라 맛이 다르게 느껴진다. ‘땟깔이 고와야 맛도 있다’라는 말도 여기에서 비롯된다고 볼 수 있다. 뿐만 아니라 색깔은 그림이나 조각과 같은 예술품에서 없어서는 안 될 필수 요소이다. 그러므로 화가들은 남이 내지 못하는 색을 나름대로 개발하여 비장의 무기로 사용하는데 주저하지 않는다. 색을 남보다 탁월하게 내는 비법이야말로 성공하는 요건 중에 하나라고 생각하는 것은 ..

youtu.be/OwPz-VjyR_Q 2016년 정부는 1973년 이래 시행된 ‘전문연구요원(‘전문연’)의 대체복무 제도’를 정부가 폐지할 방침이라고 밝혔다. 정부는 한국의 급격한 인구 감소로 인해 현역 입영이 줄어들기 때문에 2020년부터 현역 입영 대상자의 대체복무제 등을 단계적으로 축소한 뒤 2023년부터는 아예 폐지하겠다는 계획이다. 한국이 세계적인 저출산국이 되어 군입대자가 절대로 부족하므로 군 복무의 형평성 차원 및 병역 자원의 감소라는 상황에서 이공계뿐 아니라 대체복무제 전반의 손질과 축소가 불가피하다는 주장이다. 한마디로 대체복무와 전환복무 제도를 중단할 수밖에 없다는 것이다. 보다 구체적으로 설명하면 산업기능요원과 전문연구요원으로 근무하는 ‘대체복무제도’를 없애고 의무경찰·해양경찰·의무소..