미스테리 끄새

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 ..