답변 내역

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.힉스 메커니즘의 출발점은 우주 전체에 힉스 장이라는 보이지 않는 장이 깔려 있다는 거예요. 전기장이나 자기장처럼 공간을 채우는 장인데, 다른 장들과 결정적으로 다른 점이 하나 있어요. 아무것도 없는 진공에서도 값이 0이 아니라는 거예요. 우주가 식으면서 힉스 장은 에너지가 가장 낮은 상태로 자리 잡았는데, 그 상태가 하필 장이 켜져 있는 상태였던 거죠. 우리는 태어날 때부터 이 장에 잠겨 사는 셈이에요.질량은 입자가 이 장과 얼마나 강하게 상호작용하느냐로 정해져요. 전자나 쿼크 같은 입자가 공간을 지나간다는 건 힉스 장 속을 헤치고 가는 일이에요. 장과 강하게 얽히는 입자는 움직임에 저항을 크게 받는데, 이 저항이 바로 우리가 질량이라고 부르는 성질이에요. 물속을 걷는 사람과 공기 중을 걷는 사람의 차이처럼, 톱쿼크같이 장과 강하게 결합하는 입자는 무겁고, 전자처럼 약하게 결합하는 입자는 가볍고, 광자처럼 아예 상호작용하지 않는 입자는 질량이 0이라 빛의 속도로 달리는 거예요.그럼 힉스 보손은 뭐냐면, 힉스 장 자체가 출렁인 파문이에요. 장이 실재한다면 그 장을 두드렸을 때 파동, 즉 입자가 튀어나와야 하잖아요. 2012년 유럽입자물리연구소가 양성자를 충돌시켜 이 파문을 찾아낸 게 힉스 보손 발견이에요. 보손이 질량을 나눠주는 게 아니라, 질량을 만드는 건 장이고 보손은 그 장이 존재한다는 증거물인 거예요.한 가지 덧붙이면 우리 몸무게의 대부분은 사실 힉스 덕이 아니에요. 양성자 질량의 99%는 쿼크를 묶는 강한 상호작용의 에너지에서 나오거든요. 힉스 메커니즘은 기본 입자들의 질량을 설명하는 장치고, 그 작은 씨앗 질량이 없으면 원자도 화학도 성립하지 않으니 우주의 구조를 떠받치는 기초라고 보시면 돼요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.페로브스카이트는 ABX₃라는 결정 구조를 갖는 물질이에요. A 자리에 유기 암모늄 양이온, B 자리에 금속 양이온, X 자리에 할로겐 음이온이 들어가는 구조인데, 결정 구조 안에 유기 이온과 무기 이온을 모두 품은 진짜 유무기 복합 소재라서 독특한 물성이 나와요.광흡수율이 높은 건 빛을 흡수하는 방식의 차이에서 나와요. 실리콘은 간접 밴드갭 물질이라 광흡수 특성이 좋지 않아 태양빛을 최대로 흡수하려면 최소 수백 마이크로미터 이상 두껍게 만들어야 하는데, 페로브스카이트는 전자가 빛을 받아 바로 들뜰 수 있는 직접 밴드갭 구조라 같은 빛을 수백 분의 일 두께의 얇은 막으로 흡수해요. 재료가 적게 드니 가볍고 유연하게 만들 수 있는 거예요. 밴드갭을 다양한 범위에서 조절할 수 있다는 점도 결정 구조의 장점인데, X 자리의 할로겐 원소 비율만 바꾸면 흡수하는 빛의 영역이 달라져서 실리콘 위에 얹는 탠덤 전지 설계에 유리해요.저비용 공정은 이 결정이 만들어지는 방식 덕분이에요. 이온 결합성 물질이라 용액에 녹였다가 도포하고 말리면 상온 근처에서도 결정이 저절로 자라요. 저온 용액 인쇄 공정으로 가볍고 유연한 기재에 제작할 수 있어 대량 고속 생산 잠재력이 있다는 것이 핵심이에요. 실리콘처럼 1400도가 넘는 고온 용융과 잉곳 절단 공정이 필요 없으니 설비와 에너지 비용이 확 줄어요. 결함이 조금 있어도 성능이 크게 안 깎이는 결함 내성까지 갖춰서, 값싼 공정으로 만들어도 무기물 수준의 광흡수 성능이 유지되는 거예요.정리하면 직접 밴드갭이 주는 강한 흡수력, 조성 조절이 쉬운 유연한 구조, 용액으로 결정이 자라는 성질 세 가지가 페로브스카이트의 경쟁력이에요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.정확히 보셨어요. 종이는 매끈해 보여도 현미경으로 보면 섬유가 얽힌 울퉁불퉁한 골짜기 지형이에요. 연필로 쓴다는 건 흑연 덩어리가 이 거친 표면에 긁히면서 얇은 조각으로 벗겨져 섬유 틈에 박히는 일이에요. 흑연은 층층이 쌓인 구조라 층 사이가 잘 미끄러져 떨어지는데, 이 성질 덕분에 힘을 안 줘도 종이에 조각이 묻어나요.처음 한 번 칠하면 흑연 조각은 주로 종이 표면의 튀어나온 봉우리에만 묻어요. 골짜기 바닥까지는 심이 닿지 않아서 종이의 흰 부분이 틈틈이 드러나 있죠. 우리 눈은 흑연의 검정과 종이의 흰색이 섞인 평균을 보니까 연한 회색으로 느끼는 거예요. 덧칠을 반복하면 조각들이 봉우리 사이 골짜기까지 차곡차곡 채워지면서 흰 틈이 사라지고, 빛을 반사하던 종이 면적이 줄어드니 점점 진한 검정으로 보이는 거고요.다만 무한정 진해지지는 않아요. 틈이 다 차고 나면 흑연이 흑연 위에 쌓이는 단계가 되는데, 이때부터는 색이 진해지기보다 표면이 반들반들해지면서 금속처럼 번들거려요. 흑연 층이 빛을 거울처럼 반사하기 시작해서예요. 4B, 6B 같은 무른 연필이 진하게 써지는 것도 같은 원리로, 심이 물러서 한 번에 벗겨지는 흑연 양이 많아 틈이 빨리 채워지는 거예요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.여기서 갈라야 할 게 두 가지예요. 시간을 재는 방식과 시간이라는 현상 자체는 다른 문제거든요.인간이 만든 건 측정 체계 쪽이에요. 하루를 24시간으로 나누고 60분, 60초로 쪼갠 건 순전히 약속이에요. 바빌로니아 사람들이 다른 진법을 썼다면 지금 시계는 완전히 다르게 생겼을 거예요. 시간대, 달력, 자정의 기준 같은 것도 전부 사회적 발명품이고요. 이 부분은 말씀대로 허상까지는 아니어도 인공물이 맞아요.그런데 그 측정이 가리키는 대상은 인간과 무관하게 실재해요. 물리학에서 시간은 변화가 일어나는 방향과 속도로 나타나요. 우라늄은 인간이 보든 말든 일정한 속도로 붕괴하고, 별은 인류가 태어나기 전부터 순서대로 진화해왔어요. 더 결정적인 건 상대성이론이에요. 시간은 속도와 중력에 따라 실제로 다르게 흐르고, GPS 위성은 이 차이를 매일 보정해야 작동해요. 허상이라면 늘어나거나 줄어들 리가 없잖아요. 시간은 공간과 묶여 시공간이라는 우주의 구조를 이루고 있다는 게 현대 물리학의 관점이에요.흥미로운 건 물리학자들 사이에서도 시간의 지위가 논쟁 중이라는 점이에요. 물리 법칙 대부분은 시간이 거꾸로 흘러도 성립하는데 왜 우리는 한 방향만 경험하는지, 시간의 화살은 엔트로피 증가와 어떻게 얽혀 있는지, 양자중력 수준에서는 시간이 근본 요소가 아니라 창발하는 것 아닌지 같은 질문이 살아 있어요. 그러니까 시계는 인간의 발명품이지만 시계가 재는 그것은 우주의 실재고, 그 실재의 정체가 뭔지는 물리학이 아직 파고드는 중이라고 정리할 수 있어요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.몸이 느끼는 변화부터 볼게요. 중력이 절반이 되면 체중계 숫자가 반으로 줄어요. 70kg인 사람이 35kg의 무게감으로 사는 거예요. 근육과 뼈는 1G 기준으로 만들어져 있으니 처음에는 슈퍼맨이 된 기분일 거예요. 제자리 점프가 두 배 가까이 높아지고, 무거운 짐도 반의 힘으로 들 수 있죠.문제는 그 편안함이 몸을 망가뜨린다는 거예요. 뼈와 근육은 중력이라는 부하에 맞서면서 유지되는 조직이라, 부하가 줄면 몸이 필요 없다고 판단해 스스로 줄여버려요. 우주정거장의 우주인들이 매일 두 시간씩 운동해도 근육과 골밀도가 빠지는 것과 같은 일이 지상에서 일어나는 거예요. 심장도 피를 밀어 올리는 일이 쉬워지면서 약해지고요. 몇 년 뒤에는 인류 전체가 저중력 체형으로 적응해갈 거예요.일상과 자연의 변화는 더 극적이에요. 걷기부터 달라져요. 발이 땅을 누르는 힘이 줄면 마찰력도 절반이 되니 지금처럼 성큼성큼 걸으면 미끄러지고, 달에서처럼 통통 튀는 걸음이 자연스러워져요. 자동차는 접지력이 줄어 급브레이크와 코너링이 위험해지고요. 던진 공은 두 배 멀리 날아가니 모든 스포츠 경기장이 다시 설계돼야 해요. 빗방울은 더 천천히 떨어지고, 대기를 붙잡는 힘이 약해져 아주 긴 세월에 걸쳐 공기가 서서히 우주로 새어나가는 문제도 생겨요. :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.맞아요, 수건이 물을 저장하는 창고가 바로 그 빈 공간이에요. 수건이 머금는 물은 섬유 자체에 스며드는 양보다 섬유와 섬유 사이 틈에 붙잡혀 있는 양이 훨씬 많아요. 물은 좁은 틈을 만나면 표면장력으로 그 자리에 매달려 있으려 하는데, 수건의 촘촘한 섬유 그물이 이런 물 붙잡는 틈을 무수히 제공하는 거예요.두껍고 푹신한 수건이 유리한 이유가 여기 있어요. 푹신하다는 건 같은 면적에 실이 더 길고 많이 심어져 있다는 뜻이에요. 수건 표면의 고리 모양 실, 즉 파일이 길고 빽빽할수록 물을 가둘 수 있는 틈의 총량이 늘어나요. 같은 평수라도 층고가 높고 방이 많은 건물이 더 많이 수납하는 것과 같은 구조예요. 그래서 수건의 흡수력은 무게로 가늠하는 게 정확한데, 같은 크기면 더 무거운 수건이 실이 많이 들어간 수건이에요.한 가지 반전은 새 수건보다 몇 번 빤 수건이 물을 더 잘 먹는다는 거예요. 새 수건에는 제조 때 입힌 유연제가 섬유를 코팅하고 있어서 물이 스미는 걸 막거든요. 반대로 오래 써서 파일이 눌리고 닳은 수건은 창고가 무너진 상태라 흡수력이 떨어지고요. 수건이 물을 잘 안 먹기 시작하면 섬유유연제를 줄이고 뜨거운 물에 한번 삶아 코팅을 벗겨내는 게 도움이 돼요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.블랙홀이 시간에 영향을 주는 건 사실인데, 방향이 한쪽뿐이에요. 미래로 가는 건 진짜로 가능하고, 과거로 돌아오는 건 불가능해요.미래행부터 볼게요. 중력이 강한 곳에서는 시간이 느리게 흘러요. 블랙홀 근처는 우주에서 중력이 가장 강한 곳이라, 블랙홀 가까이서 며칠을 보내고 돌아오면 바깥세상은 몇 년이 지나 있을 수 있어요. 내 시계는 정상으로 흘렀는데 세상만 앞서간 거니까, 결과적으로 미래로 점프한 셈이 되는 거예요. 영화 인터스텔라에서 물 행성에서의 한 시간이 지구의 7년이었던 장면이 이 원리를 그대로 쓴 거고요. 이건 이론만이 아니라 GPS 위성 시계가 매일 보정받을 만큼 검증된 현상이에요.문제는 돌아오는 길이에요. 과거로 가려면 시간을 거슬러야 하는데, 블랙홀은 그런 통로가 아니에요. 사건의 지평선을 넘는 순간 안에서는 모든 경로가 중심을 향하도록 시공간 자체가 굽어 있어서, 빠져나오는 방향이라는 게 존재하지 않아요. 안으로 들어가면 중심으로 가는 것이 미래가 되는 구조예요. 탈출도 못 하고 과거로도 못 가는, 출구 없는 일방통행로인 거죠.그러니까 블랙홀로 할 수 있는 시간 여행은 편도 미래행 티켓이에요. 과거로 가는 방법은 웜홀 같은 가설적 구조에서나 논의되는데, 그마저도 자연이 금지할 거라는 쪽에 물리학자들 무게가 실려 있어요. 블랙홀의 힘으로도 지나간 시간만큼은 되돌릴 수 없는 거예요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.원리는 정확히 알고 계신 게 맞아요. 다만 그 원리에 한계가 있다는 것까지 아셔야 완전한 답이 돼요.거짓말 탐지기는 거짓말 자체를 감지하는 기계가 아니에요. 측정하는 건 심박수, 혈압, 호흡, 손바닥 땀 같은 자율신경 반응이에요. 거짓말을 하면 들킬지 모른다는 긴장 때문에 몸이 스트레스 반응을 일으킨다는 가정 위에서, 중요한 질문을 받을 때의 생리 반응이 평범한 질문 때와 얼마나 다른지를 비교하는 방식이죠. 그러니까 정확히는 거짓말 탐지기가 아니라 긴장 탐지기에 가까워요.한계가 여기서 나와요. 결백한 사람도 범인 취급을 받는 상황 자체가 무서워서 심장이 뛰고 땀이 나요. 반대로 거짓말에 죄책감을 안 느끼는 사람이나 훈련된 사람은 반응 없이 통과할 수 있고요. 긴장했다는 신호가 곧 거짓이라는 증거는 아닌 거예요. 그래서 정확도가 통제된 조건에서도 80~90% 수준이라는 연구가 많고, 우리나라 법원은 검사 결과를 유죄의 직접 증거로는 인정하지 않아요. 수사에서 진술의 방향을 잡는 참고자료로 쓰는 정도예요.요즘은 이런 한계를 보완하려고 뇌파나 눈동자 움직임, 얼굴 미세표정을 분석하는 기술도 연구되고 있어요. 몸의 반응으로 마음을 읽으려는 시도는 여전히 진행형이라고 보시면 돼요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.먼지가 옷에 붙는 방식은 크게 세 가지예요. 첫째는 물리적 얽힘이에요. 옷감은 가는 섬유가 짜인 그물 구조라 표면에 보풀과 골짜기가 무수히 많은데, 먼지 입자가 이 틈에 끼어 걸려 있어요. 니트처럼 표면이 거친 옷일수록 먼지가 잘 붙는 이유예요.둘째는 정전기예요. 옷이 몸이나 다른 천과 스치면 마찰로 전기를 띠는데, 대전된 섬유는 주변의 미세먼지를 자석처럼 끌어당겨 붙잡아요. 건조한 겨울철에 검은 옷이 유독 먼지투성이가 되는 게 이 힘이 세져서예요. 셋째는 분자 사이의 인력이에요. 아주 작은 입자는 표면에 닿기만 해도 분자끼리 서로 끌어당기는 약한 힘으로 달라붙는데, 입자가 가벼울수록 이 힘이 무게보다 커져서 잘 안 떨어져요. 여기에 피지나 습기가 있으면 접착제 역할까지 더해지고요.옷을 털면 큰 먼지는 떨어지지만 작은 먼지는 이 부착력이 강해서 튕겨 나갔다가 공중에 떠다니다 다시 내려앉아요. 그래서 실내에서 옷을 터는 건 먼지를 재배치하는 일에 가까워요. 미세한 먼지까지 잡으려면 털기보다 테이프 클리너나 정전기 브러시로 붙여서 떼어내는 방식이 확실해요 :)

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.적은 양으로 성질이 확 바뀌는 게 금속의 특징이에요. 탄소를 1%도 안 되게 섞은 강철이 순철보다 몇 배 강해지는 게 대표적이죠. 비결은 금속의 성질이 원자 배열의 완벽함이 아니라 결함이 움직이는 방식에 달려 있다는 데 있어요.금속이 변형된다는 건 결정 속 원자층이 미끄러지는 건데, 실제로는 층 전체가 한 번에 밀리는 게 아니라 전위라는 어긋난 자리가 이동하면서 변형이 진행돼요. 카펫을 통째로 끄는 대신 주름을 만들어 밀면 쉽게 옮겨지는 것과 같은 방식이에요. 그런데 크기가 다른 불순물 원자가 격자에 끼어들면 그 주변이 뒤틀리면서 전위가 지나가는 길목에 과속방지턱이 생겨요. 불순물 원자 하나하나가 걸림돌이 되니, 극소량이라도 원자 개수로는 어마어마해서 재료 전체의 강도가 뛰는 거예요.내식성이나 열적 특성도 원리는 비슷해요. 스테인리스는 크롬이 표면에서 산소와 먼저 반응해 보호막을 만들어주는 경우고, 전기와 열은 자유전자가 나르는데 불순물이 전자의 진로를 산란시켜 구리에 불순물이 조금만 섞여도 전도율이 눈에 띄게 떨어져요. 순도 99.99% 구리를 전선에 쓰는 이유죠.원자 하나의 영향이 아니라 수조 개 불순물 원자가 만드는 걸림돌 효과라고 보시면, 소량 첨가로 성질이 바뀌는 게 자연스럽게 이해될 거예요 :)