Q. 초전도체의 원리에 대해서 자세히 알려주세요
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.초전도체의 원리는 전자들이 일정 온도 이하에서 특정한 방식으로 상호작용하여 전기 저항이 완전히 사라지는 현상인 초전도(超電導, Superconductivity) 현상으로 설명됩니다. 이러한 현상은 일정 온도 이하에서만 나타나며, 이를 초전도 온도라고 합니다. 초전도 원리는 1957년에 Bardeen, Cooper, Schrieffer 세 사람에 의해 발표된 BCS 이론에 기반합니다. 초전도체 원리의 핵심 개념은 다음과 같습니다. 전자-전자 상호작용: 초전도체의 원리는 전자들이 상호작용하여 일련의 페어(쌍)를 형성하는 것으로 시작합니다. 이러한 페어는 블록-쿠퍼 페어(BCS 페어)라고도 불립니다. 일반적인 금속에서는 전자들이 서로의 원자들에 의해 산란되어 전기 저항이 발생하는데, 초전도체에서는 전자들이 서로 페어를 형성하여 서로에게 쌍극력을 주고 받아서 산란이 없어지게 됩니다.페어의 생성: 초전도체에서 전자들은 크리스탈 구조 내에서 격자진동(포논, Phonon)을 통해 상호작용합니다. 이 격자진동을 매개로 전자들은 서로 결합하면서 BCS 페어를 형성합니다. BCS 이론은 이 페어 결합이 부호가 반대인 두 전자가 동일한 에너지 상태를 가지며, 역학적으로 약하게 결합되어 있다는 것을 설명합니다.저온 냉각: 초전도체의 초전도 상태를 유지하려면 일정한 온도 이하에서만 동작해야 합니다. 대부분의 초전도체는 수영하 20켈빈(K) 미만의 매우 낮은 온도에서 동작합니다. 이는 페어 결합에 필요한 전자의 에너지 상태와 관련되어 있습니다.
Q. 뇌도 근육처럼 발달이 가능하다고 하는데, 뇌과학의 개념과 구체적인 사례가 궁금합니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.뇌과학(腦科學, brain science)은 건강한 뇌는 어떻게 정상적으로 작동하는지, 지적 능력이 어떻게 기대 이상의 통찰력을 만들어 내는지 등의 물음에 답을 구하려는 학문이다. 뇌의 복합적인 기능과 구조에 대한 해석을 통해 인간이 가진 가능성의 한계에 대해 답을 구하는 분야입니다.뇌과학을 연결시킬 수 있는 주제는 매우 다양합니다. 몇 가지 예시를 들어보겠습니다:1. 뇌-컴퓨터 인터페이스(BCI): 이 주제는 과학, 기술, 공학, 수학 등 여러 분야가 융합된 과학을 통해 뇌의 신호를 컴퓨터로 변환하여 실제 물리적 행동을 촉진하는 기술을 탐색합니다. 이는 의료, 게임, 가상 현실 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.2. 뇌의 플라스티시티: 이 주제는 뇌가 어떻게 변화하고, 학습하며, 외부 환경에 적응하는지에 대해 다룹니다. 이 주제를 통해 신경과학, 생물학, 심리학 등 여러 과학 분야를 융합하여 연구할 수 있습니다.3. 뉴로마케팅: 이 주제는 뇌과학의 원리를 이용하여 소비자의 구매 결정 과정을 이해하려는 시도입니다. 이를 통해 사회과학, 경제학, 뇌과학 등 다양한 분야가 융합되는 주제를 탐색할 수 있습니다.4. 뇌와 음악: 이 주제는 음악이 우리 뇌에 어떤 영향을 미치는지, 또 그 결과로 인간의 행동과 감정에 어떤 영향을 끼치는지를 연구합니다. 이는 음악, 신경과학, 심리학 등 다양한 분야를 연결시킬 수 있는 흥미로운 주제입니다.