Q. 에탄올로는 바이오디젤을 만들 수 없나요?
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.바이오 에탄올은 화석연료의 대체 에너지로 활용할 수 있으며, 환경오염을 줄일 수 있습니다.바이오에탄올의 원료로는 사탕수수, 밀, 옥수수, 감 자, 보리, 고구마등 다양한 녹말 작물입니다. 우리의 실생활에서 자주 보이는작물이어서 더욱 친근감이 들고 우리가 식생활의 재료로 사용되는 것들이이어 서 더욱 연구 가치가 있다 하겠습니다.석탄과 석유등 화석 연료는 환경 오염을 일으키지만바이오 에탄올의 경우는 환경오염물질이 전혀 없고, 재로에서 보았듯이 식물에서 얻어지는 재료로 언제 든지 만들어낼 수 있습니다. 에탄올의 경우는 차량 의 연료로도 충분히 가치가 있어서 대체에너지로 연 구가 진행중입니다.
Q. 양자터널 효과에 대해서 궁금한게 있습니다.
안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.터널효과(tunnel effect) 또는 터널링(tunneling)은 양자역학의 입자나 파동이, 고전적으로 통과할 수 없는 물체를 통과하는 현상이다.즉, 양자역학으로 기술되는 파동이 에너지가 낮은 상태에서 고전적으로 통과할 수 없는 퍼텐셜 장벽을 통과하는 현상이다. 이를 통하여 원자의 방사성 붕괴 등을 설명할 수 있으며 이를 응용한 주사 터널 현미경은 원자 수준의 크기까지 관찰할 수 있다.개념고전역학에서 입자의 운동을, 힘을 주고받아 가속도를 받는 것으로 기술할 수 있다. 가령, 입자가 운동하다가 다른 물체를 만나 충돌하여 되튀는 현상도 충돌시 힘을 주고받아 서로 밀어낸다고 할 수 있다. 고전역학에서는 입자가 충분히 빠르지 못하면 이겨낼 수 있는 힘의 한계가 분명하게 정해진다. 양자역학 중요해지는 크기에서의 입자는 이 한계를 이겨내고 힘이 미치는 영역을 통과하는 현상이 관측된다.한편 힘 대신 퍼텐셜에너지를 사용하여 같은 운동을 대등하게 기술할 수 있으며, 라그랑쥬 역학 또는 해밀톤 역학으로 확장할 수도 있다. 다시, 입자가 운동하다가 다른 물체를 만나 충돌하여 되튀는 현상도, 입자의 운동 에너지가 퍼텐셜에너지보다 적으면 퍼텐셜을 통과할 수 없다. 에너지가 보존되는데 에너지가 0이 되거나 작아지는 운동은 허용되지 않기 때문이다. 그러나 미시세계에서는 적지 않은 확률로, 입자가 퍼텐셜 장벽을 통과하는 것을 관찰할 수 있다.예를 들면 원자의 붕괴는 원자핵의 일부가 다른 원자핵들이 만드는 퍼텐셜 장벽을 통과하여 밖으로 빠져나오는 것으로 이해할 수 있다. 또한 주사 터널 현미경은 원자 크기의 탐침이 관찰하고자 하는 대상에 터널효과를 일으켜 힘을 교환하는 것으로 이해할 수 있다.슈뢰딩거 방정식을 통한 이해양자역학에서는 입자나 파동이 통합되어 파동함수로 기술된다. 보른 규칙은 파동함수의 절댓값의 제곱을, 그 입자가 그 위치에서 발견될 확률밀도함수로 해석한다.이 파동함수가 변화하는 것을 기술하는 기본 방정식은 슈뢰딩거 방정식이다. 퍼텐셜에너지가 높으면 높은 곳일수록 그곳에서 발견될 확률은 줄어든다. 운동 에너지가 퍼텐셜에너지보다 크다면 이 현상은 고전역학에서 입자가 느려지는 것으로 대응시킬 수 있다.고전역학에서는 파동함수가 가지는 에너지가 퍼텐셜에너지보다 작은 경우에는 운동이 금지된다. 이 경우에도 슈뢰딩거 방정식을 풀어보면, 지수적으로 급격하게 감소하는 파동함수를 얻을 수 있다. 다시 말해, 퍼텐셜 장벽이 있는 곳에서 발견될 확률은 0이 아니다. 또한, 파동함수는 연속이고 미분가능하기 때문에, 퍼텐셜 장벽 바깥에서 발견될 확률도 0이 아니다. 이를 종합하면, 퍼텐셜에 갇혀 있는 상황이라도 퍼텐셜 바깥에서 입자가 발견될 확률이 있다. 이는 양자역학의 파동이 고전적으로 금지된 영역을 통과할 수 있다는 뜻이다.