Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 물리학에서 열역학 제2법칙에서 엔트로피라는 개념은 무얼 말하나요?
안녕하세요. 물리학에서의 엔트로피 개념은 열역학 및 통계물리학의 중심적인 주제 중 하나로, 시스템의 무질서도 또는 불확실성의 척도로 해석됩니다. 엔트로피는 보통 기호 S로 표현되며, 열역학 제 2법칙에 따라 고립된 시스템에서는 자발적인 과정이 진행될 때 엔트로피가 증가하거나 최소한감소하지 않는다고 설명합니다. 엔트로피는 시스템의 미시적 상태들이 얼마나 많은 가능성을 가지고 있는지를 수량화합니다. 한 시스템의 엔트로피가 높다는 것은 그 시스템이 차지할 수 있는 미시적 상태들의 수가 많다는 것을 의미하며, 이는 시스템의 무질서도가 높다는 것과 동일시됩니다. 예를 들어 본다면, 가스 분자들이 용기 안에서 자유롭게 이동하며 다양한 위치와 속도를 가질 수 있는 상태는 고체 상태에 비해 엔트로피가 높습니다. 시스템의 엔트로피 증가는 고립된 시스템에서 에너지의 흐름과 분배가 점점 더 균등하게 이루어져가는 과정을 반영합니다. 뜨거운 물체와 차가운 물체가 접촉하면, 뜨거운 물체에서 차가운 무렟로 열이 이동하면서 두 물체의 온도가 균일해지고, 이 과정에서 전체 시스템의 엔트로피는 증가합니다. 정보 이론에서도 엔트로피는 중요한 개념으로 사용됩니다. 여기서 엔트로피는 메시지 내에서 발생할 수 있는 불확실성의 양을 측정합니다. 정보 이론의 창시자 클로드 섀넌은 이를 정보 엔트로피라고 명명했으며, 이는 정보를 전달하는 데 있어서의 효율성을 평가하는 데 사용됩니다.
Q. 알파폴드 관련 궁금한 것이 있습니다!
안녕하세요. 이 그래프는 알파폴드에 의해 예측된 단백질의 구조ㅓ가 입력된 서열에 얼마나 잘 매칭되는지를 보여줍니다. Y축은 아미노산의 위치를 나타내며, X축은 서열에 대한 커버리지를 나타냅니다. 그래프의 색상은 서열의 각 부분에서 구조가 얼마나 잘 예측되었는지를 신뢰도(Confidence)로 나타냅니다. 색상 스케일은 파란색에서 빨간색으로 변화하며, 파란색은 높은 신뢰도를, 빨간색은 낮은 신뢰도를 의미합니다. 이는 알파폴드가 단백질의 특정 부분에 대한 구조를 얼마나 확신하는지를 시각적으로 표현합니다.
Q. 시간이 빛의 속도보다 빠르게 흐를 수 있는 이론적 가능성이 있을까요?
안녕하세요. 빛의 속도는 진공 중에서의 빛의 속도를 말하며, 약 299,792 km/s입니다. 이는 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따라 물리적인 모든 참조계에서 일정하다고 설명됩니다. 즉, 관측자의 속도나 위치에 관계없이 빛의 속도는 변하지 않습니다. 이러한 성질 때문에 빛의 속도는 물리학에서 중요한 상수로 여겨지며, 시간 측정과 공간의 구조를 이해하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 시간의 흐름에 관해서는, 특수 상대성 이론은 또한 시간 지연(time dilation) 현상을 설명합니다. 이 현상에 따르면, 빛의 속도에 가까운 속도로 움직이는 관측자에게는 정지해 있는 관측자에 비해 시간이 느리게 흐릅니다. 이는 고속으로 움직일수록 시간이 느리게 흐른다는 것을 의미하며, 이러한 효과는 빛의 속도에 도달할 때 극대화됩니다. 실제로 빛의 속도에 도달하거나 그 이상의 속도에서는 현재의 물리 이론으로는 시간이 정지하거나 역행하는 것으로 예측됩니다. 그러나 이는 이론적인 추정일 뿐, 실제로 빛의 속도를 초과하는 것은 물리적 불가능성으로 여겨집니다.
Q. 비행기 타이어에는 공기대신 질소를 왜 넣나요?
안녕하세요. 비행기 타이어에 질소를 사용하는 것은 항공 산업에서 오랜 기간 검증된 관행으로, 이는 공기 대신 질소를 사용함으로써 얻을 수 있는 여러 과학적 이점에 기반합니다. 우선, 질소는 산소보다 덜 반응성이 강한 비활성 가스이며, 이는 타이어 내부의 금속 부품이 산화와 부식을 덜 겪게 해줍니다. 또한, 질소는 온도 변화에 대한 반응성이 낮아 항공기의 고속 운행 중 발생할 수 있는 급격한 온도 변화에도 타이어 내부압력이 상대적으로 안정적으로 유지됩니다. 이러한 특성은 타이어의 내구성을 높이고, 폭발 위험을 줄이며, 일관된 성능을 유지할 수 있게 합니다. 이는 특히 항공기가 겪는 극한의 환경과 긴 비행 시간을 고려할 때 중요한 요소입니다. 더불어, 질소는 분자 크기가 공기의 주요 구성 요소인 산소나 질소보다 크기 때문에, 타이어의 미세한 틈을 통한 누출률이 낮아, 타이어 압력이 더 오랜 기간 동안 일정하게 유지될 수 있습니다. 이런 이유로, 질소를 사용하는 것은 항공기 운영의 안전성과 경제성을 동시에 향상시키는 방법으로 인정받고 있습니다.
Q. 고대 철학자 아리스토텐레스가 말한 시간에 대한 개념을 바꾼 학자는 누구인가요?
안녕하세요. 아리스토텔레스의 시간 개념을 근본적으로 바꾼 학자는 아이작 뉴턴입니다. 아리스토텔레스는 시간을 변화와 직접적으로 연결하며, 변화 없이는 시간이 존재하지 않는다고 보았습니다. 그는 시간을 운동에 대한 숫자(number of motion)로 설명했으며, 이는 사물의 변화를 통해서만 시간을 인지할 수 있다는 의미였습니다. 반면, 뉴턴은 17세기에 자신의 저작인 자연 철학의 수학적 원리(Mathematical Principles of Natural Philosophy, 일반적으로 '프린키피아'로 알려짐)에서 시간을 절대적이고 독립적인 존재로 재정의했습니다. 뉴턴에 의하면 시간은 변화와 무관하게 균일하게 진행되며, 모든 사건의 시간적 순서와 지속을 가능하게 하는 절대적인 차원입니다. 뉴턴은 이를 절대 시간(absolute time)이라 명명했으며, 이는 어떠한 외부 변화나 운동과는 독립적으로 균일하게 흐릅니다. 이러한 뉴턴의 시간 개념은 후대의 물리학과 천문학 연구에 지대한 영향을 미쳤으며, 시간을 보는 현대적 관점의 토대를 마련했습니다. 그러나 20세기 초, 알베르트 아인슈타인의 상대성 이론이 나오면서 뉴턴의 절대 시간 개념은 다시 한번 큰 도전을 받게 되었습니다. 아인슈타인은 시간이 절대적인 것이 아니라, 관측자의 속도와 중력에 따라 상대적으로 변할 수 있다는 개념을 도입했습니다. 이는 시간이 공간과 함께 연계된 차원이라는 새로운 시각을 제공했습니다.