Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 100년도 못 살면서 영원을 꿈꿀까요?
안녕하세요. 인간이 짧은 생명을 살면서도 영원을 꿈꾸는 현상은 진화론적 관점에서 설명을 해볼 수 있습니다. 우선, 생존과 번식이라는 진화의 근본 목적과 연결해서 생각해볼 수 있습니다. 인간은 자신의 유전자를 미래 세대에 전달하는 것을 넘어ㅓㅅ, 자신의 사상, 문화, 지식 등을 남기려는 욕구를 가지고 있습니다. 이러한 욕구는 개인의 존재가 육체적 생명을 넘어서 지속될 수 있음을 의미하며, 이는 집단 내에서의 지속적인 영향력을 확보하는 방법으로 볼 수 있습니다. 또한, 인간은 본능적으로 불확실성과 죽음에 대한 두려움을 가지고 있습니다. '영원'에 대한 동경은 이러한 두려움을 일정 부분 해소할 수 있는 심리적 메커니즘을 제공합니다. 사후 세계에 대한 믿음이나 영적인 존재에 대한 신념은, 인간으로 하여금 삶의 불확실성을 더 잘 수용하고, 존재의 무상함을 극복하는데 도움을 줄 수 있습니다. 현대 사회에서 보이는 끊임없는 성과 추구와 경쟁의 문화 역시 진화론적 관점에서 해석이 가능합니다. 자원이 한정된 환경에서 최대한의 이익을 추구하려는 행동은 생존과 번식의 기회를 극대화하기 위한 전략으로 볼 수 있습니다. 이러한 경쟁적 행동은 개인이 그의 유전적 재료를 성공적으로 다음 세대에 전달할 가능성을 높이는 방향으로 진화해왔을 가능성이 큽니다. 따라서, 인간이 영원을 꿈꾸고 현재의 이익을 위해 아둥바둥 살아가는 것은 모두 진화적으로 형성된 생존 전략의 일환으로 해석될 수 있습니다. 이는 인간이 어떻게 그들의 환경에 적응하고, 그 적응이 어떻게 현대 사회의 복잡한 행동양식으로 발전했는지를 보여주는 통찰을 제공한다고 봅니다.
Q. 해양동물중에서 지능지수가 가장 높은 종류는 어떤 종류인가요?
안녕하세요. 해양동물 중에서 지능지수가 높은 종에 대한 평가는 주로 그들의 행동, 학습 능력, 문제 해결 능력, 사회적 상호작용 등을 기반으로 이루어집니다. 이러한 기준에 따르면, 돌고래가 해양동물 중에서 가장 높은 지능을 가진 종으로 널리 인정받고 있습니다. 특히, 대표적으로 높은 지능을 지닌 돌고래 종으로는 병코돌고래(bottlenose dolphins)가 있습니다. 이들은 복잡한 사회적 구조를 가지고 있으며, 도구 사용, 거울을 통한 자기 인식, 복잡한 의사소통 능력을 보여줍니다. 또 다른 지능이 높은 해양동물로는 문어(octopus)가 있습니다. 문어는 놀라운 문제 해결 능력을 보이며, 탈출 행위, 도구 사용 및 간단한 퍼즐을 해결하는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 행동은 문어의 대뇌가 발달하였음을 시사하며, 그들의 지능 수준이 매우 높다는 것을 나타냅니다. 또한, 오랑우탄고래(orcas 또는 killer whales)도 높은 지능을 가진 해양동물로 알려져 있습니다. 이들은 복잡한 사회적 구조와 행동, 높은 수준의 협동 사냥 기술을 보여줍니다. 오랑우탄고래는 그들의 그룹 내에서 다양한 사냥 기법을 전수하며, 이는 학습과 전통의 전달을 나타냅니다. 이 밖에도, 상어 중 일부 종류는 특정 먹이나 상황에 대한 학습 능력을 보이기도 하며, 해마(sea lions)와 같은 바다 포유류 역시 훈련을 통해 다양한 과제를 수행할 수 있는 능력을 가지고 있습니다.
Q. 페르미 준위와 열역학 제2법칙이 관계가 있나요?
안녕하세요. 페르미 준위와 열역학 제2법칙 사이의 관계를 이해하기 위해서는 먼저 각각의 개념을 설명드려야 이해를 도울 수 있습니다. 페르미 준위는 물질 내 전자의 에너지 분포와 관련된 특정 에너지 수준을 의미한다고 이전 질문에서 설명드렸습니다. 여기에 추가로 열역학 제2법칙은 폐쇄 시스템에서의 엔트로피 변화에 관한 법칙입니다. 상세 설명을 이어가겠습니다. 페르미 준위는 고체 내에서 전자의 존재 확률이 50%가 되는 에너지 준위를 의미합니다. 이는 절대 영도에서의 정의이며, 온도가 영상일 때 전자들은 이 에너지 준위를 중심으로 에너지 상태를 가집니다. 페르미 준위는 고체가 열평형 상태에 있을 때 잘 정의되며, 이는 고체 내에서 전자들이 에너지를 교환하며 도달한 균일한 상태를 나타냅니다. 열역학 제2법칙은 시스템의 자발적인 변화가 일어날 때 총 엔트로피가 증가한다는 원리를 설명합니다. 엔트로피가 최대가 되는 상태는 열적으로 가장 안정된 상태이며, 이는 열평형 상태와 동일합니다. 페르미 준위의 형성과 열평형의 도달은 이러한 관점에서 볼 때, 엔트로피가 최대가 되도록 시스템이 자발적으로 조정된 결과라고 볼 수 있습니다. p형 반도체와 n형 반도체가 접합될 때, 각각의 페르미 준위는 처음에는 다를 수 있습니다. 그러나 접합 후 전자와 홀이 확산되면서 결국 새로운 페르미 준위가 하나로 통합되어 열평형 상태에 도달하게 됩니다. 이 과정에서 전자 운반자들이 확산하고 재조합하면서 시스템의 엔트로피가 증가하고, 최종적으로는 엔트로피가 최대가 되는 열평형 상태에 이르게 됩니다. 따라서, 페르미 준위의 형성 및 조정 과정은 열역학 제2법칙을 만족하는 과정으로 볼 수 있으며, 이는 시스템이 엔트로피를 최대화하는 방향으로 자발적으로 변화한다는 열역학적 원리와 일치합니다. 이러한 이해는 반도체 물리학과 재료 과학 분야에서 중요한 개념입니다.
Q. 페르미 준위의 의미 궁금합니다...
안녕하세요. 페르미 준위(Fermi level)의 개념은 고체물리학, 그 중에서 띠 이론에서 중요한 역할을 합니다. 페르미 준위는 고체 내에서 전자들의 에너지 상태를 설명할 때 사용되는데, 이는 절대 영도(0K)에서 전자가 존재할 확률이 50%인 에너지 준위를 의미합니다. 페르미 준위를 기준으로, 전자의 존재 확률이 50%라는 것은 절대 영도에서만 엄밀히 적용됩니다. 온도가 0K일 때, 페르미 준위보다 낮은 에너지 상태는 모두 채워져 있고(전자 존재 확률이 100%), 페르미 준위보다 높은 에너지 상태는 비어 있습니다(전자 존재 확률이 0%). 온도가 상승하면, 페르미-디랙 통계(Fermi-Dirac statistics)에 따라 전자들은 에너지를 받아 더 높은 에너지 상태로 이동할 수 있습니다. 이 때 페르미 준위를 기준으로, 상위 에너지 준위에 전자가 존재할 확률이 증가하고, 하위 에너지 준위에 전자가 존재할 확률은 감소합니다. 그러나 이는 페르미 준위 양쪽에서 전자 존재 확률이 동일하다는 것을 의미하지 않습니다. 실제로는 페르미 준위 아래에서 전자의 존재 확률은 여전히 높으나ㅡ100%는 아님ㅡ, 페르미 준위 위에서는 상대적으로 낮습니다. 따라서, 특정 온도에서 페르미 준위를 중심으로 전자의 존재 확률이 양쪽에서 동일하다는 개념은 정확하지 않습니다. 오히려, 페르미 준위는 전자가 존재할 확률이 급격히 변화하는 지점으로 볼 수 있으며, 온도가 증가함에 따라 이 변화는 더욱 뚜렷해집니다.
Q. 키가 큰사람과 작은사람이 같은 속도 러닝머신을 할 때 누가 더 힘들까요? 물리적 문제
안녕하세요. 러닝머신에서 설정된 속도는 모두에게 동일하게 적용됩니다. 키가 큰 사람은 일반적으로 다리가 길어 보폭이 크기 때문에 같은 속도를 유지하기 위해 필요한 보폭 수(주파수)는 적을 수 있습니다. 반면에, 작은 사람은 다리가 짧기 때문에 더 많은 보폭을 내디뎌야 하므로 보폭(주파수)가 높아집니다. 이론적으로는 키가 큰 사람은 더 큰 근육을 움직여야 하므로 같은 속도에서 보폭을 내딛을 때 더 많은 에너지를 소모할 수 있습니다. 그러나 실제로는 더 긴 보폭으로 인해 단위 시간당 필요한 보폭 수가 적기 때문에, 이로 인한 에너지 소비는 상대적으로 줄어들 수 있습니다. 키가 큰 사람은 일반적으로 심폐 용량이 더 크고 근육량도 더 많을 수 있습니다. 이러한 요인들은 더 높은 에너지 효율성을 가능하게 하지만, 개인의 체력, 나이, 성별, 피트니스 레벨 등 다른 요인들도 에너지 소비에 영향을 미칩니다. 결론적으로, 키가 큰 사람이 러닝머신에서 같은 속도로 달릴 때 적은 보폭 수로 인해 에너지 효율성이 더 높을 수 있으나, 보폭당 에너지 소비가 더 클 수 있어 이 두 효과가 상쇄될 수 있습니다. 따라서 누가 더 많은 에너지를 소모하는지는 개인의 생체역학적 특성과 운동 능력에 따라 다를 수 있습니다. ^^