Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 양자걸음(quantum walk)이 뭔가요?
안녕하세요. 양자걸음(quantum walk)은 양자역학의 원리를 활용하여 다양한 가능한 경로를 동시에 탐색하는 과정입니다. 이는 고전적인 랜덤 워크(random walk)의 확장된 형태로, 고전적 랜덤 워크에서는 입자가 확률적으로 다음 위치로 이동하는 반면, 양자걸음에서는 입자가 양자 중첩(quantum superposition) 상태를 통해 여러 경로를 동시에 고려합니다. 양자 중첩은 입자가 동시에 여러 상태에 있을 수 있음을 의미하며, 이를 통해 양자걸음은 효율적인 탐색 및 정보 전송을 가능하게 합니다. 광합성 과정에서의 엑시톤(쿼지파티클)은 빛에 의해 생성되며, 양자걸음을 통해 광합성 반응 중심으로 효율적으로 에너지를 전송합니다. 엑시톤의 양자걸음은 여러 중첩된 경로를 통해 에너지를 전달하며, 이 과정은 양자 중첩의 붕괴와 관련이 있습니다. 중첩 상태의 붕괴는 입자가 최종적으로 특정 상태에 위치하게 되며, 이는 광합성 반응 중심에서 에너지가 해방되는 순간과 일치합니다. 양자 걸음은 또한 양자 터널링(quantum tunneling)과 유사한 현상을 보이기도 하는데, 이는 입자가 잠재적 장벽을 통과할 수 있는 양자역학적 특성 때문입니다.
Q. 물 표면에 방울이 생기는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 물 표면에 방울이 생기는 현상은 표면장력(surface tension)과 관련이 깊습니다. 표면장력이란 물 같은 액체의 표면이 스스로를 최소한의 표면적으로 유지하려는 성질을 말합니다. 이는 물 분자 사이의 인력, 수소 결합에 의해 발생합니다. 비눗물에서 방울이 잘 형성되는 이유는 비누 분자가 물의 표면장력을 낮추기 때문입니다. 비누 분자는 한쪽 끝이 수성(물을 좋아하는)이고 다른 한쪽 끝이 소수성(물을 싫어하는)인 양성자인 구조를 가지고 있습니다. 이 소수성 끝이 물 분자들 사이로 들어가 표면장력을 감소시키므로, 물의 표면이 더 유연해져 방울이 형성되기 쉽습니다. 방울의 형성이 산성이나 염기성 환경에서 더 잘 일어나는 것은 그 환경이 비누 분자의 효과를 증가시킬 수 있기 때문입니다. 예를 들어, 분자의 수성 끝이 이온화되어 더 많은 수소 결합을 형성할 수 있고, 이는 물의 표면장력을 더욱 감소시킬 수 있습니다. 또한, pH가 특정 수치에 도달하면 일부 비누 분자가 더 잘 용해되거나 활서오하되어 표면장력을 더욱 낮추는 것이 가능합니다.
Q. 여러개의 투명한 컵안에 물의 양을 다르게 채우고, 컵을 막대로 건드릴 때 다양한 소리가 나는 원리가 무엇인가요?
안녕하세요. 투명한 유리컵에 물을 다르게 채워 넣고 막대로 타격했을 때 발생하는 다양한 소리의 원리는 주로 유리컵과 물의 진동 특성에 원인이 있습니다. 유리컵을 막대로 타격하면 유리컵 자체가 진동하게 됩니다. 유리컵의 진동은 컵의 두께, 형태, 재질 과 같은 물리적 특성에 따라 결정되며, 이 진동이 공기를 통해 소리 파동으로 전달됩니다. 이때, 유리컵 내부에 있는 물의 양이 소리의 특성을 변화시키는 데 중요한 역할을 합니다. 물이 컵 안에 있는 경우, 물은 컵의 진동을 부분적으로 흡수하고, 물 자체도 진동하게 됩니다. 이렇게 물이 추가적으로 진동하는 과정에서, 물의 진동은 유리컵의 진동 주파수에 영향을 미칩니다. 물의 양이 많을수록, 컵의 진동 주파수는 낮아지게 되며, 이는 소리의 피치가 낮아진다는 것을 의미합니다. 반대로, 물의 양이 적으면 주파수가 높아져 소리의 피치가 높아집니다. 또한, 물은 컵 내부의 공간을 부분적으로 차지하여 공기의 진동 공간을 제한합니다. 공기의 진동 공간이 줄어들면 소리의 성질이 변하게 되는데, 이는 물의 양에 따라 소리의 음색(timbre)과 강도(intensity)에도 영향을 미치게 됩니다. 물의 진동은 컵의 진동과 공기의 진동을 결합하여 복합적인 소리 파동을 생성합니다.
Q. 산삼은 인삼과 완전 다른 종인가요??
안녕하세요. 산삼은 자연 상태에서 자라는 인삼으로, 사람의 손을 거치지 않고 자연적으로 성장한 것을 말합니다. 이는 특히 한국, 중국, 일본의 산악 지역에서 발견될 수 있으며, 자연 환경에서 자라기 때문에 생존 경쟁 및 극한의 환경에 적응하면서 다양한 생리활성 물질을 함유하고 있을 가능성이 높습니다. 이로 인해 산삼은 더욱 강력한 약효를 가지고 있다고 여겨지며, 희귀성과 수확의 어려움으로 인해 매우 귀하게 여겨집니다. 반면, 인삼은 사람이 직접 경작하고 관리하는 환경에서 재배된 인삼을 말합니다. 밭에서 재배되며, 성장 환경을 인위적으로 조절할 수 있기 때문에 대량 생산이 가능합니다. 인삼 또한 여러 건강상의 이점을 가지고 있으나, 산삼에 비해 생리활성 물질의 종류나 양에 차이가 있을 수 있습니다.
Q. 기찻길엔 왜 자갈들이 많은 걸까요??
안녕하세요. 기찻길에 자갈이 많이 사용되는 이유는 다양하며, 그 중에서도 주된 기능은 철도의 안정성과 내구성을 높이는 것입니다. 이 자갈층은 일반적으로 '궤도 자갈'(ballast)이라고 불리며, 철도 건설과 유지 보수에 있어 필수적인 요소입니다. 궤도 자갈은 철도의 기초를 형성하며, 철도 선로와 선로를 지지하는 목재 또는 콘크리트 '침목'(sleepers) 사이에 쿠션 역할을 합니다. 이 자갈층은 충격과 진동을 흡수하여, 기차가 지나갈 때 발생하는 충격과 진동으로부터 선로의 안정성을 유지하는 데 도움을 줍니다. 또한, 물의 배수가 잘 되도록 돕습니다. 철도 선로 하부에 자갈이 깔려 있으면 비가 올 때 물이 쉽게 흘러갈 수 있으므로 선로가 침수되는 것을 방지하고, 이로 인해 선로가 약화되거나 손상되는 것을 예방할 수 있습니다. 자갈은 선로를 제자리에 고정시키는 역할을 합니다. 자갈 사이로 침목이 깊숙이 묻혀 있고, 자갈이 침목 주변을 단단히 감싸면서 선로가 움직이거나 변형되는 것을 방지합니다. 이것은 특히 고속으로 운행하는 열차나 무거운 화물 열차가 지나갈 때 중요합니다. 게다가 선로의 정렬을 유지하는 데 중요한 역할을 합니다. 기차의 무게와 운동에 의해 선로가 점차 이동하거나 기울어질 수 있는데, 자갈은 이러한 변형을 최소화하면서 선로의 정확한 배열을 유지시켜 줍니다.