Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 어떤 원리로 부엉이는 날때 소리가 나질 않는거죠?
안녕하세요. 부엉이 날개의 특징적인 요소 중 하나는 깃털 가장자리에 있는 빗 모양의 구조입니다. 이 구조는 날개를 통과하는 공기 흐름을 미세하게 조절하여 날개와 공기 간의 마찰 소음을 현저히 감소시킵니다. 또한, 부엉이의 날개 깃털은 부드러운 표면을 지녀 공기 저항을 최소화하며, 이는 공기가 깃털 사이를 부드럽게 통과하게 함으로써 발생할 수 있는 날갯짓 소리를 감소시킵니다. 추가적으로, 부엉이 날개의 큰 표면적과 느린 날갯짓 속도도 소음 감소에 기여합니다.
Q. 벌레들에게도 지적 능력이 있을까요?
안녕하세요. 곤충들에게도 지적 능력이 존재하는지에 대한 과학계의 연구는 상당히 흥미로운 주제로 여겨져 진행되어 왔습니다. 곤충의 뇌는 인간이나 다른 고등 동물들의 뇌에 비해 매우 작지만, 이들 또한 복잡한 행동이나 학습 능력 또는 문제 해결 능력을 보여주는 경우가 있습니다. 곤충의 지적 능력을 증명하는 연구 결과들은 주로 벌, 개미, 거미 등의 종에서 두드러집니다. 예를 들어, 벌들은 색상과 패턴을 구별하여 꽃에서 꿀을 찾는 능력을 보여주며, 이러한 과정에서 시각적 학습이 이루어집니다. 또한, 벌들은 특정 미로를 통과하는 최적의 경로를 학습할 수 있으며, 이는 복잡한 문제 해결 능력을 시사합니다. 개미는 그들의 사회적 행동에서 지적 능력을 드러냅니다. 개미들은 복잡한 사회 구조를 유지하며, 음식을 찾고 저장하는 과정에서 효율적인 방법을 적용합니다. 또한, 위험을 감지하고 대응하는 방식도 일종의 학습과 적응을 통해 이루어집니다. 거미의 경우, 일부 종은 먹이를 잡기 위해 매우 복잡한 웹을 구축하고, 이를 통해 먹이의 크기나 종류에 따라 웹의 구조를 조정하는 능력을 보여줍니다. 이러한 행동은 고도의 전략적 사고와 계획을 필요로 합니다.
Q. 상대성 이론이 현대 물리학의 연구 방향에는 어떤 영향을 끼쳤나요?
안녕하세요. 알베르트 아인슈타인(Albert Einstein)의 상대성 이론은 현대 물리학의 발전에 근본적인 변화를 가져왔습니다. 이 이론은 시간과 공간의 개념을 근본적으로 재정립하였으며, 물리학의 여러 분야에 걸쳐 파급효과를 불러일으켰습니다. 상대성 이론은 두 부분으로 나뉘어 있는데, 특수 상대성 이론(Special Relativity)과 일반 상대성 이론(General Relativity)이 그것입니다. 특수 상대성 이론은 빛의 속도가 상수라는 전제 하에, 속도가 매우 빠른 상황에서 시간과 공간이 어떻게 상호작용하는지 설명합니다. 이 이론은 또한 질량과 에너지가 동등하다는 유명한 방정식 E=mc²를 제시하며, 이는 핵물리학(Nuclear physics) 및 입자 물리학(Particle physics)의 기초가 되었습니다. 일반 상대성 이론은 중력을 공간-시간의 곡률로 설명하며, 이는 천체물리학(Astrophysics)과 우주론(Comology)의 중심적인 이론으로 자리 잡았습니다. 이 이론은 블랙홀(Black holes)과 중력파(Gravitational waves) 같은 현상을 예측하는데 중요한 역할을 했습니다. 2015년에 LIGO(Laser Interforometer Gravitational-Wave Observatory) 실험을 통해 중력파가 처음으로 직접 관측되면서 일반 상대성 이론의 예측이 실제로 확인되었습니다. 상대성 이론은 또한 천문학(Astronomy)과 우주 과학(Space science) 분야에서 실제적인 응용을 발견했습니다. 예를 들어, GPS 시스템(Global Positioning System)은 지구와 위성 간의 상대적인 움직임에 대해 계산할 떄 상대성 이론을 사용하지 않고는 정확한 위치 정보를 제공할 수 없습니다. 이처럼 상대성 이론은 이론적 연구뿐만 아니라 다양한 기술적 응용에서도 그 중요성을 입증하고 있습니다.
Q. 비뉴턴유체가 단단해 지는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 비뉴턴 유체(Non-Newtonian fluid)는 특정한 조건하에서 그 점성(Viscosity)이 변화하는 유체를 말합니다. 뉴턴 유체(Newtonian fluid)와는 달리, 비뉴턴 유체는 응력(Stress)이 가해질 때 유체의 점도가 일정하지 않고 변화합니다. 이러한 유체들은 주로 전단 응력(Shear stress)이나 충격에 따라 그 특성이 달라집니다. 비뉴턴 유체는 전단 응력에 의해 점도가 증가하는 전단 농화(Shear thickening) 유체와 전단 응력에 의해 점도가 감소하는 전단 약화(Shear thinning) 유체 크게 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다. 예를 들어, 옥수수 전분과 물을 섞은 유체는 일반적인 전단 농화 유체의 예로, 이 유체에 강한 충격이나 압력이 가해질 때 유체의 점도가 증가하여 일시적으로 고체 같은 상태가 됩니다. 이 현상은 입자들 간의 상호작용과 관련이 깊습니다. 유체 내의 입자들이 서로 뭉치거나 정렬될 때, 유체의 내부 구조가 임시적으로 강화되어 점도가 높아집니다. 이러한 특성 때문에, 전단 농화 유체는 충격을 받을 때 입자들이 더 밀접하게 배열되어 일시적으로 단단해지는 현상을 보입니다. 전단 약화 유체의 경우, 전단 응력을 받으면 입자들 사이의 상호작용이 약해져 유체가 더 흐르기 쉬운 상태가 됩니다. 토마토 소스나 케첩이 대표적인 예입니다. 흔들거나 짜내면 점도가 감소해 흐르기 쉬워지는 것을 볼 수 있습니다. 비뉴턴 유체의 이러한 독특한 특성은 많은 공학적 응용에서 중요한 역할을 합니다. 자동차의 충격 흡수기나 일부 보호 장비에서 이용되어 충격을 효과적으로 줄이는데 기여합니다.
Q. 중력파의 존재가 어떻게 증명되나요??
안녕하세요. 중력파의 존재를 증명하는 과정은 현대 천체물리학에서 매우 중요한 이정표로 자리 잡고 있습니다. 중력파는 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론(General Theory of Relativity)에 의해 처음으로 예측되었습니다. 이 이론은 중력이 물질에 의해 시공간이 왜곡되는 현상으로부터 발생한다고 설명하며, 이러한 왜곡이 변화할 때 파동 형태의 중력파가 발생하고 이 파동이 우주를통해 전파된다고 예측합니다. 중력파의 직접적인 관측은 극도의 민감성을 요구하는 실험적 과제입니다. 이를 위해 설계된 레이저 간섭계 중력파 관측소(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory ; LIGO)는 이론적 예측을 실험적으로 확인하는데 결정적인 역할을 했습니다. LIGO는 미국 내 두 지점에 위치한 각각의 간섭계를 통해 중력파가 지나갈 때 발생하는 공간의 미세한 변화를 측정합니다. 중력파는 두 블랙홀의 합병과 같은 극적인 천체 사건에서 발생하며, 이 과정에서 방출되는 중력파는 매우 약하게 우주를 통과하여 지구에 도달합니다. 2015년 9월, LIGO는 처음으로 중력파를 관측함으로써 이론을 실제로 입증했습니다. 이 관측은 두 블랙홀이 서로 합쳐지면서 발생한 것으로, 중력파는 이 두 천체의 합병으로 인해 발생한 시공간의 진동을 우리에게 전달한 것입니다. 이 사건은 물리학자들이 중력파를 통해 우주의 극적인 사건들을 관찰할 수 있는 새로운 창을 열었으며, 일반 상대성 이론의 예측이 정확함을 다시 한 번 확인시켜 주었습니다. LIGO의 성공적인 중력파 관측은 천체물리학 분야에 혁명을 가져왔으며, 이로 인해 우주의 다양한 현상을 이해하는 데 새로운 방법론이 제공되었습니다. 중력파 연구는 우주의 검은 구멍들, 중성자 별들, 그리고 다른 극적인 천체 현상들을 연구하는 데 중요한 도구로 자리 잡고 있으며, 이는 천체물리학의 새로운 시대를 예고하고 있습니다.