Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 상대성이론에서 시간 지연이란 무엇인가요?
안녕하세요. 상대성 이론에서의 시간 지연(time dilation) 현상은, 물체가 광속에 가까운 속도로 이동할 때 관찰됩니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론(Special Theory of Relativity)에 따르면, 빛의 속도는 모든 관찰자에게 동일하게 보이며, 이로 인해 고속으로 움직이는 시계는 정지해 있는 시계에 비해 느리게 움직이는 것으로 관찰됩니다. 이는 고속으로 움직이는 물체 내부에서의 시간이 느리게 흐른다는 것을 의미하며, 이를 시간 지연이라 합니다. 이 현상의 수학적 표현은 로렌츠 인자(Lorentz factor, γ)를 통해 다음과 같이 나타낼 수 있습니다 : Δt' = γΔt 여기서 Δt'은 움직이는 시계가 측정하는 시간, Δt는 정지한 시계가 측정하는 시간, γ는 윗 문장에 설명한 로렌츠 인자 입니다 : γ = 1 / √(1 - v²/c²) 여기서 v는 물체의 속도, c는 빛의 속도입니다. 속도 v가 빛의 속도 c에 가까워질수록 γ값은 무한대에 가까워지며, 이로 인해 Δt'는 Δt보다 현저하게 커지게 됩니다. 이러한 현상은 우주 여행과 같은 상황에서 이론적으로 예측되며, GPS 위성 기술에서 실제로 고려되는 중요한 요소 중 하나입니다.
Q. 우리나라에 정착한 외래종들은 어떤것들이 있나요?
안녕하세요. 한국에 정착한 외래종은 다양하게 존재하고, 지금도 지역 생태계에 큰 변화를 주고 있습니다. 한국에서 주목 받는 몇몇 외래종을 말씀드리면, 가장 대표 격으로 황소개구리(bullfog), 배스(bass)가 있고, 가시박(Dodder), 너구리(Raccoon), 솔잎혹파리(Pine Gall Midge), 세이블피쉬(Snakehead) 등이 있습니다. 황소개구리는 익히 알려져 있듯이 미국에서 유입된 개구리입니다. 크기가 크고 번식력이 강해 기존의 양서류와 수중 생물에 큰 영향을 미치고 있습니다. 주로 먹이 경쟁과 질병 전파 등을 통해 기존 생태계를 위협합니다. 배스의 경우 북미 원산의 물고기입니다. 한국의 담수 생태계에 큰 영향을 끼치고 있는 배스는 기존에는 식용으로 국내에 도입되었다가 자연 방생된 경우입니다. 원 생태계의 물고기들과 경쟁하고, 소규모 어류 및 다른 수생 생물을 먹이로 삼아 그들의 개체 수에 영향을 미치는 악영향을 주고 있습니다. 가시박 또한 북아메리카 원산의 식물로, 다른 식물에 기생하여 그 식물의 수액을 흡수함으로써 생존합니다. 이 식물은 주로 농작물에 기생하여 경제적 손실을 야기하며 생태계에 부정적인 영향을 미칩니다. 마찬가지로 북미 원산의 너구리는 일부 지역에서 심각한 문제를 일으키고 있습니다. 너구리는 다양한 서식지에서 살 수 있는 능력과 먹이를 선택하지 않는 잡식성으로 인해 지역 생물 다양성에 해를 끼치고 있습니다. 솔잎혹파리의 경우 해충으로 규정되어 있습니다. 소나무 잎에 혹을 만들어 소나무의 성장을 저해합니다. 장기적으로 소나무림의 건강에 심각한 영향을 미칠 수 있는 해충입니다. 동남아시아에서 유입된 세이블피쉬의 경우 한국 내 생태계에서 이 물고기가 토착 물고기와의 경쟁을 심화시키고 있습니다.
Q. 굳은 살은 피부의 조직이 어떻게 변형되는 건가요?
안녕하세요. 굳은 살은 피부의 보호 반응으로, 반복적인 마찰이나 압력에 노출되었을 때 발생합니다. 피부가 이러한 외부 자극에 대응하여 두꺼워지고 경화되는 현상입니다. 일반 피부와 굳은 살의 주요 차이는 피부의 상층부인 각질층의 두께와 세포의 밀도에서 나타납니다. 굳은 살의 형성은 먼저 윗 문단에서 설명했듯이 반복적인 마찰이나 압력이 피부에 가해지면, 피부는 자극을 감지하고 보호 메커니즘을 활성화 합니다. 이때, 피부의 표피층에서 세포의 증식이 촉진되고, 세포들이 더 빠르게 분화하여 각질층을 두껍게 만듭니다. 표피의 상층부인 이 각질층에서 각질 세포(죽은 피부 세포)의 수가 증가합니다. 이 세포들은 단단하고 물질 투과를 막는 방어층을 형성하게 됩니다.
Q. 베르누이 원리? 그거 뭔지 간단하게 설명해주실수 있나요?
안녕하세요. 베르누이 원리(Bernoulli`s principle)는 유체 역학에서 중요한 개념으로, 유체의 흐름과 압력 간의 관계를 설명합니다. 이 원리는 다니엘 베르누이(Daniel Bernoulli)가 18세기에 발견한 것으로, 유체가 더 빠르게 흐를 때 해당 지점의 압력이 낮아진다는 내용을 포함하고 있습니다. 이 원리는 에너지 보존의 법칙을 기반으로 하며, 유체의 운동 에너지와 잠재 에너지 사이의 관계를 설명합니다. 구체적으로, 베르누이 방정식은 비압축성 유체(밀도가 변하지 않는 유체)의 흐름을 설명할 때 사용되며, 다음과 같은 수식으로 표현됩니다 : P + ½ρv² + ρgh = 일정 여기서 P는 유체의 압력, ρ는 유체의 밀도, v는 유체의 속도, g는 중력 가속도, h는 유체의 높이를 나타냅니다. 이 방정식은 유체의 어느 한 점에서의 총 기계적 에너지가 유체가 흐르는 동안 일정하다는 것을 의미합니다. 베르누이 원리는 항공기의 날개 설계, 배관 시스템, 풍력 터빈 등 다양한 공학적 응요에서 중요하게 활용됩니다. 예컨데, 항공기의 날개는 위쪽 면이 아래쪽 면보다 더 길게 설계되어 있어 유체(공기)가 날개 위를 더 빠르게 흘러갈 때 낮은 압력을 생성하고, 이로 인해 항공기가 상승력을 얻을 수 있습니다.
Q. 소수를 암호 알고리츰에 사용하는 이유?
안녕하세요. 소수(prime number)를 암호 알고리즘에 사용하는 이유는 그들의 수학적 특성과 계산상의 복잡성 때문입니다. 소수는 공개키 암호화 방식에서 중요한 역할을 하는데, 이는 특히 RSA 암호화 알고리즘에서 두드러집니다. RSA는 두 개의 큰 소수를 선택하고 그 곱으로 만들어진 합성수를 이용하여 공개키와 비밀키를 생성합니다. 소수가 중요한 이유는 그들의 곱을 이용한 수 N의 소인수분해가 계산적으로 매우 어렵기 때문입니다. 이러한 계산의 어려움은 암호화된 메세지를 복호화할 수 있는 키를 소유한 사람만이 가능하게 함으로써, 정보의 안전성을 보장합니다. 또한, RSA 알고리즘에서는 오일러의 φ(피) 함수가 중요한 역할을 합니다. 이 φ(N)은 N을 구성하는 두 소수 p와 q에 대해 φ(N)=(p−1)(q−1)로 정의됩니다. 이 함수는 암호화와 복호화 과정에서 사용되는 키의 생성에 필수적입니다. 공개키는 누구나 접근 가능하지만, 비밀키는 해당 수의 소인수분해를 통해서만 유추할 수 있으므로, 소수를 사용함으로써 암호의 안전성이 크게 증가합니다.