Doctor of Public Health 전상훈입니다
Q. 사람이 멀고 가까움을 인지하는 건 어떤 원리로 이루어지나요?
안녕하세요. 사람이 물체의 거리를 인식하는 과정은 여러 가지 시각적 정보와 함께 신경학적 전달과정에 의해 이루어집니다. 먼저, 가장 중요한 것은 양안 시차(Binocular Disparity)입니다. 우리의 두 눈은 약간의 거리를 두고 위치하고 있기 때문에, 같은 물체를 조금씩 다른 각도에서 보게 됩니다. 이로 인해 각 눈에 도달하는 이미지에는 미묘한 차이가 발생하며, 이 차이를 뇌가 분석함으로써 물체의 깊이를 판단하게 됩니다. 또한, 동공 조절(Accommodation)과 같은 과정도 거리 인식에 기여합니다. 눈의 수정체는 거리에 따라 그 두께를 조절하여 물체에 초점을 맞춥니다. 이러한 조절은 눈의 근육이 발생시키는 긴장감을 통해 어느 정도 거리에 물체가 있는지를 감지하게 도와줍니다. 시각적 정보는 때때로 왜곡될 수 있습니다. 예컨데, 빛의 굴절, 대기 중의 입자, 물체의 배경과의 대비 등에 의해 실제와는 다르게 물체가 더 멀리 또는 가깝게 보일 수 있습니다. 이러한 현상은 미술에서 특히 흔히 사용되는 원근감 기법에서도 볼 수 있는데, 물체를 실제보다 크거나 작게 그림으로써 깊이감을 조작하는 것입니다. 이러한 시각적 인식의 원리와 그 왜곡 현상은 심리학과 신경과학의 연구에서 광범위하게 다루어지고 있습니다. 더 심도 있는 내용을 찾아보고 싶으시다면 Vision Science: Photons to Phenomenology (Palmer, Stephen E.)와 같은 문헌을 추천드립니다. 시각적 인식 메커니즘들이 체계적으로 설명되어 있고, 본 분야의 연구와 교육에 있어 핵심적인 참고문헌으로 이미 인정받고 있습니다.
Q. 일본에 떨군 원자폭탄 두 가지가 서로 다른 종류라고 하던데요. 히로시마와 나카사키에 떨어진 원자탄의 종류는 어떻게 달랐나요?
안녕하세요. 미국이 제 2차 세계대전의 조기 종결을 목표로 하여 히로시마와 나가사키에 투하한 원자폭탄은 각가 다른 원소를 사용하여 설계되었습니다. 히로시마에 투하된 '리틀보이(Little Boy)'는 우라늄-235(²³⁵U)를 사용한 반면, 나가사키에 투하된 '팻맨(Fat Man)'은 플루토늄-239(²³⁹Pu)를 이용하였습니다. 이러한 차이는 폭탄의 구조와 폭발 메커니즘에도 영향을 미쳤습니다. 리틀보이는 비교적 단순한 '총알 방식'을 사용하여 우라늄 한 덩어리를 고속으로 다른 우라늄 덩어리에 충돌시켜 초임계 질량을 형성하는 원리를 사용했습니다. 반면, 팻맨은 더 복잡한 '임플로전 방식'을 채택하여 폭발물을 이용해 플루토늄을 동시에 압축하여 초임계 상태를 유도하였습니다. 이와 관련된 심도 있는 내용이 알고 싶으시다면 Concepts of Nuclear Physics (Cohen, Bernard L.)과 같은 문헌을 추천드립니다. 원자폭탄의 작동 원리 와 사용된 물질들에 대한 깊이 있는 설명들이 망라되어 있습니다.
Q. 물리학에서 상대성이론을 이해하는 데 필요한 기본 개념은 무엇인가요?
안녕하세요. 상대성이론을 이해하기 위해 필요한 기본 물리학 개념은 시공간의 구조, 빛의 속도 일정성, 에너지와 질량의 등가성에 관한 내용을 포함합니다. 이러한 이론은 알베르트 아인슈타인에 의해 처음 제안되었으며, 특수 상대성이론과 일반 상대성이론 두 부분으로 나뉩니다. 상대성이론에서는 시간과 공간이 하나의 통합된 4차원 연속체로 간주됩니다. 이 시공간은 물질의 존재와 그 운동에 의해 왜곡될 수 있습니다. 특수 상대성이론에서는 관측자의 운동상태에 따라 시간과 공간의 측정이 달라지는 상대적인 특성을 설명하고, 이는 시간 팽창과 길이 수축 현상을 포함합니다. 아인슈타인의 상대성이론의 핵심 가정 중 하나는 모든 관측자에게 빛의 속도가 동일하다는 것입니다. 이 원칙은 물리학의 다양한 현상을 설명하는데 중요한 기반을 제공하며, 시간 팽창과 길이 수축의 개념을 이해하는데 필수적입니다. 유명한 질량-에너지 등가식 E=mc²은 질량과 에너지가 서로 전환될 수 있음을 나타냅니다. 이 원리는 핵물리학과 입자물리학에서 중요한 역할을 하며, 아인슈타인이 상대성이론을 통해 제시한 혁신적인 개념 중 하나 입니다. 상대성이론을 공부할 때 필요한 수학적 개념으로는 미적분학, 선형대수학, 텐서 계산이 포함됩니다. 특히, 일반 상대성이론에서는 리만 기하학과 텐서 해석이 중요한 도구로 사용됩니다. 이러한 수학적 도구들은 시공간의 곡률과 그에 따른 물리적 현상을 정량적으로 설명하는데 필요합니다. 이와 같은 상대성이론의 주요 개념들은 Physics of the Impossible (Michio Kaku)와 같은 문헌이나 Physical Review와 같은 저널에서 심도있게 다루고 있습니다. 추천드립니다.
Q. 왜 다리털은 흰털이 없는데 머리만 흰털이 생기는 것인가요?
안녕하세요. 머리카락에서 흰털이 비교적 많이 발생하는 현상과 다리털 등 다른 부위에서는 상대적으로 적게 나타나는 현상에 대해 말씀드리겠습니다. 머리카락의 흰털 발생은 주로 멜라닌 생성 세포인 멜라노사이트(melanocytes)의 기능 저하와 관련이 깊습니다. 멜라노사이트는 피부와 모발에 색소를 제공하는 세포로, 나이가 들면서 이 세포들의 멜라닌 생성 능력이 감소합니다. 이러한 감소는 유전적 요인, 환경적 요인, 호르몬 변화 등 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다. 머리카락은 성장 주기가 길고 지속적으로 성장하는 특성을 가지고 있어 멜라노사이트의 활동 변화가 머리카락의 색에 더 뚜렷하게 나타납니다. 반면, 다리털과 같은 몸의 다른 부위의 털은 성장 주기가 상대적으로 짧고, 휴지기가 길어 같은 기간 동안 덜 자라며, 멜라닌 세포의 변화가 외관상 뚜렷하게 드러나지 않을 수 있습니다. 또한, 머리카락의 멜라노사이트는 활동성이 다리나 다른 부위의 멜라노사이트보다 초기에 감소하기 시작할 수 있으며, 이는 두피와 머리카락에 대한 화학적 노출(염색, 퍼머넌트 등)이나 자외선 노출과 같은 외부 요인의 영향을 더 많이 받기 때문일 수 있습니다. 이러한 요인들은 멜라노사이트의 손상을 촉진하여 흰 머리카락이 더 일찍 나타나게 할 수 있습니다. 조금 더 심도 있는 내용을 알고 싶으시다면 Journal of Dermatological Science 나 Aging Research Reviews 와 같은 저널을 추천드립니다. 생물학적 노화 과정 및 멜라닌 생성 과정에 대한 광범위한 연구나 모발 및 피부의 색소 변화오 ㅏ관련된 생물학적 과정을 체계적으로 분석한 연구들이 망라 되어 있습니다.
Q. 아시아물소는 왜 아프리카물소보다 더 수영을 잘 하나요?
안녕하세요. 아시아물소가 아프리카물소에 비해 더욱 수영을 잘하는 이유는 서식지 환경의 차이가 가장 큽니다. 아시아물소는 주로 인도, 네팔, 부탄 등의 습지와 늪지대에 서식하며, 이러한 환경은 물 속에서의 활동에 적응하지 못하면 생존할 수 없습니다. 그렇기 때문에 아시아물소의 몸 구조는 물 속에서 원활한 움직임을 가능하게 하며, 이는 생존과 번식에 직접적인 영향을 미칩니다. 또, 물을 통한 냉각, 피부 관리, 포식자로부터의 보호 등 다양한 목적으로 물속에서 상당 시간을 보냅니다. 반면, 아프리카물소는 주로 아프리카의 건조한 사바나와 초원에서 서식하며, 이러한 지역은 물의 접근성이 상대적으로 제한적입니다. 아프리카물소는 물보다는 육상 활동에 더 적합한 생리적 및 행동적 특성을 가지고 있으며, 수영에 대한 의존도가 상대적으로 낮습니다. 이와 관련된 심도 있는 내용을 알고 싶으시다면 Mammalina Biolgy 나 Journal of Animal Ecology와 같은 학술지를 추천드립니다.