Doctor of Public Health 전상훈입니다
생물·생명
Q. 멍게는 등뼈가 있다가 사라지는데 이런 동물의 종류는 무엇이라고 하나요?
안녕하세요. 멍게와 같이 어린 시절에는 등뼈(척추)가 있었다가 성장 과정에서 사라지는 동물은 무척추동물(invertebrates)로 분류됩니다. 멍게는 특히 유모류(urochordata)에 속하는 해양 동물로, 더 넓은 의미에서는 신경삭동물(tunicata)이라고도 불립니다. 이들은 척추동물의 일종인 척색동물 중 하나로 초기 발달 단계에서는 척추가 있는 것처럼 보이는 신경삭이라는 구조를 가지고 있습니다.
화학
Q. 물과 기름이 섞이지 않는 이유가 뭔가요?
안녕하세요. 물 분자는 극성을 가지는데, 이는 분자 내에 전기적인 양극과 음극이 존재한다는 것을 의미합니다. 물 분자는 산소 원자와 수소 원자 사이에 불균등하게 전자가 분포되어 있어, 분자의 한쪽은 상대적으로 음전하를, 다른 쪽은 양전하를 띕니다. 이로 인해 물 분자끼리는 수소 결합을 형성하여 서로 강하게 끌어 당깁니다. 반면, 기름은 주로 긴 탄화수소 사슬로 이루어진 비극성 분자입니다. 이 분자들은 전하가 균등하게 분포되어 있어서 전기적인 극성이 없습니다. 기름 분자들 사이에는 상대적으로 약한 반데르발스 힘이 작용합니다. 극성인 물 분자들과 비극성인 기름 분자들 사이에는 서로를 끌어당기는 힘이 부족합니다. 이로 인해 물과 기름은 서로 다른 층을 형성하며 섞이지 않습니다. 물 분자들은 서로 강한 수소 결합을 형성하려 하고, 기름 분자들은 서로 반데르발스 힘에 의해 결합하려 하기 때문에 각자 내부적으로 더 강한 상호작용을 하게 됩니다.
물리
Q. 책상과 같은 받침대 위에 물건을 올려놓으면 왜 물건이 바닥으로 떨어지지 않나요?
안녕하세요. 책상 위에 놓은 물건이 바닥으로 떨어지지 않는 현상은 주로 물리학의 기본 원리인 "정상력(Normal Force)"에 의해 설명됩니다. 물체가 책상과 같은 고체의 표면 위에 놓이면, 중력에 의해 물체는 아래로 향하는 힘을 받게 됩니다. 이에 대응하여 책상은 물체에 수직으로 작용하는 힘을 가하게 되는데 이 힘을 정상력이라 합니다. 정상력은 물체가 그 받침대를 관통하지 않고 물체를 지지하도록 하는 힘입니다. 이 힘은 중력과 크기는 동일하나 방향은 반대로 작용하며, 이 두 힘의 합은 서로 상쇄되어 물체는 평형 상태를 유지하게 됩니다. 즉, 물체에 작용하는 중력과 정상력이 균형을 이루기 때문에 물체는 받침대 위에 안정적으로 위치하게 됩니다. 또한, 물체가 받침대 위에서 다른 힘을 받지 않는다고 하셨는데, 실제로는 물체가 책상 위에 놓여 있을 때 물체의 무게만큼 책상도 물체에 힘을 주고 있습니다. 이는 책상의 재질과 구조에 따라 다르게 나타날 수 있으며, 책상이 충분히 견고하지 않다면 물체의 무게에 의해 책상이 휘거나 무너질 수 있습니다. 이와 같은 상호작용은 뉴턴의 제 3법칙 작용과 반작용의 법칙을 예로 들 수 있습니다. 이 법칙에 따르면, 한 물체가 다른 물체에 힘을 가하면 그 물체도 처음 물체에 같은 크기의 힘을 반대 방향으로 가합니다. 따라서 책상이 물체에 가하는 정상력은 책상이 받는 중력의 반작용으로 볼 수 있습니다.
물리
Q. 양자역학 이론은 어떤 것인지 궁금합니다.
안녕하세요. 양자역학은 20세기 초에 체계화된 물리학의 한 분야로서, 전통적인 뉴턴 역학으로는 설명할 수 없는 미시 세계의 현상들을 규명하기 위해 도입되었습니다. 이 이론은 원자와 같은 미시 입자들이 보여주는 비관적인 행동을 수학적으로 기술하며, 현대 과학 및 기술 발전에 필수적인 기반을 제공하고 있습니다. 양자역학의 핵심적인 특성 중 하나는 파동-입자 이중성입니다. 이는 물질이 입자로도, 파동으로도 행동할 수 있다는 것을 의미하며, 빛과 같은 광자(photons)가 때로는 파동처럼 간섭(interference)과 회절(diffraction) 현상을 보이면서도, 다른 때에는 입자처럼 에너지를 교환하는 것을 관찰할 수 있습니다. 또 다른 중요한 원리는 헤이젠베르크의 불확정성 원리(Heisenberg Uncertainty Principle)로, 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 알 수 없다는 것을 규정하며, 이는 물리계 의 근본적인 속성을 나타냅니다. 양자 중첩(Quantum Superposition)은 입자가 동시에 여러 상태에 존재할 수 있다는 개념을 통해 설명되는데, 이는 양자가 시스템의 상태가 여러 가능성을 동시에 가질 수 있음을 의미합니다. 관측 전에는 다양한 상태가 중첩되어 있으나, 관측이 이루어지는 순간 하나의 상태로 붕괴되는 현상입니다. 양자 얽힘(Quantum Entanglement)은 두 입자가 서로 얽혀서 한 입자의 상태를 결정하면 즉시 다른 입자의 상태도 결정되는 비국소적 특성을 보이는 것을 말합니다. 이러한 얽힘 상태는 알버트 아인슈타인이 괴담 같은 원격 작용으로 표현한 바 있습니다.
물리
Q. 왜 소금물에서는 몸이 뜨기 쉬워지나요?
안녕하세요. 소금물에서 몸이 뜨기 쉬워지는 현상은 물의 밀도와 관련이 있습니다. 물에 소금이 용해될 때, 소금의 분자들이 물 분자 사이에 위치하면서 물의 총 부피가 증가합니다. 이로 인해 같은 부피의 물이 더 많은 질량을 가지게 되고, 결과적으로 소금물의 밀도가 일반 물에 비해 높아집니다. 밀도가 높은 액체는 그 속에 물체를 띄우는 힘이 더 강합니다. 이를 아르키메데스의 원리라고 합니다. 아르키메데스의 원리에 따르면, 물체가 액체에 잠길 때 물체는 자신이 밀어낸 액체의 무게만큼의 부력을 받습니다. 소금물에서는 같은 부피의 물에 비해 더 많은 무게를 밀어내므로, 물체는 더 큰 부력을 받게 되고 그 결과 더 쉽게 뜨게 됩니다.