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불꽃 축제에서는 다양한 색깔의 '폭죽(Firework)'이 터진다. 요즘에는 동그라미 이외의 모양의 폭죽도 잇달아 개발되고 있다. 그런데 이와 같은 폭죽의 '아름다운 색깔'이나 '다양한 모양'은 어떻게 만들어질까? 0. 목차 폭죽의 기본 구조 폭죽의 색깔 폭죽의 모양 1. 폭죽의 기본 구조 별(Star): 형형색색의 빛깔을 내며 터지는 알갱이. 화약에 금속 성분을 섞어서 제작 할약: 점화되면 옥피를 부수며 별을 사방으로 밀어내는 흑색 화약 추진약: 연화를 폭발 고도까지 올려보내는 화약 옥피: 종이로 제작된 외피. 공중으로 올라갈 때까지 내용물을 터지지 않게 보호 도화선(Time Fuse): 연화 안에 설치해 공중으로 쏘아진 수초 뒤 터지도록 폭발을 지연시킴 2. 폭죽의 색깔 요즘의 불꽃 축제 등에서는 다..

남몰래 어떤 정보를 전하고 싶을 때 어떤 방법들이 있을까? 주위에는 가족이나 다른 친구들이 있어서, 그 내용을 듣거나 보게 될 가능성이 있다. 이때는 여러 방법이 있겠지만, 사전에 서로 정해 놓은 규칙에 따라, 둘만 아는 말이나 기호로 전하는 것이 한 가지 방법이 될 것이다. 예컨대 철수와 영희가 방과 후의 만남 장소를 남몰래 전하려고 한다고 하자. 사전에 둘 사이에서 맥도날드 앞 사거리를 '강아지', 학교 앞에 있는 카페를 '고양이' 등으로 정해놓으면 '오늘의 만남은 고양이'라고만 전하면 장소를 지정할 수 있을 것이다. 방금 소개한 예시의 경우, 만일 주위 사람이 '만나는 곳은 고양이'라는 것을 알았다고 해도 그 의미를 알 수 없다. '고양이'로 암호화되어 있기 때문이다. '암호(Passward)'란 ..

'미네랄 워터(Mineral Water)'는 수돗물보다 '미네랄(Mineral)'이 많고, 맛있으며, 건강에도 좋을 것이라는 이미지가 있다. 그런데 '미네랄 워터'가 정말 몸에 좋을까? 그리고 '미네랄 워터'가 건강에 좋다는 근거는 있을까? 또 '미네랄 워터'와 '수돗물'은 어떻게 다를까? 0. 목차 미네랄 워터 '센물'과 '단물' '클러스터가 작은 물'이 건강에 좋다? '알칼리 이온수'가 건강에 좋다? 해양 심층수 1. 미네랄 워터 '수돗물을 먹는 것에 저항감을 느낀다.', '건강을 위해서 미네랄 워터를 먹는다' 등 여러 가지 이유로 미네랄 워터를 사 먹는 사람들이 있다. 시장에서는 여러 가지 종류의 미네랄 워터가 판매되고 있다. '미네랄 워터(Mineral Water)'의 '미네랄(Mineral)'은..

'집적회로(Intergrated Circuit)'가 발명되기 훨씬 전부터 연산의 가격 대 성능비를 기하급수적으로 증가시켜준 4개의 다른 '패러다임(Paradigm)'들이 있었다. 그 4개의 패러다임은 과거부터 순서대로 '전기기계식 컴퓨터(Electromechanical Computer)', '계전기식 컴퓨터(Relay System Computer)', '진공관(Vacuum Tube)', '트랜지스터(Transistor)'였다. 그런데 이번 패러다임도 마지막이 아니다. '집적회로' 패러다임의 S자 곡선의 끝에 다다르면, 기하급수적 성장은 6번째 패러다임인 '삼차원 분자 연산(3D Molecular Operation)'으로 이어질 것이다. 그런데 다섯 번째 패러다임인 '집적회로' 패러다임에서 '무어의 법칙(..

0. 목차 '실리콘 시대'에서 '양자 시대로' 양자컴퓨터의 원리 양자컴퓨터가 암호 시스템을 송두리째 흔들 수도 있다. 1. '실리콘 시대'에서 '양자 시대'로 양자역학의 응용분야는 무궁무진하게 넓다. 아마도 앞으로 세계 경제의 추이는 양자역학에 의해 전적으로 좌우될 것이다. 한 국가의 부가 '슈뢰딩거의 고양이'라는 미묘한 논리에 의해 좌우되는 세상이 되는 것이다. 이때가 되면 우리의 컴퓨터는 평행우주와 관련된 정보들을 계산할 수 있을 것이다. 지금 우리가 사용하고 있는 컴퓨터는 거의 대부분 실리콘 트랜지스터에 의존하고 있다. "컴퓨터의 계산능력은 18개월마다 두 배씩 향상된다"는 '무어의 법칙(Moore's Law)'이 통용될 수 있었던 것은, 자외선빔을 이용하여 실리콘칩 위에 미세한 회로를 새기는 능력..

0. 목차 신경보철학 브레인게이트(Braingate) 척수손상 환자의 치료법 원숭이의 '뇌'와 '근육'을 연결하였다. 인간의 '뇌'와 '인공팔'을 연결하였다. 무감각 문제 인공 외골격 1. 신경보철학 '캐치 허친슨(Cathy Hutchinson)'은 뇌졸증으로 쓰러진 후 전신이 마비되었다. 소위 '락트-인 증후군(Lock-in Syndrome)'으로 불리는 사지마비 환자들은 대부분 근육과 신체기능을 제어하지 못한다. '캐시 허친슨'은 외부 도움 없이 아무 일도 할 수 없지만 정신 상태는 완전히 정상이다. 간단히 말해서, 그녀는 육체라는 감옥 안에 갇힌 채 살아온 셈이다. 그러나 '캐치 허친슨'의 삶은 2012년부터 극적으로 달라지기 시작했다. 브라운대학교의 과학자들은 '캐치 허친슨'의 머릿속에 '브레인게..

0. 목차 레일건(Rail Gun) 레일건은 '충격파'라는 제한속도를 가볍게 뛰어넘을 수 있다. 충격량이 어마어마하다. 비용 문제 1. 레일건(Rail Gun) 우주를 향해 물체를 초고속으로 날려보내는 또 하나의 기발한 방법 중에는 '레일건(Rail Gun)'이라는 것이 있다. 이것은 '아서 클라크(Arthur C. Clarke, 1917~2008)'를 비롯한 작가들의 공상과학소설에 여러 번 등장했고, 미국의 '스타워즈 미사일 방어막 프로그램'의 일환으로 신중하게 연구되기도 했다. '레일건(Rail Gun)'은 연료나 화학이 아닌 '전자기력(Electromagnetic Force)'을 이용해 발사체를 추진하는 방법이다. 가장 단순한 레일건은 평행하게 나 있는 두 개의 '전선 또는 레일'과 두 선에 걸쳐 ..

0. 목차MRI(자기 공명 영상법)fMRI(기능성 자기 공명 영상법)생각사전 만들기거짓말 탐지기MRI도 소형화된다.1. MRI(자기 공명 영상법) '자기 공명 영상법(MRI: Magnetic resonance imaging)'는 신경과학과 뇌과학의 발전에 가장 큰 공헌을 한 장치이다. 전자기파의 한 종류인 라디오파는 생체조직을 자유롭게 통과하는데, MRI가 바로 이런 특징을 이용한 장치다. 사람이 두 개의 대형 코일이 에워싼 MRI 기기에 들어간 채 전원을 켜면, 기기 내부에 강력한 자기장이 생긴다. 이때 사람의 몸을 구성하는 수소 원자핵의 양성자는 작은 자석 같은 성질을 가지고 있어, 자기장의 방향에 따라 자기 방향이 정렬된다. 이때 특정 진동수의 라디오파 펄스를 가하면 수소 원자핵의 양성자가 이를 흡..

지금 우리는 컴퓨터나 스마트폰을 통해 인터넷에 접속하고 있다. 하지만 미래에는 어느 곳에나 인터넷이 존재할 것이다. 그중에는 '인터넷 안경(Internet Glasses)'과 '인터넷 콘텍트렌즈(Internet Contact Lenses)'도 있다. '인터넷 안경'과 '인터넷 콘택트렌즈'를 통해 눈만 깜빡이면, 곧바로 인터넷에 연결될 수 있을 것이다. 렌즈에 인터넷을 연결하는 방법에는 몇 가지가 있다. 그중 하나는 안경 렌즈에 뜬 영상을 안구의 수정체로 투사하여 망막에 상이 맺히도록 하는 '가상 망막 단말기를 이용하는 방법'이다. 또 '안경테에 초소형 스크린을 별도로 부착하는 방법', '안경렌즈 자체를 스크린으로 이용하는 방법'도 있다. 이 상태에서 안경을 응시하면 마치 영화 스크린을 보는 것처럼 인터넷..

'샴푸(Shampoo)'는 머리카락의 세정의 역할을 하고, '린스(Rinse)'는 머리카락 감촉의 향상의 역할을 한다. 이 둘은 역할은 다르지만, 사실은 둘다 '계면 활성제'라는 성분을 가지고 있다. '계면 활성제'는 세제 등에도 포함된 때를 씻어내는 성분이다. 0. 목차 '샴푸'는 어떻게 때를 씻어낼까? '린스'는 어떻게 머리카락을 부드럽게 할까? 보습 성분을 포함한 '트리트먼트' '컨디셔너'는 무엇일까? 샴푸가 약알칼리성이나 약산성인 경우 샴푸의 세정력은 미미하다. 1. '샴푸'는 어떻게 때를 씻어낼까? 머리카락의 때나 냄새의 주요 원인은 피부에서 분비된 기름 성분이지만, 기름 성분은 물에 잘 녹지 않기 때문에 쉽게 씻어낼 수 없다. 하지만 '계면 활성제(Surfactant)'를 사용하면 이 기름 성..

'연필(pencil)', '펜(pen)', '지우개(eraser)'는 사소한 도구처럼 보인다. 하지만 거기에 별다른 기술이 없을 것이라고 생각하면 안 된다. 근년에 나온 '연필', '펜', '지우개'에는 다양한 과학이 숨어 있으며, 이 도구들은 거듭 진화해왔다. 예컨대, 지워지는 볼펜이나, 잡지의 인쇄 잉크를 지우개로 지울 수 있는 등, 상식을 넘은 새로운 기능이 탄생하였다. '연필', '펜', '지우개'에는 과연 어떤 과학이 숨어있을까? 0. 목차 '연필과 펜'의 등장 샤프심 볼펜 지울 수 있는 볼펜 지우개 샤프심에 '마이크로 캡슐'을 넣기도 한다. 1. '연필과 펜'의 등장 모든 물건은 다양한 개량을 맞이하고, 그 모양이 등장했을 때와는 크게 달라지는 경우가 많다. '연필'과 '펜'도 마찬가지이다. ..

0. 목차 종이는 진화 중 종이가 물에 약한 이유 복사용지 잉크젯 용지 신문지 새로운 기능을 가진 종이 1. 종이는 진화 중 '종이(paper)'는 어떤 특성을 가지고 있을까? 종이의 특성이라 하면, '탄다', '물에 약하다' 등이 떠오를 것이다. 하지만 지금은 '타지 않는 종이', '물에 강한 종이' 등 기존의 종이의 특성을 초월한 기능을 가진 종이가 나오고 있다. 이것뿐만이 아니다. 불꽃에 싸여도 물로 '자기 소화(조직에 자연적으로 존재하는 효소가 조직 스스로를 소화시키는 현상)'하는 기능을 갖춘 종이가 실용화되었고, 2007년에는 '공기를 맑게 하는 종이'도 등장했다. 정보를 기록하기 위해 사용하기 시작한 종이가 지금은 폭넓은 용도로 사용되고 있는 것이다. 원래 '종이(paper)'는 이름은 '파피..

0. 목차 고대의 시계 기계 시계 진자 시계(Pendulum Clock) 수정 시계(Crystal Clock) 원자 시계(Atomic Clock) 광격자 시계(Optical Lattice Clock) 펄서(Pulsar) 1. 고대의 시계 해가 지고 또 해가 뜨면, '하루(day)'라는 시간이 지났음을 알 수 있다. 보름달이 지고 또다시 차면, '한 달(a month)'이라는 시간이 지났음을 알 수 있다. 태양은 져도 다시 올라오는 것이다. 보름달도 1개월 후에 다시 찾아온다. 이처럼 천체의 운행은 언제까지나 되풀이되는 것이었다. 그것을 시간의 기준으로 삼고 있었던 사람들에게는 시간 역시 '순환하는 것'으로 여겨졌을 것이다. 이처럼 고대의 사람들은 천체의 운행으로 시간의 흐름을 파악했다. 하늘을 도는 천체..

우리는 모두 '나는 이곳에 있다.(I am here.)'라는 감각을 가지고 있다. 그 감각의 기반은 오감에서 오는 끊임없는 '정보(Information)'이다. 만약 오감에서 오는 정보를 자유롭게 조종할 수 있다면, 현실을 초월한 다양한 경험을 할 수 있을 것이다. 사실, SF 영화에 나올듯한 이런 일들이 이미 실현되고 있다. 0. 목차 '대체 현실 시스템'을 개발한 이유 '대체 현실 시스템'의 원리 '인공 현실'과 '현실'을 구분하기 어렵게 만들었다. 1. '대체 현실 시스템'을 개발한 이유 2012년 6월, 일본 이화학연구소 뇌과학 종합연구센터 적응지성연구팀에 있던 '후지이 나오타카(Naotaka Fujii)' 박사, '와키사카 소헤이(Wakisaka Sohei)' 박사, '스즈키 게이스케(Suzuk..

흔히 사용되는 '진자시계(Pendulum Clock)'의 기본적인 메커니즘은 '진자'와 '톱니바퀴'이다. 1초 동안에 정해진 수만큼 흔들리는 '진자(Pendulum)'와, 그것을 카운트하는 톱니바퀴가 있으면 시계는 정확하게 1초를 표시한다. 2022년 기준, 1초의 기준을 만드는 것은 '세슘 원자시계'이다. '세슘 원자시계'의 '진자'는 세슘 원자의 상태를 변화시킬 수 있는 마이크로파이다. 이 마이크로파가 91억 9263만 1770회 진동하는 시간을 1초로 정하고 있다. 하지만 세슘 원자시계에는 문제점이 있다. 세슘 원자끼리 충돌하는 경우가 있어서, 이때 원자의 상태가 바뀌어 버리기 때문에 '들뜬 상태'에 필요한 '마이크로파 진동수'가 미세하게 어긋나는 것이다. 0. 목차 광격자 시계 광격자의 아이디어는..

0. 목차 레이저 광섬유 섬광 느린 빛(Slow Light) 1. 레이저 '레이저(Laser)'란 '레이저광'을 발생시키는 장치이다. 형광등 같은 일반적인 광원에서 복사되는 빛은 진행 방향, 파장, 마루나 골의 위치가 흩어진다. 한편, '레이저광(laser light)'은 진행 방향, 파장, 마루나 골의 위치가 가지런한 빛이다. 레이저에는 뛰어난 성질이 많다. 예컨대 일반적인 빛인 '백색광'은 렌즈로 모으더라도 파장에 따라 굴절률의 차이 등 때문에 초점이 흐려지게 된다는 한계가 있다. 하지만 레이저광은 진행 방향과 파장이 모두 가지런하므로, 렌즈를 사용해 큰 에너지를 매우 작은 한 점에 모을 수 있다. 물론 엄밀하게는 레이저광도 완전히 단일한 파장이 아니라 근소하게 파장의 폭을 가지게 되며, 또 여러 파..

0. 목차'우주 엘리베이터'란?'우주 엘리베이터'의 역사'우주 엘리베이터'의 원리LiftPort Group사가 구상한 우주 엘리베이터달 우주 엘리베이터고려해야 할 문제스페이스 라인(Space Line)1. '우주 엘리베이터'란? '우주 엘리베이터(Space Elevator)'란 적도 지역에 있는 지상에서 고도 3만 6000km에 위치해 있는 '정지 궤도(Geostationary Orbit)'까지 데려다주는 초거대 엘리베이터이다. '우주 엘리베이터(Space Elevator)'는 '궤도 엘리베이터(Orbit Elevator)', '우주 사다리(Space Ladder)', '궤도탑(Orbital tower)', '콩넝쿨 줄기(Space ladders)', '우주교(Space Bridge)' 등의 이름으로 불..

지금까지 대부분의 나라의 전력은 '화력 발전', '수력 발전', '원자력 발전'에 의해 이루어졌다. 하지만 지금까지 전력을 생산해 온 이 세 가지 방법에는 여러 문제가 있다. '화력발전'은 이산화탄소를 방출하며, '수력발전'은 댐 건설이 환경을 파괴하는 동시에 댐 건설 자체에 한계가 있으며, '원자력 발전'은 안정성 문제가 우려된다. 또 화력 발전과 원자력 발전은 모두 장래에 연료가 고갈된다는 문제도 있다. 이러한 문제점들 때문에 새로운 발전 방법이 요구되고 있다. 이러한 문제를 해결하는 가장 확실한 방법은 '재생 에너지' 시대로의 전환에 성공하는 것이다. '재생 에너지(화석연료와 원자력을 대체할 수 있는 무공해 에너지)'를 비롯해, 기타 전력 공급원으로 기대되는 여러 발전 방법들에 대해 소개한다. 현재..

스마트폰으로 촬영한 사진을 보면, 왠지 실물과 색이 다르다고 느낀 적이 있을 것이다. 또 종이 프린터로 인쇄한 색이 모니터 화면에 보이는 색과 다르다고 느낀 적도 있을 것이다. 왜 이런 차이가 생기는 걸까? 사실 '색(Color)'이라는 것은 우리의 일반적인 생각과는 달리 조건에 따라 잘 바뀐다. 예컨대, 촬영할 때 조명만 바꿔도 크게 색 차이가 난다. 또 우리의 눈과 뇌의 조건에 따라 물체의 색이 바뀌기도 한다. 즉, '색이란 물체의 표면에 붙어있으며 불변의 성질을 갖는다'라는 생각은 오해이며, 물체의 색은 '광원'과 '눈'과 '뇌'의 조건에 따라 쉽게 변한다. 눈으로 본 그대로의 실제 색을 화면이나 인쇄물로 재현하는 과정에도 다양한 기술이 사용된다. '색(Color)'이 무엇인지 알아보고, 색을 재현..

0. 목차 체성분 분석기 의료 기관용 - X선을 이용해 신체 조성을 측정 가정용 - 신체에 미세한 전류를 흘려 신체 조성을 측정 1. 체성분 분석기 가정용 체중계는 이제 체지방률, 근육량, 체수분율 같은 몸의 조성을 측정하는 '체성분 분석기'로 진화하고 있다. 체중도 50g 단위도 측정하고, 방금 마신 물의 무게 등 약간의 변화까지 측정할 수 있는 제품도 나왔다. 그런데 '체성분 분석기' 우리의 몸의 조성과 체중을 측정하는 원리는 무엇일까? '체성분 분석기'는 신체에 미약한 전류를 흐르게 하여 얻는 전기 저항값, 체중, 신장, 연령, 성별 그리고 그 외의 통계 데이터를 사용해서 추정하는 것이다. 체중은 체중계의 모퉁이에 설치된 '무게 센서'를 이용해서 측정한다. 1-1. BMI 내장 지방이 과도하게 축적..

영화 '백 투 더 퓨처 2(1989)'에서는 바퀴 없이 공중에 뜬 채로 달리는 스케이트보드인 '호버보드(Hoverbroard)'가 나온다. 물론 이 영화에서 나오는 장면은 특수 촬영과 투명 와이어 그리고 시각효과로 만들어낸 것이다. 그런데 정말 호버보드를 만드는 것이 과학적으로 가능할까? 호버보드를 만드는 일이 물리학적으로 가능한 것일까? 실제로 호버보드를 만들기 위한 시도가 많이 있었고 어느 정도 성과를 낸 적이 있었다. 하지만 우리가 원하는 수준의 호버보드는 아닌 것 같다. 그렇다면 현실 세계의 호버보드는 어떤 방식으로 작동하는 걸까? 현실 세계에서의 호버보드는 크게 두 가지 종류의 '호버보드(Hoverboard)'가 있다. 바로 팬으로 공기쿠션을 만들어 떠다니는 '공기 부양선'과 표면에서 자력으로 ..