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| 작성자 : 이정구 작성자ID : jk0620 조회 : 46 추천 : 2 |
작성일 : 2004-01-26
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초고체(supersolid)의 물질상태 발견/한국인 김은성씨(33)는 노벨상 후보감이다 |
1924년 알베르트 아인슈타인과 인도의 물리학자인 사첸드라 내스 보스에 의해 처음 예견된 보스-아인슈타인 응축(Bose-Einstein condensation) 현상을 고체에서 발견하였다고 한다. 더나아가 연구팀은 이번에 발견된 물질 상태를 초유체의 성질을 가진 고체란 의미로 초고체(supersolid)라고 이름 붙였다고 한다. 새로운 물질의 상태의 발견이다. 초고체 상태의 물질계에서는 원자들이 춤을 춘다고 한다.
'초고체'의 발견자의 주인공은 미국 펜실베이니아주립대에서 박사과정을 밟고 있는 한국인 김은성씨(33)이다. 최근 이분야에서 노벨상이 나오기도 하였다. 한편, 우연찮은 비슷한 시기에 뇌활동 초유동체 현상 ‘같다’ 는 보고서를 포항공대 김승환팀이 냈다.
한국인의 전통적인 정서는 죽은 자의 '한맺임 현상'이 골깊게 잠재돼 있으니, '초고체 현상'의 발견 또한, '뇌의 지도' 가 사라지는 순간에 유체 이탈(幽體離脫)현상과 뭔가 웬 관련이 있는... 우연은 아닐성 싶다. (Bose-Einstein condensation) 현상을 예견한 인도인의 신비주의 정서 또한 한국인의 정서와 민족성으로 교감돼 있으리라는 것은 바로 죽은자의 영혼에 관한 주제일 것이다.
바로 그 영혼을 과학적으로 증명하려는 갈구의 주목이 초유체(영혼이탈).초고체(유체이탈)의 상징적 물질현상의 의미에 두고 있는 것은 아닐까.
이처럼 흥미로운 과학뉴스는 21세기에 들어서면서 과학적 발견의 영감이 거의 추상적 소재에서 나타나고 있다는 점이다.
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주제뉴스1.
http://www.donga.com/fbin/moeum?n=it$k_702&a=v&l=0&id=200401250187
‘원자들이 춤추는 고체물질’ 美유학 한국인이 발견
한국인 유학생이 물리학계의 오랜 숙원을 해결했다.
부산대 물리학과를 졸업하고 미국 펜실베이니아주립대에서 박사과정을 밟고 있는 김은성씨(33)는 ‘네이처’ 1월 15일자에 고체 상태에서 처음으로 보스-아인슈타인 응축 현상을 발견했다고 발표했다.
보스-아인슈타인 응축은 1924년 알베르트 아인슈타인과 인도의 물리학자인 사첸드라 내스 보스에 의해 처음 예견된 것으로, 원자들의 움직임이 극도로 제한되고 간격도 가까워지기 때문에 수많은 원자들이 하나의 집단처럼 행동하는 현상을 말한다.
기체와 액체에서는 이런 현상이 발견됐지만 고체에서 발견되기는 이번이 처음이다.
김씨는 모제스 찬 교수와 함께 헬륨-4(양성자와 중성자가 각각 두 개인 헬륨)를 유리그릇에 넣고 대기압의 62배인 고압상태에서 냉각시켜 고체 결정상태로 만들었다. 이때부터 유리그릇의 온도를 낮춰가며 회전시켰더니 0.175K(0K는 섭씨 영하 273도)인 극저온에서 갑자기 저항이 사라진 것처럼 잘 움직인다는 사실을 발견했다.
참고로 액체 헬륨을 2.176K까지 냉각시키면 보스-아인슈타인 응축 현상이 일어나는데, 점성이 사라져 가만히 있어도 컵의 물이 스스로 빠져나가는 초유체(superfluid)가 된다. 김씨의 논문에 따르면 0.175K에서 헬륨-4의 일부 원자들이 초유체처럼 다른 원자 사이를 아무 저항도 받지 않은 채 움직였고, 그 결과 유리 그릇의 질량이 줄어들어 움직임이 빨라진 것. 연구팀은 이번에 발견된 물질 상태를 초유체의 성질을 가진 고체란 의미로 초고체(supersolid)라고 이름 붙였다.
포항공대 물리학과 이성익 교수는 “보스-아인슈타인 응축 관련 연구는 모두 노벨상을 받을 만큼 주요 이슈였다”며 “이번 실험이 확증된다면 과학적 의미가 매우 크다”고 평가했다.
실제로 2001년과 2003년의 노벨물리학상은 기체와 액체에서 보스-아인슈타인 응축 현상을 밝혀낸 과학자에게 수여됐다.
이영완 동아사이언스기자 puset@donga.com
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관련뉴스1.
http://www.sciencenews.co.kr/scienews/section.asp?id=12298&level1=4&level2=과학기술계
뇌활동 초유동체 현상 ‘같다’
인공시각 개발 ‘열쇠’ 기대
뇌 기능 물리이론으로 설명
포항공대 김승환 교수팀
시각이나 청각 등이 관여하는 뉴런의 분포가 초전도체나 초유동체의 물리현상과 동일한 원리에 의해 결정된다는 사실이 국내 연구진에 의해 밝혀졌다. 이는 뇌의 기능에 대한 근본적 이해는 물론이고, 이를 이용해 인공시각을 연구하는데 중요한 단서를 제공한 것으로 평가받고 있다.
포항공대 물리학과 비선형 및 컴플렉스 시스템 연구실(국가지정연구실)의 김승환 교수팀은 포유류 뇌의 1차 시각 피질 지도에 대한 연구결과를 물리학 최고 저널인 ‘피지컬 리뷰 레터(Physical Review Letters)’ 새해 첫 호에 발표했다. 김교수에 따르면 동물의 시각 정보를 전달하는 과정에서 동일한 특성을 가지는 뉴런들의 분포도를 그린 ‘뇌 기능성 지도’의 패턴이, 초전도체나 초유동체에서 확인되는 물리패턴과 동일한 원리를 가지고 있는 것으로 나타났다.
뇌의 시각정보를 전달하는 뉴런들은 오른쪽 눈에서 수집된 정보를 선호하는 뉴런과 왼쪽 눈에서 수집하는 정보를 선호하는 것으로 나눌수 있는데(안우(眼優)성 기둥,ocular dominance column), 이들의 분포를 색으로 표현하면 마치 얼룩무늬와 같이 나타난다. 이와함께 이들 뉴런은 특정방향을 선호하는 성향을 가지며(방향성 기둥,orientation column), 이또한 뉴런의 분포가 특별한 모양을 띠는데 이를 뇌의 기능을 나타내는 ‘뇌 기능 지도’라고 한다.
특히 이 뇌기능 지도는 동물이 태어난 직후에는 발달하지 않다가, 빛의 반응을 받으면 서서히 발달해, 6일 후에 완전히 자리 잡는 것으로 알려졌다. 과학자들은 이들 뉴런 분포의 패턴이 어떤 원칙에 의해 결정되는 것으로 추측하고, 이를 밝히기 위해 주력해왔다.
이번에 김교수팀은 원숭이나 고양이 등 포유류에서 이들 기능성 뉴런의 분포 패턴이 초전도체나 초유동체에서 나타나는 패턴과 동일하다는 사실을 마침내 밝혔다. 김교수팀에 따르면 시각 피질의 안우성 기둥 뉴런이 왼쪽 또는 오른쪽 눈으로 부터만 시각정보를 받는 것이 전자와 같이 스핀을 가진 입자가 위 또는 아래 중 하나의 위상 상태를 가지고 있는 것과 수학적으로 동일하다는 것이다.
또 방향성 기둥의 경우 뉴런이 하나의 특이점을 중심으로 풍차(pinwheel) 모양으로 분포돼 있는 구조는 초전도체에서 나타나는 소용돌이(vortex) 구조와 같고, 불안정한 상태의 풍차 모양은 시간이 지남에 따라 없어진다는 것을 규명했다.
이에대해 김승환 교수는 “뇌지도 패턴 형성을 물리이론으로 설명할수 있게 됨에 따라, 인공시각 등의 개발에 이론적 기반을 마련할수 있을 것”이라면서 “동물간 차이가 생기는 원인만 밝혀낸다면, 외부 조건 변화로 새로운 기능을 부여할 수도 있을 것”이라고 말했다.
한편 연구팀은 앞으로 원숭이와 고양이 간에 뇌지도 패턴에 차이가 발생하는 원인을 규명해나갈 계획이다.
- 유지영기자 (jyryoo@sciencenews.co.kr, 2004-01-19)
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첨부자료1.
http://hepth.hanyang.ac.kr/~wwlee/link/phy_dic/p.html
phase transition(상전이)
기체, 액체, 또는 고체상인 물질을 주위에서 흔히 볼 수 있다. 대부분의 물질은 온도와(또는) 압력을 적절히 변화시킬 때 상변화가 일어난다. 고체상에서 액체상으로의 변화는 층밀기 세기의 불연속적 변화에 기인하고, 기체상으로의 변화는 밀도의 불연속적 변화에 기인한다. 또한, 물질의 다른 성질에서도 불연속적 변화가 일어나며, 이에따른 변화를 상전이라고 부른다. 기체상에서 플라즈마상으로의 전이는, 보통의 고체에서 초전도체로의 전이와 마찬가지로, 전기전도도의 급격한 변화 때문에 일어난다. 적당한 조건 밑에서 액체 헬륨은 모든 점성을 잃어버리고 초유체(superfluid)가 된다.
모든 상전이는 계의 성분들 사이에 작용하는 인력에 기인한다. 보기를 들어, 초전도체 내의 전자 및 초유체 내의 헬륨원자의 바닥상태와 들뜬상태 사이에 뚜렷한 간격이 생기는 것은 인력 때문이다. 또한, 플라즈마 내의 대전된 이온이 중성기체로 결합되는 원인, 기체가 액체와 고체로 응집되는 원인 및 액체가 다시 고체로 응결되는 원인들도 모두 인력 때문이다.
일반적으로 상전이는 세 개의 단계로 구분할 수 있다. 첫번째 단계는 온도, 압력, 응력(stress) 등 물리적 외부조건의 변화의 결과로 기인되는 과포화(supersaturation) 상태로의 발전이다. 두번째 단계는 이러한 과포화상태 내에서 새로운 상태인 핵(nucleus)의 형성이다. 그리고 이 핵은 새로운 상태의 모체(embryo)라 할 수 있다. 세번째의 단계는 이러한 새로운 상태의 핵이 거시적인 형태로 커나가는 과정이라 할 수 있다.
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#1.시각 정보를 전달하는 과정에서 동일한 특성을 가지는 뉴런들의 분포도를 그린 ‘뇌 기능성 지도’의 패턴이, 초전도체나 초유동체에서 확인되는 물리패턴과 동일한 원리를 가지고 있는 것으로 나타났다.
#2.참고로 액체 헬륨을 2.176K까지 냉각시키면 보스-아인슈타인 응축 현상이 일어나는데, 점성이 사라져 가만히 있어도 컵의 물이 스스로 빠져나가는 초유체(superfluid)가 된다.
뇌기능 지도는 포유류의 경우에 성장하면서 빛을 받으면서 이들 기능성 뉴런의 분포 패턴이 초전도체나 초유동체에서 나타나는 패턴과 동일하다는 사실을 밝혔다고 한다. 초유체는 액체가 얼음과 증기로 변화 될수 있는 물질의 상태변화(상전이,phase transition)의 일종으로 보고 있다.
공상과학영화에서 문뜩 본, 컵의 물이 스스로 빠져나가는 놀라운 현상이 바로 초유체이다. 그런데 초고체는 물체가 컵에서 슬그머니 빠져나가는 유체이탈과 같은 것이다. 엄밀히 보면 과학적으로는 물체이탈이다. 그 상태는 분명 상온이 아니다. 김씨의 논문에 따르면 0.175K(0K는 섭씨 영하 273도)인 극저온에서 헬륨-4의 일부 원자들이 초유체처럼 다른 원자 사이를 아무 저항도 받지 않은 채 움직였고, 그 결과 유리 그릇의 질량이 줄어들어 움직임이 빨라진 것.
초고체의 '발견의 의미'가 주는 예상자료들은 너무도 충격적이다.
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이런 아이템은 우주공간의 극저온 상태에서의 물체의 이동을 분자.원자의 재조립 개념으로 발전 시킬 수 있는 중요한 초고체 현상이다. 물체를 초고체화 하여 전자기파 혹은 레이져 등으로 이동 시키는 일이 가능하다면 우주선 따위도 필요없이 화성(Mars)에 몇초이내로 도달할 수 있을 것이다.
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이제 공상과학 영화에서 나오는 스크린에서 순간이동을 하는 물체나 인간들의 모습들을 보게 될 날도 멀잖네. 음. 초고체 물질상태의 발견은 인류의 새로운 문명시대를 낳게 하는 일이다. 노벨상 천여개 줘도 안 아깝지.
http://www.rathinker.co.kr/paranormal/esp/obe1.htm
유체이탈은 생각보다 많은 사람들이 경험하는 현상입니다. 사실 유체이탈이라는 단어는 영혼을 믿는 사람들이 쓰는 말이고 보통은 OBE (Out of the Body Experience)라고 합니다. 하지만 일단 널리 알려진 단어인 유체이탈이라고 한다.
한국인 김씨의 연구는 동양적 유체이탈에서 아이디어를 만들고 남다른 미스테리에 대한 호기심으로 집착한 끝에 과학적인 '물체이탈=초고체현상'을 발견한 결정적 계기가 아니였나 추측된다.
물론 본인만히 고백할 일이지만, 추측컨데 서른셋에 물질에 대한 신비감은 한국인의 비과학적인 정서(귀신,무당,구천을 떠도는 영혼 따위)에 영향을 받았을 것이여. 시체는 역시 차갑고 0.175K(0K는 섭씨 영하 273도)인 극저온으로 냉동되어야 몸이 관에서 빠져나가는 수도 있을겨. 우연찮게 뇌의 지도를 그리는 뉴런의 분포가 마치 초유체처럼 물리이론으로 설명할수 있게 되었다고 한다. 뇌의 유체패턴은 비과학적인 용어로 유체이탈이다. 유체(幽體)가 육체에서 떠나서 여행하는 현상인 유체 이탈(幽體離脫)현상이라 한다. 종교적 혹은 신비주의적으로 인간의 주검은 육체가 유체(幽體)로 변한다고 믿는 썰이다. 과학의 신비를 탐구하는 과학자들도 부인도 시인도 하지 못하는 부분이다.
http://www.bandibook.com/search/mem_view.php?mem_id=leolo102
도서명 : 링크
저자소개/역자소개
저자 소개 : A.L.바라바시
21세기 신개념 과학인 복잡계 네트워크 이론의 창시자이자 세계적 권위자이다.
책소개: 강병남외.
몇 달 전인가 TV의 한 연예 오락 프로그램에서 무작위로 선택된 한 사람과 모 연예인이 몇 단계 만에 서로 알 수 있는가를 추적한 적이 있었다. 놀랍게도 여섯번인지 일곱번 만에 두 사람은 서로 연관된 관계가 되었다. 그때만 해도 단지 기발한 아이디어를 소재로 했구나 싶었는데 그게 엄연히 과학의 한 방면으로 연구되고 있다는 것을 이 책을 읽기 전에는 알지 못했었다.
척도없는 네트워크 이론은 대부분의 네트워크에 존재하는 치열한 경쟁상황과 후발주자의 선두 진입 가능성을 설명하기위해서 각 노드들의 불평등성을 인정하며, 보즈-아인슈타인 응축과 같은 과학이론을 도입하여 컴퓨터 운영체제 시장에서 86%를 점유하고 있는 마이크로 소프트의 독식을 매끄럽게 설명해주고 있다.
기업 이윤의 80%는 종업원 중 20%로부터 나오며, 범죄의 80%는 범죄자 중 20%에 의해 저질러지며, 세계 경제의 부의 80%는 단지 20%의 사람들 차지라는 등의 80/20의 법칙과 부익부 빈익빈 현상까지 모두 설명해 주는 척도 없는 네트워크 이론은 가히 신은 주사위 놀이를 하지 않는다는 말이 맞을 수도 있겠다는 생각이 든다. 우리가 원하는, 모든 사람들이 평등하고 비슷하게 행복해 질 수 있는 사회 구조는 한낱 고속도로 지도와 같은 단순한 네트워에나 적합하다고 한다. 자연계의 좀더 복잡하고 지능적인 네트워크는 거의 모두 척도없는 네트워크 이론을 따른다.
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보스-아인슈타인 응축과 같은 과학이론이 인간허브의 네트워크 연구에도 이용되고 있다는 것은 결코 낯설지 않다. 그 이론은 원자들의 움직임이 극도로 제한되고 간격도 가까워지기 때문에 수많은 원자들이 하나의 집단처럼 행동하는 현상을 말한다. 박쥐떼가 하나의 형태처럼 나르는 모습이나 조직사회에서 보스의 명령에 의한 움직임이 곧 하나의 집단처럼 보이는 특색들은 모두가 물리현상을 닮은 것이다.
한많은 인생이 삶의 번뇌를 벗고 드디어 임종의 순간, 육체의 모든 원자가 뇌 지도로 응축되는 순간, 눈에서 들어오는 모든 빛은 사라지고 유체 이탈(幽體離脫)현상이 물리학적으로 일어날 수도 있는게야. 그것이 혹 '척도없는 네트워크 이론'으로 생사의 판도라 상자를 열게 할찌도 모른다.
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