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| 작성자 : 이정구 작성자ID : jk0620 조회 : 29 추천 : 2 |
작성일 : 2004-01-29
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물과 기름이 섞이는 실험이 있었다/물질의 에너지와 질량도 섞인 게 아닐까 |
아무튼 물과 기름이 섞이는 실험이 있었다. 에너지와 질량은 전혀 관련이 없어 보이기 때문인데 물과 기름이 혼합되듯 '에너지=질량' 이라니 말이 안된다. 허나 아니랍신다.
그 물은 산소 질소 등과 같은 주된 가스를 제거하므로써 이뤄워 졌다고 한다. 호주 국립대학의 화학과 리챠드 파쉬레이 교수팀은 물에서 가스를 제거해냄으로써 물과 기름이 섞일 수 있는 가능성을 발견했다고 밝혔다.
그리고 물 속에 두 방울의 기름을 떨어뜨렸을 때 기름 사이에 서로를 끌어당기는 ‘장거리 인력’이 생기는 현상을 목격했다고 한다. 그들은 이를두고 상업적 응용을 가져올 수 있는 흥미로운 발견이라 자평하기도 했다.
파쉬레이 교수팀의 실험에 의의는 본질적으로 섞이지 않는 물질에 대한 혼합의 조건의 제시를 던진 것이다. 물과 기름의 대응식에서 물과 불의 대응식을 도입할 수도 있다는겨. 그뿐인가. 순간과 영원의 대응식에서 혼합된 시공간을 보는 것이 전혀 불가능한가. 아닐 것이다. 어느 쪽이든 한곳에서 가스를 제거하듯 뭔가를 제거하거나 공백화.진공화.zero화 시킨다면 상극된 물질이나 개념도 일반적으로 혼합시킬 수 있는 게 아닐까. 아인쉬타인의 E=mc^2에서 에너지와 질량은 '같은 값?' 이라는 것도 알고보면 E와 m이 '혼합된 개념?'은 아닐까.
나의 예상이 맞다면 파쉬레이 교수팀의 실험으로 광자의 에너지와 질량이 혼합되는 또다른 실험을 고려할 수 있다. 광자의 에너지에서 뭔가(힉스인지 초끈입자)모를 것이 제거되므로써 아인쉬타인의 에너지등가원리(E=mc^2)를 증명할 것 같다. 여기서 광자의 속도는 별개의 의미로써 모세관 현상은 물 속에 두 방울의 기름을 떨어뜨렸을 때 기름(질량) 사이에 서로를 끌어당기는 ‘장거리 인력’이 생긴다는 것과 같은 역할을 하는 것으로 추측된다.
물론 아마츄어 과학자(본인)의 예언(썰)이다. 소설을 쓴다고 해도 탓하지 않겠다. 생각이란 누구에게나 자유이며 그 생각이 진리를 찾고자 과학적 근거를 바탕으로 했느냐 않느냐에 차이일 뿐이다. 나는 언제가 물과 불이 혼합되는것 또한 보게 될 것 같다. 진짜 '황당! ' 일겨.
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뉴스자료1.
http://www.sciencenews.co.kr/scienews/section.asp?id=12277&level1=4&level2=해외과학
물과 기름이 섞인다?
호주 연구팀, 물에서 산소 등 제거
기름방울 간 ‘장거리 인력’ 생겨
흔히 섞이지 않고 겉도는 사이를 표현할 때 곧잘 인용되는 ‘물과 기름’에 대한 사용이 바뀌어야 할 것으로 보인다. ‘물과 기름이 섞일 수 있다’는 연구결과가 나왔기 때문이다.
호주 국립대학의 화학과 리챠드 파쉬레이 교수팀은 물에서 가스를 제거해냄으로써 물과 기름이 섞일 수 있는 가능성을 발견했다고 밝혔다.
파쉬레이 교수팀은 먼저 물에서 산소 질소 등과 같은 주된 가스를 제거했다. 이 가스들이 제거되고 나면 물과 기름이 자발적으로 섞여 오랫동안 그 상태가 유지된다는 것. 즉 물 속에 두 방울의 기름을 떨어뜨렸을 때 기름 사이에 서로를 끌어당기는 ‘장거리 인력’이 생긴다는 것의 그의 설명이다.
사실 물에서 가스를 제거하는 시도가 이번에 처음으로 이뤄진 것은 아니다. 물에서 산소를 제거하는 작업은 이미 산업계에서는 부식 방지를 목적으로 사용돼온 것으로 알려졌다. 그러나 이러한 발견이 이뤄지기 전까지는 세정제를 첨가했을 때만 물과 기름이 섞일 수 있는 것으로 알려져 왔다.
특히 이번 발견은 향수제를 녹이기 위해 사용되는 세정제에 알레르기 반응을 보이는 일부 사용자 때문에 고민하는 미국의 향료 제조업체들도 관심을 보이고 있는 것으로 전해지고 있다.
파쉬레이 교수는 “이는 파생되는 많은 결과들이 계속 풀려가고 있으며 수많은 상업적 응용을 가져올 수 있는 흥미로운 발견”이라며 “그러나 물과 기름이 섞이지 않는다는 것은 여전한 진실”이라고 전제했다.
- 이연정기자 ( yjlee@sciencenews.co.kr, 2004-01-18)
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물과 불은 상극이라면 물과 기름은 뭐라고들 하던가. 인터넷에 검색된 자료에서 보면 얼음은 물과 기름의 경계 지점에 뜬다. 왜냐하면 얼음의 밀도(0.9)는 물(1)보다 작고 기름(0.8)보다 크기 때문이라 한다. 물과 기름의 성질을 이해하기 위해서는 모세관 현상과 표면장력을 이해햐 할 것이다.
관련자료1.
http://kr.ks.yahoo.com/service/question_detail.php?queId=516260
모세관현상 毛細管現象 (capillary phenomenon)
액체 속에 모세관을 넣었을 때, 관내의 액면이 외부의 자유표면보다 높거나 낮아지는 현상.
모관현상이라고도 한다. 액체의 응집력과 관과 액체 사이의 부착력의 차에 따라 액면은 오목하거나 볼록해진다. 오목해진 것은 부착력이 더 강한 경우이고, 볼록해지는 것은 응집력이 강하기 때문이다. 이러한 현상은 자주 볼 수 있는 자연현상의 하나로서, 흡수지나 천에 물이 저절로 스며드는 까닭도 흡수지나 천의 섬유가 모세관 구실을 하여 물을 빨아올리기 때문이다. 식물의 뿌리에서 흡수된 수분이나 양분이 식물체 전체에 퍼지는 것도 역시 이 현상에 의한다.
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표면장력 表面張力 (surface tension 액체의 자유표면(自由表面)에서 표면을 작게 하려고 작용하는 장력) 세기는 액면에 가정한 단위길이의 선의 양쪽에 작용하는 장력에 의해 표시된다.
그 값은 액체의 종류에 따라 결정되는 상수이지만, 온도에 따라서도 변한다. 예를 들면 수은의 표면장력은 487(15 ℃), 물은 72.75(20 ℃), 알코올은 22.3(20 ℃)로 물질에 따라 상당한 차가 있으며, 그 값은 온도가 올라감에 따라 감소한다. 또 어떤 종류의 물질을 액체에 녹이면, 그 액체의 표면장력을 감소시키는 작용이 있다. 물에 대한 비누 등은 그 대표적 예이며, 이런 종류의 물질을 표면활성물질(表面活性物質)이라고 한다.
표면장력이 생기는 것은 액체의 분자간 인력의 균형이 액면 부근에서 깨지고, 액면 부근의 분자가 액체 속의 분자보다 위치에너지가 크고, 이 때문에 액체가 전체로서 표면적에 비례한 에너지(표면 에너지)를 가지기 때문이며, 이것을 될 수 있는 대로 작게 하려고 하는 작용이 표면장력으로 나타난다. 따라서 표면장력은 단순히 액체의 자유표면뿐만 아니라 섞이지 않는 액체의 경계면, 고체와 기체, 고체와 고체의 접촉면 등, 대체로 표면의 변화에 대한 에너지가 존재할 때 생기는 현상이다. 이 때문에 표면장력 대신 계면장력(界面張力)이라고도 한다.
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파쉬레이 교수팀의 물과 기름의 혼합실험에서 물에 포함된 질소와 산소를 제거하므로써 섞이는 가능성에 대한 발견으로 의미를 두었다. 섞이지 않는 물과 기름의 액체의 경계면에 표면장력이 작용하는 것을 미적분화 하듯 최소화 했으리라. 경계면(계면)을 적게 하므로써 마치 섞이는듯한 상태처럼 보인 것이란다. 일종에 물리적 변화가 궁극적으로 화학적변화와 같은 상태를 의미한다.
이현상은 일반적으로 식물이 기름진 영양분을 뿌리에서 줄기로 모세관 현상을 이르키며 기름끼진 흙 속에 양분을 물속에 불포화 상태로 스며 들어가 물의 이동 경로에 따라 잎사귀 까지 이동하게 될 것이다. 이때, 기름진 영양분이 물속에 스며 들어간 이유가 물에 질소와 산소가 제거된 이유일까. 그리하여 표면장력을 작게하고 물과 기름이 모세관 현상에서 부착력이 더 강하게 만들었을까. 꺼꾸로 해석하여, 식물의 줄기에 나타난 물 오름의 모세관 현상에서 기름진 영양분을 운반하는 결정적 작용의 원리가 물에 질소와 산소가 제거된 매커니즘 때문은 아닐까. 식물학적 견해가 궁금타.
나의 예상이 맞다면 다음과 같은 중요한 실험을 간단히 해볼 수 있다.
물론 약간의 비과학적(소설적) 상상력을 좀 동원 했다. 미국의 박사급에게 지원하는 많은 자료와 실험기기와 시간과 자본이 있다면 본인이 직접 증명하고 싶은 심정이다.
유리 실린더 하나를 준비하고 물과 기름이 섞일 수 있는 가능성이 있는 '파쉬레이 물(가스가 제거된 물)에 수직이든 비스듬히든 세워본다. 그리고 기름의 종류를 수천만가지를 달리하면서 물오름이 있는가를 면밀히 조사하며 데이터베이스화 한다.
이 실험의 목적은 뿌리가 없는 식물을 만드는 일이고 모세관 현상의 물오름으로 다양한 유성(기름)을 옮길 수 있는가에 있다. 좀더 생각을 서로다른 극성 물질의 대응실험으로 옮길 수도 있으리라.
예를들어, 아인쉬타인의 E=mc^2에서 에너지와 질량은 등가식의 경우는 c(빛의 속도)가 모세관 현상을 이르킨게 아닌가 싶다.
#1.물 속에 두 방울의 기름을 떨어뜨렸을 때 기름 사이에 서로를 끌어당기는 ‘장거리 인력’이 생긴다.
두 기름은 두개의 광자의 질량이며 장거리인력(중력)이 작용한다. 그 인력은 빛의 속도를 만들었다. 고로 중력의 속도는 광자의 속도와 같게 된다.
빛의 속도(광자의 속도)에서 광자의 힘의 에너지는 물질(소립자)을 가두고 움직이는 것이다.
물론 그 전제조건은 '파쉬레이 혼합현상' 하에서 일어난다. 광자의 에너지 조건하에서 광자(질량)이 속도을 가지는 모세관 현상이 나타날 것이다. 이 때에 에너지의 응집력은 광자의 속도(부착력)보다 낮은 상태이고 광자의 질량과 표면장력이 zero보다 높은 수치에서 질량보다 밀도가 크다고 보여진다. 중요한 것은 광자의 에너지에서, 물에서 가스가 제거되듯 뭔가 초끈이든, 힉스입자이든 광자의 에너지에서 제거되면 광자의 질량과 혼합되었을 것이란 점이다. 믿거나말거나 말이다.
E=mc^2 에서 E와 m은 서로 한쪽이 변화되어 생겨난 화학적 변환값이다. 에너지가 질량이 되었고 질량이 에너지로 변한 것이다. 그런데 물은 혼합되었고 어느 것이 한쪽 성질마져 사라진 것이 아니다. 물리적인 합성 같은 것이다. 과연 E와 m은 어떻게 동일성을 지녔을까. 포함관계로 합성된 어느 한쪽을 잠재적으로 나타내어지는 표현은 아닐까. 나의 상식이 헷갈리기 시작한다.
이제 에너지와 질량에 대하여 기본성질로 뭔 관계가 있는 논의해보자.
어떤 물체의 질량이 움직이려면 에너지가 필요하다. 그 물체의 질량이 무거울수록 에너지를 더 많이 필요하다. 고로 어떤 물체의 [질량의 움직임]은 [에너지]와 언제나 밀접한 관계가 돼 있다. 질량은 언제나 [운동하는 질량]을 의미할 때 에너지와 관계를 맺는 것이다. 움직이지 않는 물체의 질량은 에너지를 필요로 하지 않는다.
그런데 움직이지 않아도 에너지를 발생할 수는 있다. 바로 위치에너지이다. 물체가 각자의 위치에 따라 잠재적으로 가지고 있는 에너지이다. 퍼텐셜에너지라고도 한다. 잠재적이라는 의미를 가진 퍼텐셜은 운동의 힘으로 나타나는 운동에너지에 대응한다. 물체를 공중의 어느 위치에 놓으면 중력에 의하여 바로 떨어진다. 물체의 질량이 무거울수록 위치에너지는 증가한다.
그런데 위치에너지의 크기를 어떻게 정할까.
위치에너지는 물체에 잠재적으로 저장되어 있는 에너지이며, 그 크기는 물체를 그 상태로 만들기 위해서 외부로부터 가해야 할 일의 크기로 측정한다. 예를 들면, 질량 m인 물체를 높이 h만큼 밀어올리는 데는 중력에 거슬러서 mgh(g는 중력가속도)의 일이 필요하다. 따라서,높이 h에 있는 질량 m인 물체의 위치에너지는 mgh가 된다.
위치에너지를 유심히 보면 시간이 경과함에 따라서 속도가 증가한다. 이를 가속도라 한다. 가속도의 단위로는 거리를 시간으로 나눈 것, 즉 m/s^2을 사용된다. 1m/s^2은 1초 동안에 1m/s의 비율로 속도의 크기가 변하는 것을 뜻한다. 중력의 작용으로 낙하하는 물체는 매초 9.8m씩 속도가 증가하므로 중력에 의한 가속도는 매초 9.8m가 된다. 9.8m/매초^2 이다.
여기서 속도와 가속도는 다른 형태이다. 점점더 속도가 빠른 것은 가속도가 속도와 같은 방향이지만
저점더 속도가 느려지는 것은 가속도가 속도와 반대되는 개념이다. 고로 가속도의 방향이 수시로 바뀌면 앞으로 움직이는 물체가 빠르기도하고 느리기도 하며 앞으로 간다는 뜻이다.
정리하면, 어떤 물체의 [질량의 움직임=운동에너지]은 위치에너지와 속도와도 관련이 있다. 무거운 물체의 질량은 잠재된 위치에너지를 가지며 떨어지는 속도가 붙어지면서 운동 에너지으로 변한다. 고로 물체의 질량은 곧 위치에너지를 지니며 그 위치는 운동 에너지로 나타내어지는 위치에너지와 같은 에너지의 값이다. 여기에 질량,에너지,속도의 삼각관계식으로 표현할 수 있는 것이 물체(물질)이다.
E=mc^2의 관계식을 보면, 질량이 움직일수 있는 최대위치는 빛의 속도에 도달한 곳을 의미한다. 그곳은 질량이 도달한 위치점이자 위치에너지이다. 빛의 속도로 도달한 질량의 위치는 위치에너지이자 운동에너지인 셈이다. 질량은 빛의 속도로 움직일 때 비로서 최대의 위치에너지으로 변함과 동시에 운동에너지를 갖는다. 그런데 물질의 질량은 우주에 수없이 많고 언제나 위치를 지니고 있으니, 모든 질량은 어디서 와서 얼마를 지냈는지 모르지만 빛의 속도로 도달한 위치에너지를 가진 존재인 셈이다. 말인즉 [질량=에너지]이다. 단 빛의 가속도 c^2에 의해서 이다.
관련자료2.
http://stewardess.inhatc.ac.kr/data/gen-data/e=mc2-1.htm
패러데이가 발견한 에너지 보존의 법칙, 라브아지에의 질량 보존의 법칙은 균형 잡힌 웅장한 두 개의 성채였지만, 이를 결합시키며 과학사의 물줄기를 잡아챈 이가 아인슈타인이었다. 그에 의해 에너지와 질량 보존의 법칙은 무너졌다. 그 밑에는 한 단계 더 깊은 연관성이 있었던 것, 즉 에너지와 질량의 합이 일정했던 것이다. 이 발견은 이 두 가문과 전혀 무관했던 빛의 속도에 대한 탐구에서 이뤄졌다. 아인슈타인의 1905년도 논문이 나온지 30년 뒤 독일 여성 과학자 리제 마이트너가 원자의 세계를 열었을 때야 이 공식의 진정한 위력이 알려졌다. '질량이 속도의 터널을 지나면 엄청난 에너지로 전환된다'는 발견이었다.
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관련자료3.
Source : http://ipcp.edunet4u.net/~teacher20/5-14.htm
E=mc2은 아인슈타인(Albert Einstein)이 4차원 시공간에서의 운동을 기술해내기 위한 방정식을 정리하는 가운데 탄생시킨 유명한 식입니다. 이식은 그 이전까지 잘 연결되지 못했던 에너지의 개념과 물질이 지니는 질량사이의 관계를 해명해냈습니다. 이 식이 나오기 전까지는 에너지의 개념은 혼동이 많았으며, 더욱이 질량과 에너지가 서로 연결될 수 있다는 관념을 발전시키거나 해명해내기가 단단하지가 않았던 것입니다. 그러나 E=mc^2의 식에 의해 질량과 에너지가 완전히 등가라는 것이 밝혀졌습니다. 즉 에너지와 질량은 하나의 식으로 표현될 수 잇다는 것이지요. 광속 C는 3×10^8m/sec의 값을 갖습니다. 이때 어떤 물체가 1kg의 질량을 갖는다면 이 물체는 바로 E=mc^2이므로 1kg×(3×10^8m/sec)2=9×10^16kg·m^2/sec^2이라는 어마어마한 에너지를 갖게 된다는 이야기가 성립하게 되지요. 이 방정식의 원리가 원자탄의 개발에 기초가 됐다는 사실은 널리 알려져 있습니다.
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관련자료4.
http://nsphys.chungnam.ac.kr/demo/GeneralPhysics/NaturalSciences/week09.html
두 가지 기본 공리:
1.모든 물리 법칙은 (관성계에 있는) 누가 기술하더라도 같은 형식이다. (수학적 모양이 같다.)
2.빛의 속력은 누가 관찰해도 같은 값이다.
c = 2.99792458 x 10^8 m/s (이 값은 오차 없는 정확한 값이다.)
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광자의 에너지와 질량도 섞일겨. 그렇지 않다면 아인쉬타인의 에너지질량등가 원리가 도무지 이해되지 않는다. 물론 나의 아마추어(상식) 탓이다. 그 상식으로 지금 E=mc^2을 이해하려 한다. 에너지와 질량이 동일시 되는 이유에 대하여 물과 기름의 '파쉬레이 혼합 가능성' 현상이 시사하는 바는 매우 크다.
#2.파쉬레이 교수팀은 먼저 물에서 산소 질소 등과 같은 주된 가스를 제거했다. 이 가스들이 제거되고 나면 물과 기름이 자발적으로 섞여 오랫동안 그 상태가 유지된다는 것. 즉 물 속에 두 방울의 기름을 떨어뜨렸을 때 기름 사이에 서로를 끌어당기는 ‘장거리 인력’이 생긴다는 것의 그의 설명이다.
고로 광자(photon)의 에너지는 물과 같아서 광자내부에 뭔가(x)를 제거되어 질량을 흡수하게 되었고 반대로 질량은 질량의 내부에 뭔가(y)가 제거 되어 에너지가 되는 물질계 시공간을 만든게 아닌가 싶다. 우주의 시공간은 빅뱅이후 현제의 우주공간을 지니기 까지 계속 반응하여 물질의 에너지와 질량이 자발적으로 섞여 오랫동안 그 상태가 유지된다는 것일 수 있다.
바로 이런 현상을 가능케 한 것이 빛의 속도일 것이라 본다.
고로 이런 시공간에 두개의 기름방울(질량)의 거리 사이에는 장거리 인력이 작용하며 그것을 중력 혹은 빛의 속도를 만들어낸 게 아닌가 싶다. (완전히 소설 쓰는군)
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