빅버프 vs. 빅뱅
독자의 질문: 화이트홀이 정말로 존재하나요? 천문학자들이 이를 실제로 관찰한 적이 있나요?
아니오. 실제로 화이트홀을 목격한 과학자는 없습니다. 그러나 블랙홀의 반대 극인 화이트홀의 존재를 믿고 있는 사람들은 많습니다. 실제로 데이비스 캘리포니아 대학의 블레이크 템플과 미시건 대학의 조엘 스몰러라는 수학자는 화이트홀에서 우주가 생성되었을 것으로 보고 있습니다.
알버트 아인스타인의 일반 상대성 이론에서는 만약 질량이 아주 작은 부피로 줄어든다면, 중력이 너무나 커져서 빛이나 물질이 전혀 빠져나올 수 없게 되고 그 결과 블랙홀이 생성된다 말하고 있습니다.
하지만 아이스타인 부등식에는 시간이 흘러가는 방식(way)을 고려하지 않았다는 함정이 존재합니다.
따라서 만약 시간의 화살을 거꾸로 돌린다면(flip around), 블랙홀은 그 반대가 됩니다. 물질과 빛이 밖으로만 넘쳐 나오는 지점이 되는 것이지요. “블랙홀은 모든 것이 들어가기만 하고 아무것도 나오지 않습니다.” 스몰러의 설명이다. “화이트홀에 대해 말하자면, 모든 것이 나오기만 하고 아무것도 들어가지 않는 곳이지요.”
스몰러와 템플은 우주의 모든 물질이 애초에 선재(先在)해 있던 공간 내 화이트홀 속에 갇혀있었다고 주장하고 있습니다. 화이트홀 내부의 충격파 폭발이 외부로 확장되면서 우리가 사는 지금의 우주를 만들어 냈다는 것이지요.
이들이 내세우는 모델은 유한한 우주로서, 현재 받아들여지고 있는 이론과는 상반된 것이나, 일부에서 예기치 않은 주목을 끌었습니다.
창조 과학자들도 이와 비슷한 개념을 주장하는 것으로 알려져 있으나 스몰러는 이것이 말도 안 되는 소리라고 일축합니다. 예를 들어 스몰러는 그러한 창조 이론은 전혀 수학적이지 않다다고 지적합니다.
자기학
건전지와 충전지의 차이점은 무엇인가요
1차 전지는 망간전지, 알카라인전지, 리튬전지, 수은전지 등을 말합니다. 일반(1차)전지가 충전 못하는 이유는 전지의 외부에서 두 극(極)을 도선으로 연결하면 전류는 전위가 높은 양극(陽極)에서 도선을 통하여 음극으로 흐르는데 도선에 꼬마전구 등을 연결하면 불이 켜집니다.
이것은 꼬마전구에 건전지가 전기에너지를 공급하기 때문이며, 이것을 건전지가 방전하고 있는 것입니다. 건전지는 1차 전지이며, 한 번 방전한 것에 다른 전원에서 직류를 통해도 충전이 되지 않아 원래의 상태로 돌아가는 일은 없습니다.
충전지인 2차 전지로 가장 많이 사용되는 것은 납축전지입니다. 이것은 양극에 과산화납, 음극에 해면상(海綿狀)으로 만든 납, 전해액에는 비중 1.2∼1.3의 황산을 넣은 것이며, 기전력은 약 2.1 V, 방전시의 전압은 처음에는 약 2.0 V, 방전최종시에는 약 1.8 V가 됩니다.
방전을 계속하면 양극이나 음극이 모두 황산납으로 이행(移行)하고, 충전하면 원래의 상태로 되돌아갑니다. 충전·방전의 횟수는 수백 회에서 1,000회 이상도 가능합니다. 방전 후에 즉시 충전시키지 않으면 전지의 수명이 짧아집니다.
생활과학
양궁의 활이 포물선을 그리는 이유는?
활이 직선으로 날아가지 않는것은 중력 때문입니다. 중력이 있기 때문에 직선으로 날리면 점점 아래로 활이 내려가서 과녁에 맞추질 못하죠.
그래서 포물선으로 중력을 이용해서 과녁에 맞추는 겁니다.
자연과학
괴상한 아이디어의 장점
논쟁을 몰고 다니는 동시에 존경받는 인물이었던 코넬 대학교의 천문학자 토마스 골드가 84세의 나이로 사망했다. 골드는 전문적인 반대론자로 극단적인 아이디어의 제시에 일가견이 있었다. 1946년 그가 개발한 개편 청각 이론을 포함한 일부 이론은 후에 사실로 증명되었지만 우주는 확장하고 있지 않으며 시초도 없었다는 주장 같은 여러 의견들은 별다른 성공을 거두지는 못했다.
또한 작년, 그는 솔라세일(태양에서 나온 광자들이 미러세일(mirror sail)을 쫓아내 우주선을 추진시킨다는 아이디어를 기초로 한다)이 절대로 실현되지 않을 것이라고 발표했다. 대부분의 물리학자들이 그의 이 같은 분석에 대해 고개를 가로저었지만 골드는 비판에 굴복하는 타입이 아니었다. 불명확한 과학 지대를 향해 도전했던 그의 주장을 몇 가지 아래에 모아보았다.
달 먼지 층 : 1955년 골드는 달의 표면이 미세한 암석 가루층으로 두껍게 덮여있다고 주장하며, 우주인과 달 탐사선이 달 표면에 착륙하면 푹 꺼져 가라앉을 것이라고 경고함으로써 논쟁을 일으켰다. 많은 사람들이 이 생각에 코웃음을 쳤지만 아폴로 11호가 채취한 샘플을 통해 달 표면이 실제로 먼지 층으로 덮여있다는 사실이 확인되었다. 물론 먼지층의 두께는 그가 예상한 것보다 훨씬 얇은 몇 센티미터에 불과했지만 그가 옳았음이 증명되었던 것. 펄서(맥동전파원)의 신비를 벗기다 : 1967년 골드는 펄사(규칙적으로 전파를 방출하는 천체의 한 종류로 전자기 복사를 맥동시키는 근원으로 간주되는 물체) 가 실제로 급속하게 회전하는 중성자별이라고 주장했다. 처음 학자들은 이 이론을 받아들일 수 없다고 판단, 회의에서 골드가 이 이론을 옹호하지 못하도록 막았다. 그러나 다음해 크랩 네불라(Crab Nebular)에서 펄사가 발견됨으로써 그가 옳았음이 증명되었다. 이후 지금까지 골드가 정의 내린 개념이 사용되고 있다.
풍부한 석유 : 골드의 가장 최근 반대 이론중 하나는 석유와 천연가스 자원이 감소하고 있다는 것은 잘못된 것이며 실제로는 어마어마한 량의 연료가 지구 아래 잠재되어 있다는 주장이다.
그는 석유와 석탄이 고대 지구상에 살던 동물의 퇴적 유기물로 의해 생성된 것이 아니며 지구 지각 표면 밑에 수십억 년 동안 깊게 파묻혀 있던 원시시대의 탄화수소가 계속해서 분출해 생산되는 것이 석유라는 주장이다. 대부분의 석유화학자들은 이번에는 골드의 의견이 너무 지나치다고 보고 있다.
균학
보핀의 재탄생
모든 위대한 발명의 뒤에는 보핀이 있었다. 보핀이란 안경 쓴 멍청이를 의미하는 영국 구어에서 비롯된 단어로 사람사이의 교제보다 매뉴얼을, 몸치장보다는 위대한 사고를 선호하는 비사회적인 지식인을 뜻한다. “브리티시 보핀의 은밀한 귀환”의 저자 프랜시스 스퍼포드는 “보핀의 최대 목표는 창조이다.” 라고 설명하면서 “보핀은 일생을 세상의 사물들과 씨름하며 보내는 것에 만족합니다.”라고 했다.
보핀은 전 세계적으로 찾아볼 수 있다. 그러나 진정한 보핀은 아마도 영국인일 것이라고 스퍼포드는 말한다. 보핀이란 말은 2차 세계대전기간에 나타난 신조어로 보통 육군 과학자들을 지칭했는데 은밀히 폭탄, 레이더, 비행기 제작을 한다는 의미에서 ‘백룸 보이(backroom boys: 비밀 연구소에서 일하는 사람들)’이라고도 했다. 토마스 에디슨, 벤자민 프랭클린 같은 미국의 지식인들과는 달리 영국의 보핀들에게서는 보통 거의 기업가적인 정신은 찾아볼 수 없으며 자신의 아이디어를 일상생활과 연결시키는 수단이 부족하여 주로 정부 프로젝트에 참가하게 되는 경향이 높다.
그러나 물질적 풍요에 대한 수도승적 경멸에도 불구하고, 1942년 반스 윌리엄이 발명한 댐 폭파 바운싱 폭탄처럼 매우 인상적인 업적을 이룩하는 경우도 있다. R.J 미첼이라는 매우 겸손한 영국 과학자가 제작한 전설적인 스핏파이어 전투 제트기는 나찌군을 격파하는데 결정적인 역할을 하였다.
월리스와 미첼은 모두 내향적이며 명석하나 사회적으로 부적응자라는 점에서 표준적인 보핀 과학자이다. 그러나 최근에는 좀더 사회적인 부류들이 등장하기 시작했다. 덥수룩한 헤어스타일의 괴짜 콜린 필린저가 바로 그런 경우로 그는 지난 12월 화성 근처에서 사라진 비글2 화성 착륙선의 개발자이다.
1997년 필린저는 완전 제작된 행성 착륙선이 화성 위성 마르스 익스프레스와 함께 짝을 이루도록 유럽우주기구(ESA)를 설득시켰다. 그는 6년간에 걸쳐 이 탐사용 로켓을 제작했으며 우주 탐사에 무관심했던 대중과 정부에 판매하기 위해 보핀형 과학자의 전통을 깨고 스스로 외향적인 자금모집가로 변신했다. 토크쇼에 출연한 그는 탈주범처럼 보이는 구렛나루와 지저분한 옷을 개성으로 일반인들의 관심을 끌었다.
또한 팝아티스트 대미언 피스트를 후원해 비글 2에 스팟 팝 페인팅을 하도록 했으며 “우주선이 화성에 갔다가 다시 지구로 되돌아 올수 있도록 팝밴드 블러에게 노래를 작곡해달라고 요청하기도 했다.
결국 60세의 이 과학자는 비글2를 화성에 착륙시키는 것보다 훨씬 더 어려운 성과를 거두어 냈다. 무인 우주선을 유행시킨 것이다. 필린저는 임무 실패에는 개의치 않는 것으로 보인다. 그리고 많은 전문가들도 실패의 원인을 빤한 예산 탓으로 돌렸다. 여전히 필린저는 대중에게서 마르스 2후계자에 대한 지지를 얻기 위해 바쁘게 돌아다니고 있다. 과연 그가 성공할까? 외로운 과학자 한명의 힘으로 한 나라의 우주탐험관련 평가 상황을 유지할 수 있을 것인가? 과연 앞으로 보핀이 말수 적은 뒷방 소년으로 남아 있을지는 필린저가 결정하게 될 것이다.
우주학
우주의 넓이는 얼마나 되나요
우주의 넓이는 무한합니다. 이렇게 생각해 보세요. 직선이 있다고 생각해 봅시다. 그렇다면 그 직선은 양쪽으로 무한하게 뻗어 나갑니다..그러면 크기도 없으며 끝도 없다고 할 수 있습니다. 이번엔 원을 생각해 봅시다. 그러면 그 원은 분명히 크기가 있습니다. 그런데 원 위의 한 점을 잡아서 선을 따라 죽 가보면. 아무리 가도 선의 끝은 나타나지 않습니다. 선이 닫혀있기 때문이죠.
이번엔 무한한 평면을 생각해 봅시다. 역시 평면상의 어느 방향으로 가던지 끝이 없습니다. 당연히 크기도 없고, 끝도 없습니다. 이 평면을 공으로 만들어 봅시다. 공의 표면 어느 한 점에서 평면을 따라 어느 방향으로 선을 그어가던지 끝은 나타나지 않습니다. 그렇지만, 분명히 공의 크기는 존재합니다.
이와 마찬가지로 생각하시면 될 듯 싶습니다. 분명 우주의 크기는 존재하지만 이러한 점에서 끝은 없습니다. 아마도 우주가 상상할 수 없을 만큼 크기 때문에 ‘끝이 없다’..라는 말이 시작된 것이 아닐까 싶습니다만. 현재는 중력에 의해 공간이 왜곡되고, 결국 위의 원이나 공처럼 ‘닫힌 우주’가 되었다. 라는 주장도 있습니다. 이런 맥락에서 이해하시면 되겠네요. 하지만 이렇게 팽창하는 우주도 언젠가는 멈출 수도 있습니다. 유한해질 수도 있다는 것이지요. 또 팽창하다가 다시 수축하는 시점이 나타날 수도 있다고 하는데요. 그래서 아직까지는 우주가 팽창단계에 있다고 하지만 몇 억년 뒤에는 어떻게 될지 모르는 일입니다.
동물학
평발이 아픈 이유는
평발은 일반적으로 발바닥이 평평해진다고 해서 붙여진 이름입니다. 인간의 발은 하루종일 체중을 지탱하면서 온갖 고생을 다하고 있는 부분입니다. 이러한 부담을 어느 정도 완화하기 위해서 우리의 발은 적당한 아치의 형태로 만들어져 있게 됩니다.
발바닥의 아치 부분은 체중에 의한 충격을 완충시켜 주는 부분입니다. 평발은 태어날 때부터 아치부분이 없는 선천성과 발 안쪽에 충격을 받아 스프링역할을 하는 족저근막이 늘어나 아치가 주저앉은 후천성으로 분류됩니다. 원래 아치형의 구조가 하중을 받기 쉬운 구조입니다.
따라서 교각이라든지, 커다란 건물 등에 심미적인 감각분 아니라 효과적으로 하중을 지탱하기 위해 아치형 구조를 많이 채택하고 있습니다.
그러나 평발이신 분들은, 그런 아치형 구조가 없으니 발의 근육에 무리가 많이 가게 되죠. 더구나 대부분의 신발이 평발이 아닌 사람을 위해서 만들어 졌기 때문에, 신발의 발바닥 모양조차도 평발을 가진 사람들에겐 고통이 아닐 수 없습니다.
생활과학
시리얼은 그만
발사 당일, 아폴로 15호의 조종사들은 어떤 푸짐한 아침을 먹을까? 스크램블에그, 스테이크, 토스트, 오렌지 쥬스이다.
이같은 세속적인 자잘한 이야기 거리와 지구 밖 외계에 관한 기타 내용들이 6개들이 DVD 세트에 담겨 우주여행 팬들을 기다리고 있다. 이 DVD 세트의 제목은 <아폴로 15: 인간은 탐험해야만 한다> 로 폭스사(90달러)에서 출시되었으며 인간의 달 착륙 4번째 임무 및 첫 번째 달 탐사선 탐재에 관한 이야기들을 다루고 있다.
또한 21시간 분량의 촬영분에는 달 탐사선 카메라로 찍혀 최초로 TV 방영된 달 발사 모습 같은 극적인 장면들이 여럿 포함되어 있다. 그러나 이 장면에는 나레이션이 들어가지 않아 우주에서의 작업을 지루하면서 동시에 숭고하게 보이게 만들었다. 물론 두 사람이 암석을 수집하는 걸 쳐다보는 게 스릴이 넘치는 일은 아니다.
그러나 실제로 인간이 그곳에 어떻게 갔는가란 점에 관해 생각해 본다면 조금은 다른 느낌을 받을 것이다.
식생활
비타민에 대해서 설명해주세요
무기염류의 경우에는 우리가 먹는 여러 가지 음식물을 통해 섭취됩니다.
물도 마찬가지구요. 만일 물과 무기염류를 섭취하지 않는다면 우리 체내에서는 흡수하여 이들을 보유하려 하겠지요. 또 부족 시엔 이상증상이나 질병이 생길 수 있습니다.
우리는 음식물로부터 3대 영양소를 섭취합니다. 이들이 체내로 들어가면 에너지원이나 몸을 구성하는 성분으로 쓰이지요. 그리고 남은 것들은 체내에 지방으로 쌓여 저장됩니다. 그런데 탄수화물을 많이 먹어도 살이 찐다고 합니다. 이는 탄수화물을 우리 체내에서 지방으로 합성하기 때문입니다.
또한 다이어트 시에 탄수화물 섭취가 적어지면 이 지방을 포도당으로 분해하거나 포도당 생합성 과정이 일어나게 됩니다. 수용성 비타민의 경우 과잉 섭취 시 필요한 양 외엔 우리 몸에 저장되지 않습니다. 따라서 하루에 섭취할 양만큼만 적당량 섭취해주는 것이 좋죠.
금속공학
숯과 다이아몬드는 탄소로 이루어져 있나요?
숯이나 연필심 같은 것들은 모두 탄소로 이루어져 있습니다. 다이어몬드 또한 탄소로만 이루어져 있지요. 그러니까 흑연이나 다이어몬드는 모두 같은 탄소로만 이루어진 것이지요. 이들은 원소성분의 차이가 있는 것이 아니라 이 탄소가 어떻게 배열하느냐..하는 배열의 정도가 다른 것입니다. 이렇게 같은 원소로 이루어져 있지만 성질이 다른 것을 동소체라고 하는데. 흑연과 다이어몬드는 동소체의 대표적인 예라고 할 수 있습니다. 이렇게 같은 원소로 되어 있으므로 흑연도 조건만 맞는다면 다이어몬드가 될 수 있습니다. 높은 온도와 압력에서는 재배열이 일어나므로 흑연이 다이어몬드가 될 수 있지요. 단지 이 조건을 만드는데 돈이 더 많이 드니까 이렇게 안 하는 것입니다.
다이아몬드의 경우, 원자가 정사면체의 중심에 있다면, 정사면체 꼭지점에 해당하는 곳에 있는 이웃하는 원자 4개와 공유결합을 이루어 매우 단단한 결정을 형성합니다. 이것을 원자결정이라고 하고 이것이 세상에서 가장 단단한 이유가 되는 것입니다. 반면 흑연은 평면 형태의 결합을 이루는데, 원자가 정삼각형의 중심에 있다면, 정삼각형 꼭지점에 위치한 이웃하는 원자들과 공유결합을 이루어, 위에서 보면 벌집 모양의 판상의 결합을 이루게 됩니다. 하지만 이웃하는 원자가 3개 밖에 없으므로 남은 전자 하나는 면에 수직 방향으로 아래 면과 윗면과 느슨한 파이-결합을 하게 됩니다. 즉 흑연은 벌집 모양의 판상의 구조를 가지는데, 판간의 결합은 비교적 약하기 때문에, 무른 특성을 보입니다.
참고로 우리가 사는 대기압에서 탄소끼리 결합을 할 때는 대부분 흑연과 같은 구조의 결합이 형성되고, 다이아몬드와 같은 결합은 극고압, 고온에서 주로 일어납니다. 최근에는 진공 속에서 다이아몬드 박막을 만드는 신기술이 개발되기도 했습니다.
주생활
모기는 뼈가 있나요
모기는 뼈를 가지고 있지 않습니다. 곤충에게는 뼈 대신에 세 겹으로 된 각질이라는 껍데기가 있습니다. 맨 안쪽 겹은 두껍고, 가운데 겹은 딱딱하며, 바깥쪽 겹은 양초를 입힌 것 같아서 물에 잘 젖지 않습니다. 즉 곤충은 뼈가 없는 대신 몸밖의 피부가 뼈의 역할을 하는데 그 피부를 외골격이라고 부르는 것입니다. 외골격의 역할로는 몸 안의 수분이 날아가지 않게 하고 적으로부터 몸을 보호하고, 비를 떨어버리며, 먼지가 묻지 않게 하는 것입니다.
식생활
눅눅해진 과자를 전자렌즈에 넣으면 어떻게 되나요
습기가 많은 날에는 김이나 과자를 잠깐만 꺼내놓아도 금방 눅눅해지는데 이럴 때 김을 전자레인지에 넣고 15초 정도 가열하면 다시 바삭바삭해집니다. 과자도 마찬가지고 소금도 눅눅해질 경우, 접시에 담아 랩을 씌우지 말고 전자레인지에 1∼2분 정도 넣고 가열하면 다시 고슬고슬해지지요. 이것은 수분이 열을 받아서 날라가기 때문입니다.
전자 레인지로 음식물을 데우는 원리를 간단하게 보면. 전자레인지는 내부에 마그네트론(magnetron)이라고 부르는 심장부에서 전파를 방출하게 되며, 이 전파는 진동수가 2,450MHz로 진동하게 됩니다.
모든 물체에는 저마다 고유진동수라는 것이 있는데, 이 고유진동수에 해당되는 전파나 파동에너지를 흡수하는 성질이 있습니다. 이런 성질을 공진 현상이라고 합니다.
전자레인지에서 내는 전파의 진동수는 물의 진동수와 같기 때문에 물분자가 이 전파의 에너지를 흡수하는 공진 현상이 일어나게 되며 이 때문에 물분자가 진동을 하게되며 물분자끼리 서로 충돌하여 마찰열이 생깁니다. 이 열이 식품전체를 따뜻하게 하므로 에너지 손실이 거의 없이 전기에너지가 효율적으로 열에너지로 바뀔 수 있는 것입니다. 이러한 열에 의해서 수분이 날라 갈 수 있기에 다시 바삭바삭해진다고 생각을 할 수 있는 것입니다.
주생활
기찻길에 자갈이 깔려있는 이유는
기찻길을 잘 관찰하면 철로말고도 일정한 간격으로 받침목이 놓여 있고, 자갈이 헤아릴 수 없이 많이 깔려있는 것을 볼 수 있습니다. 이 자갈은 기차 무게에 눌려 깨지면서 충격을 흡수하는 완충역할을 하게됩니다.
승객이나 화물을 실은 기차의 무게는 우리가 상상할 수 없을 정도로 무겁죠. 그래서 기차가 달릴 때 무게를 받는 철로와 받침목이 땅 속으로 가라앉지 않도록 하는 완충 역할이 필요한 것입니다.
자갈은 또한 방음벽처럼 기차가 내는 시끄러운 소리를 흡수하기도 합니다. 그러나 자갈도 시간이 지나면 기차 무게에 눌려 자갈 사이가 밀착되어 완충 효과가 떨어지게 됩니다. 그래서 철로보수원 아저씨들은 자갈을 뒤집는 작업을 하고 있는 것입니다.
생활과학
호수의 물은 왜 위에서부터 얼게 되나요?
호수의 물이 위부터 얼게되는 이유는 물의 밀도가 4℃일때 가장 크다는 것과 관련이 있습니다. 밀도라는 것은 질량을 부피로 나눈 것과 같지요. 따라서 질량이 일정할 경우 부피가 커질수록 밀도는 작아지게 됩니다.
추운 겨울날 온도가 낮아진 상태를 생각해보죠. 호수의 물도 온도가 낮아질 것인데요. 호수 표면의 물이 4℃가 되면 이는 밀도가 높기 때문에 아래로 이동하고 아래의 물이 위로 올라오겠죠. 즉 순환하게 될 것입니다. 이런 과정이 계속 반복되다 보면 어느 순간 호수물의 전체가 4℃가 됩니다. 이제 호수표면의 물의 온도가 더 낮아져도 밀도는 4℃일 때가 더 높기 때문에 대류현상은 일어나지 않을 것입니다. 따라서 표면의 온도는 더 낮아지게 되고 이어 표면부터 물이 얼게 됩니다.
그러면 왜 4℃보다 더 낮은 온도에서 밀도가 더 작을까요. 그 이유는 분자구조 때문입니다. 일반적으로 대부분의 액체의 경우엔 기체, 액체, 고체로 갈수록 그 부피가 작아집니다. 그러나 물의 경우는 고체상태가 될 때 분자들이 육각형을 만들어서 그 부피가 커지게 됩니다. 따라서 질량은 일정하나 부피가 증가하므로 밀도가 작아지게 되는 것이죠.
생활과학
물의 끓는점이 달라지는 이유는 무엇인가요?
끓는점은 외부 압력과 관계가 있습니다. 이것을 알기 위해서는 끓는점이 무엇인지 먼저 알 필요가 있죠. 끓는점은 비등점점 이라고도 하는데, 액체 표면으로부터 증발이 일어날 뿐만 아니라, 액체 내부로부터 기화가 일어나 기포가 올라가기 시작하는 온도를 말합니다. 정확한 정의는 액체의 증기압이 외부의 압력과 같아지는 온도를 말합니다. 그렇기 때문에 외부의 압력에 따라 끓는점은 변하게 되는 것입니다. 일반적으로 외부의 압력이 커질수록 끓는점은 높아지지만 보통 1기압 하에서 끓는 온도를 그 액체의 끓는점이라고 합니다.
물의 예를 들면, 물에서 나오는 수증기의 압력이 대기압인 760mmHg보다 높을때 물이 끓게 됩니다. 이때의 물의 온도가 대기압 하에서는 100℃죠. 만약, 압력밥솥을 사용한다면, 밥솥 안은 공기가 빠지질 않고 수증기만 쌓이므로 내부의 압력이 높아집니다. 따라서 물이 100℃보다 높을 때 끓는 것이고, 물이 더 높은 온도가 될 수 있습니다. 이렇게 높은 온도에서 밥이 되기 때문에 더 잘 익고 또 밥맛도 더 좋게 됩니다. 반대로 고산지대에 갔을 때는 압력이 지상보다 낮아 낮은 온도에서 끓게 됩니다. 그래서 설익게 됩니다.
의생활
봉숭아 물들일때 백반 대신 사용할 수 있는 것은?
백반이나 소금은 봉숭아꽃이나 잎에 든 색소와 결합하여 색소를 손톱에 착색시킵니다. 따라서, 한 번 든 봉숭아물은 빠지지 않게 되는데요 이러한 것을 매염제라고 합니다. 매염제는 일반적으로 수용성 금속염류인 경우가 많은데, 봉숭아물을 들일 때 쓰는 백반은 알루미늄염을 함유하고 있고 소금은 나트륨염을 가지고 있습니다. 색소는 일반적으로 섬유나 기타 물질에 잘 붙지 않기 때문에 금속염을 지닌 매염제에 결합시켜 착색시킵니다. 여러 번 물을 들이면 더욱 진해지고 고와지는 것도 염료가 표면에 골고루 퍼지고 많은 양이 착색되기 때문입니다.
이런 원리를 이용하면 매염제로 소금이나 백반 대신 알루미늄염이나 나트륨염 같은 수용성 금속을 지닌 것들을 사용할 수 있을 것입니다. 그러나 여러 가지 매염제 중 소금이나 백반이 우리의 인체에 해가 없고 또 주변에서 쉽게 구할 수 있는 것이기에 이들을 쓰는 것이라 생각됩니다.
생활과학
고속철도와 일반철도의 차이
철도를 속력을 구분하면 저속(0~47km /h), 중속(47~127km/h), 고속(129~ 200km/h), 초고속(202km/h이상)으로 분류가 됩니다. 중속이하를 일반철도라고 말하며, 그 이상을 고속철도라고 합니다. 고속철도도 일반철도와 마찬가지로 차륜과 선로사이의 점착력(=마찰력)을 이용하여 앞으로 나가는 방식입니다. 따라서 기본적인 운행방식은 크게 차이가 없지만, 세부사항, 차량의 안전기술이나, 제어방식, 신호방식 등에서 차이를 보입니다. 이러한 것은 고차원적인 기술력의 문제입니다.
예를 들어서 300km/h의 속도에서는 빠른 속도 때문에 기관사가 육안으로 눈앞의 신호기를 보고 운전을 할 수 없습니다. 따라서 자동제어가 가능하도록 자동제어장치(ATC)가 설치되어야합니다. 또한 고속에서는 탈선가능성이 높기 때문에 차량를 정비하는 기지에서는 최첨단 장비를 구비하여 자동으로 바퀴의 진원도나, 마모정도, 긁힘 등의 이상현상을 측정할 컴퓨터 진단장비가 필요합니다.
생물학
우리가 섭취한 음식물은 몸 속에서 어떻게 되나요
일단 음식물이 들어가면 소화가 이루어집니다. 먼저 소화란 동물이 몸밖에서 섭취한 먹이를 흡수할 수 있는 형태로 기계적 또는 화학적으로 분해하는 과정을 말합니다.
소화에는 기계적인 소화와 화학적인 소화가 있는데 기계적인 소화는 이로 잘게 부수는 일, 식도 및 장의 연동운동, 위의 수축운동, 소장의 분절운동을 말하고 화학적 소화는 소화효소에 의한 분해를 말합니다.
음식 속의 단백질, 녹말, 지방 등의 영양소는 분자가 크고 물에 녹기 어렵기 때문에, 그대로는 장의 상피세포에 흡수되어 혈액으로 들어가기가 힘듭니다.
동물에서는 이들 물질을 소화액에 함유되어 있는 소화효소 및 침 속의 염류, 위의 염산, 쓸개즙 등의 보조물질의 협동작용에 의하여 아미노산, 포도당, 지방산과 글리세린과 같은 작은 분자로 나누게 되며 이 과정을 소화라고 합니다.
우리가 먹은 음식은 위와 장을 통해 소화됩니다. 에너지를 만드는데 필수적인 3대 영양소, 즉 탄수화물, 지방, 단백질은 완전히 소화가 이루어지면 포도당, 지방산과 글리세롤, 아미노산으로 각각 분해됩니다.
그 후 소장 점막을 통해 흡수된 영양소는 혈관을 통해 우리 몸의 각 기관으로 보내집니다. 이렇게 보내진 영양소는 혈액을 통해 폐에서 전달된 산소와 함께 에너지를 만드는 호흡과정에 이용됩니다.
결국 우리가 숨을 쉬고 밥을 먹는 이유가 에너지를 만들기 위한 것입니다. 에너지가 있어야 우리가 움직이고 숨을 쉬고 밥을 먹을 수 있는 힘이 생깁니다.
여기서 말한 호흡과정은 세포 내 미토콘드리아에서 이루어집니다. 호흡과정을 간단히 설명하면 포도당과 같은 영양소와 산소를 재료로 해서 에너지가 만들어지는데 이 때 부산물로 이산화탄소와 물이 생깁니다.
생활과학
생활주변에서 역학적 에너지는 어떤 것이 있나요
역학적에너지는 물체의 움직임에 의해 만들어지는 에너지를 의미합니다. 결국 여러 가지 에너지 중에서 물체의 움직임과 관련이 되는 것이 역학적 에너지라고 생각됩니다. 운동에너지, 위치에너지, 그리고 탄성에너지 등등은 역학적에너지로 나타내고 또 분자들의 운동에너지는 열에너지로 나타나지만 결국은 분자들의 운동으로 만들어지므로 이것도 역학적 에너지라고 할 수 있는 것입니다.
보통은 위치에너지와 운동에너지의 합으로 나타내지만 역학적에너지가 그 두개만 있는 것은 아닙니다. 넓은 의미의 역학적에너지는 물체의 역학적인 일의 형태로 저장되는 모든 에너지를 의미합니다. 역학적에너지의 가장 대표적인 예는 바로 롤러코스터지요. 또한 진자의 운동도 있구요. 진자의 운동에서 가장 높이 들어올렸을 때는 위치에너지가 최대일 것이고 운동에너지는 0일 것입니다.
그러나 진자가 내려가면서 운동에너지는 증가하고 위치에너지는 감소하게 되겠죠. 정 중앙을 지날 때 운동에너지는 최대가 되고 위치에너지는 0일 것입니다. 그러나 맨끝과 중앙에서의 역학적 에너지는 항상 일정합니다.
무기화학
총알은 어떻게 날라 가나요
총알 내부의 강한 화약성분이 터져 폭발할 때의 추진력을 이용해서 나아갑니다. 또 총알 안에는 강선이라고 하는 홈이 파여져 있습니다. 때문에 총알이 날아가면서 회전을 하는 것입니다. 그래서 사거리가 훨씬 길어지게 됩니다. 포탄의 경우도 마찬가지입니다. 포탄은 총보다 훨씬 먼 거리를 날아가게 됩니다.
그래서 우측으로 돌면서 날아가기 때문에 6~7킬로미터 날아가면 우측으로 쳐지는 현상이 발생하게 됩니다. 이것을 편류라고 하는데 포사격을 할 때는 이것을 적용해서 좌측으로 편각을 조정해서 사격을 하게 됩니다.
생활과학
왜 유전자에 관련된 실험을 할 때는 생쥐만 사용하나요
쥐가 실험용으로 많이 쓰이는 이유는 척추동물인 데다 생물학적으로 사람과 흡사하기 때문입니다. 게다가 작은 공간에서 생활하는 동물이라 보관이 쉽고 번식력이 뛰어나죠. 또 수명이 2년 정도라 세대가 빨리 늘어나, 실험이 용이하다는 장점도 있습니다. 실험용 쥐는 크게 몸체가 8㎝정도인 조그만 생쥐 ‘마우스’와 몸체가 20㎝ 정도인 ‘래트’로 나뉩니다. 쥐의 주 생산·소비국은 미국과 일본으로 1년에 5천만 마리가 사용됩니다.
국내에서는 국산보다 외제가 선호됩니다. 오랜 기간 사용돼 확실한 유전자정보가 축적돼 있는 데다가 어떠한 바이러스에도 감염되지 않은 순수무결성이 국제적으로 인정되기 때문이죠. 아무데서나 키운 쥐가 아닌 ‘검증된 시설’에서 키운 ‘검증된 쥐‘로 실험을 해야만 국제적으로 인증 받을 수 있어 순수무결성의 국제적 인증은 이 분야에서 중요한 선택사항으로 꼽힙니다.
우리나라에는 현재 바이오링크, 바이오제노믹스, 샘타코 등에서 실험용 쥐를 생산하고 있는데 대부분 ‘SPF(Specific Pathogen Free·특정 병원성미생물 부재동물) 마우스’로 어떠한 오염에도 노출되지 않아 무결합니다. 몇몇 대학이나 일반 기업의 농장 등에서 생산되기도 하지만 일부 열악한 조건에서 생산된 쥐는 신뢰도가 떨어져 사용을 기피하기도 합니다.
가정의학
기억상실증은 어떤 원리의 병입니까
기억이란 경험을 통해 얻은 정보를 저장했다가 현실에서 활용할 수 있게 하는 것인데요, 기억의 과정은 등록－저장－회상의 3단계로 나눠지면서 이 중 한 부분이라도 결함이 생기면 기억장애가 나타나게 됩니다. 기질상 문제나 심리적 요인으로 기억을 상실할 수 있는데, 기질적 원인은 주로 정신지체나 치매. 이때는 자아 상실감 같은 것은 나타나지 않는 것이 일반적이라 할 수 있습니다.
드라마에서 보는 주된 기억상실증은 심리적인 원인 때문입니다. 심리적인 면에서는‘해리성 기억상실’과‘해리성 둔주(fugue)’등이 있는데. 해리성 기억상실은 이미 기억에 저장되어 있는 중요한 정보를 갑자기 회상하지 못하는 장애입니다. 대개 스트레스가 심했거나 상처가 컸던 사건을 망각하게 됩니다. 치매와 달리 일반적 지식은 잘 유지되고 있어 생활에 지장은 없으며. 갑자기 발병하고 주로 급격히 회복하는 특징이 있습니다.
해리성 둔주는 자신의 과거나 이름, 신분 등 자신의 정체성에 대한 기억을 상실하게 되는데, 결국 가정이나 직장을 떠나 방황하기 일쑤입니다. 자신이 기억을 상실한 것을 모르므로 새로운 신분을 가지기도 하고, 대개는 남들 눈에 띄지 않고 조용히 고립되어 살아가는 편이지요. 짧게는 수시간~수년간 증상이 나타난 뒤 자연스럽게 회복되는 것이 특징입니다.
생활과학
알약이 흰색인 많은 이유는
정제(알약)가 흰색인 많은 이유는 거의 모든 원료가 흰색이기 때문입니다. 정제를 만들기 위해서는 약효를 나타내는 주원료뿐만 아니라 부피를 크게 채워주는 부형제, 결합을 시켜주는 결합제, 물에 들어갔을 때 정제가 부서지게 해주는 붕해제, 타정펀치에서 쉽게 떨어지게 만드는 활택제가 모두 흰색이기 때문입니다.
이들 원료들이 흰색인 이유는 부원료의 경우 인체에 무해하여야 하고 주원료와 반응을 하면 안 되는 등의 조건이 필요한데 이런 이유로 부형제들은 거의 발색단을 가지지 않는 간단한 물질(셀룰로오스 유도체를 많이 습니다.)들이기 때문입니다.
주원료의 경우에는 식물이나 동물 추출물인 경우 원 기원으로부터 추출시 색소를 깨끗히 정제하기 힘든 경우 색깔을 띄며 일부 무기물의 경우도 색깔을 띄며 분자 내에 발색단을 가지는 물질도 색깔을 띕니다. 이러한 경우를 제외하면 모두 흰색의 원료입니다.
주원료가 색깔을 띄는 경우 흰색의 부형제를 사용하여 그냥 정제를 만드는 경우 얼룩이 생깁니다.
이러한 경우 색소를 사용하여 정제에 적당한 색을 입히게 됩니다. 색을 입히는 다른 이유는 제품의 모양통일성에 구분을 더하기 위해, 제품의 이미지 부여를 위해서입니다.
우주학
대변동의 상관관계
학문 연구 분야에 새로운 관점을 도입하려면 때로는 이방인의 시각이 필요하다. 찰스 펠그리노가 바로 그러한 경우다. 그는 화산학, 고고학, 우주생물학, 고생물학 등을 넘나들며 다방면에 걸쳐 해박하고도 깊이 있는 면모를 보여준다. 새로 나온 그의 저서 “베스비우스의 유령들(윌리엄 모로우출판, 26달러)”에서 이를 확인 할 수 있다.
그는 폼페이 붕괴와 관련된 물리학을 연구하면서 우주의 기원으로 돌아갔다가 9/11 테러 쌍둥이 빌딩의 붕괴까지 앞으로 나아간다. 이 책의 주요 초점은 기원후 79년 2,000명의 로마인들을 수 겹의 재와 돌멩이에 묻어버린 베스비우스 화산 폭발이다.
그러나 작자는 한 가지 주제에 국한되지 않는다. 화산 폭발에서 항성 폭발로 주제를 바꾸며 자신이 지닌 과학적 세부 사항을 생생한 상상력과 조합해 내는 모습이 마치 게릴라형 박식가처럼 보인다. 비록 다음 책을 위해 남겨두는 게 나을 것 같은 질문도 있지만 말이다 (사실 우리가 영지주의자들의 복음을 심사숙고할 필요는 없어 보인다).
이 책에서 가장 매혹적인 내용은 바로 대격동이 발생한 사건들 간의 과학적 연결고리를 설명해 주는 부분이다. 예를 들면, 베스비우스 화산 폭발과 연관된 물리적 현상이 세계무역센터의 붕괴도 그대로 적용되는 것이다.
1인치 당 3-9톤의 압력과 시간당 160마일 높이까지 올라가 휘몰아치는 파편 구름 등, 작용하는 힘이 놀라울 정도로 서로 비슷한데, 이는 38구경 권총에서 발사되는 총알의 힘과 맞먹는 수치이다.
저자는 또한 암석이나 먼지로 꽉 찬 대기에서 비롯되는 수십 톤의 밀집된 힘이 주변에는 털끝만큼도 피해를 주지 않고 하나의 구조물을 완전히 붕괴시킬 수 있다는 점을 솜씨 좋게 설명해 준다.
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