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  • 과학 기타

    극한의 고통 넘어서면 달리는 쾌감 '러너스 하이'

    "달리기는 마약과 같다"…중독땐 역효과 영화 '말아톤'을 보면 지체장애 청년인 초원이가 나온다. 그가 좋아하는 것은 아프리카 세렝게티 초원의 얼룩말과 마라톤이다. 장애로 아무것도 못하지만 달리기만은 예외다. 그는 얼룩말처럼 달리고 싶어한다. 결국 그는 마라톤 풀코스를 3시간 안에 달리는 이른바 '서브스리(Sub-Three)'기록을 세운다. 실제로 요즘 많은 사람들이 운동으로 건강을 챙기고 있다. 사람들이 가장 많이 하는 운동은 역시 달리기가 으뜸이다. 달리기를 좋아하는 사람들은 달리기에 중독성이 있다고 말한다. 평소에 운동을 즐기지 않는 사람들에게는 의아한 이야기다. 담배도, 술도, 마약도 아니고 숨차고 지루하게 느껴지는 달리기에 중독이라니?'달리기 애호가'들은 달리기가 바로 마약이라고 말한다. 30분 이상 달리면 몸이 가벼워지고 머리가 맑아지면서 경쾌한 느낌이 드는데 이를 '러너스 하이'(runners high)나 '러닝 하이'(running high) 또는 '운동 하이(exercise high)'라고도 한다. 러너스 하이에 도달하면 오래 달려도 전혀 지치지 않을 것 같고 계속 달리고 싶은 마음이 든다고 한다. 러너스 하이의 지속시간은 짧게는 4분, 길면 30분 이상 가기도 한다. 러너스 하이를 경험하고 있을 때 의식 상태는 헤로인이나 모르핀 혹은 마리화나를 투약했을 때 나타나는 것과 유사하고 때로는 성적인 절정감인 오르가슴에 비교되기도 한다. 러너스 하이를 이야기할 때 주로 달리기를 예로 들지만 수영 사이클 야구 럭비 축구 스키 등 장시간 지속되는 운동이라면 어떤 운동에서든 러너스 하이를 느낄 수 있다. 특히 마라톤 선수들이 훈련을 할 때 극한의 고통을 넘어서 35㎞ 지점쯤 되면 러너스 하이를 경험할

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    우주 탄생의 비밀 밝힐 '힉스'입자 찾는다

    유럽물리硏 '거대 강(强)입자 가속기’ 첫 가동 우주 탄생의 비밀을 풀기 위한 인류 최대의 실험이 시작됐다. 스위스 제네바에 있는 유럽물리연구소(CERN)는 '거대 강(强)입자 가속기'(LHCㆍLarge Hardron Collider)를 10일 오전 9시30분(한국시간 오후 4시30분) 첫 가동시켰다. 이번 실험은 현대 물리학계의 최대 과제 중 하나인 표준모델(Standard Model)을 입증할 것으로 기대를 모으고 있다. 1994년부터 14년 동안 무려 95억달러(약 10조원)가 투입된 LHC 건설에는 유럽 아시아 미국 러시아 등 전 세계 과학자 약 1만명이 참여했다. 우리나라에서도 성균관대 물리학과 최영일 교수와 고려대 물리학과 박성근 교수 등 석ㆍ박사 연구원 57명이 참여하고 있다. ⊙ 질량의 기원을 밝힐 힉스입자이번 실험의 1차 목표는 입자물리학계의 큰 숙원인 힉스(Higgs Bosonㆍ반물질)라는 가상의 입자 존재를 확인하는 것. 힉스 입자는 물리학 표준모형이 제시한 근본 입자들 중에서 관측이 안된 채 남아있는 마지막 입자로 과학자들이 지금까지 밝혀낸 모든 소립자들은 힉스 입자가 있다는 것을 전제로 하고 있다. 우주의 모든 입자들의 질량을 결정하는 이 입자가 발견되면 질량의 기원을 밝힐 수 있어 물리학에 큰 변혁이 일어날 것으로 예상된다. 실험의 기본 구조는 2개의 양성자 빔을 LHC 원형터널에서 서로 반대 방향으로 빛에 가까운 속도로 가속시킨 뒤 강력한 초전도 자석들로 4개의 대형 검출실로 유도해 충돌시키는 것이다. 지하 100m에 건설된 LHC는 둘레 27㎞,지름 8㎞에 이르는 원주형의 세계 최대 실험장비로 기존의 미국 일리노이주 소재 페르미연구소 가속기보다 훨씬 빠르게 양성자를 가속시켜 더욱 강력한 충돌을 일으킬 수

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    60억 인구가 쓸 수 있는 지구 수자원은 0.0075% 뿐

    한국도 물부족 국가…1인당 강수량이 세계평균의 12% 불과 지난달 22일 스웨덴의 스톡홀름에서는 세계 물 주간 행사가 막을 내렸다. 물은 우리에게 가장 친숙한 지구 자원 중 하나로 액체의 형태로 육지의 강과 저수지, 호수와 넓은 바다를. 가스의 형태로는 푸른 하늘의 빈 공간을, 얼음이라는 고체로 극지방,산악지대 그리고 겨울철 우리 주변을 둘러싸고 있다. 지구의 표면은 70% 정도가 물로 덮여 있다. 지구에 있는 물의 양은 13억8500만㎦ 정도로 추정되고 있다. 이 중 바닷물이 97.5%이다. 민물이 2.5%이지만 이 물을 모두 그대로 사용할 수 있는 것은 아니다. 민물 중 68.9%는 남극이나 북극 지역의 빙하 또는 고산지대의 만년설 형태이고 29.9%는 지하수로 0.9%는 토양 및 대기 중에 존재한다. 단지 0.3%만이 하천이나 저수지에 존재하고 있다. 결국 우리가 쓸 수 있는 물은 지구에 있는 총 물량의 오직 0.0075%뿐이다. 지구촌의 60억 인구가 지구 수자원의 0.0075%만큼만 존재하는 희소하고 귀중한 물을 먹고 쓰고 버리고 있는 것이다. 더욱이 인구와 산업활동이 늘어나면서 사용할 수 있는 물은 점점 줄어들고 있다. 현재 지구의 물 부족은 어느 수준일까?⊙ 지구는 물 부족 상태…우리나라는 물 부족 국가현재 60억명의 세계 인구가 전체 수자원 양의 54%를 사용하고 있는 것으로 나타났다. 약 20년 후에는 90%의 수자원을 인류가 사용하게 될 것으로 전망되고 있다. 1950년의 세계 인구 25억명이 2050년에는 100억명에 이를 것으로 추산되고 있다. 이러한 인구의 증가로 세계의 물 소비는 과거 40여년 동안 3배 이상 늘어난 것으로 나타났다. 또한 세계 50개국을 대상으로 한 1인당 물 이용 가능량의 추이도 1950

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    태양열은 마르지 않는 청정에너지

    주택 난방·산업공정·열발전 등에 이용 우리가 현재 사용하는 에너지의 95% 이상은 석유 석탄 천연가스 등의 화석연료다. 화석연료는 연소될 때 열을 방출함과 동시에 이산화탄소와 수증기를 발생시켜 지구 온난화를 일으킨다. 이에 따라 지구 온난화를 막기 위해 저렴하고 친환경적인 대체 에너지 개발을 서둘러야 한다는 목소리가 설득력을 얻고 있다. 친환경 대체 에너지는 태양력 수력 풍력 지력 조력 등이 있다. 이들 중 수력 풍력 지력 조력은 환경친화적이기는 하나 얻을 수 있는 에너지의 양에 한계가 있다. 결과적으로 가장 풍부하고 깨끗하고 유망한 대체 에너지는 태양에너지뿐이다. ⊙ 무한한 청정에너지태양에너지는 무한하다. 단 10분 동안 지구에 내리쬐는 태양에너지만 저장해도 전 세계 65억 인구가 1년간 풍족하게 쓸 수 있다. 1년간 지구에서 받는 태양에너지는 연간 세계 에너지 소비량의 약 2만배이며,지구가 태양으로부터 1~2주 동안 받는 에너지는 지구상에 매장된 전체 화석연료 에너지와 맞먹는다. 이같이 태양으로부터 방사되는 복사에너지가 대기층을 투과하여 지표면에 떨어지면 이를 모은 후 필요한 곳에 이용할 수 있다. 태양에너지의 장점은 공해를 발생시키지 않고 에너지가 무한하며 비용 역시 들지 않는 에너지원이라는 점이 꼽힌다. 또 중동지역에 집중돼 있는 화석에너지에 비해 지역적 편중이 적은 분산형 에너지원이며 지구온난화 대책으로 탄산가스 배출을 절감할 수 있다는 것도 장점이다. 이 같은 장점들에도 불구하고 아직까지 태양에너지가 전 산업에 파급되지 못한 이유는 무엇보다 에너지 밀도가 낮기 때문이다. 이에 따라 과학자들은 태양에너지

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    "0.1kg 더 들고 0.01초 앞당긴다"…최첨단 신발·수영복의 비밀

    '신소재의 힘'으로 올림픽서 기록 단축 경쟁 지난 8일 베이징올림픽의 막이 올랐다. 9일과 10일 이틀 동안 양궁과 유도, 그리고 수영에서 금메달이 나와 더위에 지친 국민의 가슴에 시원한 단비를 내려줬다. 타고난 재능도 있겠지만 스포츠는 선수가 평소에 얼마나 노력했는가에 승부가 갈리게 마련이다. 이처럼 올림픽은 가감 없이 순수한 운동 능력을 겨루는 것이기도 하지만 그 안을 보면 승부에 영향을 주는 과학적인 원리가 숨어 있다. 특히 선수들이 신고 입는 신발과 수영복에는 0.1㎏을 더 들고 0.01초를 앞당기기 위한 과학이 숨어 있다. 그런 과학에는 어떤 것들이 있는지 살펴보자.⊙ 선수들이 신는 신발의 비밀한국 여자 역도의 에이스 장미란이 신는 역도화는 뒷굽이 나무 재질로 돼 있는 딱딱한 신발이다. 역도화는 다른 신발과 디르게 뒷굽에 쿠션이 있으면 무거운 하중을 견딜 수가 없기 때문이다. 일반적으로 역도선수들은 나무 뒷굽으로 된 신발을 신는데 이는 안정성 때문이다. 스펀지 쿠션 재질의 뒷굽을 쓰면 바벨을 들 때 엄청난 하중에 눌려 선수가 중심을 잃을 수도 있다. 역도화 밑창 중간에는 탄성이 좋은 내구성 플라스틱도 붙어 있는데, 이는 몸을 숙였다 펴며 바벨을 올리는 동작에서 중앙 지지대 역할을 하며 탄력을 부여한다. 또한 역도화는 끈도 일반 운동화보다 두껍고 신축성이 적다. 모두 엄청난 무게 밑에서 발을 단단하게 고정시키기 위한 장치들이다. 40여개의 발자국으로 승부를 내는 육상 100m 선수용 신발의 밑창은 강한 탄력을 가진 플라스틱으로 만들어진다. 땅을 박차고 달릴 수 있는 스파이크는 신발 앞쪽에만 박혀 있다. 따라서 신발에 쿠션이 거의 없는

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    형상기억합금, 살아있는 생물체와 다름없네!

    휘고 구부려도 원래의 상태 기억하고 되돌아가지난 23일 독일 프라운호퍼 공작기계 및 성형 기술 연구소의 귄터 나우만 박사 연구팀은 하나의 와이어만 있으면 충분히 주유구 뚜껑을 열 수 있는 메커니즘을 개발했다고 발표해 주목을 받고 있다. 이 메커니즘의 작동원리는 이렇다. 잠긴 주유구 뚜껑에 연결된 와이어를 통해 전류를 보내어 뚜껑을 가열한다. 올라간 온도로 인해 형상기억 합금이 원래의 형상으로 돌아가고자 수축하게 되고 결국 주유구 뚜껑이 열리게 되는 원리다. 현재 우리 생활에서는 형상기억 합금이 많이 쓰이고 있다. 형상기억 합금의 역사와 그 쓰임새는 어떨까?⊙ 형상기억 합금의 역사형상기억 합금이 처음 역사에 등장한 것은 1938년 미국 하버드대학의 그래냉거 교수와 MIT의 무래디언 교수에 의해서였다. 그 후 1951년 미국 일리노이 대학의 리드 교수팀이 금-카드뮴 합금과 인듐-티타늄 합금의 형상기억 효과를 발견해냈다. 이후 많은 학자들은 여러 가지 합금이 정도의 차이는 있으나 형상을 기억하는 성질이 있다는 것을 발견했다. 가장 큰 발견은 1960년 미국 메릴랜드주에 있는 미해군 병기 연구소에서 이뤄졌다. 1963년 우연한 기회에 뵐러 박사가 이끄는 연구진에 의해서 니켈(Ni)-티타늄(Ti) 합금이 뛰어난 형상 기억성을 가진다는 것이 발견된 것.연구팀이 합금을 실험하던 도중 우연하게 니켈과 티타늄을 합친 조각을 담뱃불 근처에 접근시켰을 때 시편이 꿈틀거리기 시작했던 것이다. 연구팀은 처음 이 현상을 발견했을 때 재료를 잘못 다뤄서 나온 것으로 생각했다. 하지만 다음 실험 때 니켈-티타늄 합금을 가열하자 다시 동일한 현상이 나타났다. 그 후 학계 및 산업계의 큰

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    한국의 인공태양 'KSTAR' 불꽃 밝히다

    핵융합 연구장치 세계 최초 운전 성공…플라즈마 발생 전 세계적으로 에너지 전쟁이 날이 갈수록 치열해지고 있는 가운데 지난 15일 국가핵융합발전소는 우리나라의 핵융합 연구장치인 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)가 지난달 최초 플라즈마 발생에 성공했다고 발표했다. KSTAR는 태양에너지의 원리인 핵융합 반응을 인공적으로 만들어 미래 에너지원으로 개발할 수 있도록 연구하는 토카막 장치(핵융합 반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합장치)이다. KSTAR는 앞으로 핵융합에너지 상용화에 필수적인 초고온 고밀도 플라즈마의 장시간 운전기술(3억도, 300초)을 확보하는 실험을 수행하게 된다. ⊙ 꿈의 청정 에너지인 핵융합에너지태양과 같이 스스로 빛을 내는 별들은 핵융합반응을 통해 에너지를 발생시킨다. 별들의 중심은 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태다. 이런 상태에서는 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합반응이 일어난다. 이 융합 과정에서 나타나는 질량 감소가 엄청난 양의 에너지로 방출되는데 이를 '핵융합에너지'라고 한다. 이는 아인슈타인의 특수상대성 이론 E=mc²를 바탕으로 하며, 이와 대조적으로 핵분열반응을 이용한 것이 원자력발전이다. 하지만 지구는 태양처럼 핵융합 반응이 일어날 수 있는 초고온·고압 상태의 환경이 아니기 때문에 자기장이나 레이저를 이용해 태양과 같은 환경을 인공적으로 조성하는 '핵융합로'를 만들어야 한다. 우선 지구상에 존재하지 않는 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들어야 하고 이 플라즈마를 가두는 그릇 역할을 하는

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    "휴~ 덥다, 더워" 한반도는 찜질방…온난화로 아열대 기후?

    이산화탄소·프레온가스 등이 온실 효과 부추겨 한반도에서 6월 말부터 7월 말은 해가 뜨는 날보다 비가 오는 날이 많은 장마철이다. 하지만 지난해부터 장마철이라는 것이 점차 짧아지는 추세를 보이고 있다. 특히 올해는 비가 내리는 것이 아니라 8월에나 나타났던 찌는 듯한 무더위가 7월 초부터 나타나는 등 이상현상을 보이고 있다. 기상 전문가들은 더위를 가져오는 북태평양 고기압의 세력확장이 원인이라고 하지만 따뜻했던 지난 겨울을 비롯해 한반도가 지구 온난화로 인한 아열대 기후로 바뀌고 있다는 의견도 제시되는 실정이다. 환경과 인류에 심각한 영향을 줄 것으로 여겨지는 지구온난화는 과연 무엇이고 어떤 해결책들이 제시되고 있을까?⊙ 온난화 현상의 원인온난화 현상의 가장 중요한 원인으로는 온실효과를 일으키는 온실기체가 꼽힌다. 온실기체로는 이산화탄소가 가장 대표적이며 인류의 산업화와 함께 그 양은 계속 증가하고 있다. 최근 탄소배출권 거래와 교토의정서 등을 통한 국가별 탄소배출 규제가 이뤄지고는 있지만 이산화탄소가 온실가스의 대표로 꼽힌다는 것에는 변함이 없다. 이외에 메탄가스, 수증기 등이 대표적인 온실기체다. 특히 20세기에 들어와 사용하기 시작한 프레온가스는 한 분자당 온실효과를 가장 크게 일으키는 물질로 유명하다. 또한 인류가 숲을 파괴하거나 환경오염 때문에 산호초가 줄어드는 것에 의해서 온난화 현상이 심해진다는 가설도 있다. 나무나 산호가 줄어듬으로써 공기 중에 있는 이산화탄소를 자연계가 흡수하지 못해 이산화탄소의 양이 계속 증가한다는 것이다. 이러한 가설 외에도 태양 방사선이 온도 상승에 영향을 준다