'레고 블록이 양자컴퓨터 발전에 획기적인 기여를 할 수 있다.' 맨발로 레고 블록을 밟아본 사람은 누구나 그 조각이 얼마나 단단한지 알 것이다. 그 견고함은 레고가 전 세계 어린이는 물론 어른들에게까지 사랑받는 이유 중 하나다. 영국 랭커스터대 과학자들은 최근 아주 특이한 실험을 하나 했다. 레고 블록을 절대영도 근처까지 얼려본 것이다. 절대영도는 이론적으로 가장 낮은 온도다. 섭씨 온도로 영하 273.15도다. 이 온도에 이르면 어떤 물질이든 저항이 전혀 없이 전기를 흘려보낼 수 있는 등 다양한 물리적 특성이 나타난다. 랭커스터대는 현재 세계에서 가장 낮은 온도를 만들어낼 수 있는 냉동장비를 보유하고 있다. 이 대학 과학자들은 레고 블록을 절대영도보다 불과 0.004도 높은 온도까지 얼렸다. 과학자들이 레고 블록을 얼린 것은 레고 재질의 열을 차단하는 절연 성질을 분석하기 위해서였다. 네개 층으로 쌓은 레고 블록 맨 위층에 작은 히터를 달고, 절대영도에서 가동해 보니 가장 아래층에는 온도 변화가 '전혀' 없었다는 결과를 얻어냈다. 실험을 주도한 드미트리 즈미에브 박사는 "레고의 재료인 ABS(아크릴 부타디엔 스타이렌) 수지와 블록의 독특한 결합 방식 덕분에 온도 차단 효과가 매우 높은 것으로 분석된다"고 말했다. 과학자들이 이렇게 레고 블록까지 동원해 절연 실험을 하는 것은 미래 컴퓨터로 주목받고 있는 양자컴퓨터의 개발을 위해 고성능 절연체가 필수적이기 때문이다. 양자컴퓨터는 양자역학이 적용되는 초미세 환경에서 원자의 간섭, 중첩 등의 원리를 활용해 연산을 하는 컴퓨터다. 기존 컴퓨터보다 훨씬 복잡한 계산을 빠른 시간에 해낼 수 있어 IBM, 구글, 인텔 등 기술 선도 기업들이 대거 개발에 뛰어들었다. 현재 개발 중인 양자컴퓨터의 상당수는 간섭이나 중첩 등의 현상을 발현하기 위해 절대영도 부근에서 가동하고 있다. 랭커스터대 연구팀은 "이번 연구는 특정한 절연체 배열 방식이 절연 성능을 크게 높여줄 수 있다는 가능성을 보여준다"고 설명했다. 강현우 기자 hkang@hankyung.com
지구에는 두 가지 북극이 있다. 하나는 자전축의 북쪽 끝에 있는 지리적 북극이다. 보통 북극이라 하면 대부분 이 지리적 북극을 얘기한다.또 하나는 자기(磁氣)적 북극(자북극)이다. 나침반이 가리키는 북쪽 끝이다. 지리적 북극과 달리 자북극은 계속 움직인다. 자기적 남극(자남극)도 마찬가지다.미국해양대기청(NOAA)에 따르면 현재의 자북극은 처음 관찰을 시작한 1831년부터 캐나다 북쪽에서 러시아 시베리아 방향으로 천천히 이동하고 있다. 올해까지 188년 동안 약 2250㎞ 움직였다. 1년에 12㎞가량이다.그런데 최근 자북극의 이동 속도가 이례적으로 빨라졌다. 그 이유를 밝히지 못해 과학자들은 적잖이 당황하고 있다.NOAA에 따르면 자북극은 최근 수년간 연평균 55㎞ 속도로 이동했다. 시어런 베건 영국 지질조사국(BGS) 지구자기 연구원은 "1990년대 이후의 이동 속도는 적어도 지난 4세기 중 가장 빠르다"고 말했다.이런 빠른 움직임 때문에 NOAA와 BGS의 과학자들이 5년마다 산출하는 세계자기장모델(WMM)도 크게 달라졌다. 2021년에 있을 것으로 예상했던 자북극 위치를 2020년 위치로 바꾼 것이다. WMM은 미 항공우주국(NASA)과 각국 군대는 물론 민간 위성항법장치(GPS)에서도 활용한다.NASA와 NOAA 등의 과학자들은 땅 속에 묻혀 있는 철광석의 자성을 분석해 과거 지구 자기장의 변화를 추론하고 있다. 이에 따르면 지구의 자북극과 자남극은 지난 8300만년 동안 183번 위치를 바꿨다.이렇게 자북극과 자남극의 위치가 완전히 바뀌는 현상을 '지구 자기 역전'이라고 한다. 가장 최근의 지구 자기 역전은 약 77만년 전에 일어났다. 그 이전에는 자북극과 자남극의 위치가 지금과 반대였다는 얘기다. 자북극과 자남극의 위치가 지금과 같은 형태일 때를 '크론', 그 반대일 때를 '서브크론'이라고 부른다.그런데 지구 자기 역전의 주기나 역전에 걸리는 시간은 일정하지가 않다. 가장 최근의 역전은 2만2000년에 걸쳐 일어났다. 하지만 그 직전의 역전은 불과 2000년 밖에 걸리지 않았다. 또 직전 서브크론의 시기, 즉 자남극이 지리적 북극에, 자북극이 지리적 남극에 있던 기간도 12만년 밖에 되지 않았다. 바로 이전 크론의 시기 역시 16만년으로 상대적으로 짧았다. 지구 자기 역전의 이유나 주기 등이 여전히 미지의 영역에 있기 때문에 최근 자북극의 빠른 이동은 '곧 역전 현상이 나타나는 것 아니냐'는 불안감을 낳기도 했다.지구의 자기장은 태양풍 등 외부 영향을 차단해 지구 생태계를 지켜주는 역할을 한다. 지구 자기장이 흔들리면 방사선 등의 영향으로 '대멸종'이 나타난다는 예측도 있다. 지구 자기장 역전이 '종말론'의 단골 소재로 등장하는 이유다.그러나 과학자들은 자기장 역전이 적어도 1000년 이상 걸리기 때문에 인류가 순식간에 멸망하는 일 따위는 일어나지 않을 것으로 보고 있다. 자기장 불안정에 충분히 적응할 수 있는 시간이 있다는 얘기다.강현우 기자 hkang@hankyung.com
대왕고래는 이제까지 지구 상에 존재했던 동물 가운데 가장 크다. 성체의 몸 길이는 24~33ｍ, 무게는 80~170t에 이른다.대왕고래는 흰수염고래 또는 청고래로도 불린다. 최근 학계에서 부르는 이름은 대왕고래로 모아지고 있다.대왕고래가 이렇게 커질 수 있었던 것은 독특한 사냥법 덕분이라는 게 과학자들의 분석이다. 대왕고래와 혹등고래는 수염고래과에 속한다. 수염고래는 입 안에 이빨 대신 거대한 필터 역할을 하는 긴 털이 빽빽히 나 있다.대왕고래는 물 속에서 입을 크게 벌려 크릴새우와 작은 물고기, 플랑크톤 등을 엄청난 양의 물과 함께 머금는다. 머금었던 물을 내뿜을 때 먹이만 수염에 걸려 입 안에 남는다.이같은 사냥법은 돌고래나 범고래 같은 이빨고래가 사냥감 하나를 쫓는 비해 효율적이다. 몸이 커져서 한 번에 더 많은 물을 입 안에 담을수록 더 높은 칼로리를 섭취할 수 있고, 그 덕분에 몸도 커졌다고 과학자들은 분석한다.그렇다면 왜 대왕고래의 몸 크기가 더 커지지 않을까. 이 의문에 대한 해답을 최근 미국 스탠퍼드대 연구팀이 '사이언스'에 게재했다.연구팀은 여름 성수기 동안 전 세계 바다에 존재하는 크릴새우의 양에 따라 대왕고래의 몸 크기가 제한된다는 점을 발견했다. 연구팀을 이끈 제러미 골드보겐 스탠퍼드대 생물학자는 "대왕고래는 극지방에서 크릴새우가 번창하는 여름 동안 최대한 지방층을 많이 쌓은 다음 적도 지방으로 이동해 새끼를 낳는다"고 설명했다.연구팀은 1만여건의 사례 연구를 통해 여름 극지방에 존재하는 크릴새우 양이 제한돼 있기 때문에 고래의 성장에도 한계가 나타는 결론을 도출했다.연구팀은 "인간 등이 크릴새우 생태계를 어지럽히면 대왕고래의 크기도 줄어들 것"이라고 분석했다. 강현우 기자 hkang@hankyung.com
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