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2026-01-12 (월)

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과학이 풀어야 할 가장 큰 미스터리 5가지

과학은 세상에 대한 우리의 이해를 크게 발전시켰지만, 여전히 많은 미스터리가 남아 있다. 특히 우주의 기원이나 지구의 생명의 기원등은 가설은 많지만 아직까지 명확한 답이 나오지 않고 있다. 스페인 매체 마스 인포르마시온(Mas informacion)은 과학자들이 여전히 답을 찾지 못하고 있는 다섯 가지 핵심 질문을 소개했다. 1. 우주의 구성 요소는 무엇인가? 우주의 신비는 우리가 기존에 인지하고 있던 것보다 훨씬 더 깊고 복잡하다. 우리가 알고 있는 우주를 구성하는 물질은 전체의 약 5%에 불과하며, 나머지 약 95%는 미지의 영역인 암흑물질과 암흑에너지로 채워져 있다. 암흑물질은 우주 전체의 약 27%를 차지할 것으로 추정되는, 관측되지 않는 물질이다. 이 물질은 중력의 영향을 미치며, 우주의 팽창을 억제하는 중요한 역할을 한다. 암흑에너지는 우주의 약 68%를 구성하는 것으로 추정되며, 관찰할 수 없는 에너지 형태이다. 암흑에너지는 우주의 팽창을 가속화하는 데 결정적인 역할을 하는 것으로 여겨진다. 우주의 심오한 미스터리를 풀기 위해, 암흑물질과 암흑에너지의 본질을 밝히는 것은 중대한 과학적 과제로 남아 있으나, 현재까지 이들의 정체에 대한 명확한 답은 아직 발견되지 않았다. 암흑물질의 잠재적 후보로는 중성미자, 윔프(WIMP), 액시온(axion) 등이 거론되고 있다. 중성미자는 전하를 갖지 않아 빛을 발하지 않으며 질량이 있어 관측이 어렵다. 윔프는 그 무거운 질량과 강력한 중력으로 인해 우주의 구조 형성에 기여할 것으로 추정된다. 액시온은 중력과 전자기력 사이의 힘을 가짐으로써 우주의 팽창에 영향을 미칠 수 있다고 여겨진다. 암흑에너지의 가능한 후보로는 진공 에너지, 쿼크-글루온 플라즈마, 반물질 등이 제시되고 있다. 진공 에너지는 우주 공간 자체에 내재된 기본적인 힘의 에너지 형태로, 쿼크-글루온 플라즈마는 초기 우주의 고온 상태에서 존재했던 물질이다. 반물질은 물질과 상호작용하여 완전히 소멸되는 특성을 지니며, 이 과정은 우주 팽창에 중요한 역할을 할 수 있다. 과학자들은 이러한 후보들을 관측하고 실험을 통해 그 본질을 밝히려는 지속적인 노력을 기울이고 있으나, 아직까지는 이들의 정확한 성질과 역할에 대한 확실한 결론을 내리지 못하고 있다. 2. 생명은 어떻게 생겨났나? 생명의 기원은 과학계가 오랜 시간 동안 탐구해온 가장 심오한 미스터리 중 하나다. 지구상의 생명체가 어떻게 탄생했는지에 대해서는 아직도 명확한 해답이 제시되지 않았다. 과학자들은 다양한 이론을 제시하고 있으나, 아직까지 어느 하나의 가설도 정설로 자리 잡지 못하고 있다. 가장 널리 인정받는 가설 중 하나는 '원시 수프(Primordial soup)' 이론이다. 이 이론은 초기 지구의 바다가 생명체 형성에 필수적인 단순 화학 물질로 가득 차 있었고, 대기 중의 가스와 번개 에너지의 결합으로 아미노산과 같은 단백질 구성 요소가 형성될 수 있었다고 주장한다. 1920년대에 알렉산더 오파린과 J.B.S. 할데인이 제안한 이 가설은 이후 실험을 통해 그 타당성이 일부 입증됐다. 대표적인 예로, 1953년 스탠리 밀러와 하럴드 우레이는 초기 지구의 환경을 모사한 실험을 통해 아미노산의 합성에 성공했다. 하지만 원시 수프 가설에는 여전히 미해결의 문제가 존재한다. 아미노산이 우연히 결합하여 복잡한 생명체로 발전할 수 있는지에 대한 의문, 그리고 원시 수프에서 생명체가 어떻게 진화했는지에 대한 설명이 미흡하다는 지적이 있다. 또한, 지구 생명체의 기원에 대한 다른 이론도 존재한다. 일부 과학자들은 우주에서 온 운석이나 혜성에 생명의 씨앗이 실려 지구에 도착했을 가능성을 제시하는 '판스페르미아(Panspermia)' 이론을 주장한다. 이처럼 생명의 기원에 대한 탐구는 여전히 과학계의 중요한 도전 과제로 남아 있다. 3. 무엇이 우리를 인간으로 만드는가? '무엇이 우리를 인간으로 정의하는가?'는 과학과 철학의 경계를 넘나드는 깊이 있는 질문이다. 인간은 다른 동물들과 구별되는 특유의 특성들을 가지고 있지만, 이러한 특성들이 무엇인지에 대한 명확한 합의는 아직 이루어지지 않았다. 언어 사용, 도구 활용, 추상적 사고, 자기 인식 능력 등은 전통적으로 인간만의 고유한 특성으로 여겨져 왔다. 하지만, 최근의 과학 연구는 다른 동물들 또한 이러한 특성들을 어느 정도 보유하고 있음을 증명하고 있다. 예를 들어, 코끼리는 복잡한 의사소통을 위해 고유의 언어 체계를 사용하며, 침팬지는 도구를 사용해 먹이를 얻거나 사냥하는 능력을 지니고 있다. 돌고래는 추상적인 사고를 할 수 있으며, 침팬지는 거울을 통해 자신을 인식하는 자기 인식 능력을 갖추고 있다고 알려져 있다. 이러한 발견들은 인간과 다른 동물들 사이의 경계가 생각보다 모호하다는 것을 시사하며, 인간을 정의하는 것이 단순한 문제가 아님을 보여준다. 인간의 독특한 특성들에 대한 이해는 계속해서 진화하고 있으며, 이는 우리가 인간성에 대해 더 깊이 고민하고 탐구해야 함을 의미한다. 한편으로는, 인간을 특별하게 만드는 요소가 단일 특성이 아니라, 여러 특성들의 복합적인 상호작용이라는 주장이 제기되고 있다. 이에 따르면, 인간은 언어를 통한 복잡한 의사소통 능력, 도구를 활용한 환경 변형 능력, 그리고 추상적 사고를 통해 새로운 것을 창조하는 능력을 결합하여 독특한 문화와 사회 구조를 형성하였다는 것이다. 이러한 능력들의 결합은 인간만의 특별한 문화적, 사회적 발전을 가능하게 했다. 인간의 언어 사용 능력은 복잡한 의사소통과 지식 전달을 가능하게 했으며, 도구 사용 능력은 환경을 변화시키고 적응하는 방법을 혁신적으로 발전시켰다. 또한, 추상적 사고는 예술, 과학, 철학 등 인간만의 다양한 창조적 영역을 탄생시켰다. 그럼에도 불구하고, 인간을 인간답게 만드는 근본적인 요소가 무엇인지에 대한 질문은 여전히 해결되지 않은 미스터리로 남아 있다. 4. 의식이란 무엇인가? 의식은 인간 존재의 가장 심오하고 미스테리한 특성 중 하나로 여겨진다. 우리는 아직 의식이 구체적으로 무엇이며, 그것이 어떻게 기능하는지 완전히 이해하지 못하고 있다. 의식은 뇌의 복잡한 기능과 밀접하게 연관되어 있을 것으로 추측되지만, 뇌의 어떤 부분이 의식을 조절하는지, 그리고 의식이 어떻게 형성되고 발현되는지에 대한 구체적인 메커니즘은 아직 명확하게 밝혀지지 않았다. 의식은 우리가 세계를 인식하고 경험하는 방식의 핵심을 이루며, 이에 대한 깊은 이해는 인간 본성과 지적, 정서적, 영적 측면에 대한 우리의 이해를 크게 향상시킬 것으로 기대된다. 의식에 대한 연구는 인간 뇌의 복잡성과 그 신비를 탐구하는 과정에서 핵심적인 역할을 하며, 이는 인지 과학, 신경학, 철학, 심리학 등 여러 학문 분야에 걸쳐 진행되고 있다. 5. 우리는 왜 꿈을 꾸는가? 인간이 꿈을 꾸는 이유는 심리학과 신경과학의 오랜 미스터리 중 하나이며, 이에 대한 확실한 답변은 아직 없다. 꿈에는 여러 가설이 존재하고 있다. 예를 들어, 무의식의 표현에 관한 가설은 꿈이 우리의 억압된 감정과 생각을 드러내는 역할을 한다고 주장한다. 기억 정리와 학습 지원에 관한 가설은 꿈이 기억을 재구성하고 새로운 정보를 처리하는 데 중요한 역할을 한다고 설명한다. 스트레스 해소 기능에 관한 가설은 꿈이 심리적 압박을 완화하고 정서적 균형을 찾는 데 도움을 준다고 주장한다. 그러나 이러한 가설들 중 어느 것도 아직 확실하게 입증되지 않았다. 꿈은 인간의 정신적, 감정적 삶에 중요한 영향을 미친다. 꿈은 우리의 무의식을 반영하고, 내면을 이해하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 창의적 사고와 문제 해결 능력에도 기여할 수 있다. 그러나 꿈의 본질과 목적에 대한 신비는 여전히 베일에 싸여 있다. 이와 같은 질문들에 대한 답은 과학이 발전함에 따라 점차 밝혀질 것으로 기대되지만, 그 과정은 간단하지 않을 것이다. 과학자들은 새로운 기술과 방법론을 개발하고, 기존 가설들을 실험적으로 검증함으로써 꿈의 신비를 풀기 위해 지속적으로 노력하고 있다.
- 생활경제
2024-01-22 11:47:00
세계 최고 슈퍼컴 '오로라', 원자로 시뮬레이션 투입

미국 아르곤 국립연구소에서 설치하고 있는 '오로라'는 현존하는 슈퍼 컴퓨터보다 50배 강력한 시스템이다. 현존하는 슈퍼컴퓨터 보다 성능이 50배 이상 더 강력한 슈퍼컴퓨터가 등장한다. 기술 전문매체 인터레스팅엔지니어링(InterestingEngineering)은 미국 아르곤 국립연구소(ANL) 과학자들이 세계에서 가장 강력한 슈퍼컴퓨터인 '오로라(Aurora)'를 설치 중이라고 보도했다. 오로라는 미국이 이미 'TOP500'기준으로 세계에서 가장 빠른 수퍼컴퓨터를 보유하고 있는 상황에서, 이전 원자로보다 더 효율적이고 안전한 새로운 원자로의 시뮬레이션을 돕기 위해 설치되고 있다. TOP500은 세계에서 알려진 가장 강력한 500대(비분산형)의 컴퓨터 시스템의 500대 순위를 나열하고 자세히 설명하는 프로젝트다. 이들 슈퍼컴퓨터는 다양한 계산 작업에 사용된다. 앞서 이 매체는 2023년 9월 슈퍼컴퓨터로 미군의 핵 비축량을 확인할 계획인 로스 앨러모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory, LANL)에 대해 보도했다. LANL은 지난 1943년 설립된 세계적으로 가장 큰 규모의 기술과학 연구소로, 인류 최초로 핵폭탄을 제조한 맨해튼 프로젝트를 진행했다. 다만, 오로라는 LANL 슈퍼컴퓨터와는 매우 다른 역할을 수행하기 위해서 계획됐다. 오로라는 현재 미국 전기 공급량의 5분의 1을 공급하는 원자로 내 핵분열 과정을 개선하는 것이 목표로 한다. 더 중요한 것은 원자력 공급이 탄소 배출을 절반 이상 감소시킬 수 있다는 점이다. ANL은 시뮬레이션을 위해 초당 44천조 개의 계산을 수행할 수 있는 44 페타플롭(초당 1000조번의 수학 연산처리를 뜻하는 말) 머신인 폴라리스(Polaris) 슈퍼컴퓨터를 사용하고 있다. 반면, 오로라는 2 엑사플롭(초당 100경번을 연산하는 말) 이상의 계산 용량을 제공하도록 설계돼 현존하는 시스템보다 50배 더 강력한 초당 200경 계산을 수행할 수 있다. 이 시스템은 제조상의 문제로 인해 완성이 지연되었으나, 오로라가 작동 준비를 마치면 미국 오크릿지 국립연구소의 프론티어를 대체해 세계에서 가장 빠른 슈퍼컴퓨터가 될 것으로 예상된다. ANL의 원자력 엔지니어인 딜론 세이버 박사는 "오로라의 차별화된 특징은 우리가 수행할 수 있는 시뮬레이션의 규모와 다양성"이라고 말했다. 세이버와 그의 팀은 오로라의 뛰어난 계산 능력을 이용하여, 시뮬레이션에서 수십억 개의 변수를 처리할 계획이다. 이 팀은 원자로 코어 내의 복잡한 과정을 상세하게 캡처해, 비용이 많이 드는 실험 없이도 새로운 원자로 설계를 개발하는 데 도움을 줄 것으로 보인다. 이러한 능력은 원자로 건설 업체들이 설계의 타당성을 확인하고 승인을 받는 데 있어 매우 유용하게 사용될 것으로 예상된다. 이 시뮬레이션에서 연구자들은 연료 핀 주변의 열 소용돌이와 난류, 그리고 열 전달 특성을 모델링할 예정이다. 난류의 증가는 열 전달을 촉진할 수 있지만, 이 과정은 추가적인 에너지를 필요로 한다. 소듐 냉각 원자로에서는 난류가 열의 미세한 소용돌이, 즉 열 소용돌이를 형성할 가능성이 있으며, 이는 연료 핀이 진동하는 원인이 될 수 있다. 연구팀은 원자로와 연료의 성능에 영향을 미치는 구조 역학뿐만 아니라 열 교환 특성도 시뮬레이션에서 고려하여 모델링할 계획이다. 연구팀은 다양한 연구자들이 모델링과 시뮬레이션을 수행할 수 있도록 다중물리 객체 지향 시뮬레이션 환경(MOOSE)을 사용할 계획이다. MOOSE를 활용하면 시뮬레이션을 빠르게 완료할 수 있으며, 오로라의 계산 능력과 결합하여 NekRS라는 전산 유체 역학 솔버를 사용하면 더욱 세밀한 시뮬레이션도 가능하다. 세이버는 "이런 미세한 역학적 요소들은 원자로의 열 전달에 대한 거시적인 행동을 파악하는 데 결합되어 매우 중요한 역할을 한다"고 설명했다. 한편, 2023년 5월에 발표된 T500 순위에 따르면, 한국은 삼성종합기술원의 SSC-21, SSC-21 Scalable Module, 기상청의 구루와 마루, SKT의 타이탄, 광주과학기술원의 드림-AI, 그리고 KT의 KT DGX SuperPOD 등 총 8대의 슈퍼컴퓨터를 보유하고 있다. 성능 기준으로는 8위, 보유 대수 기준으로는 9위에 올랐다.
- 산업
2023-10-13 17:36:00