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2025-07-05 (토)

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[퓨처 Eyes(90)] "시간이 3차원"⋯물리학 100년 숙제 '양자 중력' 해법 제시한 새 이론

우리가 사는 세상을 '3차원 공간'과 '1차원 시간'이 합쳐진 4차원의 무대라고 보는 현대 물리학의 기본 생각에 도전하는 새로운 이론이 나왔다. 시간이 실제로는 3차원이고, 우리가 아는 공간은 그 시간의 작용 때문에 생겨난 결과물이라는 주장이다. 이 이론은 아주 작은 원자의 세계와 거대한 우주를 하나로 묶으려는 물리학의 가장 큰 숙제인 '양자 중력' 문제까지 풀 수 있다는 기대를 모은다. 이 혁신적인 이론을 내놓은 사람은 미국 알래스카 페어뱅크스 대학교의 군터 클레체슈카 교수다. 그는 "3차원의 시간이야말로 모든 것을 이루는 바탕이며, 마치 그림을 그리는 캔버스와 같다"고 설명한다. "우리가 아는 3차원 공간 역시 존재하지만, 그것은 캔버스 자체가 아니라 그 위에 칠해진 그림물감에 더 가깝다"는 것이다. 그렇다면 3차원 시간이란 무엇일까? 우리가 아는 시간은 끊임없이 앞으로만 나아가는 직선 길과 같다. 하지만 만약 이 길 옆으로 또 다른 길이 나 있다면 어떨까? 지금 이 순간에 머무르면서 옆길로 한 걸음 옮기면, 바로 그날의 다른 가능성을 탐험할 수 있다. 이것이 시간의 '두 번째 차원'이다. 그리고 이 가능성들 사이를 오갈 수 있게 하는 힘이나 통로가 바로 시간의 '세 번째 차원'이다. 실험값과 소수점 9자리까지 일치 이 이론이 특히 주목받는 까닭은 실제 세상과 딱 들어맞는 구체적인 예측을 내놓기 때문이다. 기존 물리학 이론(표준 모형)은 세상이 무엇으로 만들어졌는지 잘 설명하지만, '왜 입자들이 지금과 같은 무게(질량)를 갖는지'는 정확히 답하지 못했다. 클레체슈카 교수의 계산은 이 질문에 대한 놀라운 답을 보여준다. 세상에서 가장 무거운 기본 입자인 '톱 쿼크'의 무게를 예측한 값이 실제 실험에서 측정한 값과 거의 똑같았다. 특히 전자 한 개의 무게는 실제 측정값과 소수점 아홉째 자리까지 똑같이 계산해냈다. '유령 입자'라고 불리는 아주 가벼운 중성미자들의 무게까지 정확히 예측했다. △ 가장 무거운 중성미자(ν 3 ): 0.058±0.004 eV △ 중간 중성미자(ν 2 ): 0.0086±0.0003 eV △ 가장 가벼운 중성미자(ν 1 ): 0.0023±0.0002 eV '세대 문제'부터 '양자 중력'까지…물리학 난제 풀다 새로운 이론은 숫자를 맞추는 데서 그치지 않고, 물리학의 오랜 수수께끼들에 대한 실마리를 제공한다. 첫째, 왜 기본 입자들이 꼭 세 종류씩 짝을 이루는지(세대 문제)를 시간의 3차원 구조로 깔끔하게 설명한다. 둘째, 물질 세계가 왜 유독 '왼손잡이'를 선호하는 것처럼 보이는지(대칭성 위반)에 대한 궁금증도 다른 가정 없이 시간의 구조만으로 풀어낸다. 이전에도 시간을 여러 차원으로 보려는 시도는 있었지만, 종종 '원인이 결과보다 늦게 일어나는' 심각한 모순이 생겨났다. 클레체슈카 교수의 이론은 이 문제를 해결해, 여러 시간 차원 속에서도 원인과 결과의 순서가 뒤바뀌지 않음을 수학적으로 보장한다. 셋째, 아주 작은 세계와 거대한 세계의 규칙을 합치는 '양자 중력' 이론의 실마리를 찾았다는 점이 가장 큰 성과로 꼽힌다. 현재 물리학은 자연계의 4가지 기본 힘(전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력, 중력) 중 중력을 제외한 세 힘은 '표준 모형'으로 설명하지만, 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 설명하는 중력과는 합치지 못하고 있다. 이 둘을 통합해 4가지 힘을 모두 아우르는 '모든 것의 이론'을 만드는 것이 물리학자들의 오랜 꿈이다. 이론에서 현실로…앞으로 10년의 검증 시험대 이 놀라운 아이디어는 단순한 상상으로 끝나지 않을 전망이다. 앞으로 10년 안에 여러 최첨단 과학 실험을 통해 이론이 맞는지 직접 확인할 수 있기 때문이다. 클레체슈카 교수는 "과거의 3차원 시간 이론들은 구체적인 실험과 연결되지 않은 수학적 상상에 가까웠다"며 "내 연구는 이 개념을 여러 방법으로 검증할 수 있는, 시험 가능한 물리 이론으로 바꾸었다"고 강조했다. 구체적인 검증 방법과 일정은 다음과 같다. △ 중력파: 땅속에서 우주의 미세한 떨림인 '중력파'를 측정하는 '라이고(LIGO+)'와 같은 검출기로, 이론이 예측한 빛과의 미세한 속도 차이를 확인할 것이다. △ 새로운 입자: 스위스에 있는 거대한 입자 실험 장치인 '대형 강입자 충돌기(LHC)'를 이용해 이론이 예측하는 새로운 입자를 찾는다. 이 입자들은 우주의 숨겨진 물질인 '암흑물질'의 유력한 후보로도 여겨진다. △ 암흑 에너지: 2027년부터는 여러 우주 망원경이 우주를 가속 팽창시키는 미지의 힘인 '암흑 에너지'의 변화를 관측해, 이론의 예측과 들어맞는지 비교할 예정이다. 과학 넘어 철학까지…'현실'의 재정의 이러한 예측들이 실험을 통해 사실로 밝혀진다면, 과학계에 거대한 혁명이 일어날 수 있다. 우리가 당연하게 여겼던 시간과 공간, 그리고 현실 자체를 완전히 새로운 눈으로 보게 되기 때문이다. 이 이론은 우리에게 물리적 현실의 본질을 뿌리부터 다시 생각해야 할지 모른다는 질문을 던진다. 이 이론이 맞다면, 시간은 우리가 떠내려가는 강이 아니라, 온 세상이 헤엄치는 거대한 바다일지도 모른다.
- 포커스온
2025-06-26 13:03:00
왼손잡이, "희귀 유전자 변이가 연관되어 있다"는 주장 제기

특정 유전자의 변이체가 인간의 왼손잡이 발달과 연관되어 있다는 사실이 드러났다. 이러한 변이체가 왼손잡이와 같이 인간의 신체적 특성을 어떻게 바꾸는지를 알게 되면, 유전자가 어떻게 사람들을 신경발달 장애를 갖거나 신경퇴행성 질환을 일으키는지와 같은 수수께끼를 푸는 실마리를 제공할 수 있을 것이라고 사이언스 온라인판이 전했다. 네덜란드 막스 플랑크(Max Planck Institute) 심리언어학 연구소 팀이 35만 명 이상의 유전자 데이터를 분석한 결과 뇌 관련 신경퇴행성 장애나 왼손잡이를 결정짓는 희귀한 코딩 요소 사이의 몇 가지 가능한 연관성들을 발견했다. 이번 연구는 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다. 인간 손의 거울 반사와 같은 제한된 방향성은 생물학에서 흔한 현상이다. 즉, 좌우 개념으로 나타나는 1쌍의 거울 상체가 존재하는 물체의 특징이다. 분자조차도 종종 일관된 방향성을 가지고 있는데, 이를 키랄성(분자 비대칭성)이라고 한다. 예를 들어, 단백질의 구성 요소는 일반적으로 왼손잡이로 설명되는 구조를 가지고 있는 반면, 모든 생명체에서 자연적으로 발견되는 DNA는 오른손잡이 방식으로 꼬인다. 전체 인구 10%만 왼손잡이 그러나 자연이 왜 특정한 꼬임을 선호하는지는 명확한 것은 아니다. 똑같이 유용한 두 손과 팔을 갖고 있는 사람들은 오른손잡이이거나 왼손잡이일 가능성이 같아 보인다. 즉 50대 50이라는 얘기다. 그러나 전체 인구의 약 10%만이 왼손잡이다. 왼손잡이는 특정 신경발달 장애를 가진 사람들 사이에서 더 많이 발생하며, 왼손잡이와 언어는 밀접하게 관련되어 있다. 사람의 유전자와 관련된 증거가 점점 늘어나면서 광범위한 연구가 진행됐다. 쌍둥이를 대상으로 한 연구에 따르면 왼손잡이는 4명 중 1명꼴로 유전되는 것으로 나타났다. 왼손잡이냐 오른손잡이냐를 유발하는 뇌 비대칭은 어릴 때부터 형성되기 시작하며, 아기가 아직 자궁에 있는 동안에도 진행된다. '왼손잡이 결정' 유전자 탐구 연구팀은 왼손잡이 결정에 관여하는 유전자를 탐구했다. 2019년 40만 가지의 개인 기록에 대한 연구에서 왼손잡이와 관련된 첫 4개의 유전자 영역이 밝혀졌다. 2020년에는 170만 명이 넘는 사람들을 대상으로 한 게놈 연구에서 왼손잡이에 영향을 미치는 41개의 유전자 변이가 발견됐다. 연구팀은 희귀 유전자 변이가 왼손잡이에 미치는 영향을 확인하기 위해 영국 바이오뱅크에 있는 35만 명 이상의 유전 데이터를 조사했다. 왼손잡이 3만 8043명과 오른손잡이 31만 3271명을 대상으로 조사가 진행됐다. 팀은 왼손잡이와 관련된 특정 유전자를 검색하고, 희귀한 유전자 변화가 왼손잡이 결정에 얼마나 영향을 미칠 수 있는지를 계산했다. 연구팀은 희귀한 코딩 변종을 가진 왼손잡이의 유전율이 약 1%라는 것을 발견했다. 연구팀은 또 왼손잡이가 미세소관을 만드는 튜불린을 코딩하는 TUBB4B라는 유전자에 희귀한 코딩 변이를 가질 확률이 2.7배 더 높다는 사실도 발견했다. 튜불린은 세포골격을 구성하는 미세소관의 단위체이며, 미세소관은 뉴런 발달, 이동 및 가소성에 중요하다. 자폐증, 왼손잡이 비율 더 높아 미세소관이 왼손잡이나 오른손잡이 결정에 어떻게 영향을 미치는지는 아직 불투명하다. 그러나 미세소관이 뇌 발달 초기에 세포 키랄성에 영향을 미치며, 이에 따라 뇌 왼쪽의 장기 내재적 형성에 기여할 수는 있다고 한다. 연구팀은 특히 자폐증과 관련된 두 유전자(DSCAM과 FOXP1)에 변이가 있는 사람들이 왼손잡이가 될 가능성이 훨씬 더 높다고 지적했다. 대부분의 왼손잡이는 자폐증이 없지만, 자폐증 중 왼손잡이의 비율이 더 높은 것은 드문 유전자 변화 때문일 수 있다는 설명이다. DSCAM 또는 FOXP1 유전자 돌연변이가 자폐증에 영향을 미치는 경우 뇌의 좌우 축 발달 변화가 원인의 일부일 가능성도 있다는 지적이다. 이 연구는 왼손잡이에서 희귀한 단백질 변형 변이의 역할을 밝혀 미세소관과 신경발달 장애 등과 관련한 유전자에 대한 추가 데이터를 제공한다는 데 의미가 크다는 평가다. 연구팀은 희귀 변이 연관 매핑이 왼손잡이에 더 많은 유전자를 포함할 가능성이 높다고 추정하고 있다.
- IT/바이오
2024-04-08 16:03:00
하늘을 나는 스포츠카 '스위치블레이드' 첫 비행 성공

미국 항공기 제조업체 샘슨 스카이(Samson Sky)는 오리건주 본사에서 하늘을 나는 스포츠카인 '스위치블레이드(Switchblade)'의 첫 비행을 성공적으로 마쳤다고 일본 드론·멀티곱터 전문 매체 드론(DRONE)이 최근 보도했다. 활주로를 따라 배치된 샘슨 스카이팀은 스위치블레이드가 부드럽게 이륙해 고도 약 150m(500피트)까지 비행하는 것을 지켜봤다. 스위치블레이드는 약 6분 동안 비행한 후 안전하게 착륙했다. 스위치블레이드의 대시보드는 오른손잡이와 왼손잡이 모두 구동할 수 있도록 설계됐다. 대시보드는 운전석과 조수석 정면에 있는 운전에 필요한 각종 계기들이 달린 부분을 의미한다. 스위치블레이드는 도로 주행과 비행이 가능한 스포츠카로, 날개를 접었다 펼 수 있는 것이 특징이다. 도로 주행 모드에서는 시속 125mph(201km/h) 이상으로 달릴 수 있으며, 비행 모드에서는 시속 190mph(305kph) 이상으로 비행할 수 있다. 또한, 스위치블레이드는 2인승으로 날개와 꼬리를 접을 수 있어 도로 주행 시 공간 효율성이 높다. 게다 무연 차량 가스를 사용하는 고유한 하이브리드 전기 시스템으로 친환경적이라는 장점이 있다. 샘슨 스카이 CEO 샘 버스필드(Sam Busfield)는 "이번 스위치블레이드의 첫 비행은 14년간의 설계와 엄격한 테스트를 거친 중요한 이정표"라며 "이번 비행 데이터를 바탕으로 생산 엔지니어링을 마무리하고 여러 생산 프로토타입을 제작할 것"이라고 말했다. 그는 이어서 "스위치블레이드는 날개를 접을 수 있어 도로 주행 시 공간 효율성이 높고, 무연 차량 가스를 사용하는 고유한 하이브리드 전기 시스템으로 친환경적이라는 장점이 있다"며 "이러한 장점으로 인해 하늘을 나는 스포츠카의 상용화 가능성을 높일 것으로 기대된다"고 말했다. 미래형 교통수단인 스위치블레이드가 상용화될 경우, 기존의 자동차와 항공기의 장점을 모두 갖춘 새로운 교통 수단으로 자리매김할 것으로 기대된다.
- 산업
2023-11-22 10:04:00