스토리 2020.11.25

[호기심 과학] 우리가 보는 대부분의 디스플레이 화면은 ‘편광된 빛’이다? 디스플레이 ‘편광판’에 숨겨진 과학 원리!

지금 필자가 보고 있는 슈퍼 와이드 모니터, 필자의 애장품인 노트북은 모두 선명한 화질을 자랑한다. 특히 현미경으로 관찰한 사진 등을 더 확대해 보고, 동영상 편집 등의 정밀한 작업이 필요할 때 큰 도움이 된다. 필자가 가지고 있는 두 제품뿐 아니라 대부분의 디스플레이에는 사실 공통점이 있는데, 바로 편광판이 장착되어 있다는 것이다. 이 칼럼을 읽는 독자 여러분들 중 누구는 편광판의 개념이 조금 생소할 수도 있다. 그럼 오늘은 우리가 보는 대부분의 디스플레이에 장착된 편광판에 숨겨진 과학 원리를 쉽고 자세히 알아보도록 하자. ▲ 필자가 가지고 있는 오딧세이 노트북(왼쪽)과 QLED 슈퍼 와이드 게이밍 모니터(오른쪽)로 두 제품 모두 디스플레이에 편광판이 장착되어 있다. 빛은 입자일까? 파동일까? 편광판을 이해하기 위해서는 먼저 빛의 특성에 대해서 알 필요가 있다. 과학자들은 17세기 무렵부터 빛이 ‘파동’이냐 ‘입자’냐를 놓고 논쟁해왔는데, 뉴턴은 빛이 입자의 흐름이라고 결론을 내렸고, 하위헌스는 파동이라고 주장했다. 그런데 당시에 워낙 뉴턴이 유명했기에 빛의 입자설이 더 유력한 학설로 받아들여졌다. 이후에 토마스 영이 ‘이중 슬릿 실험’을 통해 빛이 파동이라는 강력한 증거인 간섭현상을 증명한 이후로 빛의 파동설이 우세해졌다. 하지만 20세기 초 아인슈타인이 광전효과를 규명하면서 빛의 입자설이 다시 살아나게 되었고, 콤프턴의 ‘X선 산란 실험’으로 빛의 입자임을 분명히 확인했다. 아인슈타인은 그 유명한 상대성 이론이 아니라 바로 이 광전효과의 메커니즘을 규명한 공로로 1921년 노벨상을 수상했다. 사실 대부분의 사람들은 세상은 검은색 아니면 흰색이라는 흑백 사고에 익숙한 경우가 많아서 빛도 파동 아니면 입자, 둘 중 하나이지 ‘빛은 파동이면서 입자’라는…
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일상 속 디스플레이의 발견 22편: 돌돌 말았다가 펼쳐서 쓰는 디스플레이!
일상 속 디스플레이 2020.11.23

일상 속 디스플레이의 발견 22편: 돌돌 말았다가 펼쳐서 쓰는 디스플레이!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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일상 속 디스플레이 2020.11.20

일상 속 디스플레이의 발견 21편: 멀티 폴더블 디스플레이로 새로운 세계를 펼쳐보다.

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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스토리 2020.11.19

시간이 거꾸로 흐른다? 영화 ‘테넷’속 열역학 제2법칙!

열역학 제2법칙’을 모르는 것은 셰익스피어를 읽지 않은 것과도 같다는 찰스 스노우의 일갈은 유명하다. 스노우는 영국의 과학자이면서 소설가로서 과학과 인문학이라는 ‘두 문화’의 단절을 큰 문제로 지적했다. 세간에서 셰익스피어를 읽지 않은 사람은 교양이 없다는 인식이 팽배하지만 제2법칙을 모른다고 해서 그 사람들을 그렇게 취급하지는 않는다. 내 경험에 따르면 오히려 제2법칙을 아는 것이 부끄러운 (“그런 것도 다 알아?” 하는 식으로) 시절도 그리 오래전 일이 아니다. 최근 개봉한 영화 <테넷>은 사람들에게 물리학을 어느 정도 이해할 수 있는 기회를 제공해 준다는 점에서 과학자의 한 사람으로 긍정적으로 생각한다. 영화배우 로버트 패틴슨은 <테넷>을 이해하기 위해서는 물리학 석사 학위가 필요할 것 같다고 말했지만, 일반물리학을 충실히 배웠다면 <테넷>을 즐기는 데에 부족하지 않으리라는 게 내 생각이다. 어떤 계의 무질서한 정도를 나타내는 양 ‘엔트로피’ 먼저, 영화 <테넷> 속 열역학적 시간에 대해 설명하기 전에 열역학과 엔트로피 법칙에 대해 알아보자. 열역학은 열에 관한 현상을 다루는 물리학이다. 이를 설명하는 초기 이론으로 열소이론이 있다. 열소이론이란 질량이 없는 열소(caloric)라는 입자를 도입해 열현상을 설명하는 이론이다. 18세기에 화학 혁명을 이끌었던 프랑스의 라부아지에 등이 적극적으로 옹호했던 이론이기도 하다. 흔히 열역학이 정립되고 발전한 결과 영국에서 증기기관을 필두로 한 산업혁명이 촉발되거나 가속됐다고들 생각하는데 이는 잘못된 통념이다. 오히려 열기관의 효율을 높이기 위한 노력 속에서 열역학이 발달했다. 처음에는 온도와 부피, 압력 등 거시적인 물리량을 중심으로 열 현상을 기술했으나 19세기 후반기에는 미시적인 분자들의 운동이라는 관점에서 통계역학적으로 열 현상을 설명하기에…
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스토리 2020.11.11

일상생활을 넘어 자연의 비밀을 품고 있다! 끝을 알 수 없는 매력적인 상수 ‘원주율’

파이를 모르는 사람은 없을 것이다.  물론 영국에서 유래된 넓적한 빵의 일종을 말하는 것이 아니라, 어릴 때 소수점 몇 번째 자리까지 외울 수 있는지 친구들과 대결하느라 고생했던, 3.14로 시작해서 끝없이 계속되는 상수에 대한 이야기다. 수학에서 상수란, 값이 변할 수 있는 변수의 반대말로, 1이나 0처럼 절대로 변하지 않는 고유의 수이다. 우리가 일반적으로 상수라고 생각하는 숫자들은 그 값을 정확하게 셀 수 있으며 무한하게 이어지지 않는다. 하지만 시험문제에서 학생들이 계산을 수월하게 완료할 수 있도록 주어진 상수들이 익숙할 뿐이며, 계속해서 이어져서 끝까지 세어본 적이 없는 수라고 해도 상수일 수 있다. 상수는 수의 종류가 아니라 주어진 식에서 변화하지 않고 고정된 수를 의미하는 것이기 때문이다. 보통 일상 속에서 수라고 한다면, 제곱해서 음의 수가 나오는 허수는 종종 고려하지 않고 잊어버리기 일쑤다. 그 외에는 실수라고 하는데, 정수와 분수로 적을 수 있는 유리수와 둘 중에 어떤 형태로도 나타낼 수 없는 무리수가 여기 속한다. ▲원의 지름이 1일때, 원주는 π이다. (출처: 위키피디아) 무리수 중에서도 오늘의 주인공 파이(π)는 ‘초월수(Transcendental Number)’라고 불리며 소속되어 있다. 초월수인 파이(π)는 원주율을 의미한다. 풀어서 쓰면, 원의 지름에 대한 원둘레의 비라고 할 수 있다. 원은 놀라운 도형이다. 우주에서 가장 보편적이며 단순한 형태이며, 둥근 태양 주위를 도는 지구도 원을 그리며, 달 역시 원 궤도로 지구 주위를 돈다. 효율적인 이동을 해내기 위해 인류는 둥글게 바퀴를 깎았고, 멀리 정확하게 날아가 목표물을 관통하는 총알도 정면에서 보면 매끄럽게 회전하는 원의 형태다.…
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일상 속 디스플레이 2020.11.04

일상 속 디스플레이의 발견 20편: 배터리 걱정 없는 삼성OLED

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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색과 명암을 인지하는 우리 눈의 정교한 구조와 기능!본다’라는 기능을 위한 최적의 구조
스토리 2020.10.23

[호기심 과학] 색과 명암을 인지하는 우리 눈의 정교한 구조와 기능! ‘본다’라는 기능을 위한 최적의 구조

눈은 우리 몸에서 가장 중요한 부분 중 하나다. 우리가 살아가는 데 있어 눈이 보이지 않는다. 얼마나 많은 불편을 겪어야 할지, 그건 잠시만 눈을 감고 걸어보아도 충분히 체험이 가능하다. 또 우리는 눈으로 보아야 할 것이 너무나 많은 세상에 살고 있다. 각종 디스플레이를 통해 화려한 멀티미디어 영상들을 즐기고, 인터넷에 접속해 그 많은 정보들을 받아들이는 것도 모두 우리의 눈이 건강하고 제 역할을 할 때 가능한 것이다. 옛말에 ‘몸이 천 냥이면 눈은 구백 냥’이란 말이 있는 것처럼 매우 중요한 역할을 하고 있는 눈. 오늘은 그중에서도 색과 명암을 인지하는 우리 눈의 정교한 구조와 기능에 대해 알아보자. ‘눈’이 아니라 ‘뇌’로 본다!! 눈의 구조를 제대를 알기 위한 가장 좋은 방법은 눈 해부 실험을 해보는 것이다. 해부 전 소 눈의 겉모습을 살펴보면, 일단 앞쪽에는 얇은 각막이 있음을 관찰할 수 있다. 가끔 우리 눈에 속눈썹이 들어가거나 할 때 어쩔 수 없이 눈을 만지게 되는데, 이때 만져지는 부분이 바로 눈의 가장 바깥쪽 막인 각막이다. 그리고 눈의 뒤쪽을 보면 마치 꼬리처럼 달려있는 부분이 보인다. 그 부분은 시신경으로, 이 시신경이 길게 뻗어 있어서 대뇌까지 연결되어 있다. 망막에 상이 맺히면 시각 세포가 흥분하고, 그 흥분을 시각 신경을 통해 대뇌까지 전달하기 때문에 마침내 대뇌의…
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일상 속 디스플레이 2020.10.19

일상 속 디스플레이의 발견 19편: 디테일한 묘사로 한층 더 실감나게!

우리는 일상에서 매 순간 디스플레이를 통해 다양한 일들을 경험합니다. 디스플레이의 기술을 통해 보다 편리해진 삶의 변화를 느끼는 요즘! 아침에 눈을 뜨고 잠들기 전까지 우리와 함께하는 ‘디스플레이 시대(Display of Things)’의 하루를 일러스트로 만나보세요.
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스토리 2020.10.08

애매한 상황을 수학적으로 판단한다! 일상 속에 숨은 ‘퍼지 이론’

과학은 인류가 쌓아온 경험과 관측된 결과를 바탕으로 새로운 현상의 원리를 밝히는 과정이다. 그 과정은 언제나 논리적이며 정확해야 하기 때문에, 주로 수학이라는 기가 막힌 도구를 이용한다. 수학은 예외가 없다. 열 개의 사탕 중에 여섯 개를 먹었다면, 무조건 네 개가 남아야만 한다. 하지만 현실은 그렇게 명확하지 않은 경우가 종종 있다. 예를 들어, 한 반에 키가 큰 아이들은 몇 명인지 세어보자. 만약 160cm라는 정확한 수치적 기준이 주어졌다면 간단한 이야기겠지만, 단순히 큰 아이들이라는 주관적인 기준을 세우기는 쉽지 않다. 좀 더 일상적으로 가보자. 우리는 평소 집이나 회사에서 쾌적한 환경을 만들기 위해 늘 노력한다. 특히 무더운 여름이나 추운 겨울이 오면, 사무실의 적당한 온도를 맞추는 것이 관건이다. 하지만 이것 역시나 굉장히 어렵다. 적당하다는 단어가 갖고 있는 언어적 의미는 모두가 이미 알고 있지만, 이걸 수치적으로 정확하게 맞추는 건 전혀 다른 이야기다. 듣기만 해도 정의조차 쉽지 않은 난제처럼 들린다. 불분명한 기준은 수학적으로 정의하기가 어렵기 때문이다. 이런 현실 세계의 매우 애매한 기준을 수학적으로 접근하려고 시도하는 이론이 바로 ‘퍼지 이론’이다. 1990년대 세탁기나 청소기 등 대형 가전제품에서 주로 활용된 인공지능의 개념 역시 퍼지 이론과 닿아 있었다. 특히 당시 대한민국의 기업들은 아예 퍼지 이론을 광고의 핵심 키워드로 활용하기까지 했다. 하나의 예로, 지금까지 기존의 세탁기는 세탁물을 통 속에 넣고 세제를 넣은 뒤 정해진 스위치를 눌러서 세탁을 시작했다. 하지만 퍼지 이론이 적용된 인공지능 세탁기는 센서를 통해 세탁물의 중량을 감지하고, 옷감의 종류나 질을…
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스토리 2020.09.28

무작위로 나눈 그림에도 이유가 있다! ‘보로노이 다이어그램’과 ‘델로네 삼각분할

무시무시한 위력을 지닌 태풍 여러 개가 우리나라에 큰 피해를 주며 지나간 자리에는 어느덧 고추잠자리가 높게 날며 가을을 알리고 있다. 이 때 하늘거리며 푸른 하늘을 나는 잠자리의 날개를 잘 관찰해보자. 잠자리의 날개가 스테인드글라스처럼 되어 있는 것을 발견할 수 있다. 그렇다면 이런 잠자리 날개의 구조를 수학으로도 설명할 수 있을까? 수학은 못하는 것이 없다.   평면을 나누는 수학적 분할 방법에는 무엇이 있을까? ▲왼쪽부터 보로노이 다이어그램과 델로네 삼각분할을 활용해 평면을 분할한 모습. 수학에는 평면을 나누는 분할 문제가 여러 가지 있다. 그 중에서 평면 위에 주어진 점을 꼭 하나씩만 포함하는 볼록 다각형으로 평면을 나누는 방법이 있는데, 이를 ‘보로노이 다이어그램’이라고 한다. 이것은 20세기 러시아의 수학자 조지 보로노이의 이름을 딴 것이지만, 그보다 훨씬 이전에 수학자이자 철학자였던 그 유명한 데카르트에 의하여 발견된 것으로 추정되고 있다. 한편, 보로노이 다이어그램의 생성점들을 연결하여 삼각형들로 면을 분할하는 방법이 있는데 이를 ‘델로네 삼각분할’이라고 한다. 즉 델로네 삼각분할이란, 평면에 있는 세 점을 잡아 가능하면 정삼각형에 가깝도록 나누는 것이다. 델로네 삼각분할은 이 분야를 많이 연구했던 러시아의 수학자 보리스 델로네의 이름에서 따왔다.   보로노이 다이어그램은 어디서 사용될 수 있을까? ▲점이 하나씩 포함되도록 평면을 분할한 ‘보로노이 다이어그램’을 나타낸 그림. 보로노이 다이어그램의 가장 중요한 조건은 최대한 가까운 두 점을 수직이등분선을 이용해 점이 꼭 하나씩 포함되도록 평면을 분할해야 한다는 것이다. 즉, 위의 그림에서 AB 두 점을 연결하는 가상의 선분(점선)을…
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