디스플레이 라이프 2019.02.11

알아두면 쓸모있는 양자역학 이야기 – 2. 빛의 파동설

“빛은 파동인가? 입자인가?” 둘 다 맞다고 할 수도 있고 아니라고 할 수도 있다. 양자역학의 오랜 논쟁거리였던 빛의 성질에 대해 오늘은 파동설에 기초해 알아보고자 한다. 파동은 기본적으로 전달 매개체인 매질이 필요하다. 지진파, 수면파, 음파의 경우 지각, 물, 공기를 매개로 하여 해당 분자들을 진동시켜 원거리 전파를 가능하게 한다.   2차원 파동, 수면파 빛의 파동성을 이해하기 위해서는 먼저 물에서의 파동인 수면파를 떠올리면 편하다. 2차원 파동인 수면파는 호수에 돌을 던졌을 때 발생하는 구면파(spherical wave, 한 지점을 중심으로 다른 모든 방향으로 둥글게 퍼져나가는 파동)와 이것이 멀리 퍼져 나갔을 때 마루나 골의 모양이 직선이 되는 평면파(plane wave, 바닷가 파도와 같이 파면의 모양이 직선 또는 평면을 이루며 진행하는 파동)로 구분할 수 있다. 구면파는 중심에서 멀어질수록 파의 높이가 줄어들고, 시간이 지나면 물의 마찰열로 인한 에너지의 발산으로 다시 고요한 호수의 모습으로 되돌아간다. 파동은 전파 과정에서 다른 파동과의 중첩이나 장애물 때문에 회절, 간섭 또는 맥놀이(beat) 등과 같은 물리적인 현상을 만들어낸다. 수면파가 진행하다가 장애물을 만나 수면파의 가장자리 파면이 휘게 되는데 이를 회절(diffraction)이라고 한다. 아파트에서 옆집 사람의 이야기를 들을 수 있는 이유도 음파가 벽의 좁은 틈을 통해 퍼져 나와 전달되는 회절현상으로 설명된다.   파동의 중첩 (superposition) ▲ 파동의 중첩 (출처: Bozeman Science)…
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디스플레이 라이프 2019.02.01

쉽게 알아보는 공학이야기 7 – 라디안과 스테라디안

모든 공학 단위는 질량, 길이, 시간을 포함하는 7개의 기본 단위로부터 유도됩니다. 여기에 추가해서 물리적 차원을 갖지 않는 보조 단위가 2개 있는데, 바로 평면각(라디안)과 입체각(스테라디안)입니다. 평면각이란 두 직선이 이루는, 벌어진 정도 또는 회전의 정도를 의미합니다. 또 입체각은 3차원 공간에서 바라보는 면의 크기를 나타내는 입체적인 각도입니다.   평면각 ▲ 라디안의 정의 평면각을 표시할 때 주로 ‘도(degree)’를 사용하지만, 자연과학 분야에서는 호도법에 의한 라디안(radian)을 사용합니다. 호도법이란 호의 길이를 이용해서 각도를 표시하는 방법으로, 반지름(x) 대비 호의 길이(a)의 비율(θ=a/x)로 라디안을 정의합니다. 따라서 360도는 2π 라디안이고, 1라디안은 약 57도가 됩니다. 라디안 각도는 π가 나오고, 60도가 아닌 57도라는 숫자가 나오기 때문에 어렵게 느껴질 수 있습니다. 하지만 사각 모서리는 90도, 반대 방향은 180도와 같은 통상적인 각도는 우리가 익숙해서 그렇지, 한 바퀴를 360도로 정한 것이 오히려 인위적이라 생각할 수 있습니다. ▲ 8개로 나눈 피자 한 조각의 각도 옛날 바빌로니아 사람들은 60진법에 근거한 숫자 체계를 좋아했습니다. 360은 1년 365일과 가까운 숫자이기도 하지만, 무엇보다도 2, 3, 4, 6 등 여러 숫자의 공배수가 되는 완전한 수로 여겨져 왔기 때문입니다. 사실 12까지의 수 가운데 7과 11을 제외한 모든 수로 나누어집니다. 따라서 피자 한 판을 여럿이 나누어 먹을 때 소수점 걱정을 하지 않아도 됩니다. 4명이면…
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영화속 IT 기술 자율 주행 자동차 - 영화 '업그레이드' -
디스플레이 라이프 2019.01.24

[영화속 IT 기술] 자율 주행 자동차 – 영화 ‘업그레이드’

90년대 영화에서 펼쳐진 미래는 손바닥만 한 전화기를 들고 다니며, 말 한마디로 쇼핑하고 무인 자동차를 타는 모습이었다. 과거 영화에 등장했던 미래 기술은 이제 현실이 되어 우리의 생활을 바꿔 놓았다. 그렇다면 최근 영화 속에 등장하는 미래의 IT 기술은 어떨지 상상해 보자. 2018년 9월에 개봉한 ‘업그레이드(Upgrade)’는 블록버스터급 영화는 아니지만, 입소문을 통해 알려지면서 세간의 주목을 끈 영화다. 가까운 미래 현대인의 생활을 그린 영화로, 자율주행 자동차를 타고 집으로 가는 도중 괴한의 습격으로 아내를 잃고 주인공마저 사지가 마비되면서 이야기가 시작된다. 사고 후 주인공은 인체 실험을 앞둔 인공지능 칩 ‘스템(STEM)’을 가장 먼저 이식 받아 사지마비를 극복하고, 아내를 살해한 괴한들에게 복수를 펼치면서 이야기가 이어진다. 영화 ‘업그레이드’는 가까운 미래를 그린 영화인만큼, 영화 곳곳에 이미 구현되었거나 곧 상용화를 앞둔 다양한 IT 기술을 선보이고 있다.   2020년 완전 자율주행 자동차가 선보일 것으로 전망 ▲ 영화 업그레이드에 등장한 자율주행 자동차는 완전 자동화 자율주행 자동차다. (출처: 업그레이드) 먼저 영화 도입부부터 등장하는 자율주행 전기자동차는 목적지를 이야기하면 자동차가 알아서 주행하는 모습을 보여준다. 자율주행 자동차는 1960년 독일의 벤츠사에 의해서 기술이 제안되었다. 이후 컴퓨터 산업과 각종 카메라 및 센서를 기반으로 하는 IT 기술이 비약적으로 발전하면서 점차 관련 기술이 상용화되고 있다. 미국의 자동차 기술 학회는 자율주행 기술 발전을…
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쉽게 알아보는 양자역학 – 1. 양자의 세계
디스플레이 라이프 2019.01.17

알아두면 쓸모있는 양자역학 이야기 – 1. 양자의 세계

‘물체가 빛의 속도로 달린다면 어떤 일이 일어날까?’, ‘시간이 멈출까 아니면 느려질까?’, ‘공간 왜곡이 일어날까?’ 양자역학을 이야기 하면서 이러한 의문을 갖는 것은 빛에 대한 이해가 곧 양자역학의 시작이기 때문이다. ▲ 1927년, 5차 솔베이 회의 (출처: Wikipedia) 위대한 질문은 끊임없는 새로운 질문들을 창출하고, 세상을 바꾸는 계기를 마련하게 한다. 위의 질문은 아인슈타인 상대성이론의 기초가 된 질문이다. 사과의 자유낙하에 관한 뉴턴의 질문이 중력의 근본인 만유인력에 대한 이해를 이끌어낸 것처럼, 과거의 위대한 과학자들은 자연현상을 설명하기 위한 질문을 통해 다양한 이론들을 만들어 냈다. 양자역학도 ‘빛은 입자인가? 파동인가?’라는 질문을 계기로 태동하기 시작했다. 양자역학 확립의 시작에 영향을 준 역사적인 회동은 1927년 5차 솔베이 회의(Conseils Solvay)로 보고 있다.   양자역학의 개념 정립 ▲ 패러다임의 전환에 관한 Kuhn cycle 토마스 쿤(Thomas Kuhn)이 자신의 저서 ‘과학혁명의 구조’에서 기술했듯, 과학의 발전은 누적된 지식의 축적(cumulative)이 아닌 비축적적(noncumulative)인 급진적이고 혁명적인 어떠한 사건을 계기로 이루어진다. 이를 패러다임의 변화라고 한다. 뉴턴 시대의 고전역학이 현대역학으로 전이하게 된 계기는 빛이 입자라고 받아들인 다양한 과학자들(플랑크, 아인슈타인, 드브로이, 하이젠베르그, 슈뢰딩거, 디랙 등)의 사고실험 덕분이라고 할 수 있다. 빛이 파동이라고 여기면 설명되지 못하는 자연현상(흑체복사, 고체열용량, 광전효과, 컴프턴효과, 수소 휘선스펙트럼, 고체 전자회절)을 이해하기 위해, 만약 ‘빛이 입자라면’이라는 가정을 통해 사상의 전환을 끌어냈다.…
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쉽게 알아보는 공학이야기 6 – 측정 표준과 단위 편
디스플레이 라이프 2019.01.04

쉽게 알아보는 공학이야기 6 – 측정 표준과 단위 편

공학은 정량화(수량화)로 시작되며, 나타난 숫자들은 모두 단위를 포함합니다. 사물을 계량하고 수치화하는 작업을 측정이라 하는데, 이러한 측정은 일관성 있는 기준이 필요합니다. 과거 동양에서는 척관법(尺貫法), 영국에서는 피트-파운드법(ft-pound system)이 주로 사용되었으며, 현재는 국제단위계(SI)가 통용되고 있습니다.   고대의 측정기준 오래전부터 수없이 많은 측정 기준들이 등장했다가 사라졌습니다. 물건을 사고 팔 때 다툼을 없애고, 자연 관찰이나 공학 측량을 위해 도량형 기준이 필요했습니다. 도량형의 度(도)는 길이, 量(량)은 부피, 衡(형)은 무게를 의미합니다. 즉 길이를 재는 자, 부피를 재는 되, 그리고 무게를 재는 저울을 총칭하는 말입니다. 주로 우리가 주변에서 흔히 접할 수 있는 사물을 도량형 척도로 사용했습니다. ▲ 레오나르도 다빈치의 인체비례도 인체는 언제나 좋은 척도가 되었습니다. 발 크기, 손가락 굵기 또는 양팔을 뻗은 거리 등이 길이 단위가 됩니다. 가장 오래된 단위는 메소포타미아에서 사용한 큐빗(Cubit)이라는 단위입니다. 팔을 구부렸을 때 팔꿈치에서 손가락 중지 끝까지의 길이입니다. 하지만 사람마다 길이가 다르기 때문에 지역마다 다른 기준을 사용하는 것이 문제였습니다. 불공정한 상거래를 방지하고 사회 혼란을 막기 위해서는 측정 기준을 통일하는 것이 매우 중요한 일이었습니다.   우리나라의 척관법 우리나라는 중국의 척관법을 들여와 변형해서 사용했습니다. 조선 시대에 길이 단위로 자(약 30cm)를 기준으로 하여, 자의 1/10을 ‘치’, 6자를 ‘간’이라 하였습니다. 또 60간을 1정, 6정을 1리(약 400m)로 하여 거리를…
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양자역학
디스플레이 라이프 2018.12.19

쉽게 알아보는 양자역학 – 광자와 편광의 개념

양자(量子)는 라틴어 ‘quantus’에서 온 말로 ‘how much’, 양(量) 또는 수량을 뜻한다. 양자 개념을 처음으로 도입한 독일의 물리학자 플랑크(Max Planck)는 에너지의 불연속성에 관한 양자가설을 주장하였다. 백과사전을 찾아보면, 양자는 독일어 ‘quantum’을 번역한 말로서 어떤 물리량이 연속값을 취하지 않고 어떤 단위량의 정수배(양자수)로 나타나는 불연속 값을 취할 경우, 그 단위량을 가리킨다고 되어 있다. 즉 양자 개념은 연속적인 흐름에 반대되는 개념이다.   양자역학 중 가장 많은 관심의 대상 ‘광자’ ▲ 자연계의 근본적인 4대 힘과 이를 매개하는 입자 전자기장의 양자는 광자(photon)이며, 중력자(graviton)는 중력장의 양자이다. 양자는 다양한 힘이 미치는 장(field)내에 존재하는 불연속적으로 나타나는 최소단위라고 할 수 있으며, 전자, 양성자, 광자, 소립자 등이 힘을 매개하는 입자가 된다. 우리는 늘 빛에 둘러싸여 살고 있기에, 양자 중에서도 광자(빛)가 가장 많은 관심을 받아 왔다. 사실 사물을 본다는 것은 빛, 광자를 직접 본다는 것이 아니라 다양한 빛의 반사, 굴절, 회절 등에 의해서 나타나는 현상을 망막에서 인식하여 본다고 느끼는 것이다. 가시광이 없는 암실에서는 물체 파악이 힘들지만 적외선 카메라를 이용하면 열(적외선이라는 전자기파)을 방출하는 물체를 가시광 없이도 관찰 가능한 것도 감각 수용체(망막, CCD, 적외선 색센서)의 차이 때문이다. <참고사항> 동물마다 망막의 구조와 빛을 인식하는 파장대가 달라, 동물들이 바라보는 세상과 우리가 바라보는 세상의 모양, 색깔들이 다를 수…
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소셜미디어와 연계하여 효과적으로 영상콘텐츠 활용하기
디스플레이 라이프 2018.12.04

스마트폰으로 나만의 영상 제작 12편 – 소셜미디어와 연계하여 효과적으로 영상콘텐츠 활용하기

올 한 해 동안 ‘스마트폰으로 나만의 영상 제작’ 시리즈를 통해 영상 기획 및 촬영, 편집 방법과 노하우를 알려드렸습니다. 이번 편은 정성을 들여 만든 영상을 효과적으로 공유하고 활용할 수 있는 팁에 대한 내용입니다. ▲ 2018. 9월 매체별 전체연령기준 총 사용시간 (출처: 와이즈앱)) 와이즈앱의 조사 결과에 따르면 사람들이 스마트폰에서 가장 많이 사용하는 애플리케이션은 유튜브인 것으로 나타났습니다. 이제는 많은 사람들이 ‘영상미디어’를 통해 즐거움을 느끼고, 정보와 지식을 얻고 있습니다. 따라서, 동영상 제작에 재미를 붙이고 있는 여러분에게 영상 채널을 직접 운영해 볼 것을 추천해 드립니다. 여러분이 일명 ‘크리에이터’가 되어 보는 것이죠! 그럼 먼저 가장 많이 사용하는 ‘유튜브’ 채널 활용법에 대해 간단히 살펴보겠습니다. 유튜브 채널은 이렇게 활용하라! ① 나만의 아이디어와 개성이 담긴 영상으로 전세계와 소통이 가능한 공개 채널 운영 ② 공개되는 것이 싫다면 비공개로 영상을 업로드하여 ‘나만의 영상 포트폴리오’로 활용 ③ 공개범위 설정에서 ‘미등록’으로 업로드하면, 검색은 되지 않고 링크를 공유해주는 사람에게만 영상을 보여줄 수 있어 ‘개인 영상 서버’로 활용 가능   먼저 유튜브 채널을 공개적으로 운영할 때, 참고해야 할 3가지 팁에 대하여 살펴보겠습니다.   내가 좋아하는 소재를 찾아라! (출처: What’s Inside?) ‘What’s (In)side?’ 채널은 제목처럼 안에 무엇이 들어있는지를 보여줍니다. 이 채널은 아버지가 아들의 과제인 ‘스포츠 공 안에는 무엇이 들어있을까?’를 함께 실험하다가 시작하게 되었습니다. 이들은 대상을 가리지 않고 많은 것들의 속을 들여다보며 그 상황을 즐기고 공유합니다. (출처: Unbox Therapy) ‘Unbox Therapy’ 채널은 “지구상에 멋진 물건들 즉, 최신 스마트폰부터 당신이 본 적 없는 제품과 기술을 소개해주겠다”라고 말합니다. 새로운 물건이 담긴 박스를 신나게 뜯으며 흥분한 목소리로 설명하는 장면을 보면 덩달아 유쾌해지는…
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쉽게 알아보는 양자역학
디스플레이 라이프 2018.11.29

쉽게 알아보는 양자역학

최근 도시의 주요 버스 정류장에서는 버스 도착 시간을 알려주는 서비스를 제공한다.이러한 서비스의 원리는 간단하다. 버스 위치에서부터 도착지까지의 거리를 속력으로 나누면 걸리는 시간이 나온다. 그렇다면 버스의 위치는 어떻게 알 수 있을까? 이는 버스 내에 설치된 내비게이션이 GPS 위성과 연결되어 있기 때문에 알 수 있다. ▲ 내비게이션 원리: 4개 이상 위성의 위치를 기준으로 삼각측량 한다. 시시각각 변하는 위성의 위치를 정확히 아는 것이 중요하다. (출처: WIKIMEDIA COMMONS)   고전역학 이란 하늘 높이 떠 있는 위성의 위치와 속도는 이미 정해져 있다. 만유인력을 받으면서 움직이는 위성은 뉴턴이 알려준 논리를 따른다. 뉴턴의 논리란 힘이 정해지면 물체의 가속도가 정해지고, 이로부터 속도와 위치가 정해진다는 것이다. 이러한 뉴턴의 논리를 우리는 고전역학이라고 부른다. 고전이란 이미 많은 과학자가 인정했다는 뜻이다. 그렇다면, 우주의 모든 자연현상이 뉴턴의 논리대로 설명이 될까? 이 질문에 대한 답은 20세기에 알려졌고, ‘그렇지 않다’가 정답이다.   뉴턴의 논리가 작동하지 않는 가장 간단한 세상은 수소원자다. 전자 하나가 수소핵(양성자)을 중심으로 돌고 있기 때문에 인공위성이 지구를 중심으로 돌고 있는 것과 비슷하다고 볼 수 있다. 그런데 위성과 전자가 다른 점은 무엇인가? 위성을 하늘로 보내려면 로켓을 사용한다. 만약 위성의 고도를 높이고 싶다면 추진력을 높이면 된다. 즉, 위성의 고도는 추진력을 이용하여 원하는 대로 조절할 수 있다. ▲ 수소원자의 스펙트럼: 원자는 전자가 한 궤도에서 다른 궤도로 떨어질 때 빛을 낸다. 원자마다 고유한 빛을 가지는 것은 궤도가 이미 정해져 있기 때문이다. 수소원자의 경우…
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디스플레이 라이프 2018.11.06

스마트폰으로 나만의 영상 제작 11편 – 기록이 곧 콘텐츠가 되는 수동 타임랩스 영상

지금은 1인 미디어 시대. 수많은 미디어에 노출되어 사는 오늘날 조금 특별한 영상을 기획해보는 것은 어떨까요? 오랜 시간의 꾸준한 기록이 나만의 특별한 영상으로 만들어지기도 합니다. 기록이 곧 콘텐츠가 된 영상들을 사례 위주로 함께 살펴보겠습니다.   ‘수동 타임랩스’ 사례 ▲ Portrait of Lotte, 0 to 18 years (출처: Hofmeester) 위 영상은 18세 소녀가 된 Lotte를 태어난 이후로 18년간 꾸준히 촬영해 온 아버지 Frans Hofmeester의 영상입니다. Lotte와 Lotte의 동생인 15세 소년 Vince는 지금도 매주 1번씩 아버지 카메라의 모델이 된다고 합니다. 배경이 되는 이불까지도 항상 똑같은 모습을 보면, 아버지의 꾸준한 노력과 기록의 소중함을 느낄 수 있습니다. 위 영상은 스마트폰으로 나만의 영상 만들기 2편에서 배웠던 기법 중 ‘타임랩스(시간의 흐름을 느낄 수 있는 촬영 기법)’를 활용한 것으로, ‘수동 타임랩스’ 또는 ‘인생 타임랩스’라고 부를 수 있습니다. 두 번째 사례를 보겠습니다. 사람이 7년간 머리카락을 자르지 않으면 어느 정도 머리가 자랄지 상상해본 적 있으신가요? Andreas라는 사람이 그 상상을 현실로 옮겨보았습니다. ▲ Seven Years Time Lapse (출처: AndreasSheiLT) 7년간 무려 2,557장의 사진을 촬영하여 연결한 영상입니다. 그의 유튜브 채널에 방문해보면, 1년째부터 해마다 영상을 업데이트하고 있습니다. 과연 그의 실험은 몇 년간 더 지속할지, 그리고 처음부터 이렇게 오래 할 계획이었을지도 궁금해집니다. 아래 2개의…
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디스플레이 라이프 2018.11.02

쉽고 간편한 포켓 IT 용어사전 – 비주얼 해킹, 독싱, 갠드크랩, 조크바이러스

다양한 IT 기술 용어를 알아보는 네 번째 시간! 자주 들어보았지만, 정확한 뜻을 모르는 용어부터, 처음 접하는 새로운 IT 용어까지! 오늘은 해킹 관련 최근에 등장한 용어 ‘비주얼 해킹, 독싱, 갠드크랩, 조크바이러스’에 대해 알아보겠습니다.
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