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투명체

투명체...

제목부터 많은 사람들이 관심가질 것 같아.

 

다들 어릴 때 '내가 투명해진다면?'하고 상상 해봤을 거야.

그걸 소재로 한 개그도 많지.

 

난 은행을 턴 돈으로 부모님 조금 드리고 나 장난감 사는.. 뭐 그런 상상도 해봤고

초등학교 고학년 올라가면서부턴는 여탕 몰래 들어가는 상상도 하고 그랬어 ㅋㅋㅋ.

 

그렇다면, 투명체가 실제로 가능할까?!

이제부터 투명체에 대해서 알아보자!

 

 

투명체 대신에 스텔스에 대해서 조금만 알아보자.

스텔스폭격기.jpg 

스텔스폭격기 하면 가장 먼저 떠오르는 놈이 얘일꺼야.

내가 군사쪽은 잘 몰라서 .. 이게 B-2 Spirit이였던가? 확실하진 않은데..

 

아무튼 스텔스 기능이랑 투명체랑 무슨 관련이 있냐고?

일단 투명체는 '눈'에 안 보이는 거고

스텔스는 '레이더'에 안 보이는 거지.

즉, 스텔스 기능을 갖춘 폭격기는 레이더가 보기에는 투명체일꺼야.

여기서 어느 정도 관련성을 찾을 수 있어.

 

해리포터 투명망토.jpg 

그리고 영화 <해리포터>에서 나온 투명망토.

영화에서나마 우리의 꿈이 현실화됬었지.

 

투명체에 대한 논란은 옛날부터 많았어.

고대 그리스 신화에서는 

페르세우스가 자신의 몸을 투명하게 만들어 메두사를 죽이기도 했고

플라톤의 윤리, 도덕론에서도

투명한 능력을 통해 리디아의 왕이 된 양치기들의 이야기도 있지.

 

 

물리학적으로 투명체에 대해서 생각해보자.

일단 투명체를 이해하려면, 빛에 대해서 알아야 할거야.

 

1화에서 마이클 패러데이에 대해서 간략하게 설명했었어.

이번엔 마이클 패러데이의 업적을 수학적으로 표현한 맥스웰에 대해서 알아볼거야.

맥스웰.jpg 

위 사진은 맥스웰이야.

 

맥스웰 방정식.gif 

그리고 이 방정식이 맥스웰 방정식이야.

(뭔 소린지 하나도 이해 못하겠어 시바...)

 

맥스웰은 이 방정식을 유도해내고 한가지 의문을 갖지.

'자기장이 전기장으로 변하고, 전기장이 자기장으로 변한다면, 서로 변화하면서 영구적인 패턴을 갖지 않을까?'

맥스웰은 이 의문을 가지고

'영구적인 패턴'이 어떤 특징을 갖는지 조사하던 결과

'영구적인 패턴'이 진행하는 속도는 광속과 정확히 일치한다는 결론을 도출해.

 

즉, 빛은 전기장과 자기장이 서로 교류하면서 만들어낸 일종의 파동이다. 라는 걸 증명한거야.

아인슈타인은 맥스웰 방정식을 "뉴턴 이후 물리학이 이루어낸 가장 심오하고 풍성한 업적"이라고 표현했어.

(문과형들한테는 미안해..)

 

 

어느 정도 광학을 이해했다면, 투명체가 어떻게 해서 가능할 지도 유추해볼 수도 있어.

 

일단, 액체나 기체는 대부분 투명하다는 걸 떠올려보자.

왜 그럴까?

고체는 원자들의 배열이 너무 빽빽해 빛도 지나갈 수 없는 반면, 액체나 기체는 비교적 듬성듬성 있어서 빛이 무난하게 통과할 수 있기 때문이야.

 

그러면, 모든 고체들을 '듬성듬성하게' 만들면 되지 않을까?

사실 그것도 불가능해.

일단 몸을 끓여서(?) 증기상태로 만든후, 개개의 원자를 결정구조로 재배열시킨다은 급냉각시켜야 하거든.

해리포터를 투명하게 만들려고 저렇게 해야겠어?

 

군사학자들을 결국 투명체는 현실적으로 불가능하다는 것을 깨달았고

레이더에는 잡히지 않는 비행기를 개발하기로 했어. 그 결과가 스텔스 기능이야.

 

 

자, 이런 암울한 상황에 한 줄기 희망이 생겨.

바로 준물질이야.

준물질이란 '자연에서 흔히 발견되는 광학적 특성을 갖고 있지 않은 물질'을 말해.

기존의 물질에 미세한 불순물을 주입해서 전자기파가 '비정상적으로 휘어지게' 만든 것이 바로 준물질이야.

마이크로파 투명.jpg 

위 사진은 2006년에 만들어진 '마이크로파에 대해서 투명한' 물질을 통과하는 빛을 찍은 거야.

 

가운데에 있는 동그라미 영역을 지나는 빛은

'비정상적으로 휘어서' 형태를 유지하면서 나와.

 

조금 더 쉽게 설명해줄게.

사람이 물체를 보는 원리, 다들 배웠지?

일단 물체에 빛이 반사된 후, 그것이 사람 눈에 들어와야 해.

그래, 사람 눈에 보이려면 일단 뭔가에 반사해야돼.

다시 말해서 뭔가에 부딪혀서 빛이 진행하던 경로가 바뀌어야 한다는 말이야.

그런데 위의 사진에서는?

빛이 지나가면서도 경로는 거의 바뀌지 않아.

결국, 사람 눈에는 다크템플러처럼 약간 흐물흐물한 형체만 보일뿐, 거의 투명하게 보인다는 말이지.

 

이렇게 빛이 경로를 거의 바뀌지 않게 만드는 원리는 바로

'굴절'이야.

굴절! 하면 가장 먼저 떠오르는게 공기->물 빛의 입사일거야.

공기에서 물로 빛이 입사되면 

방향이 꺾이겠지.

 

그런데 만약, 빛이 꺾이는 정도를 사람이 임의로 조정할 수 있다면 어떻게 될까?

빛을 사람 마음대로 꺾이게 만들어서

물체를 한바퀴 돌아 다시 원래대로 진행하게 만들 수 있다면?

투명체가 되는 거야!

 

그런데 한 가지 문제점이 있어.

이 이론대로 투명체를 제작하려면, '음의 굴절률'이 가능해야 해.

이것이 투명체를 불가능하다고 생각되게 만들었던 원인이기도 해.

대부분의 교과서에는 '음의 굴절률'이 불가능하다고 적혀있어.

 

하지만, 준물질이 그 문제를 해결한 거야.

 

방금 위에서 '마이크로파에 대해 투명한 물체'를 보여줬어.

그럼, 사람이 보는 가시광선에 대해서 투명하게 만드려면 어떻게 해야될까?

간단해!

방금 그걸 50nm 수준의 크기로 줄이면 돼!

어때, 간단하지!? 

(50nm가 얼마나 작은 단위인지 아는 사람이라면, 간단하지 않은 과제라는 걸 알거야..)

 

요즘 나노기술이 굉장히 뜨고 있는 건 많이들 알고 있을거야.

50nm라는 크기를 만드려면 나노공학의 개입이 필수적이야.

즉, 투명체의 개발은

광학뿐 아니라 나노기술의 발전과도 밀접한 관련이 있다는 걸 알아둬.

 

그나마 희망적인 소식을 하나 더 알려주자면

2007년에 적색광에 대해서 굴절률이 -0.6인 물질이 개발됬어.

은으로 코팅된 얇은 유리판에 마그네슘과 플루오르화물을 입힌 후, 그 위를 다시 은으로 코팅했더니

굴절률이 -0.6이 됬대. 

 

 

사실, 투명체를 만드는데 가능성이 있는 것은

준물질뿐만이 아니야.

실제로도 많이 연구가 진행됬고, 어느 정도 개발까지 완성된 기술이 하나 있어.

 

바로 '광학위장술'이야.

뒤쪽 배경을 미리 촬영한 후, 그 영상을 앞으로 보내주는 거지.

광학위장술.jpg 

이렇게 저격수가 위장하고 숨어있는 것도

광학위장술의 일종이야.

 

하지만 현실적인 '투명'을 만드려면

단순히 비슷하게 보이는 것이 아니라

없는 것처럼 보여야겠지.

결국 순간순간 뒷배경을 찍어서 앞으로 재현하는 기술이 필요해.

이를 위해서는 3차원 영상, 즉 홀로그램을 활용한 입체영상을 투영해야해.

이런 기술은 아직 없어.

만약 3차원 홀로그램이 완성된다면, 영상이 투영되고 있는 곳은 마음대로 조작할 수 있어.

하지만, 군사작전에 사용되려면

그 큰 스크린과 영사기를 항상 가지고 다녀야한다는 한계 때문에 불가능하겠지?

 

결국, 광학위장술도 투명체에 현실적인 해답이 되기는 어려워.

 

 

4차원을 이용한 투명체에 대한 아이디어도 있지만,

아직은 4차원에 대한 존재 자체도 현실적으로 알려진 것이 전혀 없기 때문에

아이디어로만 남아있어.

 

 

아무튼 준물질에 대한 정보와,

준물질을 통해서 어느 정도 투명체가 눈앞에 왔다는 사실,

그리고 광학위장술을 알아봤어.

그럼 다시 희망적이지 않은 소식을 알려줄게.

일단 지금까지 개발된 투명체로는

모든 파장에 대해 투명하게 만드는 건 어림도 없는데다가

해리포터처럼 휘날리는 얇은 천까지 투명하게 만드는 건

기술적으로 상상도 못하는 수준이야.

게다가 투명체는 윤리적으로도 문제가 많아서 쉽지 않은 문제로 보여.

 

아무튼 물리학적으로 투명체는 짧게는 10년

길게는 100년 이내에 어느 정도 현실화될 거라고 '미치오 카쿠'는 예측하고 있어.

 

 

    • 섹온더비치
    • (19.60)
    이거 만들어서 나중에 여탕 몰래 들어가고 그러면 개쩔듯
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