자연 속에서 반복되는 패턴들을 본 적 있으신가요? 나뭇가지의 갈라짐, 번개의 갈래, 혈관의 퍼짐. 겉으로 보기에는 무질서하고 복잡해 보이지만, 이 안에는 놀라운 수학적 질서가 숨어 있습니다. 그것이 바로 프랙탈과 카오스 이론입니다.프랙탈(Fractal)은 자기 유사성(self-similarity)을 가진 구조입니다. 즉, 큰 구조를 확대하면 그 속의 작은 구조가 유사한 형태로 반복되어 나타납니다. 나뭇잎의 맥, 산맥의 능선, 해안선의 굴곡 등 자연의 다양한 형태는 이런 프랙탈 구조로 설명됩니다. 무작위처럼 보이는 패턴들이 사실은 단순한 수학 공식에 의해 생성되는 것입니다. 카오스 이론은 ‘초기 조건의 민감성’으로 대표됩니다. '나비 효과'로도 잘 알려진 이 개념은, 매우 작은 변화가 장기적으로는 전혀 ..

우리는 세상을 색으로 인식합니다. 파란 하늘, 붉은 꽃, 초록 잎. 하지만 과학은 놀랍게도 '색'이란 이 세상에 실제로 존재하는 것이 아니라고 말합니다. 그렇다면 우리가 보는 색은 무엇일까요?색은 빛이 만들어낸 환상입니다. 빛은 다양한 파장의 전자기파로 구성되며, 각각의 파장이 특정한 색으로 인식됩니다. 하지만 이 인식은 우리의 뇌가 만들어낸 해석일 뿐, 그 자체에 ‘파란색’이나 ‘붉은색’이라는 고유한 속성이 존재하는 것은 아닙니다. 빛이 사물에 반사되고, 그 반사된 파장을 눈이 받아들이며, 뇌는 그 신호를 ‘색’으로 해석하는 것이죠. 이러한 인식은 상황에 따라 달라질 수 있습니다. 예를 들어 조명의 색 온도, 주변 색상, 심지어 우리가 기대하는 색까지도 실제 인식에 영향을 미칩니다. 유명한 ‘파란..

우주에서 가장 신비롭고도 두려운 존재, 블랙홀. 모든 것을 빨아들이는 그 어두운 심연은 단순한 공포의 대상이 아니라, 우리가 우주와 존재를 이해하는 방식 자체를 바꿔 놓을 거대한 수수께끼입니다.블랙홀은 질량이 극도로 밀집된 천체로, 중력이 너무 강해서 심지어 빛조차 빠져나올 수 없습니다. 그래서 '블랙'홀이라 불리는 것이죠. 하지만 이 어둠 속에는 수많은 역설이 숨어 있습니다. 대표적인 것이 바로 '정보 역설'입니다. 물리학의 기본 원칙 중 하나는 정보 보존 법칙입니다. 즉, 어떤 물질이나 에너지가 형태를 바꾸더라도 그에 대한 정보는 사라지지 않아야 한다는 것이죠. 하지만 블랙홀은 모든 물질과 정보를 집어삼킨 뒤, 아무것도 내놓지 않는 것처럼 보입니다. 그러면 그 안에 들어간 정보는 어떻게 되는 걸까..

하늘을 올려다보면 간혹 볼 수 있는 장관—수십 마리의 새들이 V자 대형으로 하늘을 가르는 모습은 아름다움 이상의 과학이 숨어 있습니다. 이 놀라운 진풍경은 단순한 습관이 아닌, 자연이 설계한 효율의 결정체입니다.새들이 장거리 비행 시 V자 형태를 유지하는 이유는 유체역학적으로 에너지 소모를 최소화하기 위해서입니다. 앞서 날아가는 새의 날갯짓이 공기 흐름에 ‘양력(Vortex Lift)’이라는 상승 기류를 만들어내고, 바로 뒤의 새는 이 상승 기류를 타고 날게 됩니다. 결과적으로 앞 새는 힘이 들지만 뒤의 새들은 최대 30%까지 에너지를 절약할 수 있게 되는 것이죠. 이 효율성은 인공 비행체인 항공기의 편대비행 전략에도 적용되고 있습니다. 흥미로운 건 이 비행이 단순한 훈련의 결과가 아니라는 점입니다...

아이들이 블록을 조립하듯이,우리는 무엇이든 ‘만들어진다’고 생각합니다.그런데 세상에는 누가 만들지 않았는데도 ‘스스로 만들어지는 것’들이 있습니다.그 대표적인 현상이 바로 자기조립(Self-Assembly)입니다.자기조립은 분자나 원자가 외부의 특별한 개입 없이도, 특정한 구조나 패턴을 형성하는 자연현상입니다. 예를 들어 바이러스는단백질 캡슐을 스스로 조립해서 자신의 유전물질을 감쌉니다.비누 분자는물 속에서 스스로 이중막 구조를 만들어 세포막과 유사한 형태를 갖추죠.이 모든 과정은 누군가 지시하지 않았는데도,마치 보이지 않는 설계자가 있는 것처럼 일어납니다.우리 인간은 이 정교한 자연의 방식조차아직 완벽히 모방하지 못합니다.자연은 어떤 목표도 없이,수백만 번의 시행착오 속에서질서를 만들어내는 법을 익혀왔..

연인과의 이별 후에도마음 한 구석이 계속 연결돼 있는 듯한 느낌. 상대방이 어떤 생각을 하고 있는지 왠지 느껴질 때.그건 단순한 감정의 산물일까요,아니면 우주 어딘가에선 그 연결이 진짜일 수도 있을까요?물리학자들은 이런 가능성을 실제로 탐구해 왔습니다.그 중심에 있는 것이 바로양자얽힘(Quantum Entanglement)이라는 개념입니다. 양자 얽힘이란,한 쌍의 입자가 상호작용 후 멀리 떨어져 있어도 마치 '하나'인 것처럼 행동하는 현상입니다.심지어 빛의 속도로도 정보를 전달할 수 없는 거리임에도,한쪽 입자의 상태를 측정하면 다른 쪽 입자의 상태가 즉시 결정됩니다.이건 마치, 서로 떨어진 존재가즉각적으로 연결돼 있는 것처럼 보이는 기이한 현상이죠. 아인슈타인은 이를 두고 "유령 같은 원격작용(spook..

아이들과 퍼즐을 하다 보면 문득 이런 생각이 듭니다."왜 타일이나 블록은 대부분 정사각형이나 육각형일까?" 실은 우리 주변엔 육각형이 꽤 자주 등장합니다.가장 대표적인 건 벌집이죠.그런데 이 작고 부지런한 곤충들은,어째서 수많은 도형 중에 하필 육각형을 선택했을까요?벌은 본능적으로 최소한의 재료로 최대한의 공간을 만드는 법을 알고 있습니다.수학적으로 증명된 바로는,평면을 빈틈없이 채우면서가장 적은 둘레로 가장 넓은 면적을 확보하는 도형이 바로 정육각형입니다.삼각형이나 사각형도 가능하긴 하지만,에너지 효율이나 공간 활용에서 육각형이 가장 이상적인 것이죠. 흥미로운 건, 이 구조가 단지 ‘벌의 본능’에서만 나오는 게 아니라는 점입니다.탄소 원자가 육각형 그물처럼 연결된 그래핀,북극의 눈 결정,거북이 등껍질 ..

누군가와 함께 있는 시간은 눈 깜짝할 새 지나가고, 지루한 회의는 끝날 줄을 모릅니다. 같은 1시간인데도,어떤 순간은 짧고 또 어떤 순간은 유난히 길게 느껴지죠.우리는 이미 ‘시간이 상대적이다’는 걸 피부로 경험하고 있는지도 모릅니다.그런데 과학은, 이 감각을 훨씬 더 놀라운 방식으로 증명합니다.20세기 초,알베르트 아인슈타인은 ‘시간은 절대적이지 않다’는 파격적인 주장을 내놓았습니다. 그것이 바로 상대성이론,그리고 그 속에 등장하는 개념, 시간 지연(Time Dilation)입니다.이 이론에 따르면,속도가 빠를수록, 중력이 강할수록, 시간이 느리게 흐릅니다. 예를 들어 빛의 속도에 가까운 우주선을 탄 사람이 지구로 돌아오면,자신에겐 몇 년이 흘렀지만 지구에선 수십 년이 지나 있는 현상이 벌어집니다.이건..

"자연과 과학의 경이로움"이라는 주제는,인간의 직관적 사고로는 잘 이해되지 않거나 인위적으로 구현하기 어려운 자연·과학적 현상들을 알아봅니다. 각 주제는 과학적 지식과 함께 철학적, 인간 중심적 시각을 뒤흔드는 흥미로운 이야기로 구성됩니다. 1. 시간의 탄력성: 상대성이론이 말하는 느려지는 시간 ▤ Read More우리 일상에선 시간은 일정하게 흐르지만, 빛의 속도에 가까워지거나 중력이 강한 곳에선 시간 자체가 느려진다는 사실은 직관을 거스릅니다. 아인슈타인의 상대성이론을 중심으로 '시간'이라는 개념을 재조명해보는 이야기.2. 벌집 속의 완벽한 수학: 육각형이 선택받은 이유 ▤ Read More벌들이 만드는 벌집의 육각형 구조는 자연이 선택한 최적의 형태입니다. 수학적으로도 가장 효율적인 면적..