훌륭한 시청자 여러분 과학과 영성입니다 오늘 에피소드에선 지난 주 프로그램에서 소개한 과학자 미국 하버드 공학기술 응용과학 대학 로버트 월리스 응용물리학 교수 페데리코 파카소 박사와의 토론을 계속하겠습니다

수년 동안 카파소 박사는 원래 광통신을 전기신호와 공명터널 다이오드 초고속 트랜지스터 다른 반도체 장치로 처리하는 빛 센서인 광 포토 디텍터 양자 케스케이드 레이저같은 새로운 양자 장치 같은 선구적인 작업으로 잘 알려져 있습니다

최근 그는 자신과 자신의 연구팀이 카시미르 효과에서 보통의 인력 대신 반발식 양자 힘을 관찰하다가 과학계에 큰 반향을 일으켰습니다 이 현상의 가능한 미래 응용법은 나노 혹은 극도로 작은 물체의 공중부양을 가능케 하는 겁니다 이 새로운 발견은 유명한 과학 잡지 『자연』의２００９년 １월 간행물의 표지기사였습니다

수프림 마스터 텔레비전과의 인터뷰에서 파카소 박사가 이 중요한 발견을 설명합니다 이제 이야기를 들어봅시다
１９４９년 카시미르라는 비교적 유명한 네델란드인 물리학자가 있었습니다 그는 세계적인 물리학자 닐스 보어와 코펜하겐에서 일하고 있었습니다 그런 후 그는 필립 연구 실험실에서 일하고 있었습니다 그런데 거기에 이해가 안 되는 연구실 자료가 있었습니다 흥미로운 착상이 꼬리를 물어 그는 불현듯 그의 유명한 카시미르 효과를 만들었습니다 전하가 없는 금속 두 개를 고릅니다 금속 두 개는 제 손과 같습니다

우리는 양전하와 음전하가 있다면 둘이 끌린다는 사실을 압니다 양전하/양전하로 같은 전하면 서로 밀어냅니다 이제 두 개의 중성 금속을 충분히 가까이 놓습니다 충분히 가까이 놓는 게 무슨 뜻일까요？
수백 나노미터 길이죠 １나노미터는１미터의 １０억 분의１입니다 그런 후 양자역학에선 중성이라도 서로 끌어당긴다고 그가 설명했습니다 그가 이걸 주장했을 때 일부는 생각했습니다 『이상한 소리로군』 수학도 아주 어려웠습니다 하지만 그는 물리적 설명을 제공했습니다

과거 고전역학 시대에 진공은 용기 안의 모든 입자를 없애고 온도를 절대 영도로 낮췄을 때 남는 것이었습니다 그러나 진공의 개념은 양자 물리학과 함께 완전히 변했습니다 지금은 진공이 완전히 비지 않았음을 압니다 모든 장 특히 전자기장은 진공에서도 심지어 절대 영도에서도 변화합니다 이걸 진공 에너지 또는 영점 에너지라고 부릅니다 헨드릭 카시미르 박사가 발견한 에너지는 진공에너지 변동의 놀라운 모습 중 하나입니다

이어서 카파소 교수가 하이젠베르크의 불확정성 원리와 진공에너지와 카시미르 효과의 연관성을 말합니다 양자역학에서 절대 정지 상태는 없습니다 영도에 있다고 할지라도 정지한 원자 같은 건 없습니다 임의적으로 영도에 가까이 갈 순 있지만 절대 도달하진 못해요 아무리 물체를 냉각해도 절대 멈추지 않는 고유한 운동이 있습니다 이들 금속판에서 한 금속판을 보면 전하가 제로입니다
그러나 머지않아 전자의 계속적인 움직임 때문에 금속엔 자유롭게 움직일 수 있는 음성 전하 입자인 전자가 있다는 걸 알게 됩니다 그리고 양이온도 백그라운드도 있고요

그래서 금속은 사실 중성입니다 그러나 전자는 이 움직임 때문에 변동합니다 이 판에 변동을 주었습니다 실제 표면엔 전하의 불균형이 생깁니다 판의 한 면엔 양전하가 있고 양전하가 있고 다른 면엔 음전하가 있습니다 앞쪽의 다른 판에선 음전하가 있을 겁니다 여긴 양전하가 있고 여긴 음전하가 있어요 양전하는 여기에 있고 음전하는 여기 있지요 전하 변동 때문에 작은 인력이 생기게 됩니다

흥미로운 건 이런 힘은 금속 사이에서만이 아니라 미세한 물체 사이에도 있다는 겁니다 이런 책을 들고 이 근처에 아주 가까이 놓으면 금속의 경우보단 훨씬 약한 비슷한 힘이 생기게 됩니다 이건 보편적인 힘으로 카시미르 힘입니다 미세한 물체 사이엔 어디든 있습니다 분자에서 시작해 미세한 물체까지요

잠시 후엔 양자 진공에너지나 양자 변동에서 기인한 놀라운 카시미르 힘에 대해 계속 알아보겠습니다
과학과 영성입니다 카시미르 힘에 관해 알아보고 있습니다 오늘 초대손님은 하버드 공학기술 응용과학 대학 로버트 월리스 응용물리학 교수 페데리코 카파소 박사입니다

카시미르 힘은 초소형 전자기계 시스템(ＭＥＭＳ)같은 도구나 심지어 나노 규모의 시스템으로 기계를 축소하려 할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다 이 흡인식 카시미르 힘은 사물을 서로 붙게 하고 기계장치를 고정합니다 초소형 전자기계 시스템은 보통 미세 장치로서 많은 산업에서 일반적으로 사용됩니다 이건 벨 연구소에서 우리가 만든 미세기계입니다

２천 년도였습니다 카시미르 영향에 관해 많이 들어서 말했어요 『어떻게 그걸 측정하지？』 간단했습니다！ 벨 연구소 동료들이 저를 위해 이 초소형 전자기계 시스템(ＭＥＭＳ)을 만들었습니다 ＭＥＭＳ이 뭐냐고요？ 중요합니다！ 에어백 같은 거에요 여러분에게 사고가 나길 원치는 않습니다만 그래도 갑자기 충돌하거나 갑자기 차가 멈추면 에어백이 나와서 여러분이 핸들에 부딪히지 않게 합니다 이걸 조절하는 게 ＭＥＭＳ장치입니다

ＭＥＭＳ는 일상생활에 있습니다 본질적으로 이동성 입자를 가진 칩입니다 이건 시소입니다 본래 실리콘인데 모두 금입니다 그리고 금을 경화한 구체가 있습니다 이 구체를 이 판에 가깝게 옮기려 합니다 이 판은 이 축 주변을 회전할 수 있도록 만들어졌습니다 그래서 지금 이것에 다가가면 끌어당기는 카시미르 힘이 생길 겁니다 가까워 질수록 구는 끌어당깁니다 시소효과가 생깁니다

그러면 어떻게 이 힘을 측정하지요？ 여기서 돌아가는 작은 각도를 측정하는 흥미진진한 방법으로 이 힘을 보여줍니다 이것은 백만 분의 일보다도 작은 각도입니다 그렇기에 전기방식 같은 아주 정교한 기술로 측정합니다 그래서 금 구형과 금 판 사이의 거리를 변경함으로써 이 둘 사이에 있는 카시미르 힘을 측정합니다 이것이 첫 번째 내력입니다

그런 다음 생각했지요 『만일 내가 물질들을 바꾼다면 모양을 바꾼다면 양자 파동을 디자인 할 수 있겠구나』 양자파동의 금속 물질은 물질의 영향을 받지 않으니까요 만일 금과 은 여타 금속이 바뀐다면 모양에 달려 있습니다 두 개의 물질 사이에 무엇이 있는 지에도 달려있습니다 그래서 구체와 판 사이에 액체를 놓는다면 물체가 바뀝니다 두 개의 금속을 액체 속에 넣는다고 가정합시다

액체로 분리된 두 개의 금속이 있는 겁니다 여기 보입니다 실험을 했습니다 본질적으로 액체 안에 있는 금 구체를 금판 쪽으로 내립니다 액체가 무엇인지는 중요하지 않습니다 여기에서 카시미르 힘은 언제나 끌어당기는 힘입니다 아래 판을 금에서 실리카로 바꿉니다 실리카는 반도체 칩에 쓰이는 투명유리 같습니다 실리카는 매우 잘 알려진 물질입니다 그리고 같은 액체를 사용합니다

지금 양자 역학은 이 힘이 반발력이 되었음을 보여줍니다 우리가 측정한 건 반발력입니다 아직 양자부력은 보여주지 않았습니다 그러나『네이쳐』지 편집자와 평론가들은 너무 흥분해서 『이걸 잡지 표지에 매번 넣고 싶어요 다음 번엔 뭘 할 건지 그리고 비전이 뭔지 알려주세요』했지요

많은 이들이 잘 알고 있는 부력은 자기 부상입니다 초전도 부력은 이미 유럽과 극동에서 자기 부상열차로 성공적으로 쓰이고 있습니다 지금은 힘이 너무 약해 자기 부상열차를 만들 수 없습니다 하지만 이건 나노 기술에 아주 중요합니다 칩을 모바일 부분에서 더욱 작게 만들어서 부품이 점점 더 가까워진다면 그것들은 양자 기계적으로 서로 붙을 겁니다 우리의 비전은 서로 밀어내는 반발적 카스미르 힘 때문에 이 양자 부력을 사용하는 겁니다

여기 액체는 양자 기계의 윤활제인 셈입니다 사람들은 슈퍼 윤활제라고 부릅니다 변동 때문에 이 정교한 양자 기계들을 미래 세대의 나노 기계 장치의 정전기 마찰- 정지 마찰을 제거하는데 사용합니다 카시미르 효과와 양자 장치 개발의 복잡성에 대한 연구와 더불어 통찰과 비전을 제시해 준 카파소 박사께 감사 드립니다 당신과 당신의 팀이 우주의 놀라운 점들을 연구해서 좋은 소식을 주길 기대하겠습니다

과학과 영성을 시청해주신 축복받은 시청자 여러분께 감사드립니다 주목할 뉴스와 지혜의 말씀이 방영됩니다 수프림 마스터 텔레비전에서 건설적인 프로그램이 계속됩니다 다음에 뵙겠습니다