[에너지] 슈퍼맨 탄생은 가능할까 에너지식량

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에너지보존법칙에 위배

자신이 받는 태양에너지보다

6560배 많은 에너지 필요

 

 사람이 영화에 나오는 슈퍼맨(Superman)과 같은 비행 능력을 갖추는 것이 과연 가능할까.
 영국 레스터대 학생들이 이 질문에 대한 해답 찾기에 나섰다. 결과는 슈퍼맨은 에너지 보존 법칙에 위배돼 불가능하다는 것.
 미 샌디에이고에서 2014년 7월24~27일 열린 만화가들의 축제 ‘코믹 콘 2014’(Comic Con 2014)가 끝나갈 때쯤 레스터대 물리학과 학생들은 미국의 만화책 출판업자인 디시 코믹스(DC Comics)에서 제안한 것처럼 슈퍼맨이 태양 하나만으로 나는 데 필요한 모든 에너지를 얻을 수 있다는 내용은 불가능하다는 것을 발견했다. 학생들은 슈퍼맨은 날 때 태양광으로부터 실제 흡수할 수 있는 에너지보다도 6560배 더 많은 에너지를 이용한다는 것을 보였다.
 이들은 연구 결과를 대학 물리·천문학과가 운영하는 학술지(명칭: Journal of Physics Special Topics)에 게재했다.
 슈퍼맨 만화 내용에 따르면, 행성 크립톤(Krypton)에서 태어나 망토를 착용한 슈퍼맨은 태양광에 포함된 전자 방사(electromagnetic radiation: 전자(기)계가 공간을 전파하는 것. 고주파, 빛, X선은 모두 전자 방사이다. 전자 방사는 모두 빛의 속도, 진공 중에서 초당 약 29만9784킬로미터로 전해진다. 전자 방사는 주파수와 파장으로 정해져 있다.)로부터 자신의 에너지를 얻는다. 이를 통하여 슈퍼맨은 초인간적인 힘과 비행 능력을 갖게 된다.
 학생들은 태양으로부터 흡수한 단위 에너지양에 대하여 태양광 전지가 얼마나 많은 에너지를 출력하는지를 알려주는 수단인 태양광 전지 효율을 시험하기로 결정하였다. 태양광 전지 효율을 계산하는 데 사용된 방정식은 건물의 지붕에서 볼 수 있는 광전지 패널(photovoltaic panel)과 같은 보통의 태양광 전지의 효율성을 계산하는 데 사용되는 것과 같은 것이다. 이 방정식에 따르면 지구상에서 가장 효율적인 태양광 전지는 44.7%의 효율을 가진다.
 학생들은 이것을 슈퍼맨에 적용하기 위하여 태양광으로 동력을 공급하는 하루 동안의 비행에 슈퍼맨이 사용하는 총 에너지를 계산할 필요가 있었다. 학생들은 태양광과 접촉하고 있는 슈퍼맨의 신체 면적을 어림짐작해 태양으로부터 슈퍼맨이 초당 1096줄(joule: 1 줄(J)은 1뉴턴(N)의 힘으로 물체를 힘의 방향으로 1미터만큼 움직이는 동안 하는 일 또는 그렇게 움직이는 데 필요한 에너지)의 에너지를 흡수한다는 것을 알아낼 수 있었다.
 이 두 가지 수치에 기초하여 학생들은 슈퍼맨이 65만6000%의 태양광 전지 효율을 가진다는 것을 계산하였다. 즉, 슈퍼맨은 비행하는 동안 자신이 태양으로부터 흡수할 수 있는 것보다도 훨씬 더 많은 에너지를 사용한다.
 에너지 보존 법칙에 따르면 폐쇄계(closed system: 외부와의 물질이나 에너지의 출입을 허용하지 않는 경계에 의해 떨어져 있는 영역) 내에서 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없으며, 단지 전환만 가능하다. 따라서 슈퍼맨이 태양으로부터 자신의 모든 에너지를 얻는 것은 불가능하다.
 “우리는 슈퍼맨이 날 때 얼마나 많은 에너지를 사용하고, 얼마나 더 효율적이어야 하는지를 살펴보고 싶었다”고 한 학생은 말했다. “비유하자면, 슈퍼맨이 비행 중에 사용하는 에너지양을 보통의 태양광 전지가 얻으려면 축구장보다 2배가 되는 크기의 면적이 필요할 것”이라고 제이슨 왓슨이 말했다.
 “슈퍼맨이 자신의 에너지를 얻을 수 있는 다른 방법이 있다. 태양은 전자 방사(electromagnetic radiation)뿐만 아니라 중성미립자(neutrino particle: 전기적으로 중성인 소립자의 일종으로, 다른 입자와의 반응이 극히 미약하여 대부분의 물체를 빠져나가버린다. 이를 이용하여 태양 중심 부근이 핵반응에서 생성된 뉴트리노를 관측함으로써 다른 방법으로는 알 수 없는 태양내부를 보는 일이 시도되고 있다)도 방출한다. 수백만의 중성미립자가 우리의 신체를 항상 통과한다. 아마도 슈퍼맨은 중성미립자로부터 에너지를 이용할지도 모른다. 그러나 우리는 슈퍼맨이 이를 어떻게 하는지는 모른다”고 이 학생은 설명했다.

 

출처
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=249186&cont_cd=GT 
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-08-05    
[관련 논문 서지 정보]
M. Szczykulska, J. J. Watson, L. Garratt-Smithson, A. W. Muir, “P4_4 The Solar Cell Efficiency of Superman,” Journal of Physics Special Topics, Vol 12, No 1 (2013) http://physics.le.ac.uk/journals/index.php/pst/article/view/647/472%20
 
원문
http://phys.org/news/2014-07-superman-solar-powered-feats-fundamental-law.html


곽노필 한겨레신문 선임기자 nopil@hani.co.kr
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