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언브레이커블       만화가 현실이 된다면 주인공들은 과연 행복할까. 나이트 샤말

정혜원 기자 2레벨 2015.12.20 11:01

언브레이커블       만화가 현실이 된다면 주인공들은 과연 행복할까. 나이트 샤말란 감독이라면 아마도 고개를 저을 것이다. '언브레이커블'의 주인공 데이비드(브루스 윌리스 분)는 대형 열차 사고에서도 혼자 살아남을 만큼 불사조 같은 육체를 가졌다. 그의 뼈는 절대 부러지지 않으며 어떤 사고로도 결코 다치지 않는다. 그러나 만화 속 주인공과 달리 그는 자신의 능력을 그다지 달가워하지 않는다. 그는 누구보다도 평범하게 살길 원한다.   '용가리 통뼈'의 비밀은...   만화 작가인엘리아는 데이비드의 특별한 능력을 알아본다. 엘리아는 넘어지기만 해도 다리가 부러지는 특이체질의 약골이다. 그는 자신과는 정반대로 강철처럼 단단한 사람이 어딘가에 존재하리라 믿는다. 엘리아는 데이비드를 발견하고는 그의 능력이 세상을 위해 유용하게 쓰일 수 있음을 보여줌으로써 그가 자신의 능력을 받아들이도록 도와준다. 그리고 마지막 반전. 엘리아의 '정체'가 드러나면서 관객은 뒤통수를 얻어맞는다. (반전이 궁금하신 분들은 직접 영화를 보시라!)   만화 같은 설정에도 불구하고 과학자들에게 '언브레이커블'이 그럴듯해 보이는 이유는 엄마가 안아주기만 해도 갈비뼈가 부러지는 '엘리아'같은 환자들이 실제로 존재하기 때문이다. 우리 몸엔 '콜라겐'이라는 단백질이 있다. 피부의 70%,뼈를 구성하는 단백질의 90%가 바로 이 콜라겐으로 이루어져 있다. 콜라겐은 뼈 조직을 서로 단단하게 붙여주는 아교 역할을 한다. 그런데 콜라겐을 형성하는데 관여한다고 알려진 염색체 7번과 17번에 이상이 생기면 콜라겐을 충분히 만들지 못하거나 그 구조가 변형된다. 그러면 뼈 밀도가 낮아져 계단에서 넘어지기만 해도 뼈가 부러지는 것이다.   '골형성 부전증'라고 불리는 이 질병은 심한 경우 일생동안 수백 번 가까이 골절상을 입기도 하며 뼈가 제대로 성장하지 못해 평생 휠체어 생활을 해야 하는 경우도 있다.그렇다면 엘리아와는 반대로 유전자 이상이 콜라겐을 과잉 생산하거나 좀더 강력한 구조를 갖게 해 데이비드와 같은 '용가리 통뼈'를 만들어낼 가능성은 없을까. 단언할 수는 없지만 그다지 확률이 높진 않을 것이다. 엔트로피 법칙을 고려해 보면 마구잡이로 돌연변이가 일어날 경우 더 강력한 기능을 갖게 될 확률은 훨씬 낮기 때문이다. 설령 콜라겐 형성이 증가한다고 해도 주변 뼈조직과의 상호 작용도 고려해야 하기 때문에 뼈가 더 튼튼해진다는 보장도 없다. 하지만 '언브레이커블'처럼 사실에 바탕을 둔 그럴듯한 상상은 늘 영화를 유쾌하게 만든다.    우리는 가끔 이런 말을 한다. "열 받아 죽겠네." 그럴 수도 있다. 우리의 체내에서 열이 난다는 뜻은, 심한 운동을 할 때, 섭취한 음식(연료)이 운동 에너지로 변하는 과정에서 완전히 운동에만 쓰이지 않고, 그 일부분이 열로 변하기 때문이다. 이렇게 어떤 에너지가 쓰고자 하는 이외의 용도로 쓰이는 것을 에너지 손실이라고 하는데, 그런 에너지의 손실분은 거의 대부분이 열 에너지로 바뀌어 낭비된다. 그리고 체내에서 에너지가 소비되는 것에는 물리적인 운동에서 뿐만 아니라, 정신적인 사고활동을를 할 때도 쓰이는데, 예를 들어 스트레스, 갈등, 고민, 심사숙고를 하는 데도 에너지는 소모되고, 그때 덩달아 열(에너지 손실)도 발생한다. 그때 몸에서 진짜 열이 나는 것이다. 그러니 열이 날 수 밖에... ....그러면 왜 에너지의 손실은 모두(거의 대부분)열로 나타나는 걸까? 그것은 열이야 말로 에너지의 가장 원시적인( 본질적인)  형태이기 때문이다. 예를 들어 자동차를 급정거하기 위해 우리가 브레이크를 밟으면, 차는 멈추게 되나 그 대신 브레이크 패달에서는 엄청난 열을 발생한다. 즉 달리고 있는 차에서 브레이크를 밟아 차를 멈추게 한다는 행위는  다른 말로 표현하면  차량이 달리고 있으므로 해서 가지고 있는 운동에너지를 브레이크 패드에서 열 에너지로 바꾸어 버리는 과정을 말한다. 그럼 열에너지를 발생시키기 위해서는 어떻게 해야 하는 걸까? 그것이야 말로 참 쉬운 일로, 무슨 에너지를 어떻게 써도,  특별히 배터리를 충전하거나, 물체를 위로 들어 올리거나, 아주 큰 소리를 내지 않았거나, 빛을 내지 않았다면, 그 에너지는 저절로 거의 모두가 열로  변환되어 주변에 흩뿌려지기 때문이다. 이런 이유로 해서, 전기를 사용해 열을 내는 기구, 전기장판이며 팬히터, 전기난로, 열풍기 등에서의 에너지 효율은 궁극적으로는 모두가 똑같아서 최소한 99%를 넘는다. 다만 열을 한 곳으로 모으기 위한 목적이나 실내 전체에 그 열을 골고루 퍼지게 하기 위한 목적 등에서 차이가 있을 뿐, 원적외선 방식이니 무슨 방식이니 하더라도 어떤 전열기구에서도 에너지 변환 효율이 높거나 낮을 수가 없다는 뜻이다. 예를 들어 전기장판을 들어보자. 모든 전기장판은 전기 에너지를 열로 변환시키는 기구이고, 열에너지는 가장 원시적인 에너지 형태로 손실의 차이가 없다. 그런데 어떤 전기장판 선전문구에서는  전기는 더 적게 쓰면서 더 많은 열을 낸다느니, 난로처럼 더 뜨겁다느니 하는 표현을 하는 것은 옳지가 않다. 아무리 효율이 낮은 전열기구라도 그 효율은 모두가 99%가 넘으므로 무슨 열기구는 더 좋다는 등의 차이가 있을 수 없기 때문이다. 전기장판을 가장 효율적으로 따뜻하게 사용하는 방법으로는, 열이 방바닥으로 도망가지 않도록 하기 위해 담요나 단열재를 전기장판 아래 깔아놓고 쓰는 방법 밖에는 없다. 아래 그림을 보자. 아래의 그림에서 처럼 완전 밀폐되고 단열이 잘 된 3개의 밀실(Chamber) 에 그 중 하나에는 그림 1 에서와 같이 팬 히터를 넣어두고, 다음 하나에는 그림 2와 같이 냉장고를 넣어두었고, 나머지 하나에는 그림 3에서와 같이 백열등을 켜 두었고, 이때 각 방에서 소모되는 전력(전력계에 표시되는 W)이 동일하도록 맞춰 놓고 한동안의 시간이 지난 다음 각 방의 실내 온도를 측정해 보면 어떻게 될까?       놀랍게도 세 방의 실내 온도는 동일하게 된다. 우리가 얼른 생각하기에는 팬히터를 넣어둔 방의 실내 온도가 제일 높을 것으로 생각되나, 각 방에서 소모되는 전력량이 동일했으니 그 전기가 실내에서 처음에는 어떤 형태의 에너지로 소모되었든 결국에는 열에너지로 바뀌어 실내에 남게 됐고, 그 에너지의 양이 같으므로 실내 온도도 같게 된다는 뜻이다. 즉  1, 팬히터는 입력된 전기 에너지가 바로 열로 변환되어 실내에 남아있게 된다. 2, 냉장고는 입력된 전력이 모터를 구동하고 이 힘으로 냉매를 압축해서 그 과정에서 발생되는 열을 냉장고의 뒷벽에 있는 방열판을 통해 외부로 방축하나, 이때 방출되는 열에너지는 냉장고 안에 있던 에너지가 옮겨왔을 뿐,  조금도 늘어나거나 줄어들지 않는다. 그리고 실내온도가 높아지면 이에 따라 냉각효율은 없어지고, 나중에는 결국 투입된 에너지가 모두 모터에서 열로 변하게 된다. 3, 백열등 역시 원래 광 변환효율이 8%정도인 만큼 나머지는 열로 방출된다. 그리고 빛으로 변한 8%의 에너지도 실내 여기저기를 비추어 벽에 반사, 흡수되나 결국은 열에너지로 바뀌어 실내에 남게 되므로 세 곳의 온도는 같을 수 밖에 없다. 열에너지를 나타내는 단위로는 W(와트) 나 Joule(줄)을, 또는 칼로리(cal)을 쓰고, 1000cal 을 1kcal이라고 하는데, 그걸 1Cal 이라고 표기하기도 한다. 1W 는 1V 의 전압차에서 1A 의 전류가 흐르는 상태의 에너지를 말한다. 1W 의 에너지로 1초동안 일을 한 양(또는 열을 냈을때)의 열량(일의 양)을 1 Joule 이라고 한다. 1Joule 은 0.24cal 에 해당된다. 예를 들어 어떤  그릇에 영하 10도의 얼음 100g 이 담겨 있는데  이 그릇을 전열기 위에 올려 놓고 덥혀서 이 얼음을 모두 녹여  100도로 끓여 수증기가 되어 날아가 버리도록 한다고 치자.  그러기 위해서는 전기를 얼마나 써야 할까? 이 계산을 하기 위해서는 먼저 물의 비열을 알아야 한다. 1, 얼음의 비열은 0.5 이다. 즉 얼음 1g 의 온도를 1도 올리려면 0.5cal 이 든다는 뜻이다. 2, 0도인 얼음 1g을 1g의 물로 녹이는 데 드는 에너지는 80cal 이다. 3, 물 1g(1cc)의 온도를 1도 올리는데 드는 에너지는 1 cal 이다.(원래 cal 의 단위가 여기서 왔기 때문) 4, 100 도의 끓는 물 1g을 수증기로 기화시키는 데 드는 에너지는 539cal 이다. 그러므로 이 계산을 모두 더해보면 1, 영하 10도의 얼음 100g을 0도의 얼음으로 만드는데 드는 에너지(10*100*0.5)............500cal 2,0도의 얼음 100g을 0도의 물로 바꾸는데 든 에너지(100*80).....................................8000cal 3, 0도의 물 100g을 100도의 끓는 물로 만드는 데 드는 에너지(100*100).....................10,000cal 4, 100도의 끓는 물  100g을 모두 수증기로 증발시키는 데 드는 에너지(100*539)........53,900cal.  그러므로 필요 에너지의 총 합은...............................................................72,400 cal 이 된다. 여기서 1cal 은 4.186 Joule 이므로...............필요 총 Joule 량은.....303,066 Joule 이 된다. 다시 1Joule 은 1W 의 에너지가 1초동안 하는 일(열량)이므로 필요 총 전력은 303,066 Ws 가 된다. 이 전력은 즉 1 kW 의 전열기 를 303초 동안 켜 놓았을 때의 에너지이고, 이것을  일반적으로 표시하는 전력량으로 나타내면  0.084kWh 가 된다. 즉, 영하 10도의 얼음 100g을 100도가 되기 까지 끓여 모두 수증기로 증발시키려면 1kW 의 전열기에 올려놓고 303초 동안 켜 두면 된다는 뜻이다. ....그러면  정말 1kW의 전열기에 이 그릇을 올려놓은 채 303초만 켜 두면 이 얼음이 다 녹아 수증기로 날아갈 수 있을까? 이 계산은, 전열기에서 발생되는 열이 100% 모두 그릇으로 전해졌다는 가정에서 얻은 결과이나, 실제로는 전열기에서 발생되는 열이 모두 그릇(남비)에  전해지지는 못해서, 그 효율(전달율)은 30%를 넘지 못한다. 그러므로 실제 상황에서는 이 계산에서 드는 에너지의 3배쯤으로 생각해야 한다는 뜻이다. 에너지는 다른 형태로 전환되기도 한다. 즉 자동차는  연료가 탈 때 나는 열 에너지를 운동에너지로 바꾸어 사용하는 장치이기도 하다. 원시인이 나무를 문질러  불을 지피는 것은 운동에너지를 열 에너지로 바꾸는 과정이다. 그러나 에너지가 다른 형태로 변환될 때는 에너지 손실이 발생한다. 다만, 어떤 에너지가 열에너지로 변환될 때는 그손실율이 가장 적기는 하다. 열에너지는 복사, 전도, 대류의 방법에 의해 다른 곳으로 이동된다. 열이 뜨거울 때, 공기가 없는 곳에서는 태양열이 지구에 전해지는 경우와 같이 복사에 의해 이동(전달)된다. 그리고 열에너지는(모든 에너지도 포함) 준위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다.  즉 차가운 곳에서 뜨거운 곳으로는 에너지가 이동되지 않는 다는 뜻이다. 이렇듯 에너지가 고준위에서 저준위로만 이동한다는 사실은, 시간이 과거에서 현재를 거쳐 미래로 간다는 사실과 함께, 우주가 팽창하고 있고, 엔트로피는 점점 더 증가하는 쪽으로 가고 있다는 사실과 함께  우주 불변의 진리이기도 하다.

댓글5

  • 김수완 4레벨 2015-12-20 14:36

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    좋은정보감사합니다^^

  • 정한빈 1레벨 2015-12-20 12:29

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    정보감사감사

  • 조현정 3레벨 2015-12-20 11:53

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    감사감사

  • 안유영 4레벨 2015-12-20 11:26

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    재밌는 정보 감사드려요~^^

  • 정혜원 2레벨 2015-12-20 11:01

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    출처는 네이버입니다

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