2014년 11월 24일 월요일

개미가 힘이 센 이유는? 규모에 따라 달리 보이는 세상.

점 = 0차원 = 위치
선 = 1차원 = 길이 = 키
면 = 2차원 = 넓이 = 힘
체 = 3차원 = 부피 = 무게

키 차이가 10%인 경우 예를 들어 100 vs 110인 사람은 표면적이 얼마나 차이 날까? 2제곱한 비율을 보면 된다. 그럼 부피는 얼마나 차이 날까? 3제곱한 비율을 보면 된다. 요약하면 아래와 같다.

100 vs 110 (키 10%)
10000 vs 12100 (표면적 21%)
1000000 vs 1331000 (부피 33.1%)

동물이 덩치가 커지면 그 몸무게는 부피에 비례하여 커진다. 그런데 동물의 힘은 근육에서 나오고 근육의 단면적이 힘에 비례하기 때문에 표면적이 힘에 비례하게 된다. 해석하면 키가 10% 큰 동물은 21% 힘이 더 세지만, 몸무게는 33.1%가 더 늘어서 자기 몸무게에 비해 힘이 약하다. 이런 원리로 작은 개미는 자기 몸의 몇 배를 들어 올리지만, 인간 크기의 동물은 자기 몸무게 정도를 들어 올리고, 코끼리는 자기 몸을 못 들어 올린다. 더 큰 고래는 물에서만 살 수 있게 되는 것이다.

길이 면적 부피
150 100% 100%
160 114% 121%
170 128% 146%
180 144% 173%
190 160% 203%
200 178% 237%

비슷한 경우로 작은 모터 보트와 대형 전함이 60km/h의 속도로 가고 있다고 하자. 그럼 작은 보트는 매우 민첩해 보이고, 큰 전함은 매우 둔해 보인다. 둘은 같은 속도로 달리고 있지만 16m/s의 속도이기 때문에 보트의 경우는 1초에 자기 몸의 몇 배를 이동하고, 전함은 자기 몸 길의 10%도 못 이동했기 때문이다. (씨발 천안함, 세월호 생각 난다. 구린 친일독재잔당 왜 일 처리를 그 따위로 하지? 좀 상식적으로 못 하나?)

또 다른 비슷한 경우로 개미가 100m 높이에서 떨어지면 죽지 않는데 사람이 떨어지면 죽는다. 이건 종단 속도와 관계 있는데 바람의 저항을 받는 표면적과 중력이 당기는 몸무게(부피) 사이의 비율이 다르기 때문이다. 낙하산의 경우 표면적을 넓게 해서 바람의 저항력을 높인다. 그러면 중력과 공기 저항이 균형을 이루고 종단 속도에 도달한다. 이 종단 속도가 죽고 사느냐를 결정한다. 땅에 충돌할 때는 이 종단 속도로 충돌하니까.

또 다른 비슷한 경우로 규모의 경제라는 것과도 관계 있다. 예를 들어 관으로 석유를 수송한다고 했을 때 관의 단면적이 크면 관의 재료에 비해서 석유 수송량이 많다. 형태적으로 원형이 길이, 넓이, 부피 사이의 비율이 가장 크다. 그래서 관은 원형이고 크게 만든다. 원형이 둘레에 비해 단면적이 가장 넓고, 공 모양이 표면적에 비해 부피가 가장 크다.

또 비슷한 경우로 체조 선수들은 몸이 좀 작아야 유리하고, 달리기 선수들은 몸이 길어야 유리하다. 체조 선수들은 자기 몸을 들어 올려야 한다. 그러니 키가 작아야 몸무게와 힘의 비율이 유리해진다. 달리기 선수는 다리가 길어야 유리한데 그러면 몸무게와 힘의 비율이 불리하다. 그래서 키가 큰 사람들은 마른 체형이 많다. 키가 크면서 두께도 있어 몸무게가 많이 나가면 관절에도 무리가 가게 된다. 인간은 2m에 근접하게 되면 둔해지는 경향이 있다. 아마도 2m가 인간 키의 한계 같은데 이보다 커지면 2발로 걷기 포기해야 한다.

참고로 한국인 남성 평균 173cm, 여성 평균 160cm이다. 키 크면 몸무게의 변화 폭도 크다. 키 큰 사람은 약간만 퍼져도 몸무게가 많이 늘어난다. 이게 여자보다 남자의 체중 편차가 큰 이유다. 또한 남자는 20세에 성장이 끝나고, 여자는 16세에 성장이 끝난다. 성장이 끝난 후부터 옆으로 퍼지며 몸무게가 늘어난다. 키와 몸무게 비율에서 어느 정도가 적당한지는 알 수 없다. 그냥 평균을 정상으로 본다. 백인 중에서 바이킹 게르만 계통 남성들은 평균이 180cm를 넘는다. 백인들은 키가 크기 때문에 마른 체형에 팔 다리가 길고 머리가 작아야 유리하다.



황인종은 추운 고원과 고산지대에서 진화 했는데, 그래서 머리와 몸통이 크고 둥글며 팔다리가 짧다. 또한 등반에 좋도록 다리가 짧고 굵으며 엉덩이 근육이 골반에서 대퇴골 사이 멀리 붙어 있어 엉덩이가 납작하다. 백인은 저지대 초원에서 진화했는데, 그래서 머리와 몸통이 작고 팔 다리가 가늘고 길다. 달리기에 좋도록 엉덩이 근육이 골반과 대퇴골 사이 가까이 붙어 있는데 그래서 엉덩이가 튀어 나와 예쁘게 보인다. 키가 커지면 몸무게가 늘기 때문에 신체 비율이 변해야 유리하다.

또 다른 예로는 물의 표면 장력(피부 탄력)이 있다. 작은 물방울의 경우는 표면장력이 물의 무게보다 커서 물방울이 동그랗게 만들어진다. 그래서 개미들은 물방울을 공처럼 만지며 머리를 박고 물을 빨아 마신다. 그런데 물이 많이 모이면 이 표면장력이 물의 무게를 지탱할 수 없어서 원형이 깨진다. 중력이 없어 무게를 느낄 수 없는 우주에선 아주 큰 물방울도 가능하다. 공처럼 생긴 물방울을 입으로 받아 마실 수가 있다. 영화에서 축소 모형으로 찍은 화면에선 표면장력 때문에 물방울이 크게 보인다. 그런데 3D CG를 활용한 경우는 파도가 산산이 부서지는 장면을 연출할 수 있다. 표면 장력이 피부 탄력과 같은 개념이라서 덩치가 작은 여자의 젖가슴과 엉덩이가 더 탱탱해 보인다. 덩치가 큰 여자는 젖가슴과 엉덩이가 무거워 밑으로 처지게 된다. 키 큰 것이 다 좋은 것은 아니다.

우리 인간 수준 덩치의 눈높이로 세상을 설명한 것이 뉴턴의 고전 물리학이다. 수학과 천문학이 만나면서 물리학이 탄생한 것이다. 이 세계에선 음속을 돌파하는 것도 대단하다. 총알이 가장 빠르다고 하는데 마하 3 수준이다. 그런데 별, 태양 수준의 천문학적 덩치의 눈높이에선 세상이 다르게 보인다. 이들 세계에선 인간은 세균 수준이다. 지구의 공전 속도는 30km/s로 이건 마하 100 수준이다. 마하 1 = 1200km/h = 0.3km/s. 그러니까 지구에 속하는 것 중에서 가장 빠른 것이 지구다. 이런 세계를 설명하는 것이 아인슈타인의 일반상대성 이론이다. 

일반적인 항공기는 아음속, 마하 1에 가까운 속력으로 날기 때문에 지구 반대편(2만km)까지는 16~17시간 걸린다. 그래서 하루 거리라고 하는 것이다.

원자와 전자 수준의 불가시 세계 덩치의 눈높이에선 또 세상이 다르게 보인다. 그걸 설명하는 것이 보어의 양자역학이다. 여기선 여기 번쩍 저기 번쩍 순간 이동을 하는 것처럼 보인다. 이 작은 원자가 엄청난 힘이 있는데 지구의 무게로 짓눌러도 지구 중심의 원자는 찌그러지지 않는다. 종교인들은 기적을 바라지만 이 세상 자체가 이미 기적이다. 종교인들은 이 세상이 환상이고 가짜라고 하는데 정말 환상처럼 신비하다.

분자들이 모여 만든 세포, 세포가 모여 만든 개미/인간, 개미/인간이 모여 만든 사회 조직. 개미/인간이 의식이 있다면 세포도 의식이 있다고 해야 하고, 사회 조직도 의식이 있다고 해야 하겠지. 어쩌면 우리도 의식이 없는지 모른다. 우리 모두 자기 자신의 의식만 확인할 수 있다. 남의 의식은 알 수 없다. 어쩌면 우리가 세포와 사회 조직의 의식을 인식하지 못 하는 것처럼, 세포나 사회 조식도 우리의 의식을 인식하지 못 할 수도 있다. 세포는 그냥 우리 의식의 존재를 모르고 자기 삶을 바쁘게 살고 있을지도 모른다. 사회 조직에 우두머리가 있는 것처럼, 우리 몸에도 우두머리 세포가 있을 수도 있다. 세포 속의 분자들 중에도 우두머리 역할을 하는 분자가 있을 수도 있다.

※ 잠시 엉뚱한 질문
로봇에게 영혼이 있을까? 동물에게 영혼이 있을까? 타인에게 영혼이 있을까? 나에게 영혼이 있을까? 결국 자기 자신 외의 존재의 영혼은 증명할 수 없지 않나? 인종 차별, 성 차별, 동물 차별, 로봇 차별 등이 모두 같은 것이라면? 당하는 쪽만 억울하겠지. 모든 생명의 가치가 동일하다는 불교의 가르침은 기독교와 비교가 안 될 정도로 현대적 평등 사상이다. 어쩌면 부처는 진짜로 존재 했던 인간이고 예수는 가상의 존재인지도 모른다.



신이 당신의 생사를 결정하는 것이 아니라 정치권력이 당신의 생사를 결정한다. 옛날부터 독재 권력은 생사여탈권을 쥔 살아 있는 신이었다. 수 천 년 동안의 선과 악의 대결이란 충신과 간신의 대결을 말하는 것이다. 지금 이 시대의 악은 북의 공산세습독재, 남의 친일독재잔당이다. 

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