본 논문에서는 샤논 정리(1948)의 동기가 되는 아인슈타인 특수상대성이론(1905)과 베르누이 유체역학(1738)의 상관성을 AB=A/A=I Dimension 관점에서 유도했고 샤논 정리 채널코드를 시뮬레이션했다. 베르누이 유체역학 ΔP=pgh를 한라산 화산 Magma 폭발식으로 적용했을 때 Dimension과 높이가 실측치와 일치했다. 아인슈타인 특수상대성이론과 샤논의 정보이론, 그리고 유체역학의 연돌효과(Stack Effect) 이론의 관계를 분석해 보고 화산 폭발의 관계를 수학적으로 증명했다. 아인슈타인, 베르누이의 에너지보존과 질량보존은 샤논 정리에서는 대역폭과 power의 효율면과 같았다.
본고에서는 아인슈타인(1905) 특수상대성이론과 샤논(1948)의 정보이론의 탄생배경 중심으로 유도하였고, 이 아름다운 두 식을 비교, 설명하였다. 4G 무선 이동통신의 주파수 스펙트럼 효율을 증가시키기 위해, MIMO를 쓰고 샤논 캐퍼시티에 접근하기 위해 새로운 채널코딩 기술을 쓰고 있다. 모두 샤논의 손바닥 안에 있다.
1905년은 아인슈타인의 일생 가운데 가장 생산적인 해였다. 그는 그 해에 특수 상대론, 광전효과, 브라운 운동 및 E=mc² 등 네편의 주옥같은 논문을 발표했다. 한국물리학회와 과학문화진흥회는 이를 기념하기 위하여 2005년 7월 1일부터 2006년 2월말 까지 창경원 옆에 있는 서울 과학관에서 아인슈타인 100주년 기념 전시회를 갖는다. 전시회는 1)아인슈타인의 생애 2)시간과 공간 3)빛, 파동 및 물질 4)아인슈타인의 우주 5)아인슈타인과 예술 등 다섯 가지 주제를 체험위주로 기획하고 있다. 관람객들이 특수 상대론을 설명이 아니라 체험함으로써 일상생활에서는 어떻게 이용되고 있는가를 알도록 전시장을 꾸미고 있다. 각 주제별로 그 내용을 스케치해본다.
본 연구의 목적은 고등학생들이 특수 상대론에 대한 이해 수준을 심층면담을 통해 알아보는 것이다. 심층 면담 대상은 8명으로 특수 상대론 기초개념 성취도 체크리스트와 광속불변의 법칙, 상대성의 원리, 동시성의 상대성, 차고 역설, 로켓 역설 등 6가지 상황 단계로 구성하여 심층 면담을 실시하고 분석하였다. 학생들은 특수 상대론과 관련된 단순한 현상의 기억, 개념의 암기 수준에서는 비교적 높은 성취도를 보였으나, 특수 상대론을 설명하는 본질적 원리 이해 수준에서는 낮은 성취를 나타냈다. 심층 면담에서 일부 학생들은 사건의 순서를 관찰자의 직관에 의존하였고, 좌표계를 수학적인 관점에서만 이해하고 실제 상황에서 판단하는 데에는 어려움을 나타냈다. 그리고 관성좌표계를 이해하지 못한 학생들은 상대론적 역설을 자신의 직관으로 설명하였고 학습자 혼돈이 발생하였다. 마지막으로 고등학생들이 형식적 조작기에 속하는 연령이지만 개인적 차이에 의해 시공간의 현상을 이차원 평면에 그리는 활동을 어려워하는 학생들도 있었다.
본 논문은 형식적인 조건을 통하여 뉴턴 물리학에서 아인슈타인 물리학으로의 이론변화의 연속성을 이해하려는 과학이론에 대한 진보적 견해를 비판적으로 고찰한다. '상응 원리'이나 '공변 원리'와 같은 형식적인 측면이 이 이론변화에서 중요한 정보를 담고 있는 것은 부정할 수 없지만, 이 형식적 속성은 뉴턴역학에서 아인슈타인의 특수 그리고 일반 상대성 이론으로의 발전에 대한 진화적 견해를 위한 본질적 요소를 제공하기에는 충분치 않다.
아인슈타인은 시공간에 관한 우리의 상식과 개념을 송두리째 바꾸어 버린 특수상대성이론 등 6개의 과학학술논문을 발표함으로써 그후 100년간의 물리학의 발전에 결정적인 영향을 미쳤다. 한국과학사총회와 한국과학저술인협회는 3월 17일 학산기술도서관에서 아인슈타인 탄생 11주년 기념 강연회를 가졌다. 다음은 이날 가진 민영기국립천문단장(아인슈타인과 우주론), 김정흠고대교수(상대론이후의 물리학), 이초식건대교수(아인슈타인의 과학철학)의 강연요지이다.
이 연구는 개정된 물리교과서에 포함된 현대물리학 소재인 특수 상대성 이론에 대해 고등학생의 인지 수준을 고려하고 학습자의 주도적 수업참여를 구현하기 위하여 '가상현실'과 '사건도표' 활동이 포함된 수업방법을 고안하여 그 효과를 정량적이고 정성적으로 분석하는 데 목적이 있다. 특수상대론 개념 학습 프로그램을 통한 수업과 전통적 수업은 선택 후 설명식 문항의 전반적인 성취도에서 유의미한 차이를 나타내지 않았다. 프로그램 수업을 이수한 학생은 복합 개념 형 문항의 성취도는 유의미하게 높게 나타났다. 특수 상대론적 역설문제에서는 프로그램 수업집단은 전통적 수업집단보다 통계적으로 유의미하게 높은 성취도를 나타내었다. 프로그램 수업집단 학생들은 역설문제 해결과정에서 특수 상대론적 현상을 좌표계의 틀 위에서 객관적으로 설명하는 좌표계 의존 형 문제 해결방식의 특성을 나타내었다. 전통적 수업집단의 학생들은 특수 상대론적 현상을 불완전하거나 잘못된 좌표계 개념으로 설명하였고 사건의 순서를 관찰자의 직관에 의존하여 판단하는 관찰자 의존형 문제 해결방식을 나타내었다. 특수 상대론적 효과가 시각화된 영상을 보고 사건도표라는 가상의 시공간을 노트에 그려보고 생각하는 활동은 학생들에게 도약판을 만들어 주는 하나의 방법으로 제안한다.
본 논문에서는 나무나 염소 뿔처럼 대부분의 동식물이 대칭임을 살펴본다. 또한 DNA를 가지고 있는 인간의 신체 역시 대칭이다. 피보나치수열, 식물의 나선, 동물의 대수 나선에서 볼 수 있는 것은 대칭이다. 해바라기 꽃은 원형이다. 원(元)은 원점을 중심으로 회전을 해도 모양이 꼭 같으므로 회전대칭이다. 공간상의 회전변환을 넘어서, 시간 공간의 대칭적 변환으로 일반화하면 아인슈타인의 특수상대성 이론이 시공간 변환관계이다. 동식물의 나선은 좌우 나선들이 대칭을 이루며 그 속에는 element-wise inverse가 존재한다. Hadamard 행렬 중 가운데 하중 값을 2로 준 것은 자연대수의 밑 2와 같고, 나선 행렬은 Symmetric하며 역행렬은 element-wise inverse이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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