hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
타키온 기본 성질
타키온은 공간꼴 사차원벡터를 갖는 입자이다. 그 동역학에 대한 두 가지 동등한 접근은:
이며 여기서 p는 상대론적 운동량이며 m은 정지질량이다. 또한 입자의 총에너지는
이다. 이때 총에너지는 정지질량에 의한 에너지와 운동에 의한 에너지 기여가 모두 포함된다.
그러나 에너지 식에서 v가 c보다 클 때는, 분모가 허수가 된다. 총 에너지는 실수가 되어야하므로 분자 역시 순허수가 되어야만 한다. 즉 정지질량 m이 허수가 되어야 하는 것이다.
으로 된다. 이제 에너지는
이 된다. 따라서 허수 질량에 대하여 고려할 필요가 없으며 복소수 값을 갖는 질량의 의미가 무엇인지를 물리적으로 따지는 문제를 피할 수 있게 된다. 단, 타키온이 아닌 일반 입자들과의 상호작용을 고려하기 위해 z를 다시 m으로 바뀔 경우는 물론 이와 같이 생각할 수는 없다.
타키온 기본 성질
위의 두 가지 접근은 수학적으로 동등하며 물리적으로 같은 결과를 준다. 한 가지 재미있는 사실은, 일반적인 입자들과는 달리 타키온의 속도는 에너지가 감소함에 따라 증가한다는 것이다. (통상적인 물질에서 E는 속도 v가 증가하여 c에 가까워짐에 따라 증가한다. 따라서 통상적인 입자들이 빛의 속도라는 속도의 상한을 갖는 것처럼 타키온도 c이하의 속도로 떨어질 수 없게 되는 속도의 하한을 갖게 된다. 왜냐하면 두 경우 모두 제한선에 다가갈 때는 무한대의 에너지가 필요해지기 때문이다.
타키온을 양자화하면 그것들이 스핀이 없는 페르미-디랙 통계를 따르는 입자라는 것을 알 수 있는데, 즉 타키온은 통상적인 입자에서는 허용되지 않는 스칼라 페르미온인 것이다.  또한 그것들은 쌍으로 생성되거나 소멸되어야 한다.
타키온 기본 성질
그런 입자들의 존재는 현대의 물리학에서 흥미로운 문제들을 만들어내는데, 전자기 복사에서 타키온이 — 설사 그래야만 하는 이유가 없더라도 선험적으로 타키온이 중성 혹은 전하를 갖는 상태 둘 중 하나 여야만 해서 — 전기적 전하를 갖는다고 가정하면 대전된 타키온은 통상적인 대전 입자가 매질 속에서의 국소 속도를 넘어설 때의 체렌코프 복사에서와 같이 에너지를 잃어가게 된다. 대전된 타키온은 따라서 진공속에서 고정된 고유시간 가속을 하며, 필연적으로 그 세계선은 시공간에서 쌍곡선의 형태가 된다. 그러나, 살펴본 것처럼 타키온의 에너지는 속도를 증가시키게 되며 따라서 하나의 쌍곡선은 두 개의 반대로 대전된 타키온이 반대의 운동량(같은 크기, 반대의 부호)을 가지며 동시에 시공간의 동일한 지점에서 무한대의 속도에 도달하여 서로를 소멸시키는 경로를 기술한다. (무한대의 속도에서 두 타키온은 에너지를 갖지 않고 반대 부호를 갖는 유한한 운동량만을 갖게 되며, 따라서 서로를 소멸시키는 과정은 보존 법칙에 위배되지 않는다. 소멸 시간은 좌표계에 의존한다.) 혹은 전기적으로 중성인 타키온이라 해도 중력의 체렌코프 복사에 따라 에너지를 잃게 되며 앞서의 기술과 비슷하게 움직일 수록 속도가 증가하게 된다.
핵실험 금지 조약
핵실험 금지 조약은 다음 두 조약을 말한다.
핵실험
핵무기 실험(核武器實驗, 영어: nuclear weapons testing, 문화어: 핵시험 核試驗)은 핵무기에 대한 실험을 말한다. 20세기 이후 핵무기를 개발한 대부분의 나라들은 핵실험 단계를 거쳤다. 핵실험 과정을 통해 무기의 성능과 특성에 대한 정보를 얻을 수 있다. 추가적으로 핵실험은 과학력과 군사력을 과시하는 정치적 이유에서 시도되기도 했다.
미국의 첫 원자폭탄 실험은 1945년 7월 16일의 트리니티 실험으로 약 20 킬로톤의 성능이었다. 첫 번째 수소폭탄인 아이비 마이크의 실험은 1952년 11월 1일 마셜 제도의 에네웨타크 환초에서 실시되었다. 가장 큰 폭탄은 1961년 소비에트 연방이 실시한 50 메가톤 규모의 차르 봄바의 실험이다.
핵실험
1963년 미국, 소련, 영국이 대기권과 수중, 우주에서의 핵실험을 금지하는 부분적 핵실험 금지 조약에 서명했다. 이 조약은 지하 핵실험만을 허용하고 있다. 프랑스는 1974년, 중국은 1980년까지 대기권 핵실험을 계속했다. 지하 핵실험은 미국은 1992년, 소련은 1990년, 영국은 1991년, 프랑스와 중국은 1996년까지 실시했다. 1996년 포괄적 핵실험 금지 조약이 체결된 이후, 기존의 핵 보유국은 핵무기 실험을 중지했다. 조약 미서명국인 인도와 파키스탄은 1998년까지 핵 실험을 실시했다.
핵실험 핵실험의 대체수단
임계전 핵실험(Subcritical test)은 CTBT에서 유일하게 허용하는 핵실험이다. 실제 핵폭발의 1/1000 규모로 재래식 폭약만 터뜨린다. 슈퍼컴퓨터 모의 핵실험이라고 부른다. 남아프리카 공화국과 이스라엘은 공동으로 임계전 핵실험만을 하여 핵무기를 실전배치하였다. 임계전 핵실험을 수행한 나라는 미국, 러시아, 영국, 남아프리카 공화국, 이스라엘, 대만, 인도, 이란이다.
요즘은 원자로가 없어도, 지하 수백미터 비밀공간에 소규모로 원심분리기나 레이저농축기를 설치하여 밀수한 옐로케이크를 무기급으로 농축하고, 임계전 핵실험을 하면 타국 몰래 핵무장이 가능하다. IAEA는 농도 20% 이하인 저농축우라늄의 수출입 감시는 특별히 하지 않는다.
조선민주주의인민공화국 1999년 조선민주주의인민공화국은 미국의 임계전 핵실험을 비난했다. 2006년 북한 1차 핵실험은 임계전 핵실험이 아니냐는 관측도 있었다. 국정원장이 국회 정보위에서 그렇게 본다고 보고했다. 지진 진도가 3.9로 TNT 0.4kt 규모에 그치고 방사능 물질도 탐지되지 않자, 임계전 핵실험 곧 미임계 핵실험을 한 것이 아니냐는 추정이 고개를 드는 것이다. 그러나 이후에 방사능이 탐지되었다.
핵실험 핵실험의 대체수단
이스라엘 1966년 이스라엘은 임계전 핵실험으로 핵무장을 완성했다. 닉슨 행정부의 키신저 국무장관의 "이스라엘이 공개적 선언이나 핵실험을 통해 핵무기의 보유를 알리지 않으면 미국은 이스라엘의 핵개발을 묵인하고 보호할 것이다”는 내용의 비밀메모가 비밀해제되어 공개되었다. 그 이후 이스라엘은 일체 핵실험과 핵보유선언 없이 시인도 부인도 하지 않는 정책을 유지하면서, 담당자가 비밀을 폭로하는 저서를 출판하고 형사처벌하는 형식으로 핵보유 선언을 간접적으로 비공식적으로 하고 있다.
이밖에도, 재래식 폭탄을 한꺼번에 터뜨려서 핵폭발의 효과를 시뮬레이션 하는 실험도 있다. 1985년 미국의 마이너 스케일 실험은 4.8 kt의 ANFO 폭약을 한꺼번에 터뜨려 8 kt급 핵폭탄이 공중폭발하는 효과를 발생시켰다. 1947년 영국의 브리티쉬 뱅 실험의 3.2 kt 규모를 넘어서서, 서방진영의 최대 기록이다.
핵실험 핵실험과 진도
지진 진도는 미국 USGS 사이트 참조.
미국은 1976년 오퍼레이션 풀크럼 이후 1992년 마지막 핵실험까지 234회 핵실험을 하면서 최대 150 kt 이하로만 핵실험을 했다.
핵실험 핵실험과 관련된 조약
1963년: 미국, 소련 부분적 핵실험 정지
단면 이차 모멘트
단면 이차 모멘트(斷面二次 - ) 또는 단면의 관성모멘트(area moment of inertia), 또는 간단히 관성모멘트(moment of inertia)는 휨 또는 처짐에 대한 저항을 예측하는 데 사용되는 단면의 성질을 뜻한다. 비틀림에 대한 저항을 나타내는 극 관성 모멘트와 비슷하다. 탄성 계수를 E라 할 때, EI를 휨강성이라고 하는데, 휨강성이 큰 부재는 구조적으로 안전하다.
단면 이차 모멘트는 각가속도를 계산하는 데 쓰이는 관성모멘트와는 다르다. 공학에서는 보통 단면 이차 모멘트를 관성모멘트라고 부르며 기호도 로 같게 사용한다. 어떠한 관성(가속도인지 휨인지)에 대한 것인지는 문맥에서나 단위를 확인하면 된다. 정다각형의 도심을 지나는 축에 대한 단면 이차 모멘트는 축의 회전에 상관없이 모두 동일한 값을 가진다.
단면 이차 모멘트 단위
단면 이차 모멘트는 국제 단위로 네제곱 미터(m4)를 사용한다. 야드파운드법과 미국 단위계에서는 네제곱 인치(in.4)도 사용된다.
단면 이차 모멘트 합성 단면의 단면 이차 모멘트
합성 단면의 단면 이차 모멘트는
로 주어진다.
단, 이 공식은 단면이 x 축에 대해 대칭일 경우에 적용하며, 그렇지 않은 경우에 xx, yy 및 xy축에 대한 단면 이차 모멘트는 다음과 같다.
은 합성 단면 중 해당 부분의 단면 이차 모멘트이다.
단면 이차 모멘트 평행축 정리
중립축과 평행한 임의의 축 x'에 대한 단면 이차 모멘트는 다음과 같이 주어진다.
단면 이차 모멘트 대표적인 도형에 대한 단면 이차 모멘트
I0는 도심을 지나는 축에 대한 단면 이차 모멘트, I는 도심을 지나는 축에 평행한 축에 대한 단면 이차 모멘트라고 하면,
단면 이차 모멘트 들보의 응력
들보의 오일러-베르누이 들보 방정식은 다음과 같다.
관성 모멘트 목록
다음은 관성 모멘트와 단면 이차 모멘트의 목록이다.
관성 모멘트 목록 관성 모멘트
관성 모멘트는 질량 × 길이2 의 차원을 갖는다. 다음의 목록은 한 알갱이(질점)에 대한 관성 모멘트 로부터 유도되었다.
관성 모멘트 목록 단면 이차 모멘트
단면 이차 모멘트는 길이4 을 차원으로 갖는다. 아래는 따로 언급하지 않으면, 도심(또는 질량중심)을 지나는 수평축에 대한 단면 이차 모멘트의 목록이다.
Ѓ
Ѓ, ѓ(기예)는 마케도니아어에서 쓰이는 키릴 문자이다. /ɟ/ 또는 /dʑ/의 소리를 내며, 한글로는 /ɟ/일 때도 /dʑ/일 때도 "ㅈ"으로 표기된다. 로마자로 치환할 때에는 G에 양음 부호를 올린 글자인 'ǵ' 혹은 'gj'로 옮기는 것이 보통이다. 마케도니아가 유고슬라비아 연방에 속하던 시절에는 'đ'나 'dj'로 옮기기도 했다.
마케도니아어에서 이 글자를 사용한다고 하면 불가리아어에서는 'жд'(즈드)로, 세르보크로아티아어에선 'Ђ ђ'로 파생되는 경우가 있다. 예컨대 마케도니아어로 '탄생'은 'раѓање'(라자녜)인데 불가리아어에선 '라즈다네'(раждане)로 바뀌며 세르비아어에선 '라자녜'(рађање)로 변화한다.
요랑아 요랑아
《요랑아 요랑아》(또는 꼬마여우 요랑)는 2003년에 KBS와 서울무비가 공동으로 제작한 한국 애니메이션이다. 꼬마여우가 사람으로 변신한다는 것을 모티브로 꼬마여우 요랑이 사람 모습인 요린으로 변신하는 과정이 들어있다. 26화로 구성되어 있으며, 방영당시 국내 제작 애니메이션 1위, 해외 제작 애니메이션 포함 2위의 시청률을 바탕으로 다양한 상품이 출시되었으며, 해외에서도 중국 CCTV 영화채널에 메인시간대에 방영되어 인기를 끌었다.
요랑아 요랑아 줄거리
주인공인 요랑이는 천상에 살고 있던 꼬마여우였지만, 자신의 실수로 잃어버린 소원의 책을 찾기 위해 지상으로 내려온다. 하지만 시간이 흐르고 흘러도 소원의 책은 보이지 않아 무려 999년이나 흘렀다. 잃어버린 소원의 책에 대한 정보는 지상으로 책이 떨어지자, 외부적인 변화로 리본 문양이 달린 책과 그 책들 중에 천상의 기운이 있다는 정도이다.
소원의 책을 찾는 기간이 1년밖에 남지 않게 되었고, 요랑은 여우골로 이사온 현이라는 아이를 만나게 된다. 그들은 같이 소원의 책을 찾아다니지만, 천상 세계에서는 흑여우의 봉인이 풀리기 시작한다. 흑여우의 부하 불여우는 뿌뚜 삼형제를 지상으로 보내 소원의 책을 찾게 한다. 요랑과 현이, 뿌뚜 삼형제간의 좌충우돌이 결국 발생하지만, 번번이 요랑이의 어설프지만 적절한 마법 등으로 실패한다.
우등형 전기 동차
우등형 전기 동차(優等形電氣動車, Express Electric Car)는 옛 대한민국 철도청에서 운용하던 대한민국 최초의 중장거리 여객 전용 전기 동차이다. 동차의 차호를 따라 9900호대 전동차로 부르기도 한다.
우등형 전기 동차 역사
1975년 12월 중앙·태백·영동선이 전철화가 완료되어, 본격적인 전기철도 시대를 맞아 대한민국 철도청에서는 여객 전용의 전기 동차를 도입하기로 하였다. 당시에는 태백산맥을 지나는 구간에서 기관차의 속력이 시속 80km로 제한되었기에, 우등 등급 열차를 편성하기에는 속력이 너무 느려 전기 기관차를 도입하지 않은 것이다.
당시 한국은 동력분산식 전동차 기술이 전무했으므로, 일본국철에 485계, 183계, 189계 등과 비슷한 특급형 전동차의 설계를 의뢰하였다. 1977년부터 철도청과 일본국철이 제휴하여, 디자인은 철도청이, 운전실 및 내부 구조는 일본국철이 담당하여 설계하였다. 곧 일본 히타치사에서 기술 제휴를 받아 대우중공업 철도차량부문에서 1980년에 우등형 전기 동차 2편성을 생산하게 된다. 당시 표준적인 우등 객차의 사양에 맞추어 일반실에는 옛 통일호 객차에 장착되었던 것과 같은 전환식 좌석이 설치되었고, 특실에는 관광호 일반실의 좌석과 같은 빨간색 전환식 리클라이닝 좌석을 설치하여 운행하였다.
우등형 전기 동차 역사
한 편성당 10량 단위로 두 편성 20량이 도입된 우등형 전기 동차는, 도입 직후부터 청량리역-동해역간 우등 열차에 편성되어 운행하였다. 우등형 전기 동차는 우등 열차가 무궁화호로 개칭한 이후에도 영동선 동해-강릉 구간이 전철화되지 않았기 때문에 동해행 무궁화호로 운용되었다. 1994년부터 강릉으로 연장 운행하게 된 객차형 무궁화호에는 고급화가 이루어진 반면, 우등형 전기 동차는 지속적으로 노후화하여 1998년 12월 1일부터 청량리-제천 및 청량리-원주간을 운행하는 도시통근형 통일호 열차로 격하되어 운행하였다. 그 당시 특실과 식당차는 유지되었으나 영업을 하지 않아, 특실은 사실상 일반실이 되었고 식당차는 원주-서울간을 이동하는 학생들이 공부방 등으로 활용하기도 하였다.
도입 21년 만인 2001년 2월 28일, 원주발 청량리행 마지막 편성이 운행을 종료함으로써 모든 우등형 전기 동차 차량이 전량 퇴역하였다. 2001년 8월, 제2편성의 선두 차량인 9904호가 경기도 의왕시에 있는 철도박물관 야외 전시장에, 대한민국 최초의 중장거리 여객용인 전기 동차로서 가치를 인정받아 정태 보존되었다. 운전실이 있는 차량이라 승차정원은 56인승이었다. 내부에는 2001년 당시의 광고가 보존되어 있다.
우등형 전기 동차 기술적 사양
EEC 동차는 일본 히타치와 기술 제휴를 통하여 생산되었기 때문에 기술적인 사양이 485계와 같은 일본의 초기 특급형 전동차를 기초로 한다는 이야기가 있으나, 이는 잘못된 것이며 기술적인 측면은 오히려 1000호대 전동차와 가깝다.
대차는 에어스프링 없이 프레스형 볼스터 대차를 사용했으며, 전동기도 120Kw급을 사용했기 때문에 기본적 사양은 1000호대 전동차와 동일하나, 물탱크 등의 서비스기기가 추가되어 모터카의 경우 하부 용적이 부족하기 때문에 보조전원장치는 모터카가 아닌 제어차 혹은 부수차로 옮겨 달렸다. 또한 구배가 많은 중앙·영동·태백선의 선로 상황을 고려해 발전제동을 이용한 억속제동 기능이 추가되어 있으며 집전장치는 8000호대 전기 기관차와 동일한 것이 설치되어 있다.
제동 장치로는 추진 모터가 있는 구동 대차는 단압식 답면 제동 패드가 붙어 있고, 동력원이 없는 비 구동 대차는 디스크 제동방식을 사용하였고, 대차의 전동기는 수도권 전동차와 동일한 방식으로 한 대의 대차에 두 개의 전동기를 설치하였다.
우등형 전기 동차 기술적 사양
효과적인 냉난방을 위해 복층 밀폐형 대형 전망창으로 설계되었고, 이는 당시 우등 객차의 사양이기도 했다. 또한 전기 히터와 에어컨이 기본으로 설치되었다. EEC 동차는 복잡한 전기 설비가 위치한 동력 차량에는 공간상의 문제로 화장실을 설치할 수 없었다. 결국 선두차에 화장실 2곳을, Ts차였던 특실 및 Tb차였던 식당차에는 각각 한 곳씩 동양식 대변기와 세면대가 있는 화장실을 설치하였다. 당시의 차량 제작 상황에 따라 오물처리 방식은 밖으로 직접 배출시키는 비산식이었다.
우등형 전기 동차 편성
우등형 전기 동차의 차호는 일본식을 따르면서도 독자적인 방법으로 부여되었다. 이러한 차호 부여 방식은 철도청의 1호선 전동차나 서울지하철공사의 1호선 전동차에도 사용된 바 있다.
위의 차량 편성표에서 Tc는 선두차, Tb는 식당차, Ts는 특실, M은 동력차, M'는 집전장치를 가지고 있는 동력차이다. 각 편성의 차호 배열은 다음과 같았다. 또한 위 편성표에서 M으로 시작하는 차량에는 장비 설치로 인한 공간 부족으로 화장실이 없었으며, T로 시작하는 차량에 1개 또는 2개의 화장실과 세면대 설비가 있었다.
월석
월석(月石)은 달의 암석을 말한다. 이는 인류의 달 탐사 프로젝트로 얻어진 월석 표본과 달에서 일어난 충돌로 인한 파편이 유성의 형태로 떨어지는 월석 둘 다를 포함하는 개념이다.
월석 입수 방법
지구에서 구할 수 있는 월석은 다음 네 가지 방법으로 얻어진다. 첫째는 미국의 아폴로 계획, 둘째는 소비에트 연방의 루나 계획, 셋째는 중국의 달 탐사 계획, 넷째는 달에서 충돌로 생겨난 파편이 지구로 온 월운석을 통해서이다. 아폴로 계획의 6차례 임무를 통해 382 kg의 2,415개 표본을 지구로 가져올 수 있었다. 소련의 경우에는 1970년대 유인 달 탐사 계획은 실패했지만, 무인 달 탐사선을 통해 소량의 월석 표본을 지구로 다져오는 데에는 성공했다. 루나 계획을 통해서는 326g의 표본을 얻을 수 있었다. 중국의 창어 5호는 1731g의 원석 표본을 가지고 지구로 귀환했다. 2006년까지 발견된 90여 개의 달 운석은 30 kg 이상 된다.
월석 성분
월석에는 검은 가루가 붙어 있다. 그 가루는 초자성(硝子性)을 띤 아주 작은 구슬 조각의 집합으로 달에서 채집한 가루의 거의 절반이 초자성이었는데 그것은 3종류로 분류할 수 있다. 0.2mm 이하의 구(球)·타원·아령형과 다(茶)·황(黃)·녹(綠)색의 색깔, 투명 또는 반투명의 얇은 판상(板狀)을 이룬 다색 등이 있었으며, 기포가 많았고, 이런 초자분(硝子粉) 외에 가루 중에는 사장석(斜長石)·단사휘석(單斜輝石) 및 티탄철광(Titan 鐵鑛) 등의 암석과 광물질도 섞여 있었다. 또 달에서 가져온 암석 역시 세 가지로 구분한다. 현무암(玄武岩)에 가까운 티탄철 광분이 풍부한 암석과 결정질 화성암(結晶質火成岩), 그리고 각력암(角礫岩)으로 되어 있다는 것이 나타났다. 아폴로 15호가 가져온 암석은 달의 생성 기원을 말해 주는 46억 년 전의 것과 그보다 훨씬 생성 연대가 뒤늦은 것이었다. 생성 연대를 달리하는 다른 종류의 암석은 달의 기원과 지각 운동을 연구하는 데 구체적인 자료가 된다.
피아노 소나타 23번 (베토벤)
《피아노 소나타 23번 바단조, 작품 번호 57》은 1804년부터 1806년 사이에 루트비히 판 베토벤에 의해 쓰인 피아노 소나타로, "열정"("Appassionata")이라는 별칭을 갖고 있다.
본 작품은 베토벤의 피아노 소나타 장르의 작품 중 《21번 "발트슈타인"》, 《26번 "고별"》과 함께 베토벤의 중기 피아노 소나타를 대표하는 작품으로, 《8번 "비창"》, 《14번 "월광"》과 함께 베토벤의 3대 피아노 소나타로 꼽힌다.
피아노 소나타 23번 (베토벤) 개요
이 작품을 쓸 당시에 베토벤의 창작기는 결실이 많은 중기에 접어들고 있었다. 교향곡에서는 《3번 "영웅"》, 바이올린 소나타에서는 《9번 "크로이처"》, 피아노 소나타에서는 《21번 "발트슈타인"》 같은 걸작들이 쏟아져 나오면서, 베토벤의 작풍은 큰 전환점을 맞고 있었다. 한편, 그의 난청은 악화일로로 치닫고 있었고, 그 절망으로부터 1802년에 마침내 하일리겐슈타트 유서를 쓰기에 이른다.
피아노 소나타 23번 (베토벤) 개요
그러한 가운데 이 피아노 소나타는 오페라 《피델리오》에 병행하는 형태로 작곡되었다. 《피델리오》의 스케치에 섞이는 형태로 이 작품의 악상이 기록되어 있어, 작곡의 시작은 1804년이었음을 알 수 있다. 1805년 4월 18일에 출판사 앞으로 보낸 그의 서한에는 곡의 완성 목표에 관해 언급한 것이 발견되고 있어, 같은 해 여름경 《피델리오》의 완성에 가까운 시기에 전 악장이 완성된 것으로 생각된다. 안톤 쉰들러는 1806년 여름에 말톤바샬(헝가리어)에서 전 악장이 한꺼번에 완성되었다고 주장했고, 페르디난트 리스는 1803년에 되블링에서 베토벤이 이 작품을 작곡하는 자리에 그가 있었다고 주장했지만, 어느 증언도 의문의 여지가 있다. 작곡자는 비슷한 시기에 《교향곡 5번 "운명"》에도 착수하고 있는데, 그것의 4개의 음으로 이루어진 유명한 운명의 동기는 이 소나타 1악장에서도 중요한 역할을 한다.
피아노 소나타 23번 (베토벤) 개요
악보의 초판은 1807년 2월에 빈의 예술과 산업 상점에을 통해 간행되었고, 헌정은 베토벤의 친구이자 후원자였던 프란츠 폰 브룬스비크 백작에게 이루어졌다(테레제 폰 브룬스비크, 요제피네 폰 브룬스비크, 카롤리네 폰 브룬스비크, 이 세 자매는 프란츠 폰 브룬스비크의 여자 형제이다). 이때 표지에는 《피아노 소나타 54번, 작품 번호 57》이라는 번호가 붙었지만, 연구자들의 노력에도 불구하고 이 번호가 무엇을 근거로 정해졌는지는 밝혀지지 않았다. 덧붙여 "열정"이라고 하는 부제는 1838년에 함부르크의 출판사 크란츠가 피아노 연탄(連彈, 네 손)용의 편곡판을 출판하면서 붙인 것인데, 이것이 통칭이 되어 오늘날까지 그대로 통용되고 있다.
피아노 소나타 23번 (베토벤) 개요
베토벤은 당시 이 작품의 초고를 지니고 이동하는 경우가 많았는데, 그러던 중 생겨난 1806년 가을의 에피소드로 다음의 이야기가 전해진다. 카를 폰 리히놉스키 공작의 궁전에서 빈으로 돌아오는 길에 베토벤은 갑자기 비를 맞았고 갖고 있던 이 작품의 원고를 적셔 버렸다. 그 원고를 뛰어난 피아니스트 마리 비고에게 보여 주었더니, 그녀는 처음 보는 그것을 완벽하게 연주해냈고, 베토벤은 크게 기뻐하며 출간 후에 원고를 그녀에게 보냈다고 한다. 그 자필 악보는 현재 파리 음악원에 보관되어 있다.
피아노 소나타 23번 (베토벤) 개요
작품은 불타는 듯한 격렬한 감정을 한 치의 빈틈도 없는 음악적 구성 속에 훌륭하게 표출하고 있어, 베토벤의 최고 걸작 중 하나로 꼽힌다. 카를 체르니는 이 작품에 대해 강대하고 거대한 계획을 더할 나위 없이 완벽하게 수행한 것이라고 표현했다. 피아니스트들은 극적인 열정이 드러나는 가운데서도 정확한 리듬을 유지하라고 설파하고 있으며, 연주에는 매우 고도의 기술이 요구된다. 작곡자 스스로도 이 곡의 완성도에 만족하고 내용이 마음에 든 듯 당시 다른 장르에서 계속 왕성한 창작을 했음에도, 피아노 소나타 장르에서는 4년 동안 손을 대지 않았다.  베토벤은 1803년에 아레드 제의 피아노를 수여받았으며, 이 악기에 의해 확대된 음역이 작품에서 마음껏 활용되고 있다.
다른 많은 베토벤의 작품과 마찬가지로 《열정》은 탄생 이래 다양한 추가 음악적 해석을 경험했다. 카를 라이네케, 뱅상 당디, 에른스트 폰 엘터레인은 이 작품을 심리적인 것으로서 "영혼의 폭풍"으로 해석하며, 베토벤의 사적이고 불행한 사랑 경험과 연결시켰다. 아놀드 셰링은 이 작품을 셰익스피어의 희곡 《맥베스의 비극》의 일부와 연관시켰다. 파울 바두라스코다는 두 번째 악장의 "장엄한 하모니"에서 마티아스 클라우디우스의 시 "죽음과 소녀"(Death and the Maiden")에서 나타나는 분위기를 바라볼 수 있다고 말하고 있고, 반면에 세 번째 악장의 코다는 리어왕의 황야에서의 춤을 연상시킨다고 말하고 있다. 아돌프 베른하르트 마르크스는 이 작품을 "공포의 외침"과 "영혼의 폭풍"으로 해석했으며, 위르겐 우데는 다음과 같이 썼다: "베토벤의 소나타 내용물 중에서 《열정》은 "비극"입니다. 여기에 현존하는 여건을 바꾸고 싶은 대 의지의 이야기가 쓰여져 있지만, 투쟁이 해방으로 이어지지는 않습니다."
대략적으로 평론가들에 의하면, 이 작품에서는 베토벤과 그의 인생에서 가장 중요한 인물 중 한 명인 요제피네 브룬스비크와의 열정적인 애정 관계가 나타나 있다. 19세기 초, 귀족 사회에 따른 계급 제도와 가부장제의 이중적 구속 아래, 남성 귀족은 일반 여성과 관계를 맺도록 허용되었지만, 그 반대는 금기 사항이었다. 이러한 경험은, 확실히 베토벤으로 하여금, 여성이 갖고 있는 이중성, 사랑의 희로애락, 아름다움의 찬란함과 연약함, 그리고 삶에 있어서의 어떤 불안정을 이해토록 만들었다.
피아노 소나타 23번 (베토벤) 악장 구성
작품은 전 세 개의 악장으로 구성되어 있다:
총 연주 소요 시간은 약 23분 정도이다.
바단조, 12/8 박자, 소나타 형식.
서주를 두지 않고 약음으로 주제문을 제시하면서 시작된다. 주요주제는 모두 5대1의 날카로운 부점 리듬이며, 제1주제는 분산화음의 하강 동기(C-A♭-F)와 선율적 동기(C-D-C)의 두가지로 구성된다(악보 1). 이들 동기는 모든 악장의 주제에 이용되고 있다. 이후 내림사장조로 조바꿈해 주제를 반복하며, 이런 반음 음정 관계도 전곡을 통해 이용된다.
악보 1
조용히 《교향곡 5번 "운명"》의 동기가 나타나 긴장이 고조되고(악보 2), 이에 이끌린 하강 음형이 정적을 깬다.
악보 2
제1주제가 강주로 반복되면, 동음 연타를 탄 추이를 거쳐 돌체의 반주 위에 내림가장조의 제2주제가 나온다(악보 3). 이 주제는 제1주제를 반전한 형태와 유사하다.
악보 3
피아노 소나타 23번 (베토벤) 악장 구성
거친 결미의 프레이즈가 이어지다가, 차츰 조용해지면서 제시부를 마무리 한다. 제시부의 반복은 두지 않고, 즉시 전개부로 이행한다. 전개부는 제1주제로 나타난 음형으로 시작해서 5음 또는 6음으로 이루어진 아르페지오의 연속과 첫 번째 주제가 교차하는 전개로 이어진다. 경과구의 악상이 다루어지면 제2주제의 전개가 되지만, 전조를 반복하는 동안에 베이스의 소리는 2옥타브에 걸쳐 상승을 계속하여 포르테시모의 절정에 도달한다. 서스테인 페달을 밟은 채 아르페지오가 내려오거나, 운명의 동기가 트레몰로를 연주하는 오른손의 상하로 반복되면, 전개부는 끝을 맞이한다. 집요하게 연타되는 다 음 위에 제1주제가 재현되고, 바장조의 제2주제와 바단조의 결미구가 이어진다. 코다는 같은 시기에 쓰인 베토벤의 작품에 나타나는 특징으로, 큰 규모의 것이 되고 있다. 우선 제1주제와 제2주제를 차례로 다루지만, 점차 기세를 더해서 최대 5옥타브를 누비는 아르페지오가 된다. 운명의 동기를 들으면서 한 번은 아다지오에 정착하지만, 금세 피우 알레그로로 고조되어 제2주제가 나온 뒤, 저음으로 제1주제가 회상되면서 피아니시모로 조용히 종결된다.
피아노 소나타 23번 (베토벤) 악장 구성
2/4 박자, 내림라장조, 변주곡 형식.
위엄을 띤 온화한 주제와 세 개의 변주 및 코다로 이루어진다. 주제는 단순한 선율면서도 아름다운 악보 4이고, 전단, 후단의 각각 여덟 마디가 각각 이어진다.
악보 4
제1변주는 왼손의 당김음이 특징적인 변주이다. 제2변주에서는 오른손이 16분음표 음형이 되고, 그 안에 주제가 숨겨진다. 제3변주에서는 음형이 32분 음표까지 촘촘해지고, 주선율과 성부를 번갈아가며 나아간다. 마지막으로 주제가 잔잔하게 회상되면, 종결되지 않은 채 감7화음이 나타나 닥치게 될 폭풍우를 예고하며, 아타카에서 종악장으로 돌입한다.
2/4 박자, 바단조, 소나타 형식.
시작부터 강한 감7화음이 울린다. 도입부의 음형이 발전하고, 악보 5의 제1주제가 모습을 드러낸다. 여기에서도 1악장과 같이 주제 안에 반음 관계가 이용되고 있다.
악보 5
제1주제의 16분음표의 급류는 끊어지지 않고 그대로 경과구를 형성하고, 다단조의 제2주제의 출현을 촉진한다(악보 6).
피아노 소나타 23번 (베토벤) 악장 구성
악보 6
제1주제의 카논풍의 취급으로부터 코데타가 되고, 음량을 낮게 하면서 제시부를 마치다. 제1악장과 마찬가지로 여기서도 제시부의 반복은 없고, 곧바로 전개부가 된다. 우선 제1주제가 전개되어 가는 흐름 속에 새로운 리듬을 가진 선율이 나타난다(악보 7). 그 뒤 다시 제1주제의 전개로 돌아와 정상에 도달하면, 차츰 잦아들면서 재현부로 접속된다.
악보 7
재현부에서는 제1주제가 회귀한 후 제2주제가 바단조로 재현된다. 재현부 말미에 반복 지시가 있으며, 전개부부터 재현부까지가 다시 연주된다. 도널드 프랜시스 토비는 이것에 대해, 코다의 극적인 효과를 한층 높이기 위한 방책이 아닐까 추측한다. 셈프레 피우 알레그로로부터 속도를 올리고, 코다에서는 한층 더 프레스토에 가속을 더해, 스타카토가 붙여진 새로운 소재가 출현한다(악보 8).
악보 8
이후 제1주제가 빠르게 연주되어 아르페지오의 격정 속에 단숨에 전곡을 끝낸다.
VHS
가정용 비디오 방식(영어: Video Home System; VHS, 브이에이치에스)은 카세트를 이용하여 동영상을 기록하고 재생할 수 있도록 만들어진 표준 규격이다. 1970년대 중반부터 2000년대 초반까지 홈비디오의 표준으로 전성기를 구가하였다.
VHS 역사
JVC사가 1976년 9월 발표하였다. 발표 초기에는 소니사의 베타맥스 규격과 경쟁하였으나, 이후 대부분의 가정에서 VHS 규격만 사용하였다. 베타맥스 방식에 비해 테이프의 움직임이 간단하고 기록 시간이 길다는 장점이 있다.
1970년대에 비디오 포맷 전쟁이 일어났다. 이 때 VHS와 함께 가장 높은 경쟁력을 보인 포멧이 베타맥스였으나, VHS는 베타맥스의 대중성 경쟁에서 승리하여 우위를 점하는데 성공했다. 1985년 베타맥스는 공식적으로 패배를 선언했으며 2002년 베타맥스 형식의 비디오테이프 생산이 중단됐다. 이미 1980년대 후반부터 미국의 비디오 시장에서 베타맥스는 소수의 위치를 점하였으며, 미국의 메이저 영화사들도 VHS 방식으로만 비디오를 발매했다.
VHS 역사
VHS는 1970년대부터 2000년대까지 가정용 비디오의 표준으로 대중들에게 사용되며 높은 판매량과 대중성을 기록했다. 특히 비디오 시장의 발달에 따라 파생된 비디오 대여업이 큰 인기를 끌면서, 2000년대 중반까지 큰 흥행사업으로 자리잡았다. 대표적인 비디오 대여 프렌차이즈로는 미국의 블록버스터, 대한민국의 영화마을과 씨네타운이 있다. 그러던 1990년대 후반, 디지털 방식의 DVD가 등장했고 2000년대 초반부터 차세대 영상매체로 각광을 받으며 VHS의 자리를 위협했다. 2003년 기준, 미국의 비디오 시장에서 DVD는 VHS의 판매 / 대여량을 처음으로 역전했으며 대한민국에서도 2000년대 중반부터 DVD가 대중적으로 보급되면서 DVD 포멧의 비디오 대여도 활발하게 이루어졌다. 그러나 VHS는 DVD의 빠른 성장에도 불구, 여전히 높은 대중성을 보이며 비디오 시장에서의 위치를 점했으며 2000년대 초중반은 DVD와 VHS의 양대 포멧이 자리잡아 비디오 시장의 부흥을 이끌었다.
VHS 역사
2000년대 후반부터 비디오 시장은 초고속인터넷의 발전에 따른 불법 다운로드와 VOD의 발달, PMP 등 디지털 영상매체의 발달로 하락세를 타게 되었고 VHS는 이에 큰 타격을 입었다. 디즈니, 픽사, 20세기 영화사 등 미국의 할리우드 메이저 영화사들은 2007년 출시작부터 VHS 발매를 중단하였으며 DVD로만 발매하기 시작했다. 2000년대 후반은 비디오 시장의 황혼기로, VHS와 DVD는 비디오 시장의 쇠퇴 속에서도 여전히 대중들에게 사용되었으며 비디오 대여업 역시 이 시기부터는 만화방, 책방과 합쳐진 멀티 대여점 형태로 운영 방식을 전환하게 된다.
1980년대부터 2000년대까지 DVD의 등장과 초고속인터넷의 발달에도 살아남았던 VHS는 2010년대에 들어 휴대전화가 대중화되면서 시장에서 완전히 퇴출, 더 이상 영상매체로서 사용되지 않게 되었다. 한 때 VHS를 대체할 차세대 영상매체로 각광받은 DVD마저도 휴대전화의 등장과 함께 영상매체로서의 가치를 잃고 몰락하며 비디오 시장은 2010년대를 기점으로 완전히 사양길에 접어들었다. 휴대전화의 발전과 함께 몰락한 비디오 시장의 빈 자리는 유튜브, 넷플릭스로 대표되는 OTT 서비스가 대체했다.
VHS를 대체하는 동영상 저장 방식으로는 DVD가 있으며 현재 미국 등 선진국은 물론이고 세계 대부분의 나라의 경우, 정부 차원의 디지털 방송 전환 정책의 일환으로, VHS 방식 영화 카세트를 더 이상 출시하지 않고 있다.
대한민국에서는 더 이상 VHS 방식 영화 카세트를 출시하지 않고 있으며 또한 VHS 전용 장치는 이미 생산이 중단된 상태이고 현재는 DVD 콤보 장치에 장착되어 판매되고 있을 뿐이다.
2016년 7월 원조 국가인 일본의 마지막 제조사인 후나이 전기가 생산을 중단하였다.
VHS 기술 규격
VHS 카세트 안에는 12.7mm의 넓이를 갖는 자기 테이프가 들어있다. 일반적으로 재생할 때는 NTSC 방식의 경우 초당 3.335cm, PAL 방식의 경우 초당 2.339cm의 속도로 테이프가 움직인다.
카세트 안의 자기 테이프의 길이는 테이프의 두께를 얇게 했을 때 최대 430m까지 가능하며 표준속도(SP) 재생시 NTSC는 3.5시간, PAL은 5시간을 기록할 수 있는 분량이다.
다만 테이프의 길이가 길어질수록 두께가 얇아지면서 테이프가 늘어나거나 걸리는 현상이 생기기 쉬우므로 보통 2시간이 넘는 기록 용량을 갖는 카세트는 사용하지 않는다.
일반적으로 사용되는 표준 모드(SP) 외에도 LP모드, EP모드로 동영상을 기록할 수 있으며 이 때는 테이프의 속도를 1/2 혹은 1/3로 떨어뜨려 더 많은 동영상을 기록하는 것이 가능하다. 다만 테이프의 속도가 느려질수록 저장된 동영상의 화질이 낮아지는 문제가 생긴다.
VHS 기술 규격
아래에는 오늘날 쓰이는 다양한 매체를 디지털 수치로 나열한 것이다. 아래에는 잘 알려진 포맷만 나열하고 있으며 실제 화질은 기계마다, 또는 테이프마다 다양하므로 모든 값은 근사값이다. 비교를 쉽게 하기 위해, 모든 값은 NTSC 시스템을 기준으로 하고 있으며, 가장 낮은 화질에서 가장 높은 화질까지 오름차순으로 나열하였다. (PAL 시스템의 경우, 480을 576으로 바꿔서 이해할 것)
VHS 테이프 길이
NTSC, PAL/SECAM VHS 카세트 모두 물리적으로 동일하다. (테이프에 기록되는 신호는 호환이 되지 않지만 말이다.) 그러나 NTSC와 PAL/SECAM 사이의 테이프 속도, 카세트의 재생 속도는 시스템에 따라 다르다.
혼동을 피하기 위해, 제조업체들은 분 단위로 시간을 표기하고 있다. 비어 있는 T-XXX 테이프를 PAL 기기에, 비어 있는 E-XXX 테이프를 NTSC 기기에 완벽하게 녹화하여 재생할 수 있지만 재생 속도는 표기한 바와는 다를 수 있다.
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초전도 현상
초전도 현상(超傳導現象, 영어: superconductivity)은 임계 온도(critical temperature,Tc) 이하의 초저온에서 금속, 합금, 반도체 또는 유기 화합물 등의 전기 저항이 갑자기 0이 되어 전류가 장애 없이 흐르고 외부 자기장과 반대방향의 자기장을 형성하는 반자성(diamagnetism)을 띄게 되는 현상을 가리킨다. 이러한 초전도 현상이 일어나는 물질을 초전도체(超傳導體, 영어: superconductor)라고 부른다. 초전도 현상이 일어나는 물질은 외부 자기장을 밀쳐내거나 전기 전류가 흐르는데 저항이 발생하지 않는 등의 성질을 보이는 것으로 대체로 그 물질의 온도가 영하 240˚C 이하로 매우 낮거나 구리나 은과 같은 도체의 경우에는, 불순물이나 다른 결함으로 인해 저항이 어느 값 이상으로 감소하지 않는 한계가 있다. 절대영도 근처에서도 실제 구리 시료의 저항은 0이 아닌 값을 가지게 된다. 반면 초전도체의 저항은 온도가 "임계 온도" 값보다 아래로 내려가면 갑자기 0으로 떨어진다. 초전도 전선으로 된 고리를 흐르는 전류는 전원 공급 없이도 계속 흐를 수 있다. 강자성이나 원자 스펙트럼 준위처럼, 초전도는 양자 역학적인 현상이다. 초전도는 단순히 고전 물리의 이상적인 "완전 도체"(perfect conductor) 개념으로는 설명될 수 없는 현상이다.
초전도 현상
초전도는 다양한 종류의 물질에서 나타나는데, 주석이나 알루미늄과 같이 한가지 원소로 된 물질에서도 일어나고, 다양한 금속 합금이나 도핑된 세라믹 물질에서도 나타난다. 한편 초전도는 금이나 은과 같은 귀금속에서는 나타나지 않으며, 순수한 강자성 금속에서도 나타나지 않는다.
1986년에는 구리-페로브스카이트(perovskite) 계 세라믹 물질에서 임계 온도가 90 K(켈빈)을 넘는 고온 초전도체가 발견되었는데, 이 때문에 초전도체 연구가 다시 활성화되는 계기가 되었다. 순수한 연구 주제로서, 이런 물질들은 초전도체를 설명하는 기존 이론으로는 설명되지 않고 있다. 게다가, 초전도 상태가 경제적인 면에서 중요한 기준이 되는 온도인 액체 질소의 비등점 (77 K)보다 높은 온도에서도 나타남에 따라, 좀 더 많은 상업적 응용 가능성이 열리게 되었다.
초전도 현상 성질
초전도체의 비열이나 초전도성이 깨질 때의 임계 온도, 임계 자기장, 임계 전류 밀도와 같은 대부분의 성질은 물질마다 다르다.
그러나 한편으로는, 물질이 무엇이냐에 상관없이 초전도체이면 공통적으로 가지는 성질들이 있다. 예를 들면 모든 초전도체는 자기장이 없을 때 작은 전류에 대해 정확히 0인 전기 저항을 가진다. 이러한 '공통적인' 성질은 초전도성이 하나의 열역학적인 상이며, 물질의 미시적인 구조에 독립적인 특정한 성질을 가진다는 것을 암시한다.
시료의 전기적인 저항을 측정하는 가장 간단한 방법은 그 물질을 전기 회로에서 전류원과 직렬로 연결한 뒤 전류 I를 공급하고 시료 양단에 인가되는 전압 V를 측정하는 것이다. 시료의 저항은 옴의 법칙에 따라 로 주어진다. 만약 전압이 0이라면, 이것은 저항이 0임을 의미하며 그 시료는 초전도 상태에 있는 것이라고 할 수 있다.
초전도 현상 성질
또한 초전도는 전압이 인가되지 않은 상태에서도 전류를 유지할 수 있다. 이런 성질은 자기공명영상과 같이 초전도 전자석을 이용하는 곳에서 사용된다. 실험에 의하면 초전도 코일은 측정 가능한 감소 없이 전류를 몇 년씩 유지할 수 있는 것으로 나타났다. 실험에 의하면 이런 전류의 유효 수명은 최소한 10만 년이며, 이론적으로는 우주의 수명보다도 길 것으로 평가된다.
일반적인 도체에서는, 전류는 전자가 무거운 이온 격자 사이를 움직여 가는 것으로 표현된다. 전자들은 이온과 격자에 계속 충돌하며, 각각의 충돌에서 전류에 의해 전달되던 에너지의 일부가 격자로 흡수되고 열로 변환된다. 이것이 이온 격자의 운동에너지이다. 결과적으로 전류에 의해 운반되던 에너지는 점점 흩어진다. 이것이 전기적 저항이 일어나는 현상이다.
초전도 현상 성질
초전도체에서는 상황이 다르다. 일반적인 초전도체에서 전류의 흐름은 각각의 전자의 움직임으로 분리될 수 없다. 그 대신 전자는 쿠퍼 쌍으로 묶이며, 이는 포논의 교환에 의한 전자들 사이의 인력으로 생긴다. 양자역학에 의해, 쿠퍼 쌍의 흐름은 에너지 스펙트럼에서 띠틈을 만들어내는데, 이는 전자의 흐름을 흥분시키기 위해서는 최소한 ΔE만큼의 에너지가 필요함을 의미한다. 그러므로, 만약 ΔE가 kT로 주어지는 격자의 열 에너지보다 크다면 (k는 볼츠만 상수이고 T는 온도이다), 전자는 격자에 의해 산란되지 않게 된다. 그러므로 쿠퍼 쌍은 초유체를 이루며, 이는 에너지 손실없이 흐를 수 있다는 것을 의미한다고 볼 수 있다.
초전도 현상 성질
모든 종류의 고온 초전도체를 포함하는 2종 초전도체는 초전도 상전이의 근방에서 전류가 그 전류로 인해 발생할 수도 있는 강한 자기장과 함께 가해졌을 때 아주 작은 양의 비저항을 보인다. 이것은 전자 초유체의 소용돌이(vortex)에 의한 것으로서, 전류에 의해 전달되는 에너지의 일부를 흩뜨린다. 만약 전류가 충분히 작다면, vortex는 정지해있고 비저항은 사라진다. 이 효과에 의한 저항은 초전도체가 아닌 물질이 보이는 저항에 비하면 아주 작지만, 민감한 실험을 할 때에는 고려해야 한다. 그러나, 온도가 초전도 상전이에서 더 멀어짐에 따라, 이러한 와동들은 불규칙하지만 고정되어 있는 "와동 유리"(영어: vortex glass)라는 상으로 변할 수 있다. 이러한 와동 유리 상전이 온도 아래에서는 초전도체의 저항이 0이 된다.
초전도 현상 성질
초전도 상태는 물질의 온도가 초전도 상전이가 일어나는 임계 온도 Tc이하로 내려갈 때 나타난다. 임계 온도의 값은 물질에 따라 다르다. (고온 초전도체가 아닌) 일반 초전도체들은 보통 20 K에서 1 K 이하까지의 값을 가진다. 예를 들어 고체수은은 4.2 K의 임계 온도를 가진다. 현재까지 발견된 (고온 초전도체가 아닌) 일반 초전도체들의 임계온도는 2001년에 발견된 이붕화 마그네슘에서 보이는 39 K이 최고이다. (단 이 물질이 보여준 성질 때문에 이붕화 마그네슘을 일반 초전도체로 분류할 것이냐에 대해서는 논란이 있다.) 구리계 초전도체는 훨씬 높은 임계 온도를 가지는데, 최초로 발견된 구리계 초전도체 중의 하나인 YBa2Cu3O7의 임계 온도는 92 K이며, 수은을 포함한 구리계 초전도체는 임계온도가 130 K을 넘는 것도 있다. 이런 높은 임계 온도에 대한 확실한 이론적 설명은 알려져 있지 않다. 일반 초전도체는 포논의 교환에 의한 전자 쌍의 형성으로 설명되지만, 최근 발견된 고온 초전도체에 대해서는 이 설명이 맞지 않는다.
초전도 현상 성질
초전도성이 나타날 때는 다양한 물리량의 갑작스런 변화가 수반되는데, 이것은 상전이의 특징이다. 예를 들어, 전자에 의한 비열은 일반적으로 온도에 1승에 비례한다. 그러나 초전도 상전이를 할 때에 비열값은 갑자기 뛰어오르고 그 이후로는 더 이상 1승에 비례하지 않고 e−α /T에 비례하게 된다. (α는 물질에 따라 정해지는 상수) 이런 양상은 띠틈의 존재에 대한 증거이다.
초전도 상전이의 상전이 차수는 논란의 대상이다. 실험 결과로 보면 초전도 상전이들은 잠열이 없는 2차 상전이인 것으로 보인다. 그러나 1970년 대의 계산에 의하면 초전도 상전이는 1차 상전이인데 전자기장의 장거리 요동에 의한 효과 때문에 약하게 보이는 것일 수도 있다. 최근에서야 무질서 장 이론(disorder field theory)의 도움으로 소용돌이 끈(vortex line)이 초전도성에 중요한 역할을 하며, 초전도 상전이는 type I 영역에서는 1차이고 type II 영역에서는 2차이며 두 영역은 삼중점에 의해 분리된 것이 보인 바 있다.
초전도 현상 성질
초전도체가 약한 외부 자기장 H 안에 놓이게 되면, 자기장은 초전도체를 완전히 투과하지 못하고 대략 두께 λ만큼만 투과하게 된다. 이 두께를 런던 투과 깊이(London penetration depth)라고 하는데, 초전도체에 들어간 자기장은 이보다 더 깊은 곳에서는 급격히 감쇄하여 0이 된다. 이것을 마이스너 효과라 하며, 초전도체의 중요한 성질 중의 하나이다. 대부분의 초전도체의 경우에 런던 투과 깊이는 100 nm 정도이다.
마이스너 효과는 때때로 이상적인 도체에서 나타나는 반자성의 일종과 혼동하기 쉬우나, 다른 효과이다. 렌츠의 법칙에 따르면, 전도체에 변화하는 자기장이 가해지면 전도체 전류가 유도되면서 가해진 자기장의 반대 방향으로 자기장이 생긴다. 이상적인 도체에서는 흐를 수 있는 전류의 값에 제한이 없으며, 이 전류로부터 유도된 자기장은 외부에서 가해진 자기장을 정확히 상쇄시킨다. 그러나 초전도체는 자기장이 변화하든 변화하지 않든 모든 종류의 자기장을 밀쳐낸다. 즉, 일정한 자기장이 가해지고 있더라도 자기장을 밀쳐낸다. 물질이 임계 온도 이하로 냉각되면, 물질의 내부 자기장이 갑작스레 밀쳐지는 현상이 나타나는데, 이것은 렌츠의 법칙과 무관하다.
초전도 현상 성질
마이스너 효과는 프리츠 론돈(독일어: Fritz London)과 하인츠 론돈(독일어: Heinz London) 형제가 이론적으로 설명하였다. 초전도체에서 전자기적 자유 에너지는 아래와 같은 경우에 최소화가 된다.
여기서 는 자기장이고, 는 런던 투과 깊이이다. 이 방정식을 런던 방정식이라고 하며, 이에 따라 초전도체의 자기장이 표면에서 속으로 들어감에 따라 지수급수적으로 감소하게 된다.
마이스너 효과는 외부에서 가해지는 자기장이 너무 크면 파괴된다. 초전도체는 이 파괴가 어떻게 일어나느냐에 따라 두가지로 구분된다. 제 1종 초전도체에서는 가해진 자기장이 어떤 임계값 Hc 이상이 되면 갑자기 깨어진다. 샘플의 모양에 따라서, 샘플이 자기장을 포함하는 중간 상태와 샘플이 자기장을 포함하고 있지 않은 초전도 상태가 혼합되어 있다. 반면, 제2종 초전도체에서는, 외부 자기장이 Hc1보다 큰 값이 되면 물질이 자기 선속이 물질을 통과하지만 전류가 크지 않은 한 저항값이 0인 상태가 지속되는 혼합 상태가 된다. 자기장이 두 번째 임계 자기장인 Hc2보다 커지면 초전도성이 파괴된다. 혼합 상태는 사실 전자 초유체에 있는 와동(vertex)에 의해 생겨나며, 이 와동에 의한 자기 선속은 양자화된다. 이 양자를 플럭손(fluxon)이라고 한다.
나이오븀, 테크네튬, 바나듐, 탄소 나노튜브 따위를 제외한 나머지 가장 고순도의 단원자 초전도체들은 제 1종 초전도체들이고, 나머지 대부분의 불순물이 섞이거나 화합물인 초전도체들은 제 2종 초전도체들이다.
반대로, 회전하는 초전도체는 스핀 축 방향으로 정확하게 정렬된 자기장을 만들어 낼 수 있다. 이 효과는 런던 모멘트(London moment)라 불리는데, 중력 탐사 위성 B(영어: Gravity Probe B)에 잘 사용되었다. 이 실험은 네 개의 초전도 자이로스코프의 스핀 축을 결정하기 위해 이 자이로스코프들의 자기장을 측정하였다. 이것은 실험에 매우 필수적이었는데 왜냐하면 구의 스핀 축을 정확하게 구할 수 있는 몇 안되는 방법 중의 하나였기 때문이다.
초전도 현상 이론
초전도체의 발견 이래 초전도체의 원리를 설명하기 위해 많은 노력이 있어 왔다. 1950년대에, 이론 응집물질물리학자들은 한 쌍의 중요한 이론에 의해 ‘’일반적인’’ 초전도체에 대한 확고한 이해에 도달했다고 생각했었다. 이 두 이론은 현상론적인 긴즈부르크-란다우 이론 (1950)과 미시적인 BCS 이론 (1957)이다. 1986년 bcs이론에서 불가능하다 여겨졌던 30K 이상의 임계온도를 가지는 초전도체가 발견된 이후 bcs 이론에 대한 의문이 커졌고. 그러므로 고온초전도체는 물론이고 금속 초전도체에도 적용될 수 있느냐 하는 의문에 논쟁의 여지가 있다. 초전도이론은 확정된 것이 아니고 완전하게 열려있는 상황이라 하겠다.
초전도 현상 이론
초전도체와 일반 고체(부도체 혹은 도체) 사이에 상전이가 일어날 때에는 전기전도도가 무한대가 되는 것과 함께 전자들의 에너지 분포가 바뀐다. 일반 도체일 때에는 전자의 에너지 준위가 페르미 에너지 준위를 중심으로 연속적으로 분포한다. 즉, 전자는 페르미 에너지를 중심으로 어떠한 에너지 값을 가져도 된다. 하지만 초전도체에서는 페르미 에너지 준위를 기준으로 약간 위와 약간 아래에 전자가 존재할 수 있는 영역이 한정적으로 허용된 전자의 에너지 띠에 띠틈이 있다. 이는 초전도체 시료를 주사 터널 현미경으로 전기전도도의 미분값을 관찰하여 얻을 수 있다. 또한 1990년대 이후 연구된 고온 초전도체의 경우에는 초전도 현상을 보이지 않는 온도 범위에서도 이러한 띠틈이 존재한다. 이를 유사틈(pseudogap)이라고 부른다. 이 유사틈이 상온초전도에서관련이 있어보여 매우 중요하다.
초전도 현상 역사
최초의 초전도체는 1911년 헤이커 카메를링 오너스가 고체 수은의 저항을 당시 발견된 액체 헬륨을 이용하여 저온에서 측정하는 도중 발견하였다. 4.2 K의 온도에서 그는 저항이 갑자기 사라지는 것을 관찰하였다. 이후 초전도체는 여러 다른 물질에서 발견되었다. 1913년 납의 초전도가 7 K에서 발견되었고, 1941년에는 질화 나이오븀(NbN)의 초전도가 16K에서 발견되었다. 초전도체를 이해하는 그 다음 중요한 진전은 1933년 발터 마이스너와 로베어트 오흐젠펠트(독일어: Robert Ochsenfeld)가 마이스너 효과로 알려진 초전도체가 자기장을 밀쳐내는 것을 발견한 것이었다. 1935년 프리츠 론돈(독일어: Fritz London)과 하인츠 론돈(독일어: Heinz London)은 마이스너 효과가 초전도 전류가 운반하는 전자기적 열역학적 자유 에너지를 최소화하려는 데에서 나타난다는 것을 보였다.
초전도 현상 역사
1950년에, 레프 란다우와 비탈리 긴즈부르크가 초전도체의 현상론적인 모형인 긴즈부르크-란다우 이론을 발표하였다. 란다우의 2차 상전이 이론을 슈뢰딩거 방정식과 결합시킨 이 이론은 초전도체의 거시적 성질을 설명하는 데 큰 성공을 거두었다. 한편으로는, 알렉세이 아브리코소프는 긴즈부르크-란다우 이론이 초전도체가 제 1종과 제 2종으로 불리는 두 종류로 구분됨을 예측하였다. 아브리코소프와 긴즈부르크는 그들의 공로로 인해 2003년 노벨상을 수상하였다. (란다우는 1968년 사망하였다.) 또 1950년에는 맥스웰과 레이놀즈 등이 초전도체의 임계온도는 그 구성 원소의 동위원소 질량에 따라 변할 수 있음을 보였다. 이 동위원소 효과 발견은 당시에 전자-포논간 상호작용이 초전도 현상의 미시적 메카니즘임을 오도하게 하였다.
초전도 현상 역사
1957년에 존 바딘과 리언 쿠퍼, 존 로버트 슈리퍼는 초전도 현상을 미시적으로 설명하는 이론인 BCS 이론을 제안하였다. 이는 발견자들의 이름 머릿자를 딴 것이다. 니콜라이 보골류보프 또한 1958년에 독립적으로 기본적으로 같은 이론을 발표하였다. 이 BCS 이론은 초전도 전류를 쿠퍼 쌍의 초유체로 설명하였다. 쿠퍼 쌍은 포논의 교환에 의해 상호작용하는 전자들의 쌍이다. 1972년 저자들은 이 업적으로 노벨상을 수상하였다. BCS 이론은 1958년 니콜라이 보골류보프가 원래는 여러 가지 논증으로 유도되는 BCS 파동함수가 전자의 해밀토니언을 정준변환하여 얻어질 수 있음을 보임에 따라 서로 강한 연관이 있음을 보였다. 1959년에 레프 페트로비치 고리코프(러시아어: Лев Петрович Горьков)는 BCS 이론이 임계 온도 근처에서 긴즈부르크-란다우 이론으로 환원됨을 보였다.