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산소 농도가 증가하면 피루브산은 대신 아세틸 CoA로 전환되어 시트르산 회로에서 사용되고 산화적 인산화를 겪는다. 포도당 1분자당 세포 호흡에서 10 NADH와 2 FADH2가 생성되어 ATP 생성효소가 활용하는 양성자 기울기를 생성하기 위한 상당한 양의 양성자 펌핑이 일어난다. 전체 전기화학적 기울기 등의 고려 사항에 따라 정확한 ATP 생산량은 달라지지만, 호기성 호흡은 에탄올 발효의 혐기성 과정보다 훨씬 더 많은 ATP를 생산한다. 호기성 호흡으로 인한 ATP와 시트르산 증가는 동일한 양의 ATP를 생산하는 데 필요한 피루브산이 적기 때문에 해당과정 효소인 포스포프럭토키네이스-1을 다른 자리 입체적으로 억제한다.
이러한 에너지 유인에도 불구하고, 로사리오 라구나스는 효모가 여러 이유로 사용 가능한 포도당을 부분적으로 에탄올로 발효하는 것을 계속한다는 것을 보여주었다. 첫째, 에탄올 발효는 더 적은 효소를 포함하고 모든 반응을 세포질로 제한하기 때문에 포도당 대사가 더 빠르다. 둘째, 에탄올은 세포막 손상과 단백질 변성을 유발하여 살균 활성을 가지며, 이를 통해 효모균이 환경 박테리아와 자원 경쟁에서 우위를 점할 수 있게 한다. 셋째, 부분 발효는 환경 경쟁자가 효모의 조절 시스템이 호기성 호흡에서 에탄올 발효로 완전히 전환되기 전에 모든 산소를 고갈시키는 것에 대한 방어 메커니즘일 수 있다.
실질적 의미.
알코올 생산에 사용되는 발효 과정은 일반적으로 이산화 탄소 담요 아래 낮은 산소 조건에서 유지되는 반면, 바이오매스용 효모를 성장시키는 것은 최대 에너지 생산을 위해 배양액을 폭기하는 것을 포함한다. 에탄올의 살균 효과, 발효의 산성화 효과, 산업용 알코올 생산의 저산소 조건에도 불구하고, 젖산 발효를 겪는 박테리아는 pH 막 기울기(조절된 수송을 지지하는)의 분리를 피하기 위해 pKa가 3.86으로 낮은 젖산 때문에 그러한 시설을 오염시킬 수 있다.
압저항 효과(piezoresistive effect)는 반도체 또는 금속에 기계적 변형이 가해질 때 전기 저항률이 변하는 현상이다. 압전기와 달리 압저항 효과는 전위가 아닌 전기 저항만 변화시킨다.
금속 장치의 전기 저항이 기계적 하중으로 인해 변화하는 현상은 1856년 켈빈 경에 의해 처음 발견되었다. 단결정 규소가 아날로그 및 디지털 회로 설계의 주요 재료가 되면서, 규소와 저마늄에서 큰 압저항 효과가 1954년 (Smith 1954)에 처음 발견되었다.
전도성 및 반도체 재료에서 변형으로 인한 원자 간 거리의 변화는 띠틈에 영향을 미쳐 전자가 전도띠로 올라가는 것을 더 쉽게(또는 재료와 변형에 따라 더 어렵게) 만든다. 이는 재료의 저항률 변화를 초래한다. 특정 변형 범위 내에서 이 관계는 선형적이므로 압저항 계수는 다음과 같다.
은 상수이다.
금속의 압저항.
일반적으로 금속의 저항 변화는 주로 가해진 기계적 응력으로 인한 형상 변화 때문이다. 그러나 이러한 경우 압저항 효과는 작더라도 종종 무시할 수 없다. 무시할 수 없는 경우에는 옴의 법칙에서 파생된 간단한 저항 방정식을 사용하여 계산할 수 있다.
일부 금속은 기하학적 변화로 인한 저항 변화보다 훨씬 큰 압저항을 나타낸다. 예를 들어, 백금 합금의 경우 압저항은 두 배 이상 커서 기하학적 효과와 결합하여 기하학적 효과만으로 인한 것보다 최대 세 배 이상 큰 변형률 게이지 감도를 제공한다. 순수 니켈의 압저항은 -13배 더 커서 기하학적 유도 저항 변화의 부호를 완전히 압도하고 심지어 반전시킨다.
벌크 반도체에서의 압저항 효과.
반도체 재료의 압저항 효과는 기하학적 효과보다 몇 배 더 클 수 있으며, 저마늄, 다결정 규소, 비정질 규소, 탄화 규소 및 단결정 규소와 같은 재료에서 나타난다. 따라서 매우 높은 감도 계수를 가진 반도체 변형률 게이지를 만들 수 있다. 정밀 측정을 위해서는 금속 변형률 게이지보다 다루기 어려운데, 이는 반도체 변형률 게이지가 일반적으로 환경 조건(특히 온도)에 민감하기 때문이다.
규소의 경우 게이지 인자는 대부분의 금속에서 관찰되는 것보다 두 배 더 클 수 있다(Smith 1954). N형 규소의 저항은 주로 세 가지 다른 전도 계곡 쌍의 이동으로 인해 변화한다. 이 이동은 다른 이동도를 가진 계곡들 사이에서 전하 운반체의 재분배를 유발한다. 이는 전류 흐름 방향에 따라 달라지는 이동도를 초래한다. 작은 효과는 계곡 모양의 변화와 관련된 유효 질량 변화 때문이다. P형 규소에서는 현상이 더 복잡하며 질량 변화 및 정공 전달도 초래한다.
금속-실리콘 하이브리드 구조에서의 거대 압저항.
압저항 계수가 벌크 값을 초과하는 거대 압저항 효과는 미세 가공된 규소-알루미늄 하이브리드 구조에서 보고되었다. 이 효과는 규소 기반 센서 기술에 적용되었다.
규소 나노구조에서의 거대 압저항 효과.
하향식으로 제작된 규소 나노와이어의 종방향 압저항 계수는 벌크 규소보다 60% 더 큰 것으로 측정되었다.
2006년에는 상향식으로 제작된 규소 나노와이어에서 거대 압저항이 보고되었는데, 벌크 규소에 비해 종방향 압저항 계수가 30배 이상 증가했다고 한다. 나노구조에서의 거대 압저항 제안은 그 이후 규소뿐만 아니라 다른 기능성 재료에서도 이 효과에 대한 물리적 이해를 위한 많은 노력을 촉진했다.
압저항 규소 소자.
반도체의 압저항 효과는 저마늄, 다결정 규소, 비정질 규소, 단결정 규소 등 모든 종류의 반도체 재료를 사용하는 센서 소자에 활용되었다. 현재 규소는 집적 디지털 및 아날로그 회로의 선택 재료이므로 압저항 규소 소자의 사용이 큰 관심을 받고 있다. 이는 스트레스 센서와 양극성 및 CMOS 회로의 쉬운 통합을 가능하게 한다.
이것은 압저항 효과를 이용한 광범위한 제품을 가능하게 했다. 압력 센서 및 가속도 센서와 같은 많은 상업용 장치는 규소의 압저항 효과를 사용한다. 그러나 그 크기 때문에 규소의 압저항 효과는 단결정 규소를 사용하는 다른 모든 장치의 연구 개발에도 주목받았다. 예를 들어, 반도체 홀 효과 센서는 가해진 기계적 응력으로 인한 신호 기여를 제거하는 방법을 채택한 후에야 현재의 정밀도를 달성할 수 있었다.
압저항기.
압저항기는 압저항 재료로 만들어진 저항기로, 주로 기계적 응력 측정을 위해 사용된다. 이들은 가장 간단한 형태의 압저항 장치이다.
압저항기는 다양한 압저항 재료를 사용하여 제조할 수 있다. 가장 간단한 형태의 압저항 규소 센서는 확산 저항기이다. 압저항기는 p- 또는 n-기판 내부에 간단한 두 접점 확산 n- 또는 p-웰로 구성된다. 이러한 장치의 일반적인 면 저항은 수백 옴 범위에 있으므로, 추가 p+ 또는 n+ 확산은 장치에 옴 접점을 용이하게 하는 잠재적인 방법이다.
규소 n-웰 압저항기 기본 요소의 개략적인 단면도.
MPa 범위의 일반적인 응력 값의 경우 저항 양단의 응력 의존성 전압 강하 Vr은 선형으로 간주될 수 있다. 그림에 표시된 x축에 정렬된 압저항기는 다음으로 설명할 수 있다.
여기서 formula_5, I, formula_6, formula_7, formula_8는 각각 무응력 저항, 인가된 전류, 횡방향 및 종방향 압저항 계수, 그리고 세 가지 인장 응력 성분을 나타낸다. 압저항 계수는 결정학적 축에 대한 센서 방향과 도핑 프로파일에 따라 크게 달라진다. 간단한 저항기의 상당히 큰 응력 감도에도 불구하고, 특정 교차 감도와 단점을 제거하는 더 복잡한 구성에서 선호된다. 압저항기는 비교적 작은 상대 응력 의존성 신호 진폭 변화를 특징으로 하면서 온도 변화에 매우 민감하다는 단점이 있다.
기타 압저항 장치.
규소에서 압저항 효과는 압저항기, 변환기, 압전-FET, 고체 가속도계 및 바이폴라 트랜지스터에 사용된다.
전기 전도성 포장 재료인 벨로스타트는 압저항 특성과 저렴한 비용으로 인해 취미 생활자들이 압력 센서를 만드는 데 사용된다.
폴리아나 원리(Pollyanna principle) 또는 폴리아나주의(Pollyannaism) 또는 긍정성 편향(positivity bias)은 사람들이 불쾌한 것보다 즐거운 항목을 더 정확하게 기억하는 경향이다. 연구에 따르면 잠재의식 수준에서 마음은 낙관주의에 초점을 맞추는 경향이 있는 반면, 의식 수준에서는 부정적인 것에 초점을 맞추는 경향이 있다. 이러한 잠재의식적 편향은 바넘 효과와 유사하다.
이 이름은 1913년 엘리너 H. 포터가 쓴 소설 폴리아나에서 유래했는데, 이 소설은 모든 상황에서 기뻐할 일을 찾으려고 노력하는 "기쁨 게임"을 하는 소녀에 대한 이야기이다. 이 소설은 여러 차례 영화로 각색되었으며, 가장 유명한 작품은 1920년과 1960년에 개봉된 영화들이다. 심리학 문헌에서 "폴리아나"라는 이름이 처음 사용된 것은 1969년 부셰와 오스굿에 의해, 그들은 폴리아나 가설을 의사소통에서 부정적인 단어보다 긍정적인 단어를 더 자주 다양하게 사용하는 보편적인 인간의 경향으로 설명했다. 이러한 경향에 대한 실증적 증거는 대규모 텍스트 코퍼스에 대한 계산 분석을 통해 제공되었다.
폴리아나의 이야기는 고아가 되어 엄격하고 딱딱한 것으로 알려진 폴리 이모와 살게 된 어린 소녀에 대한 것이다. 이 환경에 처하게 된 폴리아나는 자신의 낙천주의를 유지하고 다른 사람들에게 전파하려고 한다. 이 사랑받는 문학 캐릭터의 이야기는 상황이 아무리 어려워 보일지라도 밝은 성격이 누구든 무엇이든 변화시킬 수 있다는 메시지를 전달한다.
심리학적 연구 및 발견.
폴리아나 원리는 1978년 마가렛 매틀린과 데이비드 스탱이 폴리아나의 원형을 사람들이 과거를 생각할 때 가지는 긍정적 편향을 묘사하는 심리학적 원리로 더 구체적으로 사용하여 설명했다. 폴리아나 원리에 따르면, 뇌는 불쾌한 정보에 비해 즐겁고 유쾌한 정보를 더 정밀하고 정확하게 처리한다. 사람들은 실제로 과거의 경험을 실제보다 더 장밋빛으로 기억하는 경향이 있다. 연구자들은 사람들이 긍정적인 자극에 자신을 노출하고 부정적인 자극을 피하며, 즐겁고 안전한 것보다 불쾌하거나 위협적인 것을 인식하는 데 더 오랜 시간이 걸리고, 실제보다 더 자주 긍정적인 자극을 접한다고 보고했다. 매틀린과 스탱은 또한 회상이 지연될 때 선택적 회상이 더 자주 발생하며, 지연이 길수록 선택적 회상이 더 많이 발생한다는 것을 밝혀냈다.
폴리아나 원리는 온라인 소셜 네트워크에서도 관찰되었다. 예를 들어, 서던캘리포니아 대학교의 컴퓨터 과학자 에밀리오 페라라가 수행한 일련의 연구에 따르면 트위터 사용자들은 긍정적인 정보를 더 많이 공유하고, 긍정적인 정보에 더 자주 감정적으로 영향을 받는 경향이 있다.
그러나 폴리아나 원리의 유일한 예외는 우울증이나 불안으로 고통받는 개인들인데, 이들은 우울증 현실주의나 부정적 편향을 가질 가능성이 더 높다.
긍정성 효과.
긍정성 효과는 원하는 결과를 얻지 못했을 때 상황을 건설적으로 분석하고, 미래의 발전에 도움이 되는 긍정적인 피드백을 여전히 얻는 능력이다.
실증 연구 결과에 따르면 긍정성 효과는 내부의 긍정적인 언어에 의해 영향을 받을 수 있으며, 건설적인 자기 대화에 참여하는 것은 도전적인 상황을 더 낙관적으로 인식하고 반응하는 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
한 연구의 결과는 미래 지향적 사고의 낙관적 편향이 자기 계발 목적을 충족시키면서도 이러한 편향이 일화적이든 의미론적이든 다양한 미래 사고 영역에 걸쳐 공통적인 동기 부여 과정을 반영할 가능성이 있음을 시사한다.
귀인에서.
귀인 현상으로서의 긍정성 효과는 사람들이 자신의 행동 원인을 평가할 때의 습관과 특성과 관련된다. 긍정적으로 귀인한다는 것은 사람의 본질적인 성향을 긍정적 행동의 원인으로, 주변 상황을 부정적 행동의 잠재적 원인으로 기꺼이 돌리는 것이다.
인식에서.
에밀리오 페라라의 두 연구는 트위터와 인스타그램과 같은 온라인 소셜 네트워크에서 사용자들이 긍정적인 뉴스를 공유하는 것을 선호하며, 부정적인 뉴스보다 긍정적인 뉴스에 두 배 이상 더 감정적으로 영향을 받는다는 것을 보여주었다.
긍정성 편향.
긍정성 편향은 사람들이 부정적이거나 현실적인 사고방식보다 긍정적인 것을 선택하는 이유를 설명하는 폴리아나 원리의 일부이다. 긍정 심리학에서는 이를 긍정적 환상, 자기기만, 낙관주의의 세 가지 개념으로 나눈다.
긍정성 편향은 나이가 들수록 증가하며, 어린아이들이나 청소년보다 노년기에 접어드는 성인에게 더 흔하게 나타난다. 노인들은 긍정적인 정보에 주의를 기울이는 경향이 있는데, 이는 인지 처리의 특정 초점 때문일 수 있다. 앤드류 리드와 로라 카르스텐센이 종합한 연구에서 그들은 노인들(젊은 성인들과 비교하여)이 부정적인 자료로부터 의도적으로 주의를 돌린다는 것을 발견했다.
폴리아나 원리는 일부 상황에서 유용하게 볼 수 있지만, 일부 심리학자들은 이 원리가 개인이 삶의 장애물에 효과적으로 대처하는 것을 방해할 수 있다고 말한다. 일부 경우에 폴리아나 원리는 "폴리아나 증후군"으로 알려져 있으며, 회의론자들은 이를 과도하게 긍정적이며 부정적이거나 현실적인 면을 보지 못하는 사람으로 정의한다. 치료나 상담과 관련하여 이는 치료사와 환자 모두에게 위험한 것으로 간주된다.
라쇼몽 효과(Rashomon effect)는 목격자의 신뢰할 수 없는 현상이다. 이 효과는 구로사와 아키라 감독의 1950년 일본 영화 라쇼몽에서 이름을 따왔는데, 이 영화에서는 한 살인 사건이 네 명의 목격자에 의해 네 가지 모순된 방식으로 묘사된다.
이는 영화에서 사건이 관련된 개인에 의해 모순된 해석이나 묘사로 주어짐으로써 동일한 사건에 대한 다른 관점과 시각을 제공하는 스토리텔링 및 글쓰기 방법으로 사용되어 왔다.
이 용어는 상황에 대한 보고의 동기, 메커니즘 및 발생을 다루며, 사건에 대한 논란의 여지가 있는 해석, 사건 증거에 대한 의견 불일치, 그리고 인간의 지각, 기억 및 보고에서 주체성 대 객관성을 다룬다.
라쇼몽 효과는 현대 학술 맥락에서 "복잡하고 모호한 상황을 이해하는 데 필요한 인식론적 틀, 즉 사고, 인지, 기억 방식의 명명"으로 정의되어 왔다.
이 용어의 역사와 영화, 문학, 법학, 심리학, 사회학, 역사학에서의 변천사는 블레어 데이비스, 로버트 앤더슨, 얀 월스가 편집한 2015년 다수 저자 저서 "Rashomon Effects: Kurosawa, Rashomon and their legacies"의 주제이다.
발레리 알리아는 동일한 효과를 "라쇼몽 원리"라고 명명했으며, 1970년대 후반부터 이 변형을 광범위하게 사용했고, 1982년 저널리즘 정치에 관한 에세이에서 처음 발표했다. 그녀는 1997년 에세이 "라쇼몽 원리: 민족지학자로서의 저널리스트"와 2004년 저서 "미디어 윤리와 사회 변화"에서 이 용어를 발전시켰다.
과학적 이해에서 이 원리의 유용한 시연은 칼 G. 하이더의 1988년 민족지에 관한 저널 기사에서 찾을 수 있다. 하이더는 이 용어를 사건 관찰자들이 실질적으로 다르지만 똑같이 그럴듯한 설명을 제시할 수 있는, 지각의 주체성이 회상에 미치는 영향을 지칭하는 데 사용했다.
퀸즐랜드 대법원의 The Australian Institute for Progress Ltd v The Electoral Commission of Queensland &amp; Ors (No 2) 사건에서, 애플가스 판사는 다음과 같이 썼다:
라쇼몽 효과는 객관적인 진실보다는 주관적인 해석과 자기 이익적인 주장을 반영하여 당사자들이 사건을 다르고 모순된 방식으로 묘사하는 것을 말한다. 라쇼몽 효과는 사건이 소송의 결과일 때 명백하다. 양 당사자가 소송에서 승리했다고 주장할 때 놀라지 않아야 한다.
기억의 변덕스러움과 그것이 개인의 정체성과 이해관계에 어떻게 의존하는지는 미완성인 1963년 폴란드 영화 승객(1959년 라디오 드라마 기반)의 주제이기도 하다. 이 영화에서 아우슈비츠 생존자와 경비원은 나치 강제 수용소에서의 사건들을 다르게 회상한다.
양자역학에서 빈번한 측정은 양자 제논 효과(Quantum Zeno effect)를 유발하며, 이는 시스템의 초기 상태에서 벗어나는 전이를 감소시켜 시스템의 시간 변화를 늦춘다.
때때로 이 효과는 "시스템은 당신이 지켜보는 동안 변할 수 없다"고 해석되기도 한다. 알려진 초기 상태에서 시스템을 충분히 자주 측정함으로써 시스템의 변화를 "정지"시킬 수 있다. 그 이후 이 용어의 의미는 확장되어, 시간 변화가 측정뿐만 아니라 다양한 원인에 의해 억제될 수 있다는 보다 기술적인 정의로 이어졌다. 즉, 양자 제논 효과는 측정, 환경과의 상호작용, 확률 과정 등 다양한 요인에 의해 제공되는 양자 시스템에서 유니터리 시간 변화의 억제를 의미한다. 양자 제논 효과 연구의 결과로, 적절한 대칭성을 가진 충분히 강하고 빠른 일련의 펄스를 적용함으로써 시스템을 양자 결어긋남 환경에서 분리할 수 있음이 분명해졌다.
제논의 역설과의 비교는 바이디아나트 미스라(Baidyanath Misra)와 E. C. 조지 수다르샨(E. C. George Sudarshan)의 1977년 기사에서 비롯되었다. 이 이름은 제논의 화살 역설에 대한 유추에서 유래하는데, 이 역설은 비행 중인 화살이 어떤 순간에도 움직이는 것으로 보이지 않기 때문에 전혀 움직일 수 없다고 주장한다. 양자 제논 효과에서는 불안정한 상태가 지속적인 관찰 때문에 정지된 것처럼, 즉 '움직이지 않는' 것처럼 보인다.
환원 가설에 따르면, 각 측정은 파동 함수를 측정 기반의 고유 상태로 붕괴시킨다. 이 효과의 맥락에서 관찰은 기존의 어떤 의미에서든 관찰자가 필요 없이 단순히 입자의 흡수가 될 수 있다. 그러나 이 효과의 해석에 대한 논란이 있으며, 이는 미시적 대상과 거시적 대상 사이의 경계를 넘나드는 "측정 문제"라고 불리기도 한다.
이 효과와 관련된 또 다른 중요한 문제는 시간-에너지 불확정성 관계 (불확정성 원리의 일부)와 엄격하게 연결되어 있다. 측정 과정을 점점 더 자주 만들려면 측정 자체의 시간 지속 시간을 상응하게 줄여야 한다. 그러나 측정이 매우 짧은 시간 동안만 지속되어야 한다는 요구는 환원이 발생하는 상태의 에너지 확산이 점점 더 커진다는 것을 의미한다. 하지만 짧은 시간 동안의 지수적 감쇠 법칙으로부터의 편차는 에너지 확산의 역수와 결정적으로 관련되어 있어, 편차가 현저하게 나타나는 영역은 측정 과정의 지속 시간이 점점 짧아질수록 줄어든다. 이 두 가지 경쟁적인 요구 사항에 대한 명시적인 평가는 이러한 기본적인 사실을 고려하지 않고 제논 효과의 실제 발생 및 출현을 다루는 것이 부적절하다는 것을 보여준다.
(때로는 양자 제논 효과와 구별되지 않는) 밀접하게 관련된 효과는 시스템의 지속적인 환경과의 결합에 의해 시스템의 시간 변화가 영향을 받는 워치독 효과이다.
불안정한 양자 시스템은 지수적 감쇠 법칙에서 짧은 시간 동안 벗어나는 현상을 나타낼 것으로 예측된다. 이 보편적인 현상으로 인해 이 비지수적 기간 동안 빈번한 측정이 시스템의 붕괴를 억제할 수 있다는 예측이 나왔는데, 이것이 양자 제논 효과의 한 형태이다. 이후 더 느리게 적용되는 측정도 붕괴 속도를 증가시킬 수 있다는 예측이 나왔으며, 이 현상은 양자 역제논 효과로 알려져 있다.
양자역학에서 언급된 상호작용은 그 결과가 고전역학의 관점에서 해석될 수 있기 때문에 "측정"이라고 불린다. 빈번한 측정은 전이를 방해한다. 이는 입자가 한 반공간에서 다른 반공간으로 전이하는 것일 수 있으며 (이는 시간-도착 문제에서 원자 현미경의 원자 거울에 사용될 수 있다), 광자가 도파관에서 한 모드에서 다른 모드로 전이하는 것일 수 있으며, 원자가 한 양자 상태에서 다른 상태로 전이하는 것일 수 있다. 이는 양자 컴퓨터에서 큐비트의 비간섭적 손실이 없는 부분 공간에서 큐비트가 손실된 상태로 전이하는 것일 수 있다. 이러한 의미에서 큐비트 보정을 위해서는 비간섭성이 이미 발생했는지 여부를 판단하는 것으로 충분하다. 이 모든 것을 제논 효과의 응용으로 볼 수 있다. 본질적으로 이 효과는 구별 가능한 양자 상태를 가진 시스템에서만 나타나며, 따라서 고전적 현상이나 거시적 물체에는 적용할 수 없다.
이 아이디어는 존 폰 노이만의 초기 저작인 양자역학의 수학적 기초에 내재되어 있으며, 특히 때때로 환원 가설이라고 불리는 규칙에 포함되어 있다. 이후 단일 시스템의 양자 제논 효과가 단일 시스템의 양자 상태의 불확정성과 동등하다는 것이 밝혀졌다.
양자 시스템의 짧은 시간 변화의 특이한 성질과 측정에 대한 결과는 존 폰 노이만이 1932년에 출판한 그의 저서 양자역학의 수학적 기초에서 언급되었다. 양자역학의 이 측면은 1967년 베스코프(Beskow)와 닐손(Nilsson)이 수학적 계산을 통해 거품 상자 속 불안정한 입자가 붕괴하지 않을 것이라고 제안할 때까지 탐구되지 않았다.
1977년에 바이디아나트 미스라(Baidyanath Misra)와 E. C. 조지 수다르샨(E. C. George Sudarshan)은 이 양자 효과에 대한 수학적 분석을 제시하고 이를 제논의 화살 역설과 연결시킬 것을 제안했다. 엘레아의 제논의 이 역설은 날아가는 화살을 어떤 고정된 순간에 본다고 상상한다. 그 순간 화살은 정지해 있으며, 차지하고 있는 공간에 얼어붙어 있다.
지속적인 이론 연구에도 불구하고, 실험적 확증은 1990년에 이타노(Itano) 등이 쿡(Cook)이 제안한 아이디어를 불안정한 시스템 대신 진동 시스템을 연구하는 데 적용할 때까지 나타나지 않았다. 이타노는 갇힌 9Be+ 이온의 두 준위 사이에서 전이를 유도하는 동시에 하위 준위의 개체수에 비례하는 레이저 펄스의 흡수를 측정했다.
다양한 실현과 일반적인 정의.
제논 효과를 역설로 다루는 것은 양자 붕괴 과정에만 국한되지 않는다. 일반적으로 제논 효과라는 용어는 다양한 전이에 적용되며, 때로는 이러한 전이가 단순한 "붕괴" (지수적이든 비지수적이든)와는 매우 다를 수 있다.
한 가지 실현은 어떤 공간 영역을 떠나는 물체(제논의 화살, 또는 모든 양자 입자)의 관찰을 의미한다. 20세기에는 어떤 영역 밖에서의 관찰을 통해 입자를 어떤 영역에 가두는 것(갇힘)이 비합리적이라고 여겨졌으며, 이는 양자역학의 불완전성을 나타내는 것으로 간주되었다. 심지어 2001년까지도 흡수에 의한 가둠은 역설로 간주되었다. 나중에 라만 산란 억제와 유사한 효과는 예상된 효과로 간주되었으며, 전혀 역설이 아니었다. 특정 파장에서의 광자 흡수, 광자 방출 (예를 들어 광섬유의 일부 모드에서 벗어난 광자), 심지어 입자가 어떤 영역으로 들어갈 때의 이완 등 이 모든 과정은 측정으로 해석될 수 있다. 이러한 측정은 전이를 억제하며, 과학 문헌에서는 이를 제논 효과라고 부른다.
이러한 모든 현상(양자 붕괴 억제의 원래 효과 포함)을 포괄하기 위해, 제논 효과는 어떤 상호작용에 의해 어떤 전이가 억제되는 현상들의 종류로 정의될 수 있다. 이 상호작용은 결과 상태를 '전이가 아직 일어나지 않았다'와 '전이가 이미 일어났다'는 용어로 해석할 수 있게 하거나, 시스템이 여전히 초기 상태에 있는지 확인하기 위해 거시적 장치로 시스템의 상태를 지속적으로 측정할 경우 '양자 시스템의 진화가 중단된다는 명제'로 해석할 수 있게 한다.
양자 시스템의 주기적 측정.
어떤 측정 연산자의 고유 상태인 상태 formula_1에 있는 시스템을 생각해 보자. 자유 시간 변화 아래에서 이 시스템이 특정 확률로 상태 formula_2로 붕괴한다고 가정하자. 만약 각 측정 사이에 유한한 간격으로 주기적으로 측정이 이루어진다면, 각 측정에서 파동 함수는 측정 연산자의 고유 상태로 붕괴한다. 측정 사이에 시스템은 이 고유 상태에서 벗어나 상태 formula_1와 formula_2의 양자 중첩 상태로 변화한다. 중첩 상태가 측정될 때, 그것은 다시 붕괴하여 첫 번째 측정에서처럼 상태 formula_1로 돌아가거나 상태 formula_2로 전이한다. 그러나 매우 짧은 시간 formula_7 후에 상태 formula_2로 붕괴할 확률은 formula_9에 비례한다. 왜냐하면 확률은 제곱 진폭에 비례하고 진폭은 선형적으로 행동하기 때문이다. 따라서 짧은 간격의 수가 많아지고 각 간격의 끝에서 측정이 이루어지는 극한에서는 formula_2로 전이할 확률이 0으로 수렴한다.
양자 결어긋남 이론에 따르면, 시스템의 측정은 일방적인 "붕괴"가 아니라 주변 환경, 특히 측정 장치와의 상호작용이다. 측정은 양자 상태를 장치 상태와 측정된 정보를 등록하는 방식으로 상관시키거나 결합하는 것과 동일하다. 만약 이것이 (아마도 시끄러운 열역학적 환경 때문에) 다른 상태로 더 결어긋날 수 있도록 남겨둔다면, 이 상태는 짧은 시간 동안만 지속될 수 있다. 붕괴할 확률은 시간과 함께 증가한다. 그렇다면 빈번한 측정은 확률을 낮게 유지할 만큼 충분히 자주 이루어질 경우, 결합을 재확립하거나 강화하고, 그와 함께 측정된 상태를 강화한다. 붕괴가 예상되는 시간은 시스템이 환경과 결합되었을 때의 예상되는 결어긋남 시간과 관련이 있다. 결합이 강할수록, 그리고 결어긋남 시간이 짧을수록 붕괴는 더 빠르게 일어난다. 따라서 결어긋남 관점에서 "이상적인" 양자 제논 효과는 양자 시스템이 환경에 지속적으로 결합되고, 그 결합이 무한히 강하며, "환경"이 무한히 큰 열적 무작위성 소스인 수학적 극한에 해당한다.
실험 및 논의.
실험적으로 환경적 결합으로 인한 양자 시스템 진화의 강한 억제는 여러 미시적 시스템에서 관찰되었다.
1989년, 데이비드 J. 와인랜드와 그의 NIST 그룹은 진화 중에 측정된 2준위 원자 시스템에서 양자 제논 효과를 관찰했다. 약 5,000개의 이온이 원통형 페닝 트랩에 저장되고 레이저 냉각되어 250mK 이하로 냉각되었다. 공명 무선주파수 펄스가 인가되었는데, 이 펄스만 단독으로 인가되면 전체 바닥 상태 개체수가 들뜬 상태로 이동했을 것이다. 펄스 인가 후 이온들은 이완으로 인해 방출되는 광자를 모니터링했다. 그 다음 RF 펄스 동안 일련의 자외선 펄스를 인가하여 이온 트랩을 주기적으로 "측정"했다. 예상대로 자외선 펄스는 시스템이 들뜬 상태로 진화하는 것을 억제했다. 결과는 이론적 모델과 잘 일치했다.
2001년, 마크 G. 라이젠과 그의 텍사스 대학교 오스틴 그룹은 수다르샨과 미스라가 원래 제안한 대로 불안정한 양자 시스템에서 양자 제논 효과를 관찰했다. 그들은 또한 역 제논 효과도 관찰했다. 극저온 나트륨 원자를 가속하는 광학 격자에 가두고 터널링으로 인한 손실을 측정했다. 가속을 줄여 양자 터널링을 멈추게 함으로써 진화를 중단시켰다. 이 그룹은 측정 방식에 따라 붕괴율의 억제 또는 향상을 관찰했다.
2015년, 무쿤드 벤갈라토르(Mukund Vengalattore)와 그의 코넬 대학교 그룹은 원자를 영상화하는 데 사용되는 빛의 강도로 극저온 격자 가스에서 양자 터널링 속도를 조절하는 양자 제논 효과를 입증했다.
2024년, 룬드 대학교의 비요른 안뷔-안데르손(Björn Annby-Andersson)과 그의 동료들은 하나의 전자를 가진 두 양자점 시스템을 이용한 실험에서 "측정 강도가 더 증가하면 제논 효과가 양자점 간 터널링을 방해한다. 약한 측정에서도 제논과 유사한 효과가 관찰되는데, 이는 측정 오류가 온사이트 에너지의 변동을 유발하여 시스템의 위상을 흐트러뜨리기 때문이다."라는 결론에 도달했다. https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.6.043216
양자 제논 효과는 상업용 원자 자력계에 사용되며, 새들의 자기 나침반 감각 메커니즘(자기 수용)의 일부로 제안되기도 한다.
하이젠베르크 불확정성 원리가 짧은 측정 시간과 관련되어 있기 때문에 무한히 많은 질문의 한계에 얼마나 가까이 접근할 수 있는지는 여전히 미해결 문제이다. 그러나 유한한 빈도로 수행되는 측정이 임의로 강력한 제논 효과를 산출할 수 있음이 밝혀졌다. 2006년, MIT의 스트리드(Streed) 등은 제논 효과가 측정 펄스 특성에 의존함을 관찰했다.
"제논 효과"라는 관점에서 실험을 해석하는 것은 현상의 기원을 설명하는 데 도움이 된다. 그럼에도 불구하고, 이러한 해석은 양자 시스템의 슈뢰딩거 방정식으로 설명되지 않는 본질적으로 새로운 특징을 가져오지 않는다.
더욱이, "제논 효과"를 사용한 실험, 특히 고주파수 측정 (전이 억제 효율이 높거나 능선 거울의 반사율이 높은) 극한에서의 자세한 설명은 일반적으로 이상적인 측정에서 예상되는 대로 동작하지 않는다.
양자 제논 효과는 다세계 해석과 양자역학의 상대적 상태 해석에서 지속되는 것으로 나타났다.
리바운드 효과(rebound effect) 또는 리바운드 현상(rebound phenomenon), 반동 효과, 반동 현상은 약물 복용 중에는 없거나 억제되었던 증상이 약물 중단 또는 복용량 감소 시 다시 나타나는 것을 말한다. 증상이 다시 나타나는 경우, 치료 전보다 더 심한 경우가 많다.
리바운드 효과 또는 약리학적 리바운드 현상은 약물 복용 중에는 없거나 억제되었던 증상이 해당 약물 중단 또는 용량 감소 시 나타나거나 재발하는 것이다. 재발하는 경우, 증상의 심각성은 종종 치료 전 수준보다 더 심하다.
진정 수면제.
리바운드 불면증은 원발성 불면증을 완화하기 위해 복용했던 진정제 물질을 중단한 후 발생하는 불면증이다. 이러한 물질을 규칙적으로 사용하면 잠들기 위해 그 효과에 신체의존하게 될 수 있다. 따라서 약물 복용을 중단하고 그 효과에서 '리바운드'될 때, 금단 증상의 증상으로 불면증을 경험할 수 있다. 때때로 이 불면증은 약물이 치료하려 했던 불면증보다 더 심할 수 있다. 이 문제를 일으키는 것으로 알려진 일반적인 약물로는 에스조피클론, 졸피뎀, 그리고 잠들기 어렵거나 잠을 유지하기 어려운 사람들에게 처방되는 벤조디아제핀과 같은 항불안제가 있다.
리바운드 우울증은 이전에 그러한 질병이 없었던 환자들에게 나타날 수 있다.
불안, 금속 맛, 지각 장애와 같은 전형적인 벤조디아제핀 금단 증상의 낮 시간 리바운드 효과는 단기 작용 벤조디아제핀 수면제의 효과가 사라진 다음 날 발생할 수 있다. 리바운드 현상은 반드시 처방된 용량을 중단할 때만 발생하는 것은 아니다. 또 다른 예는 빠르게 배설되는 수면제의 효과가 사라질 때 발생할 수 있는 이른 아침 리바운드 불면증으로, 이는 사람이 충분한 밤잠을 자기 전에 완전히 깨어나게 한다. 이러한 문제와 흔히 관련되는 약물 중 하나는 트리아졸람인데, 이는 높은 효능과 초단 반감기 때문이지만, 이러한 효과는 다른 단기 작용 수면제에서도 발생할 수 있다. 콰제팜은 1형 벤조디아제핀 수용체에 대한 선택성과 긴 반감기 때문에 치료 중 낮 시간 불안 리바운드 효과를 일으키지 않으며, 이는 야간 수면제가 다음 날 리바운드 금단 효과를 일으킬지 여부를 결정하는 데 반감기가 매우 중요하다는 것을 보여준다. 낮 시간 리바운드 효과는 반드시 경미한 것은 아니며 때로는 상당히 뚜렷한 정신과적 및 심리적 장애를 유발할 수 있다.
메틸페니데이트 또는 덱스트로암페타민과 같은 각성제의 리바운드 효과에는 각성제 정신병, 우울증 및 일시적으로 과장된 형태의 ADHD 증상 재발이 포함된다. ADHD 아동의 3분의 1에 달하는 수가 메틸페니데이트를 중단할 때 리바운드 효과를 경험한다.
SSRI를 포함한 많은 항우울제는 중단 시 리바운드 우울증, 공황 발작, 불안, 불면증을 유발할 수 있다.
항정신병제.
항정신병제가 너무 급하게 교체되거나 중단될 경우 갑작스럽고 심각한 정신병의 출현 또는 재발이 나타날 수 있다.
알파-2 아드레날린 효능제.
클로니딘과 구안파신 중단 후 치료 전 수준을 초과하는 리바운드 고혈압이 관찰되었다.
국소 비강 충혈 제거제(비강 스프레이)의 지속적인 사용은 약물성 비염으로 알려진 지속적인 코막힘을 유발할 수 있다.
인간화 항체.
데노수맙은 파골세포 재활용을 억제하여 전골세포와 골유세포의 축적을 유발한다. 데노수맙 치료를 중단하면 유도된 세포들이 상당히 빠르고 풍부하게 파골세포로 분화하여 골흡수(리바운드 효과)를 유발하고 골절 위험을 증가시킨다. 데노수맙 중단 후 골밀도 개선 및 골절 예방을 위해 비스포스포네이트 투여가 권장된다.
기타 약물.
또 다른 약리학적 리바운드의 예는 진통제 용량을 낮추거나, 약효가 사라지거나, 약물을 갑자기 중단할 때 발생하는 리바운드 두통이다.
2022년, 팍스로비드로 치료받은 코로나바이러스감염증-19 환자에게서 바이러스 RNA 및 증상 리바운드에 대한 보고서가 발표되었다. 5월에는 CDC가 "팍스로비드 리바운드"에 대해 의사들에게 알리는 건강 경보를 발령했으며, 이는 조 바이든 미국 대통령이 리바운드를 경험했을 때 주목받았다. 그러나 코로나바이러스감염증-19 환자의 약 3분의 1이 치료 여부와 관계없이 증상 리바운드를 경험하기 때문에 리바운드의 원인은 불분명하다.
건선 치료를 위한 클로베타솔과 같은 매우 강력한 코르티코스테로이드의 갑작스러운 중단은 훨씬 더 심각한 건선 사례를 유발할 수 있다. 따라서 실제 약물 적용량이 매우 적어질 때까지 점진적으로 중단해야 한다.
로시터-맥러플린 효과(Rossiter–McLaughlin effect)는 자전하는 별의 표면을 물체가 가로지를 때 관측되는 분광학적 현상이다. 별은 원반의 다른 부분이 가려짐으로써 발생하는 적색편이 이상을 겪는 것으로 보인다.
로시터-맥러플린 효과는 식쌍성의 두 번째 별이나 외계 행성이 주성 또는 모성 표면을 통과할 때 관측되는 분광학적 현상이다.
주성이 축을 중심으로 자전함에 따라, 광구의 한 사분면은 관측자에게 다가오는 것으로 보이고, 다른 보이는 사분면은 멀어지는 것으로 보인다. 이러한 움직임은 별의 스펙트럼에서 각각 청색편이와 적색편이를 일으키며, 이는 일반적으로 스펙트럼선의 확대로 관측된다. 보조성 또는 행성이 주성을 통과할 때, 그것은 주성의 원반 일부를 가려 이동된 빛의 일부가 관측자에게 도달하는 것을 방해한다. 이는 주성 전체의 관측된 평균 적색편이가 정상 값에서 벗어나게 한다. 통과하는 물체가 별 원반의 다른 쪽으로 이동함에 따라 적색편이 이상은 양수에서 음수로, 또는 그 반대로 바뀔 것이다.
적색편이 이상의 진폭은 주성 적도와 보조성의 통과 경로 사이의 상호 정렬에 따라 달라진다. 주성의 예측 자전 속도 에 의해 결정되는 최대 진폭은 둘이 완벽하게 정렬될 때 달성된다. 보조성은 최대 청색편이 부분에서 주성을 통과하기 시작하여 최대 적색편이 부분에서 통과를 마칠 것이다. 둘 사이의 불일치는 로시터-맥러플린 효과를 감소시키는데, 이는 각도의 코사인에 비례한다.
로시터-맥러플린 효과는 눈길을 따라 투영된 각도만을 측정하므로 투영된 경사도(일반적으로 로 표시)만 직접 측정할 수 있다. 삼차원 실제 경사도(일반적으로 로 표시)를 결정하려면 투영된 경사도를 투영된 자전 속도와 실제 자전 주기를 비교하여 얻은 주성 적도의 경사 값, 그리고 통과 충격 매개변수 및 도플러 분광학에서 얻은 보조성 궤도의 값과 결합해야 한다. 도플러 분광학은 눈길에 대한 경사 각도를 측정한다.
"뜨거운 목성"의 역행 운동.
이 효과는 뜨거운 목성 중 최대 25%가 모성에 대해 역행 방향으로 공전하고 있음을 보여주기 위해 사용되었으며, 이는 추가적인 과정이 개입되지 않는다면 행성 이동보다는 역동적인 상호작용이 이러한 천체를 생성한다는 것을 강력히 시사한다.
J. R. 홀트는 1893년에 시선속도 측정을 이용하여 별의 항성 자전을 측정하는 방법을 제안했다. 그는 식쌍성의 한 별이 다른 별을 가릴 때, 먼저 다가오는 청색편이된 절반을 가리고 그 다음 멀어지는 적색편이된 절반을 가릴 것이라고 예측했다. 이러한 움직임은 가려진 별의 스펙트럼에서 적색편이를 일으킨 다음 청색편이를 일으킬 것이며, 이는 가려진 별의 궤도 운동으로 인한 변화 외에 측정된 시선속도의 변화로 나타날 것이다.
이 효과는 리처드 알프레드 로시터와 딘 벤자민 맥러플린의 이름을 따서 명명되었다.
삭스-울프 효과(Sachs–Wolfe effect)는 라이너 K. 삭스와 아서 M. 울프의 이름을 따서 명명되었으며, 우주 마이크로파 배경 복사(CMB)의 특성으로, CMB의 광자들이 중력적으로 적색편이되어 CMB 스펙트럼이 불균일하게 나타나는 현상이다. 이 효과는 약 10도보다 큰 각도 규모에서 CMB의 요동을 일으키는 주요 원인이다.
비통합 삭스-울프 효과.
비통합 삭스-울프 효과는 최종 산란면에서 발생하는 중력적색편이에 의해 발생한다. 이 효과는 최종 산란 당시 물질/에너지 밀도의 차이로 인해 하늘 전체에서 일정하지 않다.
통합 삭스-울프 효과.
통합 삭스-울프(ISW) 효과 역시 중력적색편이에 의해 발생하지만, 최종 산란면과 지구 사이에서 발생하므로 원시 CMB의 일부가 아니다. 이는 우주의 에너지 밀도가 물질이 아닌 다른 것에 의해 지배될 때 발생한다. 만약 우주가 물질에 의해 지배된다면, 거대 규모의 중력 퍼텐셜 에너지 우물과 언덕은 크게 진화하지 않는다. 그러나 우주가 복사 또는 암흑 에너지에 의해 지배된다면, 이러한 퍼텐셜은 진화하여 통과하는 광자의 에너지를 미묘하게 변화시킨다.
ISW 효과에는 두 가지 기여가 있다. "초기" ISW는 (비통합) 삭스-울프 효과가 원시 CMB를 생성한 직후, 우주의 팽창에 영향을 줄 만큼 충분한 복사가 여전히 존재할 때 광자들이 밀도 요동을 통과하면서 발생한다. 비록 물리적으로 후기 ISW와 동일하지만, 관측 목적으로는 이를 유발하는 물질 요동이 사실상 탐지 불가능하므로 일반적으로 원시 CMB에 포함된다.
"후기" ISW 효과는 암흑 에너지 또는 우주상수가 우주의 팽창을 지배하기 시작하면서 우주 역사에서 비교적 최근에 발생한다. 불행히도 용어는 약간 혼란스럽다. 종종 "후기 ISW"는 밀도 섭동의 선형/1차 후기 ISW 효과를 암묵적으로 의미한다. 이 효과의 선형 부분은 물질만 있는 평평한 우주에서는 완전히 사라지지만, 암흑 에너지가 있는 우주에서는 효과의 고차 부분보다 지배적이다. 완전한 비선형 (선형 + 고차) 후기 ISW 효과, 특히 개별 거시공동과 은하단의 경우, 마틴 리스와 데니스 시아마가 다음 물리적 그림을 설명했기 때문에 때때로 리스-시아마 효과로 알려져 있다.
암흑 에너지로 인한 가속 팽창은 강한 대규모 퍼텐셜 우물(초은하단)과 언덕(거시공동)조차도 광자가 통과하는 시간 동안 붕괴시키다. 광자는 퍼텐셜 우물(초은하단)에 들어갈 때 에너지의 충격을 받으며, 우물이 늘어나고 얕아진 후에도 그 에너지의 일부를 유지한다. 마찬가지로, 광자는 거대 거시공동에 들어갈 때 에너지를 소모해야 하지만, 약간 감소된 퍼텐셜 언덕을 벗어날 때 모든 에너지를 되찾지는 못한다.
후기 ISW의 특징은 은하 밀도(제곱도당 은하 수)와 CMB 온도 사이의 비제로 교차 상관 함수이다. 이는 초은하단이 광자를 부드럽게 가열하는 반면, 거대 거시공동은 광자를 부드럽게 냉각시키기 때문이다. 이 상관관계는 중간에서 높은 유의성으로 감지되었다.
2008년 5월, 그라넷, 네이링크 &amp; 자푸디는 후기 ISW가 SDSS 발광 적색 은하 목록에서 식별된 개별 거대 거시공동 및 초은하단에 고정될 수 있음을 보여주었다. 이들의 ISW 탐지는 거대 거시공동과 초은하단이 CMB에 미치는 국부적 ISW 효과를 추적한다. 그러나 이 국부적 탐지의 진폭은 예상보다 훨씬 크고 분석의 여러 가정에 의존하기 때문에 논란의 여지가 있다.
샤피로 시간 지연(Shapiro time delay) 효과 또는 중력 시간 지연(gravitational time delay) 효과는 일반 상대성이론의 네 가지 고전적인 태양계 검증 중 하나이다. 거대한 물체 근처를 통과하는 레이더 신호는 물체의 질량이 없을 때보다 목표물에 도달하고 돌아오는 데 약간 더 오래 걸린다. 이 시간 지연은 외부 관찰자의 관점에서 빛이 주어진 거리를 이동하는 데 걸리는 시간을 증가시키는 시간 팽창으로 인해 발생한다. 1964년 "일반 상대성이론의 네 번째 검증"이라는 제목의 기사에서 어윈 I. 샤피로는 다음과 같이 썼다.
일반 이론에 따르면 빛의 파동 속도는 경로를 따라 중력 퍼텐셜의 강도에 따라 달라지기 때문에, 레이더 펄스가 태양 근처를 통과할 때 이러한 시간 지연은 거의 초만큼 증가해야 한다. 이러한 변화는 거리로 60km에 해당하며, 현재 사용 가능한 장비로 요구되는 경로 길이에 대해 약 5~10% 이내로 측정할 수 있다.
이 기사에서 샤피로는 시간 지연을 논의하면서 c를 빛의 속도로 사용하고 아인슈타인 방정식의 슈바르츠실트 해에 따라 유한 좌표 거리를 통과하는 빛 파동 또는 광선의 시간 지연을 계산한다.
시간 지연 효과는 1964년 어윈 샤피로에 의해 처음 예측되었다. 샤피로는 그의 예측에 대한 관측 검증을 제안했다. 금성과 수성의 표면에서 레이더 빔을 반사시켜 왕복 이동 시간을 측정하는 것이다. 지구, 태양, 금성이 가장 유리하게 정렬되었을 때, 샤피로는 태양의 존재로 인해 지구에서 금성으로 이동하고 다시 돌아오는 레이더 신호의 예상 시간 지연이 약 200마이크로초가 될 것이라고 보여주었다. 이는 1960년대 기술의 한계 내에 충분히 있었다.
MIT 헤이스택 레이더 안테나를 사용하여 1966년과 1967년에 수행된 첫 번째 테스트는 성공적이었고 예측된 시간 지연량과 일치했다. 이후 실험은 정확도를 높여 여러 번 반복되었다.
시간 지연 계산.
중간 강도의 거의 정적인 중력장(예: 별과 행성의 중력장이지, 블랙홀이나 중성자별의 근접 쌍성계의 중력장은 아님)에서 이 효과는 중력 시간 팽창의 특별한 경우로 간주될 수 있다. 중력장에서 빛 신호의 측정된 경과 시간은 중력장이 없을 때보다 길며, 중간 강도의 거의 정적인 장의 경우 그 차이는 표준 중력 시간 팽창 공식에 의해 주어진 바와 같이 고전적인 중력 퍼텐셜에 직접 비례한다.
단일 질량을 둘러싼 빛의 이동으로 인한 시간 지연.
샤피로의 원래 공식은 슈바르츠실트 해에서 파생되었으며, 태양 질량(formula_1)에 대한 1차항을 포함하며, 지구 기반 레이더 펄스가 내행성에서 반사되어 태양에 가까이 지나갔다가 돌아오는 경우를 제안했다.
여기서 formula_3는 레이더 파동이 태양 중심에 가장 가깝게 접근하는 거리이고, formula_4는 지구 기반 안테나에서 태양에 가장 가깝게 접근하는 지점까지의 비행선상의 거리이며, formula_5는 이 지점에서 행성까지의 경로를 따른 거리를 나타낸다. 이 방정식의 우변은 주로 빛줄기의 가변 속도 때문이다. 경로 변화의 기여는 formula_1에 대한 2차이기 때문에 무시할 수 있다. formula_7는 오차 차수의 란다우 기호이다.
질량이 큰 물체 주위를 도는 신호의 경우, 시간 지연은 다음과 같이 계산할 수 있다.
여기서 formula_9은 관찰자로부터 원본을 향하는 단위 벡터이고, formula_10는 관찰자로부터 중력 질량 formula_1을 향하는 단위 벡터이다. 점은 일반적인 유클리드 스칼라곱을 나타낸다.
formula_12를 사용하면 이 공식은 다음과 같이 쓸 수도 있다.
이는 빛이 이동해야 하는 가상의 추가 거리이다. 여기서 formula_14는 슈바르츠실트 반지름이다.
PPN 매개변수에서
이는 뉴턴 예측( formula_16 포함)의 두 배이다.
샤피로 인자의 두 배 증가는 중력 시간 팽창뿐만 아니라 공간의 방사형 신장도 있으며, 이 둘 모두 일반 상대성 이론에서 빛의 편향과 마찬가지로 시간 지연에 동일하게 기여한다는 사실로 설명할 수 있다.
행성 간 탐사선.
보이저 및 파이어니어 우주선과 같은 행성 간 탐사선까지의 거리를 정확하게 결정하려고 할 때 거리 측정 데이터와 함께 샤피로 지연을 고려해야 한다.
중성미자와 중력파의 샤피로 지연.
SN 1987A에서 중성미자와 광자를 거의 동시에 관측한 결과, 고에너지 중성미자의 샤피로 지연은 광자의 샤피로 지연과 10% 이내에서 같아야 하며, 이는 최근의 중성미자 질량 추정치와 일치한다. 이는 해당 중성미자가 빛의 속력에 매우 가깝게 움직였다는 것을 의미한다. 2016년 중력파가 직접 검출된 후, 두 그룹에서 일방향 샤피로 지연을 계산했으며 약 1800일이다. 일반 상대성이론 및 기타 중력의 계량 이론에서는 중력파의 샤피로 지연이 빛과 중성미자의 샤피로 지연과 같을 것으로 예상된다. 그러나 텐서–벡터–스칼라 중력 및 밀그롬의 법칙을 재현하고 암흑물질의 필요성을 피하는 다른 수정된 일반 상대성이론에서는 중력파의 샤피로 지연이 중성미자 또는 광자의 샤피로 지연보다 훨씬 작다. 중성자별 합체 GW170817에서 중력파와 감마선 도착 시간 간에 관측된 1.7초 차이는 약 1000일로 추정된 샤피로 지연보다 훨씬 작았다. 이는 암흑물질의 필요성을 없애는 수정된 중력 모델의 한 종류를 배제한다.
시뇨르-립스 효과(Signor–Lipps effect)는 1982년 필립 W. 시뇨르와 제레 H. 립스가 제안한 고생물학 원리로, 유기체의 화석 기록은 결코 완전하지 않으므로 주어진 분류군의 첫 번째 또는 마지막 유기체 모두 화석으로 기록되지 않을 것이라고 명시한다. 시뇨르-립스 효과는 종종 분류군의 가장 어린 화석이 유기체의 마지막 출현을 나타내지 못하는 경우에 특히 적용된다. 가장 오래된 화석이 분류군의 첫 출현을 나타내지 못하는 역의 현상은 연구자 발다르 야누손의 이름을 따서 야누손 효과 또는 스필-롱기스 효과(시뇨르-립스의 역순)라고 불린다.
한 가지 유명한 예는 실러캔스로, 매우 늦은 백악기에 멸종된 것으로 여겨졌으나 1938년에 살아있는 표본이 잡혔다. "버제스 셰일형 동물군"으로 알려진 동물들은 초기 및 중기 캄브리아기 지층에서 가장 잘 알려져 있다. 그러나 2006년 이후 오르도비스기, 실루리아기, 초기 데본기 지층, 즉 버제스 셰일 이후 최대 1억 년이 지난 지층에서 유사한 동물들의 화석이 몇몇 발견되었다. 이러한 동물들이 화석화된 특정 방식은 제한된 기간 동안 존재했던 해양 화학 유형에 따라 달라질 수 있다.
그러나 시뇨르-립스 효과는 고생물학에서 제기하는 어려움 때문에 더 중요하다.
대처 효과(Thatcher effect) 또는 대처 착시(Thatcher illusion)는 얼굴이 거꾸로 되어 있을 때 얼굴 특징의 변화를 감지하기 어렵지만, 똑바로 세워진 얼굴에서는 같은 변화가 명확하게 드러나는 현상이다. 이 효과는 당시 영국 총리였던 마거릿 대처의 사진에서 처음 시연되었기 때문에 그녀의 이름을 따서 명명되었다. 이 효과는 1980년 요크 대학교 심리학 교수인 피터 톰슨이 처음 만들었다.
이 효과는 원래 동일한 두 장의 사진이 거꾸로 뒤집힌 상태로 설명된다. 두 번째 사진은 눈과 입이 수직으로 뒤집히도록 변경되었지만, 이미지를 똑바로 세울 때까지는 그 변화가 즉시 명확하게 드러나지 않는다.
대처 효과는 특히 똑바로 세워진 얼굴에 맞춰진 얼굴 지각과 관련된 특정 심리적 인지 모듈 때문인 것으로 생각된다. 얼굴은 매우 유사함에도 불구하고 독특하게 보인다. 우리는 눈, 코, 입과 같은 개별 얼굴 특징의 세부 사항뿐만 아니라 구성(얼굴의 개별 특징 간의 구조적 관계)에 의존하는 얼굴 간의 차이를 구별하는 특정 과정을 개발한다고 가설이 세워졌다.
붉은털원숭이와 침팬지 모두 대처 효과를 경험한다는 증거가 있으며, 이는 얼굴 처리에 관여하는 일부 뇌 메커니즘이 3천만 년 이상 전에 공통 조상에서 진화했을 가능성을 제기한다.
얼굴 지각에서의 대처 효과의 기본 원리는 생물학적 움직임에도 적용되었다. 전체 형상이 뒤집혔을 때 개별 점의 국부적인 반전은 인식하기 어렵고, 어떤 경우에는 거의 불가능하다.
대처 착시는 얼굴 인식의 심리학을 밝히는 데도 유용했다. 일반적으로 대처 착시를 이용한 실험은 똑바로 세워진 상태 또는 거꾸로 뒤집힌 상태에서 일관되지 않은 특징을 보는 데 필요한 시간을 조사한다. 이러한 측정은 전체적인 얼굴 이미지 처리의 특성을 결정하는 데 사용되었다.
똑바로 세워진 상태와 뒤집힌 상태 사이의 중간 각도를 조사하여, 연구는 착시가 점진적으로 또는 갑작스럽게 나타나는 것을 탐구했다. 대처 착시에 대한 민감성은 자폐 아동을 포함한 어린이들에게서 발견되었다.
그러나 선천성 안면인식장애를 가진 사람들은 그러한 상태가 없는 사람들에 비해 착시에 대한 전반적으로 훨씬 약한 반응을 보이는 것으로 나타났다. 그들의 반응 시간은 기괴한 얼굴의 방향에 약하게 선형적으로 영향을 받는 것으로 나타났다. 이 마지막 관찰은 얼굴 인식에서 "구성 처리"를 담당하는 뇌 부분이 피질의 방추 얼굴 영역이며, 이는 선천성 및 후천성 조건 모두에서 영향을 받는다는 것을 시사한다.
토프-인골드 효과(Thorpe–Ingold effect) 또는 젬-다이메틸 효과(gem-dimethyl effect), 각도 압축(angle compression)은 화학에서 입체적 방해가 증가할수록 고리화 및 분자 내 반응을 촉진하는 현상이다. 이 효과는 1915년 고리화 반응 연구의 일환으로 비슬리, 토프, 인골드에 의해 처음 보고되었다. 이후 화학의 여러 분야로 일반화되었다.
다양한 2-하이드록시벤젠프로피온산의 락톤 형성(락톤화)의 비교 속도는 이 효과를 보여준다. 메틸기의 수가 증가할수록 고리화 과정이 가속화된다.
이 효과의 한 가지 응용은 알킬 사슬에 사차 탄소(예: gem-다이메틸기)를 추가하여 고리화 반응의 반응 속도 및 평형 상수를 증가시키는 것이다. 이에 대한 예로는 올레핀 복분해 반응이 있다. 펩타이드 폴다머 분야에서는 2-아미노이소뷰티르산과 같이 사차 탄소를 포함하는 아미노산 잔기가 특정 유형의 나선 형성을 촉진하는 데 사용된다.
이 효과에 대한 한 가지 제안된 설명은 치환기의 크기가 증가하면 그들 사이의 각도가 증가한다는 것이다. 결과적으로 다른 두 치환기 사이의 각도는 감소한다. 이들을 더 가깝게 이동시킴으로써 그들 사이의 반응이 가속화된다. 따라서 이는 동역학적 효과이다.
이 효과는 계산기내 변형 에너지가 사이클로뷰테인에서 1-메틸사이클로뷰테인 및 1,1-다이메틸사이클로뷰테인으로 갈 때 8 kcal/mole에서 1.5 kcal/mole 사이의 값으로 감소함에 따라 열역학적 기여도 일부 있다.