http://hypervandervilt.tistory.com/35 에서 스타트렉과 관련한 과학 이야기를 읽고 나서 공간이동과 관련한 내용 중 조금 보충.
공간이동에서 고려해야 할 것이 불확정성 원리에 의한 관측도 문제이지만 공간이동을 위해 원자 혹은 소립자 수준에서 관측된 위치와 속도와 관련한 엄청난 데이터량과 해당 데이터의 처리죠. 관측은 가능하다고 하고, 공간 이동하고자 하는 장소에 이미 합성(?)할 물질도 있다고 가정하더라도 처리해야 할 데이터량이 장난이 아니라는...
유전공학 하는 애들한테 얘기 들으니 단백질에서 원자 몇 개가 어디 붙어 있느냐에 따라 심각한 질환의 원인이 되는 물질로 변할 수 있다고 하더군요. 즉, 원자 몇 개 잘못된 위치에 놓는 것으로 없던 병에 걸린 사람이 나타날 수 있다는 말.
사람 몸이 약 60조개의 세포로 이루어져 있다고들 합니다. 스케일을 비교하는 대표적인 동영상 혹은 사진이 있는데 아래 링크에 사진으로 잘 설명해 놓았군요.
http://blog.ohmynews.com/sub1095/165894
세포부터 시작하면 정신없으니 아주아주 단순하게 생각합시다.
인간을 비롯한 유기체의 대부분이 질소,탄소,산소,수소 등으로 이루어져 있고 계산의 편의를 위해 대표값으로 질소를 쓰면 원자질량이 몰당 약 14g이니까 60kg 정도 하는 성인이라면 약 4300몰 잡고 1몰이 6x10^23 잡으면 원자의 수만 2.58x10^27 개의 원자...대략 2.5x10^27개라고 칩시다.
각 원자의 위치와 속도 정보를 기록하기 위해 어느 정도의 데이터가 필요한지도 또 하나의 문제인데 높이 2m, 가로 세로 각 1m정도 되는 공간을 옴스트롱(0.1나노미터) 단위의 격자 구조로 나타낸다고 하면 원자의 3차원 위치를 나타내는데 (x,y,z)로 나타내면 적어도 각각 10^10의 숫자를 표현해야 합니다. 이것을 현대의 컴퓨터가 처리하려면 대충 계산해서 좌표 하나를 표현하는데 33비트가 필요한데 3개의 축을 표현하려면 대략 100bit필요하다고 합시다. 그리고 속도 정보는 위치정보보다 조금 더 감이 안잡히는데 좋은 표현 방법이 있어서 28비트면 다 표현한다고 칩시다(점점 막나가는군) 그러면 원자 하나의 위치와 속도를 저장하기 위해서 128비트=16바이트 정도면 되겠군요.
위에서 원자의 수가 2.5x10^27개, 그리고 각 원자당 16바이트 그러면 사람 한 명을 원자단위로 분해하여 각 원자의 위치와 속도정보를 기록하기 위해서 필요한 정보량은 2.5x10^27x16바이트입니다. 1기가바이트 = 10^9 바이트 = 10억 바이트 1테라바이트 = 10^12 바이트 1펩타바이트 = 10^15바이트 ...
(자세한 단위의 이름은 여기를 참조)
일단 40x10^27바이트 = 40 x 10^12 x 10^15바이트...
네, 요즘 나오는 테라바이트 하드가 40펩타 개 정도는 있어야 정해진 공간(대략 사람이 서 있을 수 있을 정도의 공간) 안에 들어가 있는 사람의 몸에 있는 원자의 위치와 속도를 저장할 수 있겠습니다.
아주아주 러프한 계산이지요.
스타트렉에서 사람을 공간이동 시키는 기술 이면에는 여러 가지 물리적 난제도 존재하지만 그것이 가능하다고 해도 위에서 대충 계산한 엄청난 양의 데이터 처리와 관련한 실제적인 문제도 존재하는 것이죠.
여기서 반전이, 그래서 스타트렉의 공간이동을 위한 모든 원자의 데이터 저장 및 처리가 불가능한 것이냐라고 물으신다면,
스타트렉의 시대 배경이 24세기라고 하니 앞으로 300년 이상 후에는 저정도의 데이터 저장과 처리는 껌인 시대가 올지도 모르죠. 무어의 법칙(반도체 집적도가 18개월에 두 배씩 증가)이 앞으로 300년간 지속된다면(지속될 가능성에 대해서는 논외로 하고) 지금보다 10^60배는 더 강력한 컴퓨터(데이터 처리장치)를 사용하게 될 터인데, 위에서 얘기한 4x10^28바이트 정도의 데이터 처리는 뭐, 순식간이겠군요.
그러면 정말로 가능한 것이냐 라고 물으신다면
미래를 어찌 알겠습니까만은
현재의 반도체 공정은 빛의 성질에 의한 원초적인 문제로 한계가 있다는 것이 정설입니다. 불과 4~5년 전만 하더라도 40n이하 공정은 빛의 산란 및 회절때문에 불가능하다고 주장한 사람도 있었지만, 어찌어찌 30n 그 이하의 공정 기술도 실험실 수준에서는 가능해 졌습니다. 거기다 지금은 반도체를 만드는데 Si(실리콘)을 쓰지만 이보다 주기율표상에서 더 앞선 4족 원소인 C(탄소)를 쓰면 또 한 번의 혁신이 가능할 것으로 보고 있습니다. 그리고, 지금은 탑다운 방식(결국 리쏘에 의한 공정)으로 반도체를 만들지만, 나노스케일에서는 바텀업 방식으로 반도체 칩을 만들 수 있게 될지도 모르구요.
과거의 경험으로 기술의 발달 과정을 보면
기술의 소개
기술의 확장 및 적용
기술의 급격한 변화 종식
의 과정을 겪게 되는데
요즘 너도나도 연구하는 탄소나노튜브니 나노소자니 하는 것들은 지금 기술의 소개 과정에 있고(참조 소스:The next small thing, 포브스), 이것은 대략 1997년 부터 얼추 2025년까지로 보고 있습니다. 그리고 2081년 정도까지 나노 기술이 확대되어 실생활에 폭넓게 적용되고, 그 이후에는 그냥 자연스럽게 쓰게 되리라고 예측하고 있습니다. 일단 22세기가 오기 전에 지금은 뜬구름잡는 나노기술이 쓰일거라고 예상을 하고 있기는 한데...뭐 모르죠. 21세기 중반 혹은 후반에 어떤 새로운 기술이 소개될지, 22세기에는 또 어떨런지...
