[통합 의식 모델] #6 진동과 공명 체계

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2015년에 두 개의 자명종의 시계추가 동기화 되는 원리가 350년 만에 밝혀 졌다는 논문이 발표가 되었습니다. 350년전에 호이겐스(Huygens)가 그 현상을 발견했는데, 최근까지 왜 두 시계추가 움직이는 방향이 맞게 되는지 그 이유를 몰랐다고 합니다.

관련 기사: Clocks 'SPEAK' to each other: The mystery of how pendulum clocks self-synchronise their ticks is solved after 350 years
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-3176193/Clocks-SPEAK-Mystery-pendulum-clocks-synchronise-ticks-tocks-solved-350-years.html#ixzz5DDEeXCSy

그런데 말입니다. 이에 대한 원리가 벤의 책에 설명되어 있습니다. 참고로 벤의 책은 1970년대에 발간되었습니다. 사실 많은 부분들이 메이저가 아니라서 알려지지 않은 부분들이 많을 것입니다.

진동자(진자)는 주기적이고 규칙적인 방식으로 움직이는 어떤 물체를 말합니다. 대표적인 것이 시계추이죠. 지금은 전자시계나 소형시계가 많아졌지만 예전에는 집마다 시계추가 있는 큰 벽시계를 갖지고 있었죠. 진동하는 물체는 모두 진동자라고 할 수 있습니다.

진동자가 진동할 때마다 주위 환경을 변화시킵니다. 예를 들어 공기중에서 시계추가 움직이는 것을 생각해 보면 시계추의 움직임으로 공기가 밀려나가서 음파를 발생시키게 됩니다. 예는 매질이 공기를 들었는데, 매질이 세포 조직일 수도 있고, 물, 전기자장, 중력장 혹은 그 밖의 다른 것이 될 수도 있습니다.

벤은 바이올린을 가지고 두 개 이상의 시스템의 공명 현상을 설명합니다. 즉 두 개의 시스템이 어떻게 유사한 진동을 하게 되는지를 설명하고 있습니다.

[출처: 우주심과 정신물리학]

상황은 이렇습니다.

두대의 바이올린을 조율합니다.
한 대는 탁자에 그냥 올려 놓습니다.
다른 바이올린을 켭니다. 예를 들어 G선을 켭니다.
그러면 탁자위의 바이올린의 G선도 같이 울립니다.

이렇게 어떤 원인에 의해 두 대의 바이올린이 공명하는 현상은 오래전에 발견되었습니다. 어떤 이유로 두 바이올린은 서로 교감하는 공명 현상을 보이는 걸까요?

벤의 설명을 들어보시겠습니다.

활을 가지고 바이올린의 선을 하나 켜면, 그 선은 그것 본래의 진동수로 진동합니다. 이것을 자기 진동수 (self-frequency)라고 합니다. 여기서 두 대의 바이올린이 아주 정확하게 조율되어 있다면, 두 바이올린의 각 선의 고유의 진동수는 같을 것입니다. 이처럼 정확하게 조율되어 있는 조직체(여기서는 두 개의 바이올린의 경우)에서는 에너지 전달이 대단히 쉽습니다. 바이올린의 경우는 그 에너지는 소리, 즉 음파 에너지이죠.

소리 에너지가 전달되는 방식은 이렇습니다.

바이올린에서 G선을 켜자 공기의 파동이 발생합니다.
그 파동은 탁자위에 있는 바이올린에 가서 부딪칩니다.
방출된 음과 똑같게 조율된 탁자위 바이올린의 선은 우선적으로 그 파동 에너지를 흡수합니다.
에너지를 흡수할 수 있는 이유는 그 파동의 진동수와 자신의 고유 진동수가 같기 때문입니다.

두 개 이상의 동조된 진동자로 이루어진 체계를 공명체계라고 합니다.

이러한 공명체계는 많은 곳에서 볼 수 있습니다. 쉽게 발견할 수 있는 예가 벽에 걸려 있는 괘종시계들입니다. 추들이 서로 다르게 움직이고 있다가 시간이 지나면 추들이 마치 함께 묶여서 움직이듯 일제히 같은 방향, 같은 속도로 움직이는 것을 보게 될 것입니다. 단 여기서 시계들은 같은 벽에 붙어 있어야 하고, 추의 길이는 모두 같아야 합니다. 동조되는 이유는 파동 에너지가 벽을 타고 시계에서 시계로 전달되기 때문입니다.

[출처: 우주심과 정신물리학]