‘다름’이 ‘소통’을 만든다

이영두 울산대학교 전기공학부 연구교수 / 기사승인 : 2021-07-12 00:00:37
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생활 속의 자연과학

우리가 사는 시대는 ICT(정보통신기술)의 시대다. ICT에서 C(통신)는 I(정보)와 T(기술)를 연결하는 매개 역할을 한다. 현대인의 일상에 있어 없어서는 안 될 기기로 사용되고 있는 스마트폰의 핵심기능은 무엇인가? 바로 통신이다. 만약 스마트폰이 통신이 되지 않는다면 스마트폰은 빛 좋은 개살구라 할 수 있다. 통신의 핵심기능은 연결에 있다. 정보를 주고받아 상호 연결되게 하는 것이다. 통신은 크게 유선통신과 무선통신으로 구분할 수 있는데, 전선 사용 유무가 그 구분의 기준이 된다. 과거 아메리카 원주민의 연기 신호, 조선시대의 봉화 등도 무선통신이라 할 수 있으나 일반적으로 전기신호를 사용하는 전기통신에 있어 전선을 매체로 사용하는 유선통신에 대비되는 개념으로서 무선통신이라고 부른다. 

 

무선통신은 전파의 발견으로부터 시작됐다. 19세기 중반 영국의 이론물리학자이자 수학자인 제임스 클러크 맥스웰은 전기장과 자기장이 공간에서 빛의 속도로 전파되는 파동을 이룰 수 있음을 증명하며 전파의 존재를 예견했고, 이어 19세기 후반 독일의 물리학자 하인리히 루돌프 헤르츠가 실험으로 전파의 존재를 입증했다. 전파는 전자기파의 줄임말로서 전자기장의 흐름에서 발생하는 전자기 에너지의 일종이다. 전기가 흐르게 되면 전기장과 자기장이 발생하게 되는데 이것이 주기적으로 상태가 바뀌면서 생기는 파동(wave)을 전자기파라고 한다. 햇빛도 적외선, 자외선 등이 모두 전자기파에 속한다. 

 

전파가 무선통신에 사용된 주된 이유는 매질 없이 공간에서 퍼져나갈 수 있다는 것과 그 전파 속도가 빛의 속도라는 것에 있다. 전파는 파동이므로 주파수라는 특성을 갖는데 국제전기통신연합(ITU)의 무선규칙에 따르면 통신을 위해 사용되는 전파를 라디오파(radio wa ve)로 지칭하고 3THz 이하로 규정하고 있다. 무선통신에서는 이 라디오파의 주파수에 정보를 담아 대상에게 전달한다. 그렇다면 이렇게 광범위하고 공간에 퍼져나가는 라디오파를 어떻게 특정한 대상에게 전달할 수 있는 것일까?

 

그 해답은 공진(resonance)에 있다. 전기신호에 있어 공진은 주파수 선택적 특성을 갖는 현상을 의미한다. 전기회로에서 사용되는 부품 가운데 인덕터(Inductor)와 커패시터(capacitor)를 이용하면 라디오파에서 특정 주파수만을 추출할 수 있다. 인덕터는 얇은 전선을 수없이 감아놓은 실패와 같은 형상을 한 전기부품으로 저주파수는 통과시키고 고주파수는 차단하는 성질이 있다. 반면, 커패시터는 2개의 도체판을 일정한 간격으로 떨어뜨려 놓은 구조로 돼 있는데 고주파수는 잘 통과시키고 저주파수는 차단한다. 즉, 인덕터와 커패시터는 주파수에 대해 서로 반대되는 성질을 갖는 것이다. 인덕터와 커패시터의 용량(ca pacity)에 따라 대상이 되는 주파수의 범위가 달라진다. 결국, 적절하게 두 부품의 용량을 적용하면 특정한 범위를 갖는 주파수를 얻을 수 있는 것이다. 반대되는 특성을 지닌 인덕터와 커패시터가 함께 공명해 주파수 선택적 작용을 하는 것을 전기신호에서 공진이라고 한다. 라디오파에서 특정 주파수에 공진하는 안테나를 사용하면 우리가 원하는 주파수만을 선택적으로 추출할 수 있다. 라디오가 대표적인 예다. 무선통신은 이러한 메커니즘을 기반으로 대상에게 특정한 주파수로 정보를 전송한다. 

 

▲ 인덕터 ⓒ위키피디아

 

▲ 커패시터 ⓒ위키피디아

무선통신의 기초가 되는 인덕터와 커패시터의 작용에는 자연의 원리 가운데 서로 반대되는 것이 만나 의미를 생산한다는 이채로운, 그렇지만 근본적인 원리가 담겨 있다. 동양사상 가운데 우주의 근원 개념으로 제시되며 음과 양이라는 서로 반대되는 성질을 가지는 것들의 정합으로 표현되는 태극과 결을 같이 한다. 서로 다르다는 것이 분쟁이 아니라 새로움을 낳는 만남이 되는 것이다. 무선통신은 소통하는 도구다. 하지만 그 기술의 기초에는 서로 반대되는 다름이 자리 잡고 있다. ‘다름’이 ‘소통’을 만드는 기술, 참 신기하다.

 

이영두 울산대학교 전기공학부 연구교수

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