최근에 발표된 논문(T. Shinbrot and F. J. Muzzio, Phys. Rev. Lett. 81, 4365 (1998))에 의하면 모래상자 안에 물체를 넣고 흔들면 무거운 물체는 떠오르고 가벼운 물체는 가라앉아 마치 중력법칙을 무시하는 듯한 결과를 보인다고 한다. 이런 현상은 모래와 같은 소위 알갱이 물질(granular material)에서 일어나는 복잡한 현상의 일례라고 하겠다.
모래는 흔들면 "흘러" 내리기는 하지만 유체는 아니기 때문에 물체의 무게를 지탱할 수 있는데, 그렇다고 해서 고체도 아니다. 알갱이 물질의 흐름(granular flow)은 전자재료, 기름, 가스, 제지, 유리제조, 농업 등의 산업에서 중요한 역할을 한다.
즉, 이들 산업에 사용되는 염료, 의약품, 가공식품 등은 혼합고체인데 제조 유통과정에서 심하게 흔들리게되는 경우가 많아서, 흔들리더라도 잘 섞인 상태를 유지하는 것이 중요하기 때문이다. 하지만 물리학자들은 이러한 알갱이 물질의 가장 간단한 거동도 아직 방정식으로 설명하지 못하고 있다.
미국 뉴저지주 Rutgers 대학의 T. Shinbrot는 "우리 연구에서 다루는 실험은 세살 짜리 어린애도 할 수 있는 것들이다. 하지만 우리 물리학자들은 실험 결과를 설명할 수가 없다."라고 말한다.

알갱이 물질과 관련하여 물리학자들이 관찰한 여러 가지 이상한 현상 중에는 "브라질 땅콩" 효과라는 것이 있다.
깡통 속에 크기가 여러 가지인 땅콩을 넣고 흔들면 가장 큰 것들만 위로 올라오는 현상이다. 이러한 현상에 대한 설명으로는 깡통을 흔들면 땅콩들의 대류(convection)가 일어나는데, 용기 벽 주변의 좁은 띠와 같은 영역에서는 물질들이 계속 가라앉는 곳이 생기고, 용기 벽에서 떨어진 곳에서는 물질들이 위로 올라가게 된다는 것이다.
즉, 큰 땅콩들은 용기 벽 주위에 형성된 가라앉는 좁은 띠에 비해서 너무 크기 때문에 가라앉지 못하고 위에 갇혀 버리게 된다는 것이다. 하지만, Shinbrot와 그의 Rutgers 대학 동료인 F. Muzzio는 이와는 다른 현상을 발견했는데, 가라앉고 떠오르는 현상이 물체의 크기가 아닌 밀도와 관련이 있다는 것이다. 이들은 플라스틱으로 만든 부활절 달걀에다가 서로 다른 양의 쇠 조각을 채운 후에 아주 고운 유리가루 위에 놓고, 약 10 Hz 정도의 주파수로 심하게 흔들었다. 그랬더니 크기가 같은데도 불구하고 무거운 달걀은 위로 떠올랐고 가벼운 달걀들은 바닥으로 가라앉아 버렸다.
이러한 현상에 대해서 Shinbrot와 Muzzio는 무거운 물체는 관성이 크기 때문에 흔들 때마다 부드럽게 약간씩 들려지게 되고, 이때 주변에 있는 가루가 이 물체의 밑으로 들어갈 수 있게 되어 결국은 위로 밀려 올라간다는 것이다. 가벼운 물체는 주변의 입자들과 비슷하게 쉽게 흔들리게 되고 따라서 주위의 입자들이 밑으로 흘러 들어갈 기회가 적어진다는 것이다.
이들은 이러한 계의 일차원 모델에 대한 컴퓨터 시뮬레이션 결과가 이런 설명을 뒷받침한다고 한다.

인터넷(http://focus.aps.org/ v2/st26.html)에서 이 실험과 관련된 비디오 파일을 볼 수 있다

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우주의 기원이 어떻고 빅뱅이 어떻고 이미 다 아는 것처럼 논문들이 나와있지만, 정작 주변에서 흔히 보이는 현상을 설명할수 없다니 신기하군요.

아침에 일어나 밥먹고 소화시키다가 심심해서 퍼옴다. 출처는 정재승의 과학콘서트.....일거에요.