조안 쿠체라-모린: 알로스피어(AlloSphere) 여행

알로스피어입니다. 이것은 울림이 없는 방에 위치한 3층짜리 금속 구입니다. 대략 알로스피어는 슈퍼컴과 연결되어 동적으로 변화하는 커다란 디지털 현미경으로 생각할 수 있습니다. 20명의 연구자들이 금속 구 안을 가로지르는 다리 위에 서서 데이터와 완전히 하나가 될 수 있습니다.

상상해보세요. 한 팀의 물리학자들이 원자의 내부에 서서 전자의 스핀을 보고 듣는 것을. 상상해 보세요. 조각가 그룹이 원자의 격자층 안에서 그들의 재료를 가지고 조각하는 것을. 상상해 보세요. 한 팀의 외과의들이 두뇌 속을 실제 세계처럼 날아다니며 조직을 풍경처럼 보고 혈액 농도 수준을 음악처럼 듣는다고. 이제 여러분들이 보게 될 몇 가지 연구는 알로스피어를 통해 수행된 것입니다.

그전에 먼저 함께 일하고 있는 예술가, 과학자, 엔지니어 그룹에 대해 말씀드려야겠군요 저는 오케스트라로 훈련된 작곡가이며, 알로스피어를 발명했습니다. 저의 시각 예술 동료들과 저는 시공간을 아우르는 복잡한 수학적 알고리듬을 시각적, 음향적으로 표현했습니다. 저의 과학자 동료들은 정보 속에서 새로운 패턴을 찾고 있습니다. 그리고 저의 엔지니어 동료들은 이런 종류의 데이터 탐험을 위해 세상에서 가장 큰 동적인 컴퓨터 중 하나를 만들고 있습니다. 저는 여러분들에게 다섯 가지 연구 프로젝트를 알로스피어로 보여드릴 것이며, 이 프로젝트들은 육안으로 볼 수 있는 생물학적 데이터에서부터 전자의 스핀에 이르는 탐험으로 안내할 것입니다.

첫 번째 프로젝트는 알로브레인 (AlloBrain) 이라는 것입니다. 이것은 아름다운 것을 감상할 때 두뇌의 어떤 영역이 상호작용하는가를 알아냄으로써 아름다움을 계량화하기 위한 우리의 시도입니다. 여러분은 제 동료의 대뇌피질 속을 날고 있습니다. 이것은 실제 FMRI 데이터를 시각적, 음향적으로 매핑한 것입니다. 이제 두뇌는 우리가 날아다니면서 상호작용할 수 있는 세계입니다. 여러분과 함께 두뇌 속을 날고 있는 작은 사각형들은 12개의 지능형 컴퓨터 에이전트로 혈액 농도 수준을 측정하고 있습니다. 그리고 그 결과를 여러분에게 소리로 전달하죠. 더 높은 농도 수준이 의미하는 것은 두뇌의 그 지점이 더 활발하게 활동한다는 거죠. 이 농도를 실제 노래처럼 들려주게 되는데, 더 높은 농도는 더 높은 음정으로 매핑됩니다.

이제 실제 생물학적 데이터 다음으로 보여드릴 예술적이면서 과학적인 연구 프로젝트는 인공 자연을 창조하는 생물 발생 알고리즘입니다. 이 예술적이며 과학적인 프로젝트에서 생물발생 알고리듬은 우리가 자가 발생과 성장을 이해하는데 도움을 줄 것입니다. 나노 규모의 과학에서 매우 중요한 시뮬레이션입니다. 예술가들에게는 발견하고 탐험할 수 있는 새로운 세계를 만들어 줍니다. 이 발생 알고리듬은 시간이 지남에 따라 성장하고, 곤충떼처럼 상호작용하고 의사소통합니다. 우리 연구자들은 창조물들을 자라도록 만드는 컴퓨터 프로그램의 한 종류인 박테리아 코드를 주입하여 데이터와 상호작용을 하고 있습니다. 자 이제 생물학적이고 육안으로 볼 수 있는 세계를 떠나, 원자의 세계로 들어가 원자들의 격자 안을 날아 봅시다. 이것은 반도체 조명/에너지 센터의 제 동료로부터 얻은 실제 원자간력현미경(AFM)의 데이터입니다. 그들은 투명한 태양 전지에 사용될 수 있는 새로운 결합과 물질을 발견했죠.

지금 우리는 2,000개의 산소, 수소, 아연 원자들의 격자 사이로 날고 있습니다. 지금 삼각형 속의 결합을 보고 있습니다. 저것은 하얀 수소 원자 하나와 결합하고 있는 파란 아연 원자 네 개입니다. 우리 예술가들이 과학자들을 위해 만든 유선(流線)을 통해 전자가 흐르는 것을 보고 계십니다. 어떤 원자 격자에서도 결합 노드를 찾을 수 있게 해줍니다. 아름다운 구조 예술이라고 생각합니다. 듣고 계신 소리는 실제 이 원자들이 방출하는 스펙트럼입니다. 그것들을 가청 영역에 매핑했죠. 여러분께 노래를 들려주고 있습니다. 산소, 수소, 아연은 고유의 음악적 특성을 가지고 있습니다. 자 이제 아래로 더 깊숙히 들어가겠습니다. 원자들의 격자를 지나 수소 원자 하나에 도달합니다.

우리는 3차원 시간-종속 슈뢰딩거 방정식의 수학적 계산을 위해 물라학자 동료들과 일하고 있습니다. 여러분은 지금 수소 원자의 하위 궤도 3개에서의 전자의 중첩을 보고 계십니다. 실제로 전자가 이 선을 따라 흐르는 것을 보고 들을 수 있습니다. 하얀 점들은 확률파동으로 어떤 주어진 시간과 공간 조건에서 전자가 이 세 개의 궤도 어디에 있는지 보여주는 것입니다. 잠시 후에 궤도 2개로 구성된 모습을 보여드릴 것입니다. 이제 맥박과 같은 파동을 보실 수 있을 것입니다. 그리고 소리 중간중간에 기복이 있는 것을 들을 수 있으실 겁니다. 이것은 사실 발광기입니다. 소리는 진동하고 수축하기 시작함에 따라 우리 물리학자들은 언제 광자가 방출될 지 알 수 있습니다.

그들은 이 계산에서 새로운 수학적 구조를 발견하기 시작되었습니다. 그리고 양자수학에 대해 이해도 증가하고 있습니다. 더욱더 아래로 내려가 보겠습니다. 이것은 한 개의 전자 스핀입니다. 이것이 보여드릴 마지막 프로젝트입니다. 양자계산센터와 스핀트로닉스(Spintronics)의 동료들이 레이저를 이용하여 단일 전자 스핀의 결깨짐(decoherence)을 실제로 측정하고 있습니다. 우리는 이 정보를 가져와서 수학적 모델을 만들었습니다. 여러분은 실제로 양자 정보가 흐르는 것을 보고 들을 수 있습니다. 이것은 양자 컴퓨터 시뮬레이션의 다음 단계와 정보 기술을 위해 매우 중요합니다.

여러분께 보여드린 이런 간략한 사례들은 캘리포니아 대학 샌타 바버라에서 우리가 수행하고 있는 프로젝트에서 어떻게 예술, 과학, 공학을 한 데 접목시켜 수학, 과학, 예술의 새로운 세계를 창조하고 있는지 아이디어를 줄 것입니다. 우리는 여러분 모두가 알로스피어를 보러 오길 바랍니다. 우리가 샌터바버라에 구축한 독특한 도구를 새로운 방식으로 사용할 수 있는 영감을 주십시오. 감사합니다. (박수)