맥스웰의 제자, 포인팅 이야기

뇌속 신경망도 전자기파의 흐름?

맥스웰 방정식과 전자기파

과학자 맥스웰은 전자기파는 물론 모든 전자기 현상을 설명 가능한 편미분 방정식을 만들어냅니다. 따라서 맥스웰방정식은 레이다나 안테나 설계에도 쓰이고 정밀 광학 설계에도 쓰입니다.

존 헨리 포인팅

그리고 맥스웰의 제자였던 포인팅(Poynting)은 전자기파의 에너지 흐름을 설명하는 포인팅 벡터 방정식이라는걸 만들어 냅니다.

외적을 사용하는 포인팅 벡터 방정식

바로 이거죠. 전기장과 자기장이 직교하는 곳이면 어디서나 에너지 흐름이 일어남을 의미하는 벡터방정식 입니다.

배터리에서의 전기장

폐회로가 없는 배터리의 경우 전기장은 나오지만 직교하는 자기장이 없어서 전기적인 에너지 흐름이 없습니다.

직류회로 에서의 에너지 흐름

하지만 배터리에 도선으로 꼬마전구를 연결하면 배터리와 전구가 형성하는 전기장과 도선에 흐르는 전류가 만들어내는 자기장이 직교하면서 포인팅벡터가 만들어져 배터리에서 전구로 에너지 흐름이 일어나게 된다고 합니다.

교류회로 에서의 에너지 흐름

놀라운건 직류뿐 아니라 교류에서도 마찬가지현상이 생기는데 전류의 방향이 바뀌어도 포인팅벡터에 의한 에너지 흐름은 항상 배터리에서 전구를 향한다고 하네요.

도선상의 전자입자들의 이동 또는 압력으로 전위차가 발생해 전류가 흐르게 된다는 회로이론적 설명은 전기에너지의 흐름을 설명하기엔 반쪽짜리 이론일 뿐이라는 이야기가 됩니다. 

- 결국 도선에 흐르는 전류도 전자 입자보다는 본질적으로는 파동에 더 가깝게 거동한다는 이야기가 되겠습니다.

- 대서양을 연결하는 해저케이블을 처음 깔때 저 현상이 밝혀졌다고 합니다.

회로이론적으로는 도저히 설명이 안되게 전기가 안흘렀기 때문이죠.

심지어 모르스부호 조차도 보내기 힘들었다고 합니다.

- 나중엔 전기를 파동적으로 전송함으로써 문제를 해결하고 해저케이블은

지구를 반바퀴 돌아 고종황제때 우리나라 거문도까지 이어집니다.(영국의 불법 점유였긴 하지만요~)  

- 학부시절 전자기학책에 저 포인팅벡터가 떡하니 한챕터 들어있었지만

저런 진짜 물리적인 의미를 알려주는 사람은 아무도 없었다는 .. --; 

- 동축케이블(Coaxial Cable)은 피복에 쉴드를 감싸서 아예 이런 전자기파적 에너지 흐름의 효율을 더욱 높인것일 테구요.

- 테슬라의 무선 전력 전송도 포인팅벡터 측면에선 이해가 가는 시도였던 것이죠 .

- 인간의 뇌에서 발생하는 뇌파도 파동임을 감안해 본다면.. 

혹시 뇌속 뉴런의 전기적 작동방식도 뉴런과 시냅스 회로내에서 뿐 아니라  

전자기파적인 거동으로 좀더 wireless하게(그리고 광범위하게) 일어나는것은 아닐까요?

- 2세대 신경망보다 실제 두뇌모델에 더 가깝다는 spiking neural network 도 

그런관점에서 해석하면 현재보다 더 안정적인 지도학습 알고리즘이 만들어지는건 아닐까요?

- 어쩌면 의식을 다루게 될 미래의 강한 인공지능을 만들기 위해선

유선망 스러운 신경망 방정식(backprop 편미방) 뿐만 아니라 아니라 

파동망 스러운 맥스웰 방정식을 풀어야 할지도 모르겠다는 ...!