사과는 전체적으로 구형으로 꼭지가 달린 부분만 쏙 들어간 형태이다. 이 형태가 형성된 과정을 블랙홀의 중심이나 빅뱅 우주의 출발점을 계산하는 ‘특이점’이란 개념으로 설명한 연구 결과가 발표됐다. 특이점이란, 다른 지점에서 들어맞던 물리·수학적 법칙이 적용되지 않는 지점이다.
락쉬미나라야난 마하데반 미국 하버드대 물리학과 교수팀은 사과 100개를 수집해 성장 단계에 따라 단면의 모양을 분석했다. 사과의 지름이 1.5cm 미만일 때는 움푹 들어간 부분이 관찰되지 않았지만, 3cm 이상이 되자 움푹 들어간 부분이 명확하게 나타났다.
연구팀은 이 부위를 사과의 특이점으로 보고 유한요소법을 적용한 수치 모델을 이용해 사과에서 특이점이 형성되는 과정을 추적했다. 사과가 풍선과 같이 팽창하는 물질이라 가정하고 씨앗이 있는 중심부는 팽창률을 작게, 과육 부분에는 크게 적용해 시뮬레이션한 결과, 실제 사과와 똑같은 움푹 들어간 모양이 생겼다. 그리고 시간이 지나면 스스로 부풀어오르는 젤을 이용한 실험으로도 똑같은 결과를 얻었다.
마하데반 교수는 “주변에서 쉽게 보는 물건인 사과에서도 특이점을 발견할 수 있다”며 “사과 꼭지 주변의 성장을 제한하는 화학 신호를 밝히는 추가 연구가 필요하다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 물리학’ 10월 4일자에 발표됐다. doi: 10.1038/s41567-021-01335-8
