[사이언스 리뷰] 영화 타이타닉과 계산과학

  • 경제/과학
  • 기업/CEO

[사이언스 리뷰] 영화 타이타닉과 계산과학

이승미 한국표준과학연구원 양자기술연구소 책임연구원

  • 승인 2017-12-11 14:20
  • 신문게재 2017-12-11 22면
  • 방원기 기자방원기 기자
이승미
이승미 한국표준과학연구원 양자기술연구소 책임연구원
영화 '타이타닉'에서 배가 바다를 가를 때 흩어지는 기포, '라푼젤'의 출렁이는 머리카락, '겨울왕국' 엘사가 밟는 눈. 모두 실사가 아닌 컴퓨터 그래픽이다. 그런데도 실제 같거나 오히려 더 효과적이다. ('라푼젤'보다 더 머릿결이 좋은 여배우가 과연 현실에 있을까?) 이런 실감나는 화면은 어떻게 가능한 걸까? 바로 계산과학 덕분이다. '타이타닉' 개봉 당시 몇몇 계산과학자들은 오직 포말이 잘 구현되었는지 확인하려고 영화를 관람했다. 혹시 타이타닉이 바다 위를 지나는 단순한 장면에서 엉뚱하게 감탄사를 연발하는 관객이 있었다면 그 사람이 바로 계산과학자였을 확률이 크다. 바닷물 한 방울 당 얼마나 복잡한 수학계산이 들어가 있을지 상상하며 감탄하는 사람들이라니!

계산과학이란 컴퓨터 시뮬레이션으로 과학이나 공학 문제를 푸는 학문이다. 다리나 건물 같은 큰 구조부터 눈에 보이지 않는 원자 하나까지도 계산과학 연구대상이다. 무엇보다 계산과학은 연구 대상의 크기에 따라 각기 다른 계산방법론을 적용해야 한다. 건설하게 될 다리가 잘 견딜지 알려면 고전역학 시뮬레이션만으로도 충분하지만, 미시세계에서 일어나는 전자들의 움직임을 알려면 양자역학의 방법론이 필요하다. 내 전공은 10억분의 1미터인 나노미터(nm) 크기의 물질 연구에 적합한 양자계산과학이다.

신기하게도 물질은 너무 작아지면 그 성질이 바뀐다. 탄소를 예를 들어보자. 탄소는 우리 몸을 구성하는 기본 성분이기도 하지만 다이아몬드나 흑연은 모두 탄소로만 이루어져있다. 같은 탄소라도 나노크기로 작아지게 되면 놀랍게도 이전에 없던 다양한 성질이 나타난다. 흑연을 이루는 두 겹의 탄소 원자층에서 한 겹만 잘 벗겨내면 어떻게 될까? 분리된 얇은 한 겹의 탄소 원자층, 그것이 바로 2010년에 노벨물리학상까지 받은 그래핀이라는 신물질이 된다!

이 그래핀이란 물질은 전기와 열을 잘 전달하고 얇고 투명하기까지 해서 접히는 디스플레이 소재나 투명전극으로 활용될 수 있다. 길쭉한 관모양의 탄소나노튜브는 튜브 양끝의 모양에 따라 전기적 성질이 다양하기에 각기 다른 목적의 전자소자로 활용될 가능성이 있다. 이런 마법같은 성질들을 어떻게 알게 되었을까? 이것도 모두 계산과학의 힘이다. 계산과학자들은 당시에는 아직 존재하지도 않았던 다양한 탄소 나노구조체의 성질을 컴퓨터 시뮬레이션으로 예측했고, 실험과학자들은 나중에 합성과 측정으로 이를 직접 증명했다.

나노물질처럼 아주 작은 물질은 측정하기가 더 힘들다. 머리카락은 맨눈으로도 보이지만, 그보다 천분의 일이나 얇은 직경 10 nm 나노튜브는 전자현미경을 써야만 '볼' 수 있다. 찰나의 순간에 벌어지는 현상이거나 단 한 원자의 움직임이라 관측이 어렵거나 또는 합성하려는 물질이 유독해서 위험하다면, 이럴 때 양자계산과학이 더욱 빛을 발한다. 예를 들어 카드뮴이란 물질을 연구할 때, 직접 이 물질로 실험하다간 자칫 뼈가 물러지고 극심한 고통과 함께 온몸이 마비되는 끔찍한 이타이이타이병에 걸릴 수도 있다. 계산과학 연구자는 그런 걱정을 할 필요가 없다. 오히려 가능성 있는 모든 합성물질을 시뮬레이션한 후 실험연구자에게 최적의 성질을 가진 카드뮴 화합물 구조를 제공하게 된다. 계산과학은 이처럼 관측된 현상을 해석하거나 존재하지 않는 물질의 성질을 미리 예측하여 나노과학 발전에 기여한다. 나노계산과학과 실험측정, 실험합성은 나노과학을 떠받치는 세 개의 기둥으로, 서로를 보완하며 함께 발전한다. 앞으로 컴퓨터 하드웨어와 알고리즘이 더 발달할수록 양자계산과학은 더욱 신속하고 정확한 측정도구와 예측도구로 활용될 전망이다. 이승미 한국표준과학연구원 양자기술연구소 책임연구원

중도일보(www.joongdo.co.kr), 무단전재 및 수집, 재배포 금지

기자의 다른기사 보기

랭킹뉴스

  1. 충남교육청평생교육원, '전 직원 청렴다짐대회' 개최
  2. 천안직산도서관, 6월 북플렉스 '우리는 꼭 읽어주는 거야' 운영
  3. 천안시청소년복합커뮤니티센터, 대한민국청소년박람회서 성평등가족부장관상 수상
  4. 천안법원, 아산서 천안까지 음주운전 혐의 50대 남성 징역형
  5. 천안시청 김태기 선수, 철인3종 아시안게임 국가대표 최종 선발
  1. [박현경골프아카데미]레슨 프로들이 말하는 캐디를 내편으로 만드는 방법
  2. [중도일보-세종선관위 공동기획 '지방선거 포커스⑧'] 개표소 설비상황 점검
  3. "내가 총장후보 적임자" KAIST 새 총장 선임절차 '속도'
  4. 김정규 타이어뱅크 회장 파기환송심서 징역 3년 선고
  5. [프리즘] 견마지로(犬馬之勞)의 현대적 해석과 성과급 문제

헤드라인 뉴스


이제는 `23대 총선` 앞으로… 6·3 지선 충청권력 구도 개편

이제는 '23대 총선' 앞으로… 6·3 지선 충청권력 구도 개편

제9회 전국동시지방선거가 3일 막을 내리면서 충청 정가의 관심은 23대 국회의원 선거로 옮겨가고 있다. 다음 총선은 시기상조라는 관측도 있으나, 이번 지방선거 성적표를 받아든 여야 각 정당과 출마를 준비하는 인사들은 나름의 분석과 셈법 계산에 들어갔다. 금강벨트의 지방권력과 헤게모니를 쥐기 위한 23대 총선 경쟁이 어떻게 전개될지 주목된다. 이번 6·3 지방선거가 끝나면서 지역 정치권 시선은 23대 총선을 향하는 중이다. 물론 이번 지선에서 여야가 전략지인 금강벨트를 놓고 격렬하게 맞붙은 만큼 당분간 소강상태가 이어질 것이란 관측도..

[숏폼영상] 허태정, 4년 만에 대전시장 복귀… 시민 선택 받았다
[숏폼영상] 허태정, 4년 만에 대전시장 복귀… 시민 선택 받았다

제9회 전국동시지방선거 대전시장 선거에서 더불어민주당 허태정 후보의 당선이 확실시됐습니다.이날 허태정 선거캠프에는 지지자와 당 관계자, 선거운동원, 취재진 등이 대거 모여 개표 상황을 지켜봤습니다. 캠프 내부에는 개표 결과를 기다리는 긴장감이 감돌았지만, 시간이 흐를수록 허 후보의 우세가 이어지면서 참석자들의 기대감도 점차 높아졌습니다.당선이 확실하다는 소식이 전해지자 캠프는 순식간에 환호성으로 가득 찼습니다. 지지자들은 자리에서 일어나 박수를 치며 서로를 끌어안았고, 곳곳에서 "허태정"을 연호하는 목소리가 터져 나왔습니다.캠프에..

[한화에어로 참사] 세 번의 폭발 사고, 젊은 노동자 희생도 반복됐다
[한화에어로 참사] 세 번의 폭발 사고, 젊은 노동자 희생도 반복됐다

한화에어로스페이스 대전사업장에서 2018년과 2019년에 이어 올해까지 세 차례 폭발 사고가 반복된 가운데, 희생자 상당수가 20대 노동자였던 것으로 확인됐다. 방산 제조 현장의 사망사고가 되풀이되는 동안 그 피해는 생산 현장에 투입된 젊은 노동자들에게 집중됐다. 3일 과거 한화에어로스페이스 사망사고 판결문 등을 종합한 결과, 2018년과 2019년, 2026년 세 차례 폭발 사고로 숨진 근로자 13명 가운데 8명이 20대였다. 전체 사망자의 60%가 넘는다. 여기에 올해 사고에서 전신 화상을 입은 중상자 1명도 20대인 것으로 파..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 지방선거 끝…선거벽보 철거 지방선거 끝…선거벽보 철거

  • 분주한 개표소 분주한 개표소

  • 허태정 대전시장 후보 당선 ‘확실’ 허태정 대전시장 후보 당선 ‘확실’

  • 출구조사에 ‘엇갈리는 희비’ 출구조사에 ‘엇갈리는 희비’