[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. 국립한밭대 연구자 11명, 세계 상위 2% 과학자 선정
  2. 대전 배추값은 낮아졌지만 속재료는 인상... 김장철 앞 부담 늘어날까
  3. 천안지역 택시 운수종사자 조합, 택시통합·행복콜 폐지 성토...'사회적 합의 우선'
  4. 청주 원도심 다시 잇는다… 공간·상권·생활에 새 활력 대혁신
  5. "부지 매입비 아끼고 주차난 푼다"…인천시, 공원 지하에 주차장 800면 조성
  1. 서산 석림동 아파트 화재로 주민 70여 명 대피, 재산피해 2,449만 원
  2. 대전 태평동5구역 재건축 사업 난항… 시공사 선정 문제에 조합 내부 갈등까지
  3. 허태정號 기조실장 '믿을 맨' 오나 친정체제 강화
  4. 멈춰 선 충남교육공무직 순환전보… 법적 판단이 분수령
  5. 서산 온가족축제, 추억의 교복부터 맷돌커피까지, 10월 31일 '레트로 여행' 떠난다

헤드라인 뉴스


`국가기관 집중` 세종, 2차 공공기관 이전도 촉각

'국가기관 집중' 세종, 2차 공공기관 이전도 촉각

44개 중앙행정기관의 세종 이전이 공식화된 가운데, 4분기 중 발표를 앞둔 2차 공공기관 지방 이전의 가능성에도 이목이 집중되고 있다. 세종시는 수도권 40개 공공기관을 중점적으로 유치 활동을 벌여왔는데, 기존 혁신도시 중심의 이전 검토에서 세종에 대한 안배를 어느 정도 고려할지 여부가 관건으로 꼽힌다. 14일 국무조정실 등에 따르면 정부는 수도권 공공기관 중 지방 이전 대상을 검토 중이며 올 4분기 발표할 계획이다. 앞서 2003년 첫 공공기관 이전에 물꼬를 튼 데 이어 두 번째 이전 계획이다. 1차 기관 이전에선 총 112개 기..

대전산단 등 3곳에 734억 기업투자… 제조·연구시설 확충 추진
대전산단 등 3곳에 734억 기업투자… 제조·연구시설 확충 추진

대전의 산업단지 3곳에 734억 원 규모의 기업 투자가 추진된다. 기존 산업단지 내 생산시설을 증설하거나 신규 산업용지에 제조·연구시설을 구축하는 것으로, 100명 이상의 신규 고용도 이뤄질 전망이다. 대전시는 14일 시청 중회의실에서 ㈜액스비스, ㈜파미, 한솔제지㈜ 등 3개 기업과 총 734억 5000만 원 규모의 투자 및 신규 고용을 위한 업무협약을 체결했다. 기업별 투자 규모는 액스비스 200억 원, 파미 295억 원, 한솔제지 239억 5000만 원이다. 신규 고용계획은 각각 45명, 39명, 20명으로 모두 104명이다...

이재명 대통령 두 번째 비서실장에 홍성 출신 임광현 국세청장
이재명 대통령 두 번째 비서실장에 홍성 출신 임광현 국세청장

충남 홍성 출신인 임광현(57) 국세청장이 이재명 대통령의 두 번째 비서실장으로 임명됐다. 강훈식 비서실장은 14일 오후 청와대 춘추관 브리핑을 통해 "풍부한 행정 경험과 정무 감각을 겸비한 경제관료 출신 정치인"이라며 "국회와 정부를 두루 경험한 만큼 국민 목소리를 국정에 더 크게 반영하고 당정청 협력으로 국정 성과에 속도를 낼 적임자"라고 밝혔다. 이어 "민생 회복과 사회 개혁에 대한 대통령의 주문을 실천하며 국민이 함께 잘사는 대한민국을 만들 것으로 기대한다"고 덧붙였다. 브리핑에 동석한 임광현 신임 비서실장은 "1995년 공..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 유성국화축제 ‘준비 착착’ 유성국화축제 ‘준비 착착’

  • 어르신들의 신중한 한수 어르신들의 신중한 한수

  • 기온 뚝…‘겉옷 챙기세요’ 기온 뚝…‘겉옷 챙기세요’

  • 구직자들로 북적이는 대전 일자리박람회 구직자들로 북적이는 대전 일자리박람회