[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. 대전 트램 급전 방식 논란 여전…공론화 필요 목소리
  2. 예산군, 가을 축제 잇따라 개최… 행사장 안전관리 강화
  3. 정년 후 재고용, 이제 회사 마음대로 못한다?… 대법 "관행 따져야"
  4. 예타 막힌 대전 나노반도체 국가산단…몸집 줄여 재도전
  5. (종합)충남대·공주대 통합교명 ‘충남대’… 대전·공주에 통합본부 둔다
  1. 황운하 "대전중수청 이전 홍보는 몰염치"… 민주당에 쓴소리
  2. 대전 유성구 주민 기획 13개 동 '마을 축제' 개최
  3. ‘한 대학 두 본부’…충남대·공주대 통합 이후 모습은…
  4. 대전 복용동 염소 축사서 화재…일대 정전 복구중
  5. 원도심 인구 감소 대응위한 도심형 모델 개발 필요

헤드라인 뉴스


대전 트램 급전 방식 논란 여전…공론화 필요 목소리

대전 트램 급전 방식 논란 여전…공론화 필요 목소리

대전시가 추진 중인 도시철도 2호선 트램의 급전 방식을 둘러싼 논란이 여전하다. 친환경 수단이자 무가선 운행이 가능한 수소 연료 전지 방식이 채택됐지만, 국내 첫 도입 사례인 만큼 안전성 우려가 가시지 않기 때문이다. 뿐만 아니라 수소 생산·충전 시설 조성에 따른 막대한 예산 투입과 연간 운영비도 400억 원가량 소요될 것으로 예상 되는 점도 부담이다. 설상가상 공기 지연으로 트램 개통마저 미뤄진 가운데, 지금부터라도 급전 방식의 적정성을 따져보기 위한 공론화가 필요하다는 목소리가 커지고 있다. 18일 중도일보 취재결과, 대전시는..

대전 프로스포츠 5인방, 아시안게임 금빛 도전
대전 프로스포츠 5인방, 아시안게임 금빛 도전

2026 아이치·나고야 아시안게임이 한 달여 앞으로 다가오면서 대전 연고 프로스포츠 선수들의 금빛 도전에도 관심이 쏠린다. 프로야구 한화 이글스에서는 노시환과 문현빈이 태극마크를 달고, 왕옌청은 대만 대표팀 유니폼을 입는다. 여자배구는 정관장 소속 박여름과 박은진이 대표팀 명단에 이름을 올리며 대전을 대표해 국제무대에 나선다. 한화에서는 노시환과 문현빈이 한국 야구대표팀 최종 명단에 포함됐다. 노시환은 내야수, 문현빈은 외야수로 대표팀 타선에 힘을 보탤 전망이다. 한국 야구대표팀은 2010 광저우 대회부터 2014 인천, 2018..

민주당 김민석 신임 대표, 행정수도 과업 완성할까
민주당 김민석 신임 대표, 행정수도 과업 완성할까

더불어민주당 신임 김민석 대표가 국책사업이자 역사적 대의인 '행정수도 완성'에 견인차 역할을 할지 주목된다. 행정수도 완성을 국정 과제로 채택한 이재명 정부의 첫 총리를 지냈고, 총리 세종 공관과 정부세종청사를 오가며 누구보다 행정수도의 의미와 가치를 잘 알고 있기에 기대를 모은다. 당 대표 선거 과정에서도 하반기 정기국회 내 '행정수도특별법' 제정안의 당론 채택과 통과를 공언한 바 있다. 해당 법안 통과가 여·야 합의에 의한 중차대한 사안인 만큼, 김 대표의 의지만으로 실현될 수 없다는 점은 아킬레스건으로 남아 있다. 국민의힘 장..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 다시 찾아 온 폭염…참새들의 ‘여름 피서’ 다시 찾아 온 폭염…참새들의 ‘여름 피서’

  • 을지훈련 시작…비상급식 체험 을지훈련 시작…비상급식 체험

  • 더불어민주당 신임 당 대표에 김민석 더불어민주당 신임 당 대표에 김민석

  • 민주당 전당대회서 고공 시위 민주당 전당대회서 고공 시위