[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. 상명대 조혜정 박사과정생, 한국미디어아트산업협회 최우수논문상 수상
  2. 2026년 3분기 충남북부지역 기업경기전망지수 상승...회복세는 제한적
  3. 천안법원, 흉기 들고 다니며 불안감 조성한 30대 남성 '징역 10월'
  4. 충남콘진원, 인디게임파크 2기 네트워킹 행사 개최
  5. 백석대, 고용노동부 미래내일 일경험 사업 규모 확대
  1. 충남혁신센터, 스타트업 성장의 기폭제 '배치(Batch) 6기' 본격 출범
  2. [주말사건사고] 폭염 여파 정전에 대전·충남 곳곳서 화재 발생
  3. 대전시, 산업단지 조성 전략 수정할까
  4. 윤태연 전건협 대전시회장, 옥천군에 고향사랑기부금 1000만원 전달
  5. MSI 2026 대전의 열기, 결승까지 이어간다… 한화생명 파이널 진출

헤드라인 뉴스


李정부 5극 3특 성장엔진 산업 발표 코앞…충청권 들러리 되나

李정부 5극 3특 성장엔진 산업 발표 코앞…충청권 들러리 되나

정부가 5극 3특 국가균형발전 전략에 따라 권역별 성장엔진 산업을 이르면 내달 발표할 전망인 가운데 충청권의 위기감이 커지고 있다. 반도체, AI 등 국가 핵심 산업 투자가 이미 영호남으로 대거 몰리면서 충청권은 들러리 신세가 되는 것 아니냐는 걱정이 앞선다. 반도체 생산 인프라 조성이 골자인 '3대 메가 프로젝트'가 호남으로 집중 배치 됐고 최근 산업통상부 지역 산업단지 AX(인공지능 전환) 지원 사업도 영남 쏠림이 뚜렷하기 때문이다. 이재명 정부 집권 2년 차 굵직한 국책사업 선정이 유독 충청권만 소외되는 기류가 짙어지고 있는데..

주요 시중은행 대출 조이자 주택 매수자 발등에 `불`
주요 시중은행 대출 조이자 주택 매수자 발등에 '불'

주요 시중은행이 주택담보대출 조이기에 나서면서 주택 매수자들의 발등에 불이 떨어졌다. 주택 매수를 위해 계약서를 작성했던 이들은 잔금 날을 앞두고 대출이 가능한 은행을 수소문하며 발을 동동 구르고 있다. 12일 금융권에 따르면 KB국민은행은 10일부터 전국 주택구입자금 목적의 주담대 한도를 기존 6억에서 3억으로 대폭 삭감했다. 시중은행이 주담대 한도를 3억으로 낮춘 건 이번이 처음이다. 당초 수도권을 대상으로 규제했던 금액이 전국으로 확대되면서 대전도 주택구입자금 대출이 최대 3억 원까지 한도가 조정됐다. 생애최초 주택구입자도 포..

충남대·공주대 통합 첫단추…14일 단일안 윤곽 나오나
충남대·공주대 통합 첫단추…14일 단일안 윤곽 나오나

충남대와 국립공주대의 대학 통합 논의가 다음 주 중대 분수령을 맞는다. 정족수 미달로 지난 9일 열리지 못한 충남대 통합위원회가 7월 14일 다시 개최돼 단일 교명과 대학본부 소재지 등 통합신청서에 담길 핵심 사항을 논의한다. 이후 구성원 의견수렴과 학내 심의 절차가 예정돼 있어 통합 추진 일정도 속도를 낼 전망이다. 12일 충남대 등에 따르면 통합위는 지난 9일 오후 제2차 회의를 개최할 예정이었지만 정족수를 채우지 못해 무산됐다. 통합위는 전체 위원 28명 가운데 과반인 15명 이상이 참석해야 회의를 진행할 수 있지만, 이날 참..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 폭염이 만든 풍경…지상은 ‘썰렁’, 지하는 ‘인산인해’ 폭염이 만든 풍경…지상은 ‘썰렁’, 지하는 ‘인산인해’

  • 불법 주차 차량 피해 중앙선 침범 ‘아찔’ 불법 주차 차량 피해 중앙선 침범 ‘아찔’

  • 폭우에 쏟아진 토사로 도로 통제 폭우에 쏟아진 토사로 도로 통제

  • 초복 앞두고 삼계탕 나눔 초복 앞두고 삼계탕 나눔