[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. 장동혁 “무죄 추정 원칙 적용… 사과·절연 주장은 분열 씨앗”
  2. 세종시의원 예비후보 등록 행렬 "행정수도 변화 이끌 것"
  3. "행정수도 완성 우리가"… 세종시장 與 '탈환' vs 野 '수성'
  4. 홍순식, 세종시장 예비후보 등록 "선거 행보 본격화"
  5. 전북은행, 'JB희망의 공부방 제221호' 오픈식 진행
  1. [현장취재]대전크리스찬리더스클럽 정례회
  2. 박용갑 의원, 지방재정 안정 위한 ‘지방세법 개정안’ 대표발의
  3. [독자칼럼]태권도 역사 속에 국가유산 지정을 촉구한다
  4. 천안법원, 영업신고 않고 붕어빵 판매한 60대 여성 벌금형
  5. 제9회 지방선거 기초자치단체장 및 광역·기초의원 예비후보 등록

헤드라인 뉴스


"행정수도 완성 우리가"… 與 탈환 vs 野 수성 `혈투`

"행정수도 완성 우리가"… 與 탈환 vs 野 수성 '혈투'

6·3 지방선거를 100일 앞두고 세종시장 출마자들의 선거 레이스에 속도가 붙고 있다. 장차 행정수도를 이끌어 갈 '수장' 자리를 놓고 더불어민주당은 '탈환', 국민의힘은 '수성'의 목표로, 한치의 양보 없는 혈투가 예고된다. 특히 진보 성향이 강한 세종에서 탄생한 '보수 지방정부'가 이번 선거에서 자리를 지켜낼지, 현직 최민호 시장에 맞설 대항마가 누가 될지가 관전 포인트가 될 전망이다. 이 과정에서 조국혁신당과 개혁신당 시장 후보까지 다자구도가 연출될지도 관전 포인트다. 세종시 선거관리위원회 및 지역 정가에 따르면 제9대 지방선..

장동혁 “무죄 추정 원칙 적용… 사과·절연 주장은 분열 씨앗”
장동혁 “무죄 추정 원칙 적용… 사과·절연 주장은 분열 씨앗”

국민의힘 장동혁 대표는 20일 윤석열 전 대통령의 무기징역 선고와 관련, “아직 1심 판결이다. 무죄 추정의 원칙은 누구에게나 예외 없이 적용되어야 한다”고 밝혔다. “사과와 절연의 주장을 반복하는 것은 분열의 씨앗을 뿌리는 일”이라고도 했는데, 더불어민주당과 야당 등 당 안팎에선 “장동혁을 끊어내야 한다”는 등의 격앙된 반응이 나왔다. ▲“사과와 절연 주장은 분열의 씨앗”=장 대표는 이날 오전 국회 본청에서 기자간담회를 열고, “윤 전 대통령에게 무기징역이 선고됐다. 안타깝고 참담하다”면서도 “국민의힘은 줄곧 계엄이 곧 내란은 아..

세종시 합강동 `자율주행존` 절반 축소...선도지구 본격 조성
세종시 합강동 '자율주행존' 절반 축소...선도지구 본격 조성

2026년 세종시는 행정수도 완성의 발판 마련을 넘어 스마트시티 국가 시범도시 성공이란 숙제에 직면하고 있다. 인구 39만 의 벽을 허물고, 수도 위상의 특화 도시로 나아가는 핵심 기제 중 하나로 꼽히기 때문이다. 합강동(5-1생활권) 스마트시티 현주소는 아직 기반 조성 단계에 머물러 있으나 올해 본격적으로 추진 로드맵에 올라탄다. 논란을 빚은 '자율주행 순환존'은 절반 수준으로 축소될 전망이다. 핵심 권역인 선도지구 분양에 앞서 주변의 양우내안애 아스펜(698세대)과 엘리프 세종 스마트시티(580세대), LH 공공분양(995세대)..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • 제9회 지방선거 기초자치단체장 및 광역·기초의원 예비후보 등록 제9회 지방선거 기초자치단체장 및 광역·기초의원 예비후보 등록

  • 윤 전 대통령 1심 선고에 쏠린 눈 윤 전 대통령 1심 선고에 쏠린 눈

  • 고향의 정 품고 ‘다시 일상으로’ 고향의 정 품고 ‘다시 일상으로’

  • 대전시의회 임시회서 대전·충남통합 반대의견 가결 대전시의회 임시회서 대전·충남통합 반대의견 가결