[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. 아산시, 1조원대 'AI모빌리티' R&D사업추진심사 대상 지정
  2. [독자칼럼]방학 중 아동 식사·돌봄 공백, 복지 사각지대 해소를 위한 과제
  3. 농협중앙회 대전지역본부-한국새농민 대전시회, 협력농장 벼 수확 행사
  4. ‘운동하기 딱 좋은 날씨네’
  5. 전국장애인체전 개막 D-7… 세종시, 역대 최다 메달 정조준
  1. 인미동 "대전·충남행정통합, 시민과 함께 답 찾아가야"
  2. 세종시 사격팀 맹위… 전국장애인체전서 메달 싹쓸이
  3. 천안 K-컬처박람회, 주말 맞아 '가족·한류 맞춤형' 콘텐츠 쏟아진다
  4. 중기중앙회, '옐로우 플리마켓' 참여 소기업·소상공인 모집
  5. [현장취재]제27회 사회복지의 날 기념 2026 대전사회복지대회

헤드라인 뉴스


박용갑 의원 "간병 파산·살인 해결 위해 간병비 급여화 필요"

박용갑 의원 "간병 파산·살인 해결 위해 간병비 급여화 필요"

‘간병 파산과 간병 살인’ 등 과도한 간병비 부담으로 인한 사회적 문제를 줄이기 위한 이른바, '간병비 3법'이 발의됐다. 국회 보건복지위원회 더불어민주당 박용갑 의원(대전 중구)이 6일 대표 발의한 의료급여법과 국민건강보험법, 상속세 및 증여세법 개정안으로, 환자와 가족의 부담을 덜기 위해 간병비를 급여화하는 게 핵심이다. 박 의원실이 제공한 국회입법조사처와 보건복지부 자료에 따르면, 환자와 보호자가 간병비로 지출한 비용은 2008년 3조 6000억원에서 2018년 8조원을 넘었고, 2025년 연 10조원을 웃돌 것으로 예상했다...

[논산다문화] 논산시, 탑정호의 밤, 빛과 음악으로 물들다
[논산다문화] 논산시, 탑정호의 밤, 빛과 음악으로 물들다

논산시 탑정호의 밤하늘이 화려한 빛으로 물들며 관광객들의 발길을 사로잡고 있다. 낮에는 평온한 호수의 매력을, 밤에는 빛과 음악이 어우러진 환상적인 경관을 선사하는 탑정호는 지역 관광의 새로운 명소로 자리 잡고 있다. 탑정호의 야경은 형형색색의 분수가 어둠 속에서 일제히 솟구치며 시작된다. 중앙의 대형 물기둥은 하늘을 찌를 듯한 기세로 치솟아 관람객들의 시선을 사로잡는다. 붉은색, 노란색, 파란색 조명이 잔잔한 수면 위에 번지며 탑정호를 거대한 무대로 변모시킨다. 특히 호수 뒤편으로 길게 뻗은 출렁다리의 은은한 조명은 분수쇼와 어우..

천안법원, 장기요양급여비용 부정 수급한 요양원 대표 벌금형
천안법원, 장기요양급여비용 부정 수급한 요양원 대표 벌금형

대전지법 천안지원 형사3단독은 근무하지 않은 딸 명의이용 부정 수급해 노인장기요양보험법위반 혐의로 기소된 A씨에게 벌금 300만원을 선고했다. 6일 법조계에 따르면 서북구 한 요양원 대표 A씨는 2022년 7월 자신의 딸이 실제로 사회복지사 업무를 수행하지 않았음에도 인력추가배치가산금을 7회에 걸쳐 신청하면서 1971만1090원을 지급받아 거짓이나 부정한 방법으로 장기요양급여비용을 청구한 혐의로 재판에 넘겨졌다. 강태규 부장판사는 "피고인은 국민건강보험공단을 기망해 장기요양급여비용을 부정 수급했다"며 "이러한 범죄는 국민건강보험공단..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘운동하기 딱 좋은 날씨네’ ‘운동하기 딱 좋은 날씨네’

  • ‘자전거 안전하게 탑시다’ ‘자전거 안전하게 탑시다’

  • 추석 앞두고 벌초 한창인 국립대전현충원 추석 앞두고 벌초 한창인 국립대전현충원

  • 수능 전 마지막 모의평가…집중하는 수험생들 수능 전 마지막 모의평가…집중하는 수험생들