[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. 세종시, 27년 정부 예산안에 1.83조 반영… 미완의 과제는
  2. 경찰청장 대규모 전보 인사… 충청권 충남 이서영·충북 박종섭 임명
  3. 대전 국비 반영 '역대 최대'에도…어린이재활병원·중수청 등 확보 노력 절실
  4. '중수청·공소청·경찰청·통일부·외교부'도 세종행 초읽기
  5. 자동차와 예당호가 만난다
  1. [르포] 신호에 쫓기는 노인들…전통시장 횡단보도 ‘아슬아슬’
  2. 충청권 첫 '국비 30조 시대' 열었다…핵심 현안 추진 탄력
  3. 국정자원 화재서 드러난 ‘배터리 정보 공백’… 3일부터 소방 자료조사 강화
  4. 대전시체육회 사무처장에 허태정 측근 윤종수…정치권 인사 논란
  5. 제7회 대전여성영화제 We Light, We Reflect : 우리는 서로를 비추고

헤드라인 뉴스


2차 공공기관 이전안 4분기 윤곽… 세종 유치 가능성은?

2차 공공기관 이전안 4분기 윤곽… 세종 유치 가능성은?

정부가 2027년 공공기관 2차 이전을 추진하기로 하면서, 세종시도 행정수도 기능 강화를 뒷받침할 공공기관 이전 대상에 촉각을 세우고 있다. 올 4분기 내 발표가 예고된 공공기관 이전은 혁신도시를 중심으로 이뤄질 전망이지만, 43개 중앙행정기관과 16개 국책연구기관을 품고 있는 세종으로선 이전 연계 시너지를 기대하고 있다. 시는 현재 입주한 공공기관 26곳에 더해 기관 간 집적화 시너지를 극대화할 수 있는 유치 전략을 검토하며 실무 작업에 힘을 쏟고 있다. 이에 따라 향후 어떤 기관들이 세종에 추가로 자리 잡을지 주목된다. 3일 세..

전세 밀어내는 월세… 충청권 아파트도 ‘월세화’ 가속
전세 밀어내는 월세… 충청권 아파트도 ‘월세화’ 가속

주택 임대차 시장의 '전세의 월세화'가 수도권을 넘어 충청권을 비롯한 지방으로 빠르게 번지고 있다. 원룸이나 빌라 등 비아파트에서 주로 나타났던 월세 중심의 임대차 구조가 아파트까지 확산하는 모습이다. 충청권에서는 대전과 충남·북의 아파트 월세 거래가 이미 전세를 넘어섰다. 전세 물량이 줄어드는 가운데 대출 규제와 금리 부담까지 겹치면서 목돈이 필요한 전세 대신 월세나 반전세를 선택하는 수요가 늘어난 영향으로 풀이된다. 3일 부동산업계 등에 따르면 지난해 전국 아파트 전월세 거래 114만 7423건 중 월세는 53만9028건으로 4..

`중수청·공소청·경찰청·통일부·외교부`도 세종행 초읽기
'중수청·공소청·경찰청·통일부·외교부'도 세종행 초읽기

법무부와 성평등가족부의 세종시 우선 이전에 이어 통일부와 외교부도 2029년과 2033년 세종 대통령실·국회의사당 완공 시점 사이에 추가 이전 대상에 오른다. 행정안전부 소속 중대범죄수사청(6대 범죄)과 경찰청, 법무부 소속 공소청(공소·영장 청구) 역시 행정수도 완성 취지에 따라 세종시에서 신청사를 연다. 앞서 언급한 '법무부·성평등부' 아전 관련 기사는 본보의 해당 기사 링크()를 통해 확인 가능하다. 윤호중 행정안전부 장관은 3일 오전 11시 정부서울청사에서 행정·공공기관 이전 및 공공기관 기능개혁 관련 기자회견을 갖고, 이..

실시간 뉴스

지난 기획시리즈

  • 정치

  • 경제

  • 사회

  • 문화

  • 오피니언

  • 사람들

  • 기획연재

포토뉴스

  • ‘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

  • 대전신세계 개점 5주년…베어 벌룬과 ‘찰칵’ 대전신세계 개점 5주년…베어 벌룬과 ‘찰칵’