유체역학은 무엇인가

이렇게 흘러가는 세상 - 영화부터 스포츠까지 유체역학으로 바라본 세계
송현수 지음 / Mid(엠아이디) / 2020년 3월

“문송합니다.”라는 인터넷 용어가 있다. 문과라서 죄송합니다의 줄임말로, 문과 출신이라서 취직이 안된다라는 뜻으로도 쓰이고, 고등학교 수준의 과학이나 수학 지식이 없음을 자조할 때 쓰인다. 문송한 나도 유체 역학의 정의를 이 책을 통해 정확히 알게 되었다. 모든 액체와 기체를 합쳐 유체라 부르고, 흐를 류流를 쓰는 것처럼 이런 액체와 기체의 특성과 움직임을 연구하는 학문이었다. 그렇다면 유체 역학을 알고 있는 사람에게 세상은 어떻게 보일까?

영화 『겨울왕국』의 눈보라가 휘몰아 치는 장면, 『인터스텔라』에서 하늘까지 닿는 듯한 파도, 『해운대』에서 쓰나미가 몰려오는 장면. 모두 유체 역학의 한 분야다. 유체에 영향을 주는 압력, 속도, 점도, 밀도 등의 상관 관계를 통해 1800년대 프랑스의 천재 공학자 클로드 루이 나비에와 영국의 천재 수학자 조지 스토크스는 『나비에-스트로크 방정식』을 도출해냈다. 이 방정식은 지금도 일반해가 풀리지 않는 수학계의 7대 난제 중 하나다. 비록 일반해는 아직도 찾지 못했지만, 200년이 지난 우리에겐 슈퍼 컴퓨터가 생겼다. 슈퍼 컴퓨터를 이용해 『나비에-스트로크 방정식』의 일반해에 최대한 가까운 값인 근사해를 찾아냈고, 근사해를 그래픽으로 표현하면 영화에서 쓰는 사실적인 영상을 만들어낼 수 있다. 또한 날씨 예측의 정확도도 올라간다. 그래서 우리나라 기상청에서는 5년 마다 슈퍼 컴퓨터를 도입하고 있다.

기체와 액체만 유체 역학은 아니다. 도로 위의 자동차들 역시 유체 역학이다. 도로 위에 자동차가 많아질수록 교통 흐름은 유체와 유사한 행동을 한다. 물 분자와 마찬가지로 앞뒤의 차량이 서로 영향을 주고 받는다. 그럼 교통체증도 유체역학을 통해 해결할 수 있지 않을까?

먼저 교통 체증은 왜 발생하는지 생각해보자. 1990년대 독일의 물리학자 카이 나겔과 미카엘 슈렌켄베르크는 다음과 같이 설명한다. 우연한 이유로 앞선 차량 한 대가 순간적으로 브레이크를 밟으면 뒤의 운전자들도 마찬가지로 제동을 걸데 되는데, 이것이 파동처럼 뒤로 계속 전달되어 결국 정체를 유발한다. 이를 유령 체증이라 한다.

그렇다면 교통 체증을 없애기 위해 새로운 도로를 건설하면 해결될까? 해결되지 않는다. 새로운 도로를 내면 인간은 잔머리를 굴리게 되고, 덕분에 기존보다 더 교통체증이 증가하게 된다.

오히려 도로를 없앨 경우 교통 상황이 나아진다. 1999년 남산 2호터널을 폐쇄하자 근방의 교통량 자체가 줄어 터널 주변 차량의 평균 속도가 약간 상승하게 된다.

참고로 생물학에도 히드라 역설이라는 비슷한 개념이 있다. 특정 생명체의 사망율이 높아지면 오히려 개체수가 늘어나고, 사망율을 낮추면 개체수가 줄어든다는 이론이다.

유체역학은 항공공학자나 해양학자들의 전유뮬이 아니다. 아는 만큼 세상은 보인다. 혈액, 호흡, 회화, 물감, 금융, 건축, 야구, 축구, 폭탄, 무기, 요리 등등 유체역학 공학도의 눈을 통해 이렇게 흘러가는 세상을 읽어보자.

전염병은 결국 발생한다

세계사를 바꾼 전염병 13가지
제니퍼 라이트 지음, 이규원 옮김 / 산처럼 / 2020년 3월

가랫톳페스트(흑사병)는 유럽 인구의 30%를 죽였다. 두창(천연두)은 로마를 몰락시켰으며, 아메리카 인구의 96%를 죽였다. 두창과 홍역을 받은 아메리카는 답례로 매독을 유럽에 보냈다. 우리나라는 20년째 결핵 발생율과 사망율 1위 국가다. 그리고 2019년 코로나19가 인류를 습격했다. 그동안 인류는 전염병에 어떻게 대처했기에 멸종하지 않았는지 궁금해진다.

첫째, 의학적 지식이다.

현재 코로나19도 100년 후에 볼 땐 간단한 위생 습관의 문제로 해결될지 모른다. 하지만 현재는 코로나19에 대한 지식이 없기에 전 세계가 고통을 겪고 있다. 2020년을 살고 있는 우리는 비누로 손씻기, 샤워, 빨래, 물 끓여 먹기, 항생제의 발전으로 가랫톳페스트나 콜레라 등 많은 전염병을 이겨냈다.

하지만 때로는 설익은 의학적 지식이 전염병만큼이나 사람을 죽일 수 있다. 그런 의미에서 이 책에서는 “전두엽 절제술”을 다룬다. 미국에서는 1930년~1970년 사이에 전두엽에 칼집을 내서 뇌의 나머지 부분과 단절 시키는 전두엽 절제술이 치료라는 명목으로 4만건이나 행해졌다. 전두엽이 절제되면 걱정이 사라지고 충동에 따라 단순한 삶을 살게 된다. 즉 고차원적인 사고를 못하게 되고, 유아기의 삶을 살게 된다. 전염병만큼이나 끔찍했던 방법이 의사들에 의해 실행되었다.

둘째, 지도자의 역할이다.

1921년 39세에 소아마비에 걸린 루즈벨트(민주당)는 대통령이 된 후 소아마비 퇴치를 위해 막대한 예산을 투입했다. 마침내 1953년 조너스 소크는 소아마비 백신 개발에 성공한다. 국민적 영웅이 된 소크에게 기자가 특허의 소유자를 누구로 할거냐고 질문하자 “글쎄요, 민중이라고 해두죠. 특허는 없어요. 태양을 특허로 청구할 수 있나요?”라고 답하며 소아마비 제조법을 공짜로 풀었다. 그리고 아이젠하워(공화당) 대통령은 소아마비 백신을 전 국민에게 무료로 접종했다. 일장일단이 있던 조너스 소크의 사백신과 경쟁자 앨버트 세이빈의 생백신으로 소아마비는 전 세계에서 사실상 박멸되었다.

이에 반해 1980년대 초반 미국에 에이즈(AIDS)가 퍼지기 시작할 무렵 당시 대통령이던 레이건은 에이즈를 동성애자나 걸리는 병이라며 우스개로 만들어버렸다. 게다가 작은 정부를 지향하는 공화당답게 1986년 에이즈 관련 예산을 11%나 삭감해 8,550만 달러로 줄여버렸다. (엘리자베스 테일러(영화배우)는 1억 5천만 달러를 에이즈 단체에 기부했다.) 레이건의 에이즈 정책 실패는 미국 질병관리본부의 예산을 2017년 ~ 2021년까지 줄기차게 삭감하고 있는 공화당 트럼프 정부를 떠올리게 한다.

셋째, 시민들의 협력이다.

조상의 죄로 인하여 자손이 전염병에 걸렸다거나 동성애자나 유대인, 중국인이 전염병을 퍼트린다며 환자들을 사회적으로 낙인찍고, 격리하고, 죽이던 시대도 있었다. 심지어 자식을 버리기도 했다. 낙인과 차별이 가혹할수록 전염병에 걸린 환자는 자신의 전염병을 숨기고, 전염병은 그 사람의 사회적 지위는 신경 쓰지 않기에 전염병은 더욱더 퍼지게 된다. 인류가 과거의 잘못을 되풀이 하지 않고 협력할 때 인류는 멸종하지 않을 수 있다.

우한이 아니라, 자본주의가 문제라구!

코로나 사피엔스 - 문명의 대전환, 대한민국 대표 석학 6인이 신인류의 미래를 말한다 ㅣ 코로나 사피엔스
최재천 외 지음 / 인플루엔셜(주) / 2020년 6월

과거를 분석해서 현재를 통찰할 수 있는 사람을 우리는 현인賢人이라 부른다. 쉽지 않은 경지다. 과거와 현재를 통해 미래를 예측한다면? 아쉽게도 이건 현인의 영역이 아니라 무당巫堂의 영역이다. 미래 예측은 현인이라 할지라도 대부분 틀린다. 단, 현인들이 제공한 생각의 단초는 충분히 새겨둘만 하다.

2020년 4월 CBS 라디오 <시사자키 정관용입니다> 제작진은 그들이 현인이라 생각하는 6명의 명사를 인터뷰했다. 생물학자 최재천, 경제학자 장하준, 공학자 최재붕, 정치경제학자 홍기빈, 독일문학자 김누리, 심리학자 김경일. 이상 6명의 인터뷰를 정리해본다.

우리는 미국을 숭배한다. 미국이 곧 글러벌 스탠더드라 생각해서 정치, 경제, 금융, 교육, 군사, 스포츠, TV, 음식 모두 미국식이다. 사법제도도 대한민국의 출발은 독일식이었는데, 요즘은 미국식으로 바뀌고 있다. 이를 ‘과잉 미국화’, ‘총체적 미국화’라 한다. 그런데 미국과 확연히 구분되는 근간 제도가 있다. 의료다. 1960년대 의료보험법이 제정 될 때 우리나라의 경쟁 상대는 북한이었다. 북한보다 좋은 의료제도를 만들어야 한다는 생각에 의료만은 미국식이 아니라 우리 나름대로 시스템을 발전시켜왔다. 다행히 이번 코로나19 국면에서 우리 정부는 중국형 권위주의 대응, 일본형 관료주의 대응, 미국과 유럽의 자유방임적 대응 모델보다는 앞서나가고 있다.

의료제도가 코로나19 극복의 방법일까? 아니다. 원인은 자본주의의 폭력성이다.

첫째 ‘산업의 지구화’. 40년 동안 산업 과정이 전 지구적으로 촘촘히 연결이 되었다. 예를 들어, 코로나19로 미국에 화장지가 떨어진 일이 발생했다. 화장지 회사에 문의하자, “중국에서 재료가 안 오니까 언제 만들지 모른다.”라는 답변이 돌아왔다. 마스크 등 의료용품도 마찬가지였다. 재료도 없고, 재봉 기계도 없으니 미국 내에서 생산할 수 없었다.

둘째 ‘생활의 도시화’. 거리상으로는 서울과 경남 진주가 외국보다 가깝지만, 인적교류나 파급력은 베이징, 도쿄, 뉴욕이 더 크다. 심지어 왕래 시간을 따져도 지방 시골보다 도쿄가 더 가까울 수 있다. 도시화로 인해 지방 의료도 붕괴해서 지방에서 아프면 대도시의 병원을 찾아야 한다. 풍토병 수준으로 끝날 코로나19가 전 세계에 확산된 이유다.

셋째 ‘가치의 금융화’. 우리는 모든 사회적 가치를 돈으로 환산하게 되었다. 교육, 의료, 독서 등 돈으로 환산하기 어려운 공공 부문을 금융 논리로 재조직 했다. 성과가 보이지 않는 의료 체계와 복지체계 예산을 계속해서 삭감했고, 이는 코로나19 사망률을 높였다.

넷째 ‘환경의 시장화’ 즉, 생태 위기다. 숲과 동물을 돈으로 보고, 우리는 동남아시아나 남미의 숲을 갈아버렸다. 갈려버린 숲에 살던 동물들이 인간과 접촉하면서 바이러스는 계속해서 변이하고, 위의 3가지 측면과 맞물려 전염병은 급속하게 전 세계로 퍼졌다.

코로나19로 인해 우리는 새로운 미래를 설계하며 현재를 채워나가야 한다. 새로운 자본주의를 만들 수도 있고, 비대면(언택트untact) 환경에 알맞은 사업을 만들 수도 있다. 행복과 만족이란 뭔지 사회적 거리두기를 통해 생각해본다.

문해력은 글을 통해서만 길러진다.

서울대 아빠식 문해력 독서법 - 상위 1% 아이가 하고 있는
이재익.김훈종 지음 / 한빛비즈 / 2021년 3월

어린 백성을 가엾게 여긴 조선시대 세종대왕님 덕분에 후손들은 편하게 문자를 익히게 되었고, 문맹률은 1%대로 전 세계에서 제일 낮다. 하지만, 대한민국의 어리석은 정책으로 문해력은 OECD 국가중 꼴찌에 가깝다. ‘문해력이 떨어진다.’라는 의미는 변호사 시험에 불리하다라는게 아니라, 전자제품 사용 설명서, 복약 지도서, 제품 광고를 보고 내용을 파악할 수 없다라는 뜻이다. 수많은 이해관계가 얽혀있는 대한민국 교육 정책을 바꿀 수 없지만, 적어도 우리 아이가 현재 시스템에서 문해력 부진으로 곤란을 겪지 않았으면 하는 부모들을 위해 저자는 자신들의 경험을 털어놓는다.

일본 만화의 최전성기를 만들었던 ‘슬램덩크’의 강백호는 유도도 잘하고 농구도 잘한다. 배운적도 없는데도 말이다. 코트를 누비는 심폐지구력, 평생 농구만 한 학생들보다 뛰어난 점프력, 덩치 큰 선수들에게도 밀리지 않는 근력 등 신체 능력이 있었기 때문이다.

2020년 2월 16일 SBS에서 방영한 SBS 스페셜 <성적 급상승! 커브의 비밀>을 보면 강백호와 같은 학생이 등장한다. 수능 수학 8점. 전교 꼴찌 수전이었던 이 학생은 270일의 재수 후 의대에 들어간다. 저자는 강백호처럼 기초적인 문해력을 갖추고 있었다고 추정한다. 문해력이라는 강력한 무기가 있으면 공부를 본격적으로 시작해 본 적이 없어도 공부를 하겠다는 의지만 생기면 수능 성적은 금방 따라 잡을 수 있다.

문해력文解力을 키우기 위해서는 독서 외에는 방법이 없다. 한자 뜻 자체가 글을 이해하는 능력이다. 그런데 우리 아이들은 유튜브, 웹툰, 런닝맨은 열심히 챙겨 보지만, 책은 읽지 않는다. 읽지 않기만 하면 다행이고, 질색을 한다. 주말에 도서관에 가자고 하면 아이는 “아빠, 도서관 말고 차라리 북한산에 가요.”라 답한다. 뭐 어쩔 수 없다. 부모가 책을 읽지 않고 살아왔으니 아이가 따라하는 것일테니.

이처럼 아이에게 처음부터 도서관에 가자고 하면 안 갈 테니, 도서관 근처쯤에 가서 “출출하지 않니?” 라고 묻자. 그리고 평소 아이 엄마가 질색을 하는 라면을 사준다. 몇 번 반복하다가 슬슬 자료실로 아이를 데리고 간다. 사진이나 만화가 많은 잡지 코너 근처에서 부모는 책을 고르고 아이는 자연스럽게 잡지의 만화를 보거나 흥미로운 사진이 있는 잡지를 펼쳐본다. 이렇게 몇 번 반복하면 드디어 “이 책 집에 빌려가도 되나요?”라고 묻게 되면 작전은 성공한다. 이때 중요한 점은 아이가 책을 고르게 하는 것이다. 이후로도 아이의 도서 선택은 강요하지 않는다.

도서관 대출의 장점은 반납 기일이 정해져 있다라는 거다. 구입한 책은 읽지 않지만, 반납 기일이 정해져 있는 도서관의 책은 어떻게든 읽게 된다. 아이의 성향에 따라서 도서관 책을 읽고 나면 아이 핸드폰 시간 시간을 늘려주거나, 데이터를 충전해주는 당근을 주면서 도서관에서 책을 빌리는 것을 습관하 해 줄 수 있다. 이런 식으로 도서관을 이용해서 독서를 하게 되면서 아이는 공부의 기초 체력이라 할 수 있는 문해력을 키워본다.

재활의학과 의사이자 역도인이 쓴 본격 헬스 입문책

백년운동 - 척추.관절 아프지 않게 100세까지 운동하는 방법
정선근 지음 / 아티잔 / 2019년 11월

1982년 대학교에 입학하고 역도 동아리에 가입. 1988년 서울대 의대 졸업 후 재활의학과 전공의 수련. 한 달 이상 운동을 쉬어본 적이 없을 정도로 근력 운동 매니아였던 저자는 40세 즈음 허리디스크 탈출증에 걸린다. 다음해에는 어깨 관절순 손상. 4년 뒤에는 목 디스크 탈출증. 또 4년 뒤에는 무릎 연골 손상을 앓았다. 몇 년을 고생하면서 생각했다. 내 직업이 재활의학과 교수인데 왜 안 나을까?

세 가지 정도로 결론을 내렸는데 첫 번째 이유는 기대수명의 변화다. 1980년대 남성의 기대수명은 60세였고, 1998년이 되서야 71세가 되었다. 평범한 사람들이 허리가 아프기 시작한 건 40세 전후인데 당시에는 ‘이제 곧 죽겠지.’하면서 병원에 오지 않았다. 이러한 이유로 허리 통증 환자는 2000년 전후, 목 디스크는 스마트폰이 퍼지기 시작한 2011년 이후로 급격히 발생했다. 즉, 굉장히 역사가 짧은 병이다.

두 번째 이유는 허리 아픈 건 죽고 사는 문제가 아니다. 심지어 그냥 놔두면 자가 치유가 되기도 한다. 때문에 의학 분야에서 주류 연구 분야가 아니다.

세 번째 이유는 동물 실험이 불가능한 분야다. 돼지나 개는 사족보행이며, 허리가 얼마나 아픈지 대화를 할 수가 없다. (참고로 인간만 허리디스크가 있는게 아니라 사족보행 동물도 허리 디스크가 있다.)

이러한 이유로 허리, 목 등의 통증은 의사들끼리도 여러 의견이 분분하고, 그 공백은 온갖 사기와 잡술이 성행하게 되었다. 이 책을 쓴 저자 역시도 아직 모르는 게 너무 많다고 고백한다. 하지만 재활의학과 의사로서, 근력 운동 매니아로서, 환자로서, 그리고 대중 강연을 하는 학자로서의 경력을 가지고 있는 사람이 대한민국에 누가 있을까?

저자의 충고를 요약해보면, 첫째, 운동으로 허리, 목 통증은 좋아지지 않는다. 자세가 중요하다. 허리와 목은 앞으로 굽히지 말고, 차라리 뒤로 꺾어야 한다. 따라서 잘 때 무릎 밑에 배게를 두는 건 허리를 앞으로 굽히는 효과를 일으켜서 나쁘다. 베개는 낮고 푹신한 베개가 좋고, 침대도 푹신한 침대가 좋다.

둘째, 운동은 근육에 과부하를 준 후 휴식까지의 행위다. 휴식이 충분하지 않으면 다치게 된다. 근육과 뼈는 노화가 느리지만, 힘을 받는 연부 조직 즉, 연골, 힘줄, 인대는 30대 이후 노화가 급격히 이루어진다. 따라서 운동을 잘못하게 되면 척추와 관절에 통증이 잘 생긴다.

셋째, 걷기는 최고의 운동이다. 허리와 무릎에 적절한 충격을 주고, 그 충격을 자가치유하는 과정에서 튼튼해진다. ‘걷기가 좋다.’라고 하지만 10분만 걸어도 아프다라는 사람이 있다. 그렇다면 9분을 걸으면 된다. 걸을 때는 허리를 꼿꼿하게 펴고, 가슴은 활짝 열고, 턱은 치켜들고 거만한 자세로 경쾌하게 걷는다. 꼭 30분을 연속으로 걸을 필요도 없다. 자투리 시간마다 걷는 것도 충분히 운동 효과가 나타난다.

본인의 나이와 몸의 상태, 운동의 특성을 정확히 알면 100세까지 청춘으로 살 수 있다.