[오늘의 한문장] 물리학자는 영화에서 과학을 본다

최근 일어난 코소보 사태로 인해 스텔스 기가 한때 뉴스의 초점이됐었다. 스텔스 기는 레이더에서 나오는 전파를 산란 또는 분산시키거나, 램 코팅Ram Coating 기술을 통해 흡수해버림으로써 레이더에잡히지 않도록 개발된 폭격기다. 미국의 자존심인 스텔스 기가 유고의 군사 시설 지역을 폭격하던 중 추락하여 문제가 됐던 것이다. 한대에 수백억 원이 넘는 고가의 무기가 한순간에 고철이 된 것도 큰일이었지만, 스텔스 기에 기술적인 결함이 발견된 것은 아니냐는 지적으로 연일 뉴스의 도마 위에 올랐다. 폭격기 한 대가 추락해도 뉴스에서 이렇게 떠드니, 헬리콥터가 추락하고 비행기가 폭파되는 영화속 이야기가 실제 상황으로 벌어진다면 얼마나 대단한 뉴스거리가될까? 영화를 너무 많이 본 탓인지, 조종사가 걱정될 뿐 스텔스 기추락에는 별로 관심이 가질 않았다.

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로봇은 거울에 비친 자신의 모습을 보면 어떤 반응을 보일까? 이흥미로운 질문과 관련해 실제 있었던 에피소드로 <바이센티니얼 맨Bicentennial Man>에 등장하는 로봇 이야기를 시작할까 한다. 1999년 11월 미국의 과학 잡지 《디스커버》에는 MIT 박사과정 학생 신시아 브리질이 만든 로봇 ‘키즈멧Kismet‘ 이 소개됐다. 기사 제목은
‘인간을 사랑하게 된 로봇‘.
수학자인 아버지와 컴퓨터공학자인 어머니 사이에서 태어난 신시아는 어렸을 때부터 <스타 워즈>와 <스타 트렉>을 즐겨 보며 자랐다.
그녀는 <스타워즈>에 나오는 R2D2 같은 로봇을 만들고 싶어서 MIT대학원에 진학했고, ‘인공 지능‘ 분야의 아버지 로드니 브룩스 교수실험실로 들어가 인공지능 로봇을 만드는 일에 참여했다.

[오늘의 한문장] 물리학자는 영화에서 과학을 본다

그가 우주에서 가장 값싼 땅이라며 파는 달나라의 땅값은 217만5000평에 불과 1만 7000원. 거기에 약간의 달나라 세금과 소유주 등록비 및 서류 발송료가 추가된다. 화성은 2400평 남짓한 크기에 2만2000원 정도다. 단, 화성의 땅을 매입하려는 사람들에겐 한 가지 조건이 따라붙는다. 기존의 생명체들과 마찰없이 지내야 한다‘ 는 것이 바로 그것이다. 얼마 전 화성에 미소 생명체가 존재했을지 모른다는 과학자들의 발표에 따른 것이다. 그는 화성의 땅을 구입하러 온방문객들에게 다음 번 화성 탐사 때 우주선이 내리면 통행료 청구서를 NASA로 보내는 것을 잊지 마라는 당부를 빼놓지 않는다.
믿기 어려운 것은 호프가 행성 장사를 해서 큰돈을 벌고 있다는 사실이다. 지금까지 1만 3000여 군데 달나라 땅이 팔려 나갔고, 화성판매에 들어간 지 한 달 만에 1000여 건의 매매가 성사됐다. 돈으로는 5억 원이 넘는 액수다. 달나라 부동산 투자 열기는 국외에서 더뜨거웠다. 독일을 비롯해 호주, 홍콩, 스웨덴 등 12개 이상의 나라에서 고객들이 인터넷이나 우편을 통해 달나라 땅을 구입했고, 스웨덴에서만 4000여 건에 이르는 주문이 쇄도하기도 했다.

[오늘의 한문장] 물리학자는 영화에서 과학을 본다

그러면 과연 음파 발광 현상이 막대한 에너지를 만들어낼 수 있을까? 영화에서의 상황으로 추측해본다면 음파 발광이 수소를 헬륨으로 바꾸는 핵융합 반응을 연쇄적으로 일으켜서 막대한 에너지를 만들었다고 보여지기도 하고, 물에서 수소를 분리해내어 수소 폭발의연쇄 반응을 유발했다고도 볼 수 있다.
원리적으로 따져보면 이러한 현상이 가능할 수도 있다. 음파 발광에 의해 공기방울 안의 온도는 급상승하게 되고 상당한 크기의 수축하려는 압력을 받게 된다. 이 정도 온도와 붕괴 압력이라면 낮은 수준의 핵융합 반응 정도는 유도할 수 있다고 한다. 예를 들면 공기방울 안의 원자들은 순식간에 높은 온도로 데워지고 높은 압력에 의해서로 융합하여 핵융합 에너지를 발산한다는 것이다.
몇 명의 과학자들이 로렌스 리버모어 국립연구소(LawrenceLivermore National Laboratory)에 있는 슈퍼컴퓨터로 시뮬레이션을 해본 결과, 음파 발광을 이용하면 10만까지 온도를 올릴 수 있으며, 대기압의 수백만 배의 압력을 만들어낼 수도 있다는 결론을 내렸다. 태양이 빛을 내는 것은 내부에서 수소가 헬륨으로 변하는 과정에서 만들어낸 에너지 즉 핵융합 에너지 때문인데, 태양의 내부 온도보다 높은 온도 즉 1만℃ 이상의 온도를 만들어낼 수 있다면 핵융합이 가능하다는 증거가 된다.

[오늘의 한문장] 물리학자는 영화에서 과학을 본다

이것은 차를 타고 실험해 볼 수 있다. 차가 달리는 동안 옆의 유리창을 내린 후 손을 약간만 내밀어보자. 수평으로 편 손을 약간 앞으로 기울이면 손이 떠오르는 것을 느낄 수 있을 것이다. 수평면을 기울이면 바람을 받는 면적이 위와 아래가 서로 달라져서 양력을 만들어내게 된다. 이런 원리로 헬리콥터는 중앙 프로펠러의 날개 각도를기울인 뒤 회전을 시켜 양력을 만들어낸다.
헬리콥터의 방향을 바꾸고 싶을 때는 날개 면의 각도를 다르게 만들어주면 된다. 이것은 팽이를 가지고 확인해 볼 수 있다. 시계 반대방향으로 열심히 돌고 있는 팽이의 오른쪽 부분을 살며시 눌러보자.
그러면 팽이가 앞으로 진행하는 것을 관찰할 수 있다. 팽이는 회전할때 두 개의 회전 운동을 동시에 한다. 자신을 축으로 회전하는 운동과 다른 무언가를 축으로 그 주위를 도는 운동 두 가지이다. 보통 회전 운동을 할 때 이 두 가지 운동은 균형을 이루고 있는데, 만약 회전하는 팽이의 한쪽 면을 눌러 균형을 깨면 그 깨진 균형을 유지하기위해서 반사적으로 팽이가 앞으로 진행하게 되는 것이다. 물리학자들은 이러한 효과를 ‘세차 효과 (Gyroscopic Precession)‘ 라고 부르며, 바로 이 원리로 헬리콥터가 앞으로 진행하는 것이다.