판타 레이: 혁명과 낭만의 유체 과학사

혁명과 낭만의 유체 과학사

판타 레이

민태기 지음

 

 

다 빈치 이후 500년, 과학사에서 감춰진 비밀!
보텍스와 유체의 신비를 추적해 온 천재들의 드라마
누리호 개발에 참여한 터보 엔진 전문가의 유체 역학사!

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2021년은 우리나라의 로켓 과학 기술의 역사에서 전환점이 된 해라고 할 수 있다. 5월 로켓 기술의 개발에서 유리 천장 역할을 해 온 한미 미사일 사거리 지침이 종료되었고, 10월에는 대한민국 최초의 저궤도 실용 위성 발사용 한국형 발사체 누리호가 거의 성공적으로 발사되었다. 내년에는 5월과 12월에 2차, 3차 시험 발사가 예정되어 있는데, 발사와 위성체의 궤도 안착에 모두 성공하게 된다면, 과학 기술적 측면에서뿐만 아니라, 산업, 문화 등의 측면에서도 놀라운 발전이 이루어지리라 기대되고 있다.

그런데 로켓 과학과 기술의 핵심에는 유체 역학이 있다. 유체 역학은 기계 공학과를 비롯한 이공대 학생들의 필수 과목이지만, 많은 공학 꿈나무들을 좌절로 이르게 하는 어려움으로 악명이 높다. 현장 과학자를 비롯해, 과학 커뮤니케이터들의 활동이 두드러지는 요즘에도 유체 역학을 주제로 한 책이나 방송 등의 콘텐츠가 부족한 것에는 유체 역학이 가진 난해함이 한몫한다.

그러나 고대 그리스에서 이루어진 이후 2,500년 동안의 과학사와 기술사는 사실 유체 역학 없이는 존재할 수 없었다. 헤라클레이토스가 “모든 것은 흐른다.”라고 언명한 이후 철학자들과 다 빈치 같은 예술가, 데카르트와 라이프니츠 같은 근대 자연 철학자 겸 수학자, 그리고 19세기의 위대한 과학자 켈빈 경에 이르기까지 수많은 천재와 지성들이 소용돌이 흐름이라는 뜻을 가진 보텍스(vortex, 와류 또는 와동)를 중심에 놓고 자신의 사상과 연구를 전개했다. 그러나 천체의 자전과 공전을 보텍스로 설명한 데카르트의 이론을 논파한 뉴턴의 만유인력 이론이 확산되고 화학의 발전과 함께 원자론이 부활하고 아인슈타인의 상대성 이론과 양자 역학이 정립된 이후 ‘유체’에 대한 연구는 에테르와 함께 과학사의 커튼 뒤로 사라지게 되었다.

이와 동시에 과학과 기술의 역사에는 설명되지 않는 구멍들이 생기게 되었다. 왜 우리는 전자의 이동을 전기의 흐름이라고 부르게 되었을까? 왜 경제학자들은 돈의 움직임을 화폐 유동성이라고 부르고 나비에와 스토크스라는 유체 역학자가 개발한 유체 방정식으로 문제를 풀고 있을까? 왜 뉴턴과 라이프니츠는 다투게 되었을까? 왜 아인슈타인은 상대성 이론을 만들게 되었을까? 왜 양자 역학의 슈뢰딩거 방정식은 파동 방정식의 형태를 띠고 있는 것일까? 이런 질문들은 최초의 전자기학 발견자들과 경제학자들, 그리고 수많은 과학자와 수학자 들이 보텍스, 즉 유체 역학 연구자였다는 사실을 알지 못하면 답할 수 없는 것들이다. 과학사의 미싱 링크 뒤에는 유체 역학이 있었던 것이다.

올해 10월 발사된 누리호 로켓 엔진의 핵심 부품인 터보 펌프의 개발자, 민태기 에스엔에이치 기술 연구소 소장이 쓰고 ㈜사이언스북스에서 펴낸 『판타 레이: 혁명과 낭만의 유체 역학사』는 보텍스라고 하는 과학사에서 단 한 번도 밝혀진 적 없는 놀라운 미싱 링크를 추적하며 유체 역학의 역사와 과학의 역사, 그리고 그 과학을 낳은 사회와 사람들의 역사를 추적한다. 자동차 터보 엔진 기술을 개발하고, 누리호에 국내 순수 기술로 개발한 터보 펌프를 납품하면서, 박람강기(博覽强記)한 지식을 바탕으로 《조선일보》에 「사이언스스토리」라는 칼럼을 연재하면서 과학과 사람의 조화를 꿈꾸는 공학자 민태기 박사는 다 빈치의 소용돌이 스케치에서 시작해, 중국 로켓 기술의 아버진 첸쉐썬의 생애까지 600년 가까이의 유체 과학사를 살피며 과학이 세상을 어떻게 바꾸고, 또 세상이 과학과 기술을 어떻게 진화시키는지, 치밀하고 섬세하게 살피면서, 인간과 과학이 이루는 거대한 소용돌이를 헤치고 갈 지침을 이 책을 통해 전달하고 있다.

 

이 책은 단순히 과학사의 잃어버린 연결 고리인 유체 역학의 역사를 말하고자 하는 것이 아니다. 과학은 자연 현상에 대한 부분적인 해석이 아니라 인간 사회 전체에 대한 이야기이다. 물리학에서 잊혀진 유체 역학은 20세기 두 차례의 세계 대전을 거치며 국가의 존망을 가르는 항공기와 로켓 기술로 주목받으며 공학 분야로 자리 잡았다. 또한, 유체의 개념들은 에너지와 경제의 ‘유동성’으로 확장되어 현대 사회의 중요한 흐름을 이끌고 있다. 이처럼 ‘혁명과 낭만의 과학’ 시대의 고민과 논쟁들을 보다 일관된 시각에서 바라볼 수 있는 하나의 흐름이 바로 ‘유체 역학’이기에 과학사에서 가장 치열했던 이 ‘혁명과 낭만의 과학’의 시기를 주저 없이 ‘판타 레이’의 시대라고 부를 수 있을 것이다.
-본문에서

 

 

추천의 말

 

판타레이, “모든 것은 흐른다.” 물리학이 우주에 존재하는 모든 물질의 운동을 다루는 학문이라면, 유체 역학이야말로 가장 근본적인 물리학이 아닐까? 물리학자들 사이에서도 어려운 분야로 알려져 있고, 제대로 된 교양 과학서 하나 출간된 적 없는 유체 역학에 관해 유익한 책 하나가 출간되었다. 너무나 기쁜 소식이다! 이 책은 17세기 아이작 뉴턴이 유체의 운동을 자신의 역학 이론으로 설명하려는 노력으로 시작해, 산업 혁명의 등장, 열역학과 통계 역학의 탄생, 에테르 논쟁, 그리고 20세기 로켓 발사에 이르기까지, 유체 역학이라는 키워드로 현대 물리학의 탄생과 발전을 흥미롭게 기술하고 있다. 특히나 이 책의 미덕은 유체 역학에 관한 과학 지식을 친절히 설명하는 데 그치지 않고 당대 물리학자들의 생생한 사고와 탐구 과정을 흥미롭게 서술하고 있다는 데 있다. 이 책을 통해 많은 독자들이 유체 역학의 아름다움에 한껏 매료되길!

―정재승(뇌를 연구하는 물리학자, 『과학콘서트』 『열두발자국』 저자)

 

이 책은 레오나르도 다 빈치 시대부터 20세기에 이르기까지 세상에 큰 영향을 준 과학자들에 대한 이야기를 유체 역학적인 관점에서 명쾌하게 풀어나간다. revolution의 단어에 혁명이란 의미를 부여하게 만든 코페르니쿠스, “나는 생각한다, 고로 존재한다.”로 잘 알려진 철학자이자 의사였던 데카르트, 새로운 사상과 학문, 예술을 논했던 런던의 커피하우스와 뉴턴, 뉴턴 역학에 매료되어 일반 자연사와 천체 이론으로 박사 학위를 받은 철학자 칸트, 나폴레옹과 산업 혁명, 난류 연구를 한 레이놀즈부터 양자 역학을 만든 좀머펠트와 하이젠베르크, 그들의 성공과 실패 등 세계사에 있어서 혁명적인 발견과 그와 관련된 수많은 이야기를 맛볼 수 있을 것이다. 『판타 레이』의 첫 사진인 보티첼리의 비너스의 탄생부터 마지막을 장식하는 1950년 6월 26일 《동아일보》 1면(북한의 남침 소식과 「자연 과학과 학제」라는 칼럼을 함께 실었다.) 사진들은 지난 수백 년 동안의 과학의 발전과 당시의 정치문화적 상황을 잘 보여 준다. 이 책이 통상적인 과학 서적과 다른 점은, 과학자들의 중요한 업적들을 그들의 천재성에만 초점을 맞추어 기술한 것이 아니라 그들이 살아간 정치 문화적 배경에서 탄생하게 되었음을, 과학, 역사, 미술, 경제 분야의 해박한 지식을 바탕으로 기술한 점이다. 이 책을 통하여 학창 시절 중요한 업적만을 암기했던 저명한 과학자들의 흥미진진한 세계로 초대한다.

―최해천(서울 대학교 연구 부총장)

 

 

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차례

프롤로그 … 7

1부 책이 건물을 죽이리라
1장 레볼루션과 보텍스 … 21
2장 소용돌이와 저항 … 37
3장 소멸되는 것과 소멸되지 않는 것 … 51

2부 지혜의 시대였고, 어리석음의 시대였다
4장 프랑스 혁명을 잉태한 살롱 … 67
5장 서양이 동양을 넘어서는 1776년 … 87
6장 열과 저항 … 101
7장 루나 소사이어티와 산업 혁명 … 117
8장 혁명 사관 학교 에콜 폴리테크니크 … 129
9장 대포와 화약 … 145
10장 나폴레옹을 무너뜨린 산업 혁명 … 159
11장 엔진의 대중화와 대중 과학 … 175
12장 혁명의 좌절과 열역학 … 187

3부 과학은 오류투성이지만, 
그런 잘못은 종종 저지르는 게 좋아
13장 낭만적이지 않은 낭만주의 혁명 … 203
14장 엔진이 만들어 낸 컴퓨터 … 215
15장 원격 통신의 시작 … 229
16장 혁명과 유태인 … 241
17장 소멸되는 것이 아니라 전환되는 것 … 255

 

18장 에테르, 다시 문제는 저항과 보텍스 … 271
19장 작은 배와 큰 배 … 285
20장 레볼루션과 에볼루션 … 295
21장 소멸하지 않는 보텍스 … 309
22장 되돌이킬 수 없는 것, 엔트로피 … 321
23장 내전의 시대 … 337

4부 정말이지 그때는 아름다웠다
24장 혼돈과 불규칙 … 353
25장 연속과 불연속 … 365
26장 판타레이와 새로운 산업의 탄생 … 379
27장 유동성 에너지 석유와 자동차 혁명 … 393
28장 인류의 비상 … 409

5부 명백한 것들은 모두 다 사라져 버리고 말았다
29장 전쟁의 소용돌이 … 425
30장 제국의 몰락 … 439
31장 유동성과 경제 대공황 … 455
32장 로켓의 정치 … 473

에필로그 … 483
후주 … 488
참고 문헌 … 505
도판 저작권 … 530
찾아보기 … 531

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민태기 
서울 대학교 기계 공학과를 졸업하고 같은 대학교 대학원에서 석사 학위와 박사 학위를 받았다. 미국 UCLA 연구원, 삼성전자 수석 연구원으로 재직했고, 현재 (주)에스엔에이치 연구소 소장으로 있다. 터보차저 및 우주 항공 부품을 개발하는 연구와 한국형 발사체 엔진 개발에 참여하고 있다. 인용 건수가 전 세계 상위 1퍼센트 안에 드는 논문들을 모아 놓은 ISI HCP(Highly Cited Paper)에 2008년, 2009년 연속으로 선정되었으며, 2016년 한국산학연협회상을 수상했다

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