판타 레이-혁명과 낭만의 유체과학사-

모든 것은 흐른다! -헤라클레이토스

흐르다가 막히면 돌아가고 때때로 소용돌이치며

격렬히 흔들리는 과학사의 미싱 링크

‘유체’의 생성과 소멸을 둘러싼 놀라운 탐구

다 빈치 이후 500년, 과학사에서 감춰진 비밀!

보텍스와 유체의 신비를 추적해 온 천재들의 드라마

누리호 개발에 참여한 터보 엔진 전문가의 유체 역학사!

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.

지은이 : 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.

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