송태호 교수 vs 이승헌 교수(2) - 시선집중 인터뷰를 보고

                                                                     


필자는 전번에 송태호 교수의 시대정신에 기고한 글에 이승헌 교수가 프레시안에 반박한 글에 대해 간단하게 평가를 한 바 있습니다. 물리학에 대해 잘 모르는 일개 일반인이 감히 물리학자들의 논쟁에 끼어들 수 있겠습니까만, 고교 물리 수준에서 두 분의 이야기를 평가해 본 것입니다. 전번 글에서도 말씀 드렸지만, 저는 수중폭발이 가역팽창인지, 비가역과정인지 알지도 못하며, 두 분의 주장에 대해 물리학적으로 반론을 제기할 수준이 못 된다는 것을 다시 한번 밝힙니다.

전번 글(송태호 교수 vs 이승헌 교수 -1번 글씨는 타는가)은 시대정신 기고 글(천안함 과학인가 정치인가 - by 송태호)과 프레시안 기고 글(대한민국, 과학의 양심을 지켜라-by 이승헌)에 대해 제 입장을 말씀 드린 것이고 이번에는 두 교수가 MBC 손석희의 시선집중과 인터뷰한 내용(인터뷰 전문 보기(이승헌))을 평가해 보도록 하겠습니다. 기고한 글이 학문적이고 전문적인 글인 반면, 시선집중 인터뷰는 비교적 일반인들이 이해하기 쉽기 때문에 제 수준에서도 한번 입장을 밝혀도 되지 않을까 싶어 두 번째 글을 올리게 되었습니다.

결론부터 말씀드리면, 이승헌 교수는 시선집중 인터뷰에서도 송태호 교수의 주장을 잘못 이해하고 있으며, 자기 논리를 구체적으로 수식의 제시와 계산으로 검증하지도 않고 단지 주장만 하고 있습니다. 그리고 송태호 교수는 여전히 푸리에수를 이용하여 전면의 열의 영향이 후면으로 전달되는데는 시간이 많이 걸린다는 이유를 들어 1번 글씨가 타지 않는다는 필요 없는 주장을 하고 있습니다.

전체적으로 시선집중 인터뷰도 이승헌 교수의 논리가 허접하다는 것을 느낄 수 있습니다. 지금부터 이승헌 교수의 인터뷰를 따라가 보면서 무엇이 문제인지 알아보겠습니다

 

1. 이승헌 교수의 인터뷰 내용 리뷰


<이승헌 교수> 송 교수의 입장은 그 문제를 버블내부와 외부의 압력이 같은 팽창과정으로 볼 수 있다는 것이고 저의 입장은 버블내의 압력은 송 교수 말대로라면 2만 기압이고 합조단 주장이라면 20만 기압이고 수심 6m의 수압은 고작 2기압 밖에 안 되니 수압은 일단 무시하고 계산을 하자는 것이죠. 둘 다 아주 단순한 가정 같지만 이 두 가정은 엄청나게 다른 결과를 가져옵니다. 송 교수대로 라고 하면 버블이 팽창하며 압력이 2만이나 20만 기압이나 되는 물을 밀어내야 하기 때문에 에너지가 급격히 감소하게 되어 버블크기가 커지질 못하고 금방 없어져버리게 됩니다. 결과적으로 보면 어뢰가 터지면 생기는 100m 되는 물기둥이 생기는 대신에 2m 높이의 파도만 생기게 되죠. 어저께 손석희 교수님께서 이걸 지적하니까 송 교수는 그것은 자기가 모른다고 했는데 합조단이 아무리 조건을 바꿔도 송 교수의 기본 가정으로 시작하면 2m가 100m가 절대 되지 않습니다. 이걸 크기의 정도차이라 하는데요.

 

<필자의 반론> 송 교수는 버블 외부의 압력이 항상 2만이나 20만 기압이 된다고 한 적이 없습니다. 그리고 가스버블이 항상 2만 혹은 20만 기압의 물을 밀어내면서 에너지를 소모한다고 한 적도 없지요.  6m의 반지름을 가진 구형의 물의 중량은 904톤에 이릅니다. 가스 주변의 물의 압력이 팽창할 때부터 팽창이 완료될 때까지 항상 2만 혹은 20만 기압이라면 904톤의 물을 반경 6m 밖으로 밀어내려면 얼마의 에너지가 필요하겠습니까? 엄청난 에너지가 필요해 250kg TNT의 열량으로는 이 교수의 말대로 에너지가 급격히 감소되어 버블이 커지지 못하겠지요.

이 교수는 송교수가 버블의 경계면은 연속적이라 버블 내의 압력과 버블과 접촉한 물의 경계면의 압력이 동일하다고 했음으로 버블 가스가 팽창이 완료될 때까지 2만 기압의 물을 밀어내는 것으로 착각했습니다.

여기서 송 교수가 제시한 가스 버블이 바닷물을 밀어내면서 한 운동에너지의 공식을 살펴 보겠습니다. (송 교수의 보고서에서 수식을 복사하려니 잘 되지 않는군요. 링크하는 송 교수의 열전달연구실의 data room에 있는 천안함 1번 글씨 주위의 온도 계산를 참고 하십시오.) 이 수식을 보면 바닷물의 운동에너지는 버블이 팽창하는 순간 순간에 바닷물이 밀려나는 운동량을 적분한 값입니다.

이 교수는 2기압의 바닷물을 가스 버블이 밀어내는 일의 량(운동에너지)은 무시할 정도로 별 것이 아니라고 했습니다. 이 교수는 반경 6m의 바닷물(904톤)을 단지 2기압의 수중에서 6m를 옮길 때 필요한 운동에너지로 생각한 모양입니다.  가스 버블이 팽창하면서 바닷물이 한 운동에너지가 단지 904톤의 물을 6m 옮기는데 필요한 에너지와 동일하다고 본 것이죠.

이 교수는 송 교수가 제시한 바닷물의 운동 에너지 공식이 맞는지 여부를 검토하고 그것이 잘못 되었다면 지적하는 것으로 송 교수를 비판해야 하는데 그 운동에너지를 그냥 간단히 무시해 버리고 맙니다. 이 교수는 송 교수가 운동에너지의 량을 자기와 전혀 다르게 보고 있음을 간과하고 수중 폭발은 비가역적이라는 자기 전제에 몰두하여 엉뚱하게 송 교수의 전제(가역팽창)만 비판합니다. 만약 송 교수의 운동에너지 산식이 맞는 것이라면 이 교수의 비판이 완전히 잘못된 것이 되겠지요. 저는 송 교수의 산식이 맞는 것으로 생각하지만, 설사 송 교수의 산식이 틀렸다 하더라도 이 교수는 비판의 포커스를 잘못 잡고 있다는 것은 변함이 없습니다.

이 교수의 인터뷰 내용 중에 더 한심한 것은 그 다음입니다.

이 교수는 송 교수가 버블이 팽창하면서 바닷물을 2m 상승시킨다고 하자, 합조단은 100m의 물기둥을 만든다는데 고작 2m만 상승시키느냐고 따집니다. 이것은 초등학생이 들어도 한심하다 할 정도인데 명색이 버지니아대 교수라고 하는 분이 이런 주장을 하는 것은 물리학 지식의 문제가 아니라 성실성의 문제이고 상대에 대한 예의의 문제라고 봅니다. 이 교수의 이 말은 송 교수의 보고서를 한 번도 제대로 정독하지 않았다는 반증입니다. 한 번만 제대로 읽었다면 송 교수가 워터젯트(물기둥)의 높이가 2m라고 한 적이 없고, 가스 버블이 최대 팽창하였을 때 그에 따라 바닷물이 밀려올라갈 때의 높이라고 한 것을 알게 되었을 것입니다. 이 교수는 자기 임의대로 버블이 붕괴하여 물기둥을 만들 때 물기둥의 높이가 2m라고 이야기한다고 이해해 버렸습니다.

 

<이승헌 교수> 제 가정은 물을 밀어내는 드는 일을 무시했잖아요. 그런데 유튜브에서 어뢰 터지는 실제 실험을 보신 시청자 분들께서는 아시겠지만 물기둥이 거대합니다. 비교로 나이아가라 폭포가 있지 않습니까? 그게 52m밖에 안 돼요. 물기둥의 넓이가 20m/20m 라고 하니까 간단히 계산하면 물기둥을 형성하는 물의 양이 엄청납니다. 무게가 1만 톤 가까이 되죠. 그런데 이걸 중력에 반해서 솟구치게 하려면 송 교수의 결과인 6m도 안 되어 영하로 내려가는 버블로는 턱도 없죠. 제가 말씀드리죠. 버블 밖의 수압인 2기압은 무시하면 버블은 계속 고온을 유지하며 팽창합니다. 아마 몇 십m까지 커지겠죠. 그래야 100m 정도의 물기둥을 만들 수가 있습니다.

 

<필자의 비판> 이 교수는 100m의 물기둥을 치솟게 하는 에너지는 가스버블이 가지고 있어야 함으로 가스 버블이 팽창한 뒤에도 이 가스 버블의 열에너지가 1만톤의 물을 100m까지 올릴 에너지를 갖고 있어야 한다고 주장하고 있습니다. 그런데 100m의 물기둥을 치솟게 하는 것이 가스 버블이 갖고 있는 열에너지일까요? 물기둥은 버블이 붕괴하면서 발생합니다. 버블이 터지면서 그 공간을 바닷물이 순식간에 밀고 들어오면서 위로 치솟게 되는 것이지, 가스 버블이 갖고 있는 열에너지가 100m 물기둥을 만든 것이 아니라는 것이죠. 가스 버블은 열에너지+위치에너지+운동에너지를 갖고 있는데 가스 버블이 팽창했을 때 열에너지는 최소화되고 운동에너지가 최대화 된 상태입니다. 이 때 버블이 터지게 되면 가스 버블이 갖고 있는 운동에너지가 물기둥을 만들게 되는 것이죠. 가스 버블의 운동에너지는 바닷물이 100m 솟으면서 나타낸 운동에너지가 되는 것입니다. 즉, 가스 버블의 에너지(폭약의 열에너지)는 팽창하면서 운동에너지는 커지고 열에너지는 작아지고, 버블의 열에너지가 작아진다는 것은 버블 온도가 떨어지게 된다는 뜻입니다. 가스 버블이 열에너지가 없더라도(가스 버블의 온도가 낮더라도) 물기둥이 100m로 치솟을 수 있게 됩니다. 이 교수는 가스의 열에너지만이 물기둥을 만들 수 있다는 착각을 한 것이라고 봅니다.

이 교수가 이런 착각을 하는 이유는 가스 버블이 팽창하면서 한 일(바닷물의 운동에너지)을 처음부터 무시했기 때문입니다.

2기압의 물을 밀어내는데 필요한 일의 량(운동에너지)을 제대로 계산해 보지 않았기 때문에 발생한 것이죠. 이 교수가 물기둥의 발생 원천(에너지)를 문제 삼으려면 먼저 송 교수가 제시한 앞서의 산식의 문제점을 먼저 찾아야 할 것입니다.  

<이승헌 교수> 송 교수가 주장하는 영하의 온도는 말도 안 되고요. 그러면 이걸 어떻게 입증할 수 있는지는 모의폭발실험을 하면 되죠. 사실 합조단이 모의실험을 했어요. 그 비디오를 보면 답이 나와 있습니다. 먼저 어떤 실험을 했는지 간단히 말씀드리죠. 실제 어뢰의 폭약은 250㎏이라고 주장을 했어요. 모의실험에서는 15g만 썼어요. 2만 배 정도 되는데 폭발 후 과정을 비디오로 담았는데요. 아무나 국방부 천안함 사이트에 가면 볼 수 있어요. 그걸 보면 폭발 후 노란색을 띠는 버블이 생겨서 급속히 팽창하면서 색깔이 노랑 빨강으로 변합니다. 이  온도는 그 버블내의 기체온도를 바로 알 수가 있어요. 이걸 흑체복사현상이라고 하는데요. 물리학과 1학년이나 3학년이면 알 수 있는 현상입니다. 노랑색은 5천도를 뜻하고 빨강색은 4천도 정도를 뜻합니다. 노랑 빨강이 되었을 때 다시 말해서 온도가 최소 4천도가 되었을 때 버블의 크기를 보면 지름이 0.5m, 반경이 0.25m 정도 되죠. 이것을 실제 250kg 폭약이 터졌을 때 환산하면 26정도를 곱해야 됩니다. 자세한 건 말씀 안 드리죠. 다시 말해서 6.5m 디스크 거리보다 더 큰 크기의 버블의 온도가 4천도가 된다는 말이죠.

 

<필자의 비판> 이 부분은 송 교수가 답변한 것을 대신하는 것으로 비판으로 갈음하고자 합니다.

송태호 교수의 반론 - 이교수는 ‘아주 적은 양의 폭약을 터뜨려도 곧 3000도 이상의 고온 가스가 되어 빨간 색, 노란 색의 빛이 나오는 현상을 어떻게 설명할텐가?’하고 묻습니다. 제 전공이 열전달 중에서도 복사열전달입니다. 이에 대한 제 대답은 ‘지극히 당연하고 그렇게 되어야만 한다’는 것입니다. 먼저, 폭약의 양과 초기 온도와는 관계가 없습니다. 예를 들어서 1 그람의 콩알만한 폭약 250,000개를 모아서 한꺼번에 터뜨렸다고 해 봅시다. 각각의 콩알은 3000도 이상으로 올라갑니다. 그 개수를 여러 개 모았다고 더 올라가는 것이 아니라는 말입니다. 사람이 두 명이 있다고 온도가 체온 36.5도의 두 배가 되는 것이 아니지요. 이것은 열역학에서 온도가 소위 intensive property이기 때문에 그런 것입니다. 그러니까, 폭약의 양이 아주 작더라도 초기 온도는 관계가 없습니다. 그 파괴력만 양에 관계가 있습니다. 사실, 라이터 압전 소자에서 ‘딱’ 소리와 함께 튀는 불꽃도 수 만도의 온도에 다다릅니다. 고온에 이르면, 그 온도에 해당되는 플랑크(Planck) 복사를 합니다. 플랑크 복사시 가장 많은 에너지가 나오는 파장은 3000/온도(K) 마이크론 입니다. 이것이 비인(Wien)의 법칙입니다. 3000K이면 1마이크론이니까, 빨갛고 노란 빛과 적외선이 방출됩니다. 그런데, 그 양은 얼마 되지 않고, 버블이 팽창하면서 온도가 내려가면서 더 이상 의미가 없습니다. 저 자신도 버블에서의 복사를 감안한 보조계산을 했었는데, 별로 중요하지 않아서 아예 언급도 하지 않았습니다. 관심이 있는 분들은 저처럼 계산하고 확인하시기 바랍니다.

 

<이승헌 교수> 1번 마크가 뜨거운 가스에 휩싸이죠. 탔겠죠. 이종인 씨가 토치로 1번을 쏘였더니 순식간에 타버린 실험을 유튜브에서 보시면 아실 겁니다

 

<필자의 비판> 이승헌 교수의 앞의 말은 맞고, 뒤의 말은 틀렸습니다.

“1번 마크가 뜨거운 가스에 휩싸인다”는 것은 가스 버블이 구형으로 확산되기 때문에 맞는 말이며, 1번 글씨가 씌어진 디스크 후면도 가스가 직접 맞닿을 수 있게 됩니다. 이 부분은 송 교수가 잘못 말하고 있는 것 같습니다. 송 교수는 가스의 팽창(확산) 방향이 일직선으로만 진행한다고 가정하고 디스크의 전면에 도달한 가스의 열이 1번 글씨가 씌어진 후면에 전달되는 것은 짧은 시간에는 극히 작다는 점을 들어 1번 글씨가 타지 않는다고 주장합니다. 송 교수는 푸리에수를 계산하면서 설사 3000도의 열이 짧은 시간에 디스크의 전면에 가해져도 후면은 단 1도도 증가시키기 힘들다고 합니다. 송 교수의 이 주장은 열의 전달 방향이 일직선일 경우 맞는 말이 되지만, 구형의 형태로 열이 전달되는 경우는 다릅니다. 예를 들어 가로 세로 10cm, 두께 10cm의 쇠의 뒷면에 1번 글씨를 쓰고 정면에서 화염방사기를 순간(1초)만 쏜다면 이 물체의 뒷면 1번 글씨는 타버릴까요, 온전할까요? 아마 타버릴 것입니다. 화염이 물체를 감싸면서 후면에도 직접 닿게 되기 때문입니다.

이 교수가 이종인씨의 실험의 예를 들어 송 교수을 반박하는 것은 잘못되었습니다. 이종인씨의 실험은 수 초간 고열을 가했을 때 글씨가 없어지지만, 수중 폭발에서 디스크 후면의 1번 글씨에 열이 가해지는 시간은 불과 0.1초 이내입니다. 이렇게 짧은 순간과 2초 이상의 이종인씨의 실험을 비교하는 것은 무리입니다.


2. 송태호 교수의 보고서는 천안함이 어뢰에 폭침되었다는 것을 증거하는가


합조단과 국방부은 송태호 교수의 보고서가 마치 천안함이 어뢰에 폭침되었다는 것을 증명하는 것처럼 이야기합니다. 어뢰 폭침설에 반발하는 여기 서프앙들도 송 교수의 보고서가 맞다면 북한 어뢰설이 힘을 얻을까봐 송 교수의 논리에 과학적 접근과 비판보다는 자기 방향에 부합하는 논리를 쫒아 가고 있습니다.

그러나 송 교수의 보고서는 어뢰 폭침설을 증명해 주는 것이 아닙니다. 단지 버블젯트 어뢰가 폭발했을 때 그 가스 버블의 거동의 메카니즘을 보여줄 따름입니다. 1번 글씨가 타지 않는다고 해서 북한 어뢰설이 증명되는 것도 아닙니다. 1번 글씨는 폭발 전에 씌어질 수 있고, 폭발 후에도 씌어졌을 수도 있기 때문입니다.

송 교수의 보고서는 오히려 국방부와 합조단을 곤혹스럽게 만듭니다. 송 교수의 이론에 따르면 버블 반경 6m 지점 이상의 범주는 상온이나 영하가 됩니다. 합조단과 국방부는 이 환경에서 어뢰 추진체의 스크류에 흡착되었다는 물질(알루미늄 산화물?, 수산화 알루미늄?, ASSH?)이 어떻게 흡착될 수 있는지 그 메카니즘을 밝혀야 합니다. 상온이나 영하의 온도에서는 알루미늄 산화물이 흡착될 수 없다고 한다면, 흡착물이라고 발표한 그 물질은 흡착된 것이 아니라 장시간(6개월 이상)에 걸쳐 바닷속에서 침전, 형성된 것으로 보아야 합니다. 즉, 수거한 어뢰 추진체는 천안함 사고와는 전혀 상관없다는 이야기가 되는 것이죠.

송 교수도 상온 혹은 영하에서 알루미늄 산화물이 흡착되는 메카니즘을 규명하는 것은 국방부와 합조단의 몫이라고 밝혔습니다. 송 교수는 물리학적인 문제만 언급할 뿐, 자기 전공이 아닌 분야는 그 분야의 전문가에게 맡기겠다는 입장으로 바람직한 태도를 보이고 있습니다.


저는 어뢰가 폭발했을 때 1번 글씨가 타지 않는 쪽에 무게를 둡니다. 저는 앞서 송 교수가 전면에서 후면으로의 열 전달이 용이하지 않은 점을 들어 1번 글씨가 타지 않는다는 주장에 대해 반박했습니다만, 송 교수의 이 주장도 전면적으로 부정하기 힘든 측면이 있습니다. 1번 글씨가 씌어진 디스크의 후면을 다른 어뢰 부속품들이 감싸고 있다면 가스 버블이 구형으로 확산하여 디스크 후면을 감싼다고 하더라도 그 열이 1번 글씨에 닿지 않을 수도 있기 때문입니다. 또 3,000도의 가스가 6m로 팽창하여 1번 글씨가 있는 디스크 후면에 직접 가해진다 해도 0.1초 이하의 순간적인 노출로 과연 1번 글씨가 탈 수 있을지도 의문입니다.


3. 필자가 이승헌 교수을 비판하는 이유


이승헌 교수는 천안함의 어뢰 폭침설에 의혹을 가지는 과학계를 대표하는 한 사람으로 대중들에게 각인이 되어 있습니다. 이 교수의 한 마디 한마디, 글의 한 줄 한 줄이 제 같은 필부들이 발설하고 올리는 것과는 그 영향력이 하늘과 땅 차이이지요. 이런 입장을 이승헌 교수가 알고 있다면, 송태호 교수의 보고서를 건성으로 읽거나 자기 주장을 검증하지 않고 대충 말을 할 수 없다고 봅니다. 그런데 불행하게도 이 교수의 글과 인터뷰 내용을 보면 상대방(송태호 교수)의 보고서도 제대로 읽지 않았다는 것을 알 수 있습니다. 또 잘못된 반론이라고 지적을 받은 사항을 재차 논점을 이탈해서 똑같은 반론을 제기하는 모습은 주장의 옳고 그름을 떠나 토론의 기본이 되어 있지 않다고 볼 수밖에 없습니다. 물리학 지식과 논리의 적부를 떠나 상대에 대한 최소한의 예의조차도 없다고 보여집니다. 저는 이런 측면에서 설령 이승헌 교수의“수중폭발은 비가역적이다“이라는 주장이 맞다고 하더라도 이승헌 교수를 비판하지 않을 수 없습니다.

이승헌 교수의 이런 태도와 주장은 어뢰 폭침설에 의문을 제기하는 선량한 국민들에게 피해를 주게 됩니다. 대표적인 과학계의 어뢰설 부정론자의 주장과 태도는 의혹을 제기하는 측(세력)의 이미지에 덧씌워지게 되고, 그것이 부정적인 것이라면 그 여파는 상당할 것으로 생각됩니다.

이승헌 교수는 언론매체에 글을 기고하거나, 인터뷰할 때는 자기 주장을 재삼 검증하시고 신중하게 나서주실 것을 당부드립니다.


원문 주소 - http://www.seoprise.com/board/view.php?table=seoprise_12&uid=241432