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 “판타 레이(Panta rhei, Πάντα ῥεῖ, 萬物流轉)”, 즉 “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 연재하며 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. ‘모든 것은 흐른다.’라는 뜻을 가진 ‘판타 레이’라는 제목에 걸맞게 유체 과학 역사의 도도한 흐름을 생생하게, 세밀하게 살피는 책이다.

혁명과 낭만의 역사는 과학을 낳고
과학은 새로운 혁명과 낭만을 준비한다!
다 빈치부터 아인슈타인까지 유체 역학의 역사로 살피는
과학과 혁명, 과학과 낭만의 진실된 관계!

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

이 책의 부제는 “혁명과 낭만의 유체 역학사”이다. 일단 이 책이 주요하게 다루는 시대가 계몽주의 시대 이후, 18∼19세기의 혁명의 시대, 낭만주의의 시대를 다루기 때문이다. 1688년 영국 명예 혁명, 1775년의 미국 독립 혁명, 1792년의 프랑스 대혁명, 1800년대 초반의 나폴레옹 전쟁, 1871년 파리 코뮌, 1917년 러시아 혁명까지 혁명과 전쟁의 역사 속에서 유체 역학은 발달했다.
대포의 탄도를 예시로 들며 만유인력을 설명한 아이작 뉴턴, 프로이센 정부의 의뢰로 탄도학을 연구하며 뉴턴의 점성 유체 이론을 논파할 이론적 돌파구를 탐색한 오일러, 나폴레옹 전쟁의 막후 책임자 라자르 카르노와 영국과의 증기 기관 경쟁에서 승리하고자 하는 열망에 열역학의 기초가 될 연구를 만들어 낸 그의 아들 사디 카르노 등 수많은 과학자들이 전쟁과 관련된 연구를 했고, 뉴턴의 『프린키피아』에서 부르봉 왕조의 앙시앵레짐을 파괴할 혁명 사상을 읽어 낸 볼테르, 디드로, 달랑베르 등의 백과사전파 계몽주의자들이나, 보름달이 뜨는 날 모여 종의 진화부터 증기 기관 혁명까지 토의한 이래즈머스 다윈, 프리스틀리 등의 루나 소사이어티 회원들은 과학 지식을 바탕으로 정치, 사회적 개혁과 나아가 혁명을 꿈꾸었다.
뿐만 아니라 이들의 곁에는 예술가들이 있었다. 모차르트, 베토벤, 빅토르 위고, 존 콜리어, 바이런 같은 계몽주의와 혁명과 전쟁, 그리고 새로운 과학의 발전에 자극을 받은 그들은 인간 창의성의 지평을 한 단계 끌어 올렸다. 또 이 혁명과 전쟁의 소용돌이(보텍스)에서 새로운 사업 기회를 발견한 듀퐁 일가(라부아지에에게 배운 화약 기술을 바탕으로 미국의 군납 업체로, 세계적인 화학 기업으로 발전), 왓슨이 발명한 증기 기관으로 거대한 사업체를 일군 매슈 볼턴(루나 소사이어티의 후원자이자 최대 수혜자였다.), 석탄에서 석유로 에너지 산업이 전환되던 시기, 석유가 가진 유동성을 최대한 활용해 인류 역사상 최대 거부로 변신한 록펠러, 고무를 이용해 타이어 사업을 일으킨 굿이어(패러데이와 켈빈 경 등 유체 역학과 전자기학의 발견자들이 전신망을 연구하며 구타페르카 고무를 대량 사용하는 아이디어를 내놓았다.) 등의 이야기가 이 혁명과 낭만의 흐름 사이사이 등장한다.

등장 인물만 510여 명!
철학 천재 비트겐슈타인을 자살 충동에 휘말리게 하고,
불확실성의 원리를 고안해 낸 하이젠베르크를 양자 역학으로 도망가게 만든
유체 과학의 역사를 총망라한 현대판 유체 열전(流體列傳)

어떻게 보면 과학사는 유체 소멸의 역사였다. 마지막으로 남은 유체 에테르는 전자기학을 탄생시켰지만, 에테르가 없는 것으로 결론이 나며 양자 역학과 상대성 이론이 현대 물리학을 이끌게 된다. 이후 에테르가 필요 없게 된 물리학에서 유체 역학은 서서히 잊혀졌다.
하지만 동시에, 개별 과학으로 나뉘어 버린 과학은 상호 연관성을 상실한 채 원래의 모습을 잃고 사회와 분리되었다.
과학은 사회와 격리된 어느 한 천재의 고독한 상상력으로 탄생한 것이 아니라 그가 살았던 시대의 사회 문화적 배경이 낳은 필연적 결과이다. 과학자들 역시 누군가의 아들이나 딸이었고, 남편이자 아내였으며 부모였기에, 자신이 딛고 있던 시대와 결코 떨어질 수 없는 삶을 살았다. 예술가의 작품을 이해하려면 그가 살았던 시대와 삶에 대해 아는 것이 중요하듯, 과학을 이해하기 위해서도 과학자들이 살았던 시대와 그들의 삶에 주목해야 한다. 이는 인간사에서 너무 멀리 떨어져 버린 오늘날 과학의 참모습을 찾기 위해서다. -본문에서

이 책은 모두 5부로 구성되어 있다. 1부 「책이 건물을 죽이리라」, 2부 「지혜의 시대였고, 어리석음의 시대였다」, 3부 「과학은 오류투성이지만, 그런 잘못은 종종 저지르는 게 좋아」, 4부 「정말이지 그때는 아름다웠다」, 5부 「명백한 것들은 모두 다 사라져 버리고 말았다」. 모두 근현대 고전 명작들에서 저자 민태기 박사가 고르고 고른 문장으로 시작하는데, 1부는 코페르니쿠스의 지동설을 담은 『천구의 회전에 대하여』가 출간된 1543년을 전후한 시기부터 요한 베르누이가 베르누이의 정리를 발표하여 뉴턴의 비점성 유체 이론을 논박하려 했던 1738년까지의 시기를, 2부는 1727년 뉴턴의 장례식에 참석한 볼테르의 이야기에서 시작해 1823년 사디 카르노가 카르노 사이클이라는 열역학의 기초 이론을 정립해 발표한 시대까지를, 3부는 1832년 파리를 덮친 콜레라로 아깝게 목숨을 잃은 천재 수학자 갈루아의 이야기에서 출발해 소멸하지 않는 보텍스를 찾아 평생을 연구한 켈빈 경과 클라우지우스의 새로운 열역학 이론과 에펠탑이 완공된 1887년까지의 시기를, 4부는 1883년 난류에 대한 기념비적 논문을 발표한 레이놀즈 이야기부터 1930년대 항공 산업의 비약적 발전 이야기까지, 5부는 1904년 현대 유체 역학의 출발점이라고 할 수 있는 경계층 이론 논문을 발표한 프란틀 이야기에서부터 탁월한 로켓 과학자였지만 냉전 때문에 미국에서 쫓겨난 중국 로켓의 아버지 첸쉐썬이 세상을 뜬 2009년의 구글 두들 이야기까지 시간의 흐름을 따라가며 국경과 장르, 학계와 재계를 넘나들며 온갖 배경을 가진 천재들이 어떻게 유체 과학의 역사라는 거대한 흐름 속에 하나로 녹아들게 되는지 510여 천재들의 인생사와 과학적 업적을 세심하게 헤집으며 흥미진진하게 들려준다. 근현대 과학사를 총망라한 ‘유체 열전(流體列傳)’이라고 할 만하다.
민태기 박사는 이 책을 마무리하면서, 이 책을 쓴 취지를 “과학자들에게 경주마와 같은 눈가리개를 씌우고 특정 분야 속에만 가두려” 하는 한국 사회를 비판하기 위해, 그리고 원래부터 “과학자들은 결코 과학으로만 소통하지 않았고, 동시대의 음악, 미술, 문화적 소양을 끊임없이 흡입하여 이 예술가들에게 영향을 미쳤고, 또한 그들로부터 영감을 받아 자신의 학문을 완성하기도 했다.”는 사실을 알리기 위한 것이라고 설명하고 있다. 과학 지식을 활용해 누리호 터보 엔진 개발 같은 현대 사회에 제기되는 수많은 문제들을 해결하기 위해 노력하는 엔지니어로서의 융합적 관점과, 혁명과 낭만의 시대가 낳은 그토록 아름다운 예술 작품을 사랑하는 교양인으로서의 모습을 이 책에서 녹이고자 했다는 고백이다. 현대 과학의 눈부신 발전으로 이제는 사라졌지만, 열역학부터 전자기학, 그리고 상대성 이론과 양자 역학, 현대의 로켓 공학에 이르기까지 수많은 과학과 기술을 낳는 원천이 된 소멸하지 않는 영원한 보텍스에 대한 찬사이자, 그 보텍스에 목숨과 영혼을 건 과학 천재들의 열전인 이 책에서 독자들이 어떤 통찰을 얻을지 기대가 크다.

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