어려운 유체역학 물리문제, 나비에-스토크스 방정식

어려운 유체역학 물리문제, 나비에-스토크스 방정식

 

 

 

 

 

 

문과생은 관심도 없겠지만...

사실 우리네 일상의 대부분에는

과학이 존재합니다.

엄밀히 말하면,

과학 속에서 살아가고 있다고 해도

과언이 아닐 정도.

 

 

 

 

 

단순한 숫자의 나열이 아닌,

수학 속에서도 빼놓을 수 없는 존재인 과학,

과학의 꽃은 단연 물리학!

 

 

 

 

그 중에서도 극악의 난이도로

머리 좀 쓴다 하는 과학자들을 좌절케 만든

가장 어려운 문제,

유체역학에서도 최고의 난이도를 자랑하는

나비에-스토크스 방정식 입니다.

(Navier-Stokes Equation)

 

 

 

위대한 물리학자 겸 수학자,

루이 나비에 (Louis Navier)

조지 스토크스 (George Stokes)

 

 

 

 

 

 

일단, 유체역학 이란 무엇인가?

문과생들을 위해 쉽게 설명하자면

흐를 수 있는 모든 것!

 

 

 

 

 

단순한 물, 액체 뿐만 아니라

기체, 고체 등 점성을 가진 것들의

움직는 상태, 변형률을 나타내는 방정식 입니다.

 

 

 

 

기체가 퍼지는 속도,

물방울이 고이며 퍼지기 시작하는 상태

모두 유체역학 공식으로 계산할 수 있답니다.

 

 

 

 

 

그 중에서도 대표적인

인간이 풀 수 있는 가장 어려운 방정식으로 꼽히는

슈뢰딩거 방정식,

 

 

 

 

그 위에 존재하는 어려운 유체역학 물리문제

나비에-스토크스 방정식 입니다.

 

 

 

나비에-스토크스 방정식은

지금 이 순간에도 끊임없이 계산되고 있으며

답이 있는지조차 아직 발견되지 않아

수학 밀레니엄 상금 문제로도 출제되는 정도.

 

 

 

 

이렇게, 극악을 자랑하는 유체역학,

예상 불가능한 비선형의 방정식이기에

근사값 정도로만 발견되어

눈, 물, 기류 등의

고난이도 그래픽 작업에 주로 사용된다고 합니다.

 

 

 

 

 

실제로, 디즈니 애니메이션 영화

겨울왕국 에서 눈꽃 움직임에

나비에-스토크스 방정식이 사용되었습니다.

 

 

 

 

나비에-스토크스 방정식의 해가 구해진다면

대기의 난기류 등이 예측 가능해지기에

날씨가 100% 예측 가능해 집니다.

 

 

 

또한 엔진을 사용하는 모든 내연기관.

자동차나 비행기 들의 효율이 극대화 되어 지기에

마법과 같은 과학의 세계가 펼쳐지게 된다고 합니다.

 

 

 

 

 

17세기, 아이작 뉴턴에 의해 처음 등장한 이론,

유체역학 가운데에서도

400년이 훌쩍 지난 지금까지,

아직도 명쾌하게 밝혀지지 않는

과학의 끝판왕이라고도 할 수 있지 않을까요?

 

 

 

 

 

 

과학의 발전,

자연을 이해하는 데에

얼마나 큰 도움이 될지!

상상조차 할 수 없네요

 

 

 

 

유체역학 나비에-스토크스 방식을

인류가 풀어내게 된다면

지금은 상상도 할 수 없는

새로운 시대가 열리게 될 것입니다.