컴퓨터 시뮬레이션으로 구현한 가상 우주와 은하

[3126정시헌]

ㅇ 반드시 정확한 닉네임을 사용해야 합니다.
ㅇ 위의 글제목에는 시청한 프로그램의 이름을 기입해야 합니다.
ㅇ 시청한 시각, 프로그램 내용 12줄 이상, 느낀점 12줄 이상을 작성해야 합니다(글자크기 14pt).
ㅇ 줄바꿈(Enter키 입력)을 하지 않습니다.
ㅇ 다른 친구의 글을 복제하면 안됩니다. 발각되면 모든 것이 무효화됩니다.
ㅇ 주당 1편을 기록할 수 있습니다. 2편 이상 작성하여도 1편만 인정됩니다.
ㅇ 꾸준히 작성하여 8편 이상을 기록한 경우 수행평가에 점수(20점)를 부여 받을 수 있습니다.
ㅇ 전입생의 경우 학교생활 개월수에 따라 만점 기준이 달라지므로 불리함이 없습니다.

시청시각 : 2021. 6. 5. 11:00

내용(12줄 이상) :

인류의 가장 오래된 질문은 인류가 밤하늘을 바라보면 "저건 다 뭐지?"라는 질문이었을 것이다. 17세기에 갈릴레오는 망원경으로 은하수를 바라보며 처음으로 은하수가 별로 이루어져 있음을 알았다. 18세기 허셜은 은하수의 별의 갯수를 세어서 은하수의 구조를 파악하려는 노력을 처음으로 했다. 이후에 과학기술이 발달됨에 따라 은하수와 우리 은하에 대해 많은 것을 알게 되었다. 은하의 다채로운 특성은 무엇으로부터 기인한 것인지 이해하는 수단으로서의 컴퓨터 시뮬레이션이 있다. 우주론 시뮬레이션을 이용해서 우주 초기의 밀도요동에서 중력으로 인해 밀도의 차이가 커지면서 은하가 형성될 수 있는 중력장이 자라나는 것을 보여줄 수 있다. 시뮬레이션이란 이론연구방식이자 실혐연구방식이다. 예전 이론연구는 해석학적으로 이것은 현상을 수식으로 표현하고 논리적인 추론과정을 거쳐서 종 이에 수식을 유도하며 해를 도출하는 것이다. 현재 이론 연구는 해석학적이며 동시에 수치해석적이다. 수식으로 풀기 어려운 것을 수치알로리즘을 이용하여 컴퓨터를 이용해 근사해를 구하는 것을 수치해석이라 한다. 시뮬레이션은 천문학에서는 유일한 실험연구방식이다. 천문학에서는 천체를 대항으로 하는 실제적인 실험이 불가능하기 대문에 수치모의실험 즉 시뮬레이션을 한다. 시뮬레이션을 하기 위해서는 수치모형을 설계하는 데 굉장한 노력이 필요하며 수치모형을 설계한다는 것은 가상의 실험실을 셋팅하는 것과 같다. 어디에, 어떤 규모로 실험실을 만들지 실험실을 얼마나 정밀하게 셋팅할지 무엇을 실험할지에 따라 필요에 맞게 수치모형을 설계한다. 수치모형 설계요소는 1. 차원(주로 3차원 공간 상에서 시간의 축으로 기술) 2. 기작(구현하고자 하는 법칙, 모형, 이론, 가설의 해석학적/수치적 표현(중력-만유인력식, 유체역학 방정식, 우주론 등)) 3. 변수(기술하고자 하는 물리량(위치, 속도, 질량, 온도, 밀도, 자기장세기 등) 4. 초기조건(시뮬레이션을 시작할 때 변수에 부여하는 정보(우주초기 밀도요동, 원반은하모형 등) 5. 변화 기술방식에는 입자방식, 격자방식, 하이브리드방식(차등격자구조방식, 이동그물구조방식)이 있다. 세계 최대급 규모의 시뮬레이션은 모두 하이브리드방식이다. 6. 좌표는 공간을 기술하는 방식이다. (직각좌표계를 주로 사용한다.) 7. 규모와 분해능은 입자와 격자를 많이 사용할 수록 커지고 좋아지고 계산에 걸리는 시간도 커진다. 시뮬레이션의 규모는 얼마나 빠른 컴퓨터를 사용할 수 있느냐에 따라 결정된다. 무어의 법칙에 따르면 반도체 집적회로의 성능이 1.5년마다 2배로 증가하는데 세계최대급 우주론적 중력진화 시뮬레이션의 규모 변화도 비슷한 경향을 보인다.

느낀점(12줄 이상) :

천문학에 대해 관심이 많았지만 이렇게 천체에 대하여 컴퓨터 시뮬레이션이라는 분야가 있다는 것을 처음 알게되어 흥미롭게 영상을 볼 수 있었다. 국내 연구진이 중심이 되어 진행한 세계 최대 규모의 우주론적 중력진화 시뮬레이션(HR5)에 대해 설명을 듣고 영상을 보는 과정에서 우주론부터 현재 컴퓨터 프로세서와 프로그램언어에 대한 전체적인 설명이 있었는데 이렇게 방대한 분야에 대해 공부를 하고 연구한 박사님이 매우 놀라웠다. 지금은 학교에서 배운 수학과 물리가 그리고 장난감 같은 컴퓨터가 실제 연구에서 서로 어떻게 연결되는지 알 수 있었다. 빅뱅에서 시작한 우주를 다시 구현하기 위한 연구자들의 노력에 정말 감탄하지 않을 수 없었다. 이번 연구에서 슈퍼컴퓨터 누리온을 사용했다고 한다. 무어의 법칙에 따라 컴퓨터 성능에 의해 연구의 성과도 비례해서 발전하고 있다는 사실을 처음 알았지만 이해가 되었다. 슈퍼컴퓨터는 일반 연구분야에서 사용하고 싶어도 국가에서 구입해야 할 정도로 비싸기 때문에 이번 연구진들도 슈퍼컴퓨터의 전체성능 중 30%의 성능을 3개월간 빌려서 사용했다고 한다. 지금도 우리나라는 세계적으로 발전된 나라 중에 하나지만 더 성능 좋은 슈퍼컴퓨터를 구입해서 더 많은 과학자들이 연구활동에 사용할 수 있도록 해주었으면 좋겠다. 그리고 국가의 성능 좋은 슈퍼컴퓨터를 사용하는 과학자들은 보다 좋은 연구성과로 국가에 보답하게 된다면 우리나라가 지금보다 더 발전된 미래를 만날 수 있을 것이다. 우주는 아주 방대하고 어두워서 관측천문학자들은 첨단기술에 의한 대형망원경을 만들고 고성능의 기기를 개발하여 더 많은 정보를 수집하기 위해 노력하고 있으며 시뮬레이션 전문가들은 더 막강한 성능의 슈퍼컴퓨터를 이용하여 정교한 수치모형을 개발하여 우주의 다양한 현상을 설명할 수 있는 이론 가설을 만들고 검증하고자 노력하고 있다고 한다. 이러한 우주에 대한 연구가 당장은 우리 생활에 도움이 되지 않는다고 생각할 수 있지만 인류는 원래 이렇게 궁금한 것을 참지 못하고 알아내기 위해 노력하며 살아왔다. 이것이 인류의 숙명이라는 생각을 해보았다.