카이스트 송태호 교수 논문은 틀렸다
(WWW.SURPRISE.OR.KR / 신상철 / 2015-09-01)
지난 6월 15일 '프로펠러 손상에 관한 의견서' 그리고 6월 25일 '제3의 부표에 관한 의견서'를 재판부에 제출한 데에 이어 어제 제42차 공판이 끝난 후 '송태호 교수 논문의 오류에 관한 의견서'를 재판부에 제출하였습니다.
오늘은 송태호 교수 논문 관련 재판부에 제출한 의견서 가운데 주요한 부분을 발췌하여 소개해 드리도록 하겠습니다.
의 견 서 (발췌본)
사건번호 : 2010고합1201
피 고 인 : 신상철
제 목 : 제41차 공판 송태호 증인신문에 대한 의견서
존경하는 재판장님,
저는 지난 6월 15일 작성한 의견서(프로펠러 손상관련)를 올리면서 천안함 사고의 원인을 밝히는 데에 있어 가장 중요한 세 가지를 꼽는다면 :
첫째, ‘어뢰의 백색 흡착물질’,
둘째, ‘제3의 부표’,
셋째, ‘프로펠러 손상’이라고 말씀을 드린 바 있습니다.
그에 따라 6월 15일 ‘프로펠러 손상’과 관련한 의견서를 올렸고, 6월 25일 ‘제3의 부표’ 관련 의견서를 제출하였으며 이제 가장 중요한 입증사항인 ‘어뢰의 백색 흡착물질’과 관련된 의견서를 제출 드리고자 합니다.
저는 근본적으로 천안함 하부에는 어떠한 폭발도 존재하지 않는다고 판단합니다. 따라서 소위 국방부가 ‘스모킹건’이라고 부르는 어뢰 역시 천안함 하부에서 폭발한 어뢰라고 생각지 않습니다.
국방부가 무슨 이유에선지 ‘천안함 1번 어뢰’를 전쟁기념관에 전시한 적이 있습니다. 저는 그때 제 눈으로 그 어뢰의 구석구석을 살펴볼 수 있었고, 정밀한 사진을 촬영할 수 있었으며 그를 통해 그 어뢰는 상당히 오랜 세월, 적어도 수 년 이상 바닷물 속에 담구어져 있던 고철덩어리라는 사실을 분명하게 확인할 수 있었습니다.
당시 제가 관찰한 ‘고철덩어리 - 어뢰’에 대하여 문제점을 지적하였고 특히 어뢰 추진체 구멍 속에서 발견된 참가리비의 존재에 관한 논란이 일자 더 많은 사람들이 관심을 갖고 전쟁기념관을 방문하게 되었습니다. 그러자 국방부는 전쟁기념관에 전시되어 있던 ‘1번 어뢰’를 철수시켜 버리고 그곳에 모조품으로 대체 전시하는 것으로 변경한 바 있습니다.
앞으로 ‘고철덩어리 - 어뢰’에 관하여 여러편의 의견서를 제출할 것입니다만, 우선 지난 공판에서 논란이 되었던 송태호 교수의 논문과 관련하여 먼저 짚어보려고 합니다.
‘천안함 1번 어뢰’는 천안함 하부에서 폭발한 적이 없기 때문에 그곳 녹이 난 부분 위에 쓰여진 1번 글씨가 탔는지 안탔는지 사실 비중있게 들여다 볼 문제는 아닙니다만, <만약 어뢰가 폭발하여 수천도의 온도가 발생했다면 용융점이 낮은 유성 펜으로 쓰여진 1번 글씨가 타지 않은 것이 이상하다>는 합리적 의문이 일각에서 제기되었고 이에 대해 우리나라 과학의 산실인 카이스트의 현역 교수가 <1번 글씨가 타지 않은 이유>에 대해 논문을 발표하면서 그 사안이 졸지에 비중있는 관심사로 떠오른 측면이 있습니다.
하여 송 교수가 주장하고 있는 논거가 사실인지 아니면 거짓에 근거한 것인지 들여다 보지 않을 수 없게 된 셈입니다.
송태호 교수 논리의 요점은 두 가지입니다.
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첫째, 물속에서 어뢰가 폭발하였을 때 최초에는 3,000도까지 온도가 올라가지만 0.1초 이내에 28도 상온으로 떨어진다. 따라서 ‘1번’ 글씨가 온전할 수밖에 없다.
둘째, 그와 더불어 두께 5cm의 디스크를 통해 열이 전달될 시간이 없어 ‘1번’면의 온도는 0.1도도 올라가지 않는다. |
우선 송태호 교수가 논문을 작성할 당시 국방부가 주장한 어뢰 폭약량은 250kgTNT였으므로 송 교수가 그것을 근거로 계산한 것에 대해서는 이의를 제기하지 않겠습니다. (이후 국방부는 시뮬레이션 결과 250kgTNT base로는 선체를 두 동강낼 수 없다는 결론에 도달하자 슬그머니 폭약량을 360kgTNT로 상향조정합니다.)
카이스트 송태호 교수의 주장에 의하면 250kgTNT의 고폭약을 지닌 어뢰가 선체 하부에서 폭발하였는데 가스버블의 온도가 0.1초 이내에 미적지근한 28℃로 떨어진다는 것입니다.
심지어 송 교수는 논문에서 버블이 초기반경에서 어뢰디스크까지의 거리 5.47미터를 진행하여 버블반경이 5.80미터가 되었을 때, 그 압력은 0.26기압으로 떨어지고 이때의 온도는 229K, 즉 영하인 -44℃로 떨어지게 된다고 주장합니다.
일단 우리 일반인들은 이 주장에 대해 상식적인 저항감을 느끼게 됩니다. 250kgTNT의 중어뢰가 터졌는데 0.1초 이내에 28℃가 되고, 심지어 영하로 떨어진다? 과연 이러한 황당한 주장에 동의할 수 있는 사람들이 몇이나 되겠습니까?
하지만 이러한 주장을 소위 우리나라 과학의 산실이라고 하는 KAIST, 그리고 그곳에서 열역학과 열전도를 전문으로 연구한 기계공학과 교수가 복잡한 수식과 함께 논문으로 발표하고 그것을 정부기관인 국방부가 인용하면서 널리 홍보하고 있으니 일반 국민들은 그저 ‘그런가보다’하고 입다물고 있는 것이 현실입니다.
그러나 송태호 교수의 주장은 그 자체만으로 물리학적으로 그리고 군사학적으로 참으로 엄청난 것입니다. 저는 근본적으로 <어뢰의 1번 글씨는 타지 않았다>라고 하는 결론에 대해 송태호 교수와 동일합니다. 다만 저는 소위 1번 어뢰가 천안함 하부에서 폭발한 사실이 없기 때문에 1번이 타서 없어질 이유도 없다고 생각하는 것이고, 송 교수는 폭발이 있었더라도 타지 않는다고 주장하는 것이 다를 뿐입니다.
그렇다면 제가 할 수 있는 것은 송태호 교수가 주장하는 논지의 근거에서 무엇이 잘못되었는지를 지적하는 것이 유효한 일일 것입니다. 송태호 교수는 전공자들만이 알 수 있는 복잡한 수식과 방정식을 인용하고 있지만, 사실은 매우 초등수준의 단계에서부터 오류를 범하고 있음을 발견할 수 있습니다. 그렇기에 결론에 이르는 과정의 수식과 방정식이 아무리 고차원적이고 복잡하더라도 결론 자체가 엉뚱하게 나올 수밖에 없는 것입니다.
저는 송 교수가 어떠한 특정한 결론을 상정해 놓고 그에 맞추어 입증과정을 꿰어 맞추었는지 아니면 순리대로 연구를 한 결과가 그렇게 되었는지에 대해 알지 못합니다. 다만 이해할 수 없는 것은 어떻게 대학교수의 지위에 있다는 분이 그렇게 기초적인 전제조건을 상식밖으로 설정할 수 있는가입니다.
송태호 교수는 <천안함 어뢰 “1번” 글씨 부위 온도 계산>이라는 논문을 발표하면서 학교가 아닌 국방부에서 발표를 하였습니다. 이번 공판에서 법정 증언을 통해 논문 발표 전에 여러차례 국방부와 논의를 하였고 합조단 조종설 대령과 만나 어뢰에 관한 설명을 들었다고 스스로 인정한 만큼 국방부와의 교감과 조율 가능성도 충분히 없지는 않으리라 생각됩니다만, 그에 대한 문제제기는 하지 않겠습니다.
그가 주장하는 논문의 첫 페이지는 다음과 같습니다.
1. 송태호 교수의 오류 1 - 최초 전제조건의 중대한 오류
위 논문 첫 페이지에서 주목해야 할 부분이 있습니다. 어뢰의 길이, 직경, 무게에 이어서 언급된 <탄두부에는 151리터의 체적에 250kgTNT의 화약이 채워져 있다>라는 부분입니다. 이 부분에 주목해 주시기 바랍니다.
어뢰가 폭발하기 전 화약이 채워져 있는 공간의 체적은 151리터입니다. 그리고 그 안에는 화약만 있는 것이 아니라 폭발력을 높이기 위한 알루미늄 분말도 함께 들어 있습니다.
송태호 교수는 논문의 2페이지에서 다음과 같이 주장합니다.
송 교수는 <폭약이 TNT 계열의 고폭제로서 반응 속도가 초속 수 km에 이르므로 폭발 순간 250kg의 폭약이 즉시 체적 151리터의 가스 덩어리로 변한다>라고 주장하며 그것을 모든 계산에 앞 선 최초의 기본조건으로 내세우고 있습니다.
이것은 커다란 오류이며 잘못된 전제입니다.
첫 전제조건이 잘못되면 그 이후의 계산은 의미가 없는 것이나 마찬가지입니다. 그렇기 때문에 그 결과 또한 우리가 상식적으로 생각할 수 없는 황당한 결론을 만들어 내는 것입니다. 그럼에도 그는 그것을 과학적으로 입증한 것이라 주장하는 것입니다.
무엇이 잘못이며 오류인지 밝혀보겠습니다.
TNT 계열의 고폭제의 반응속도가 초속 수 km에 이른다는 것에 대해서는 이견을 제시할 이유가 없습니다. 그것은 이미 과학적으로 입증된 바와같이 알려져 있는 사실입니다.
문제는 반응이 개시된 이후의 과정입니다.
폭약 안에는 폭약성분만 있는 것이 아니라 폭발력을 높이기 위한 알루미늄 성분등이 혼재되어 있습니다. 모두 고체입니다. 점화에 의하여 화약이 터지면서 알루미늄과 화학반응을 일으키면서 산화시키는 과정을 통해 고열과 고압의 기체가 생성되는 것입니다. 다시 말해 <고체가 기체로 변화하는 과정>인 것입니다.
송태호 교수의 논문의 오류는 화학적 폭발반응이 모두 이루어진 상황에서 조차 어뢰 속의 체적인 151리터를 그대로 유지하고 있었다는 것을 전제로 하고 있다는 점입니다.
폭약이 점화반응을 시작하고 혼합재인 알루미늄과 반응하고 고체가 기체로 변화하는 과정에서 당연히 기하급수의 속도로 늘어나는 기체의 체적에 대한 고려가 전혀 없다는 것, 그것이 송태호 교수 논문 첫 단추인 전제조건의 오류입니다.
따라서 송태호 교수 논문의 전제조건인 <폭발 순간 250kg의 폭약이 즉시 체적 151리터의 가스 덩어리로 변한다>는 잘못된 가정입니다.
<고체가 기체로 변화하는 순간 부피가 늘러난다>는 것은 초등 수준의 물리 상식입니다. 송태호 교수는 초등 수준의 물리상식 조차도 무시한 가정을 설정하고 그것으로부터 복잡한 방정식으로 관점을 이끌어 간 셈입니다.
송태호 교수의 전제조건인 <폭발 순간 250kg의 폭약이 즉시 체적 151리터의 가스덩어리로 변한다>는 것을 입증하려면 어뢰의 탄두부와 전지부가 3003℃의 온도와 19,900기압의 압력에 이르기까지 충분히 견딘다는 것은 입증해야만 할 것입니다.
만약, 어뢰의 폭약이 점화되는 최초의 순간에서부터 점화이후 알루미늄과의 반응이 완료되어 최고의 온도와 압력이 생성되는 시점 이전에, 고체가 기체로 변화하는 과정의 체적증가 그리고 높은 온도와 압력에 의해 어뢰의 탄두부와 전지부가 터지기 시작했다면, 송태호 교수의 최초 전제조건 자체가 당장 폐기되어야만 하는 것입니다.
따라서 이후에 진행되는 추론과 계산식 역시 모두 잘못될 수밖에 없으며 그렇기에 0.2초 후에는 영하(-44℃로 떨어진다는 일반적인 상식으로는 도무지 이해 불가능한 결론을 도출한 것입니다.
이것에 대한 과학적 검증은 그리 어렵지 않을 것입니다. 국방부만 동의해 준다면, 소량의 고폭약을 가져다가 그 부피(체적)을 재고 그것을 수중에서 폭발시켜 버블이 생성되는 전 과정을 촬영하고 순간순간의 온도와 압력을 측정하면 될 것입니다.
2. 송태호 교수의 오류 2 - 압력과 온도의 변화
송태호 교수는 논문 3페이지에서 다음과 같이 주장합니다.
송 교수는 논문 3페이지에서 <폭발 직후 버블은 단열팽창을 하게 된다>라고 못을 박고 있습니다.
바로 이 부분이 미국의 이승헌 박사와 송태호 교수가 견해가 다른 핵심적인 부분입니다. 사실 미국의 이승헌 박사와 서재정 박사 두 분 모두 물리학을 전공하고 학위를 받으신 분들이기에 ‘과학적으로 그리고 물리학적으로 아닌 것은 아니다’라고 주장하고 계시니 그분들이야말로 진정한 양심있는 과학자라 생각합니다.
한편 송태호 교수는 기계공학을 전공하신 분입니다만, 사실 전공분야와 상관없이 <단열팽창>의 문제는 중,고등학교 물리 수준에서 다루어지는 문제이기에 이 정도의 사안에 대해 박사 타이틀을 갖고 계신 분이 황당한 논리를 펼치고 있다는 사실과 그에 대해 대한민국 과학계가 침묵하고 있다는 사실 자체가 참으로 부끄럽고 술픈 현실이 아닌가 생각합니다.
단열팽창은 중2수준의 과학시간에 다루는 내용입니다. 인터넷으로 <단열팽창>을 검색하게 되면 가장 많이 언급되는 내용이 바로 <입술을 오므리고 후-불면 차가워지는 현상> 혹은 <구름이 생성되는 과정>등입니다.
송태호 교수는 버블을 해석하면서 <가역단열팽창>으로 해석했고 반면 미국의 이승헌 박사는 <비가역단열팽창의 일종인 자유팽창>으로 해석하였습니다. 과연 어느 주장이 옳은지 따져보기 위해서는 우선 가역반응과 비가역반응에 대하여 그리고 단열팽창과 자유팽창에 대한 개념의 차이부터 살펴보아야 할 것입니다.
네이버백과에서 가역반응과 비가역반응에 대한 개념은 다음과 같습니다.
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● 가역반응 [ reversible reaction , 可逆反應 ]
<요약> 화학반응 때 정반응이 일어남과 동시에 역반응이 일어나는 반응이다. 가역반응이란 화학평형이 유지되고 있는 반응이라고도 할 수 있으며 모든 반응은 가역반응이라고도 할 수 있다.
화학반응식으로 나타낼 때에는 화살표 ⇄를 쓴다. 예를 들면, 아세트산과 알코올에서 아세트산에틸과 물이 생기는 반응 CH3COOH＋C2H5OH ⇄ CH3COOC2H5＋H2O 에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 진행하는 정반응과, 오른쪽에서 왼쪽으로 진행하는 역반응도 동시에 일어난다.
즉, 아세트산에틸에 물을 가하면 가수분해가 일어나서 아세트산과 알코올이 생기는데, 이 때문에 정반응과 역반응은 항상 각 생성물질의 어떤 양에서 평형을 이루게 된다. 이 경우 정반응과 역반응의 반응속도가 같아진 것이 되어, 양쪽 계의 물질의 양은 변화하지 않고 겉보기에는 반응이 중지되어 어느 쪽으로도 반응이 진행되지 않는 것처럼 보인다. 이와 같은 상태를 화학평형이라고 한다.
이러한 점에서 볼 때, 가역반응이란 화학평형이 유지되고 있는 반응이라고도 할 수 있다. 모든 반응은 가역반응이라고도 할 수 있다. 완전히 한 방향으로만 반응이 진행되어 원래의 물질을 남기지 않는 반응은 없다. 반응의 진행이 한 방향으로만 치우쳐 보이는 것은 정반응의 반응속도와 역반응의 반응속도의 차가 큰 경우이다. 따라서 역반응의 반응속도가 극단적으로 작은 경우를 비가역반응이라 하여 가역반응과 구별한다. [네이버 두산백과] |
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● 비가역반응 [ irreversible reaction , 非可逆反應 ]
<요약> 화학반응 중 화학평형이 뚜렷하게 생성계에 치우쳐 있어 역반응이 일어나기 어려운 반응이다. 연소반응, 기체발생반응, 앙금이 생기는 반응, 강산과 강염기의 중화반응 등이 이에 속한다.
정반응만 일어나며 한 번 반응이 일어나면 돌이킬 수 없는 반응을 말한다. A→B인 정반응에 대하여 B→A인 역반응이 극히 일어나기 어려운 반응, 즉 가역반응이 아닌 반응이다. 역반응의 활성화에너지가 극히 크거나, 또는 그 활성화엔트로피가 극히 작은 경우가 이에 해당한다.
비가역반응의 예는 다음과 같다. ① 연소반응 : 종이를 태우면 다시 종이로 되돌아오는 반응이 일어나지 않기 때문에 연소는 비가역반응이다. ② 기체발생반응 : 아연에 염산을 반응시키면 수소 기체가 발생하고 염화아연이 생기지만, 이때 수소와 염화아연이 반응하여도 아연과 염산은 생기지 않는다. 그러나 밀폐 용기 안에서 일어나는 반응일 때는 가역반응인 경우도 있다. ③ 앙금이 생기는 반응 : 염화나트륨 수용액에 질산은 수용액을 반응시키면 흰색의 염화은이 앙금으로 생기는데, 염화은은 물에 거의 녹지 않고, 고체 상태로 존재 하므로 역반응이 일어나지 않는다. ④ 강산과 강염기의 중화반응 : 염산과 수산화나트륨을 반응시키면 염화나트륨(소금)과 물이 생기는 중화반응이 일어난다. 그러나 소금과 물을 섞어도 염산과 수산화나트륨은 생기지 않는다. [네이버 백과] |
2010년 8월 6일 프레시안 인터뷰 기사에서 이승헌 교수는 송태호 교수의 논문과 관련해 “폭발로 발생한 에너지가 기체(버블)로 변화해 팽창(충격파)하는 과정은, 송 교수가 주장한 것처럼 이상기체가 △안팎의 압력이 동일하게 유지되면서 △팽창이 비교적 천천히 일어나는 ‘가역 과정’이 아닌 내외부의 압력차가 큰 상황에서 발생하는 ‘비가역 과정’”이라고 지적한 바 있습니다.
이승헌 교수는 “송 교수 말대로라면, 사람이 폭발 현장에 서 있으면 얼어 죽을 것”이라며 “어뢰 폭발로 발생한 기체의 팽창이 송 교수의 논문처럼 진행된다면, 폭발 직후 초기 버블은 반지름 0.33m에 온도가 3003℃가 되며, 이것이 어뢰 길이인 7m에 해당하는 곳까지 팽창하면 영하 63℃(209K)가 되는 어처구니없는 결과를 얻게 된다.”고 하였습니다.
폭발 직후 초기 버블 내의 압력은 송교수의 주장에 따르면 2만 기압이며 국방부의 주장에 따르면 20만 기압에 이릅니다. 그러나 대기의 기압은 1기압이며 수중 8m의 기압은 1.8기압에 불과합니다.
따라서 내부의 압력이 외부의 압력에 비하여 수 만 내지 수 십만배 크기 때문에 버블 밖의 압력은 거의 진공(기압=0)으로 간주할 수 있고, 버블의 팽창은 마치 진공으로 기체가 팽창하는 비가역적 과정과 유사하며 이 경우 버블이 팽창할 때 굳이 추가의 에너지를 소모할 필요가 없기 때문에 팽창 전과 팽창 후의 온도 변화가 거의 없다는 것이 이승헌 교수 주장의 요지입니다.
다음으로 단열팽창과 자유팽창에 대해 알아보겠습니다.
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● 단열팽창 [ adiabatic expansion , 斷熱膨脹 ]
<요약>외부와 열교환 없이 물체의 부피가 늘어나는 현상으로 부피를 늘리는 데 필요한 열을 내부에너지로부터 얻기 때문에 물체의 온도는 내려가게 된다. 실생활에서는 구름이 생성되는 원리와 관련이 있다.
단열팽창과 단열압축은 모두 물체가 열출입 없이 팽창하거나 압축할 때 나타나는 현상으로 단열팽창시 갑자기 부피가 커지는데, 자체 에너지가 소모되므로 온도가 내려 가고, 단열압축은 그 반대로 온도가 올라간다.
예를 들면, 지면의 공기가 따뜻해지면 밀도가 작아져서 위로 상승한다. 상승할수록 기압이 낮아지므로 공기가 팽창한다. 팽창을 할 때 주위로부터 열을 받을 수 있다면 온도변화가 없지만 열을 받을 수 없으면 팽창하면서 밖으로 해준 일만큼 공기에서 에너지가 없어지므로 온도가 내려간다. 급하게 공기가 상승하는 저기압의 경우에는 이 효과가 더 두드러져 공기의 온도가 이슬점 이하로 떨어진다. 그러면 공기 중에 포함하고 있던 수증기가 물로 바뀌면서 구름을 생성하는 원인이 되는 것이다.
헬륨 등 가스를 액화하는 데는 가스의 단열팽창과 자유팽창을 이용한다. 윌슨의 안개상자는 수증기를 함유한 공기를 단열팽창시켜 과포화상태로 만든 것을 이용한 것이다. [네이버 두산백과] |
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● 자유팽창 [ free expansion , 自由膨脹 ]
<요약> 물체가 외부에 대하여 일을 하지 않고 팽창하는 현상으로, 진공 중에서 기체가 팽창하는 경우를 들 수 있다. 이 때 기체의 에너지와 온도는 변하지 않는다. 그러나 엔트로피는 증가하게 된다. 따라서, 이 현상은 비가역적이므로 팽창한 것을 다시 되돌릴 수는 없다.
진공 중에서 기체가 분출(噴出) 팽창하는 경우와 같다. 가령 어떤 네모난 그릇을 반으로 칸막이하고, 그 한쪽에는 기체를 채우고 다른 한 쪽은 진공으로 그냥 둔다(상태 A). 그랬다가 칸막이 판자를 갑자기 잡아 빼면 기체는 그릇 전체에 퍼진다(상태 B). 이 때 기체의 부피는 2배로 되지만 외부와 일을 주고 받지 않기 때문에 기체가 가진 에너지는 변하지 않으며 온도도 거의 변화가 없다. 이것을 자유팽창이라고 한다.
그런데 이 변화에서의 엔트로피 변화를 계산하기 위해서 변화 A→B를 ‘천천히’ 할 필요가 있다. 칸막이 판자를 서서히 후퇴시키면 되는데, 그렇게 하면 기체는 칸막이 판자를 밀고 일을 하기 때문에 에너지를 잃고 온도가 내려간다. 그래서 자유팽창과 똑같은 결과 B로 만들기 위하여서는 칸막이 판자를 후퇴시키면서 줄곧 조금씩 가열하지 않으면 안된다. 가열을 하면 엔트로피가 늘어나기 때문에 B상태의 기체는 A상태보다도 더 많은 엔트로피를 가지게 된다. 이것이 자유팽창에 있어서의 엔트로피 변화를 나타내게 된다. [네이버 두산백과] |
그리고 단열팽창 현상을 보여주는 간단한 실험방법 가운데 가정에서 누구나 쉽게 해 볼 수 있는 실험을 소개하겠습니다.
위의 실험에서 불을 붙인 성냥을 넣어서 끄는 이유는 구름의 응결을 위한 핵(연기)을 만들기 위함입니다.
기체를 강제로 팽창시켰을 경우 부피가 늘어나며 그 부피가 늘어나는 만큼 기체가 팽창되면서 기체 내부의 에너지를 사용하게 되어 온도가 내려가 구름이 생성되는 것입니다. 이러한 현상이 단열팽창의 사례입니다.
<폭발 직후 버블은 단열팽창 하게 된다>는 송태호 교수의 주장은 <폭발에 따른 폭발력 그리고 그 압력차이로 인한 자유로운 팽창 과정>에 대한 고려가 없기 때문에 성립할 수 없는 논지인 것입니다.
3. 송태호 교수의 오류 3 - 일의 양에 관하여
송태호 교수는 논문 4페이지에서 다음과 같이 주장합니다.
바닷물이 공기보다 비중이 큰 것은 사실입니다. 그러나 <버블이 팽창하면서 바닷물을 밀어내는 데에 그 에너지를 다 쓴다>는 것은 과도한 판단입니다.
우리가 너무나 쉽게 접하고 있는 공기라고 하여 무시하는 경향이 있는데 공기 역시 무게를 갖고 있으며 대기압은 1기압이라는 압력을 갖고 있어서 결코 무시할 수 없는 수치입니다. 즉 우리가 머리 위에 지고 사는 대기압이 얼마나 커다란 존재인지 과학자인 송 교수 조차도 감각이 없는 것 같습니다.
공기의 비중은 대략 0.0012 정도 되고 대기압은 1입니다. 해수의 경우 수심 10m의 경우 비중은 1.025이고 기압은 2기압입니다.
비중만을 놓고 본다면 해수가 공기에 비해 비중이 거의 1000배 가까이 크기 때문에 어마어마한 것으로 인식되지만, 정작 우리가 공기를 밀어내는 힘과 해수를 밀어내는 힘을 비교해 본다면 그것이 1000배의 차이가 나는 것은 아니란 것입니다. 왜냐하면 비중의 영향보다 압력이 더 크게 작용하기 때문입니다.
주사기에 공기를 가득채우고 밀어내는 것과 해수를 가득채우고 밀어내는 것이 비중의 차이만큼 1000배나 차이가 나는 것이 아니란 것입니다.
그리고 폭발체가 형상한 버블의 내부압력이 2만~20만 기압에 달한다면 그것이 팽창하는 외부압력이 1이든 2든 그것은 소위 ‘도찐개찐’의 수준인 것입니다.
4. 송태호 교수의 오류 4 - 물기둥
송태호 교수는 언론과의 인터뷰 그리고 기고문을 통해 <천안함 어뢰 폭발시 물기둥의 높이는 2m 정도였을 것>이라고 주장한 바 있습니다.
피고인은 이번 공판에서 이에 대해 송태호 증인에게 그런 주장을 한 사실이 있는지 여부를 세 번에 걸쳐 물었고 결국 송태호 교수는 “그런 사실이 있다”고 답변을 하였습니다.
이 문제가 중요한 것은 송태호 교수가 주장하는 근거 그리고 그것을 펼쳐놓은 논문의 내용이 맞는지 틀린지 여부는 그의 이론적 허점과 오류를 지적하는 것 외에 구체적으로 확인하기가 쉽지 않은 문제입니다.
그가 펼쳐놓은 결론 <실제 계산은 버블의 반경이 6.2m, 압력이 0.2기압, 온도는 영하 37도가 된다>는 그의 주장을 입증할 방법은 무엇일까요?
현실적으로 동일한 상황을 재현하지 않는 한 어렵습니다. 1kgTNT의 고폭약을 사용하여 소규모 실험을 하는 방법도 있겠습니다만, 그 또한 국방부가 동의할 리도 없거니와, 그렇게 한다 하더라도 1kg일 때와 250kg일 때의 상황이 다르다는 논리로 무시하면 그뿐입니다.
하지만, 송태호 교수가 최종적으로 <물기둥이 2m 정도였을 것>이라 주장한 사실이 갖는 의미는 지대한 것입니다.
왜냐하면, 그가 그러한 결론 - 물기둥이 2m정도였을 것으로 추정하게 된 배경과 그 기본 근거는 다름아니라 그가 연구하고 논문으로 발표한 모든 가정치의 결과물이기 때문입니다.
송태호 교수의 판단에 의하면 250kgTNT의 고폭약이 폭발하였다 하더라도 대부분의 에너지가 바닷물을 밀어내는데 소요되는 바람에 최종적인 버블의 반경은 6.2m정도고, 내부 압력은 대기압에도 미치지 못하는 0.2기압이고, 온도는 영하 37도 밖에 되지 않았으니 그 버블이 수면위로 올라와서 하늘로 솟구치는 것 자체가 어불성설이기 때문입니다.
따라서 그가 말하는 <물기둥 2m>는 막연히 추정하는 수준의 발언이 아니라 그가 작성한 논문의 <최종 결과물>인 셈입니다.
그런데 천안함 생존 장병 가운데 어떠한 물기둥도 목격한 대원이 없습니다. 국방부의 주장에 의하면 100미터 가까운 물기둥이 있었을 것이라는 발표는 있었지만 천안함 사고 당시 물기둥이 존재했는지 여부와, 존재했다면 높이가 얼마인지 여부는 미궁에 빠져있는 상황입니다.
그렇다 하더라도 <송 교수의 물기둥 2m>를 입증할 방법이 전혀 없는 것은 아닙니다. 그것은 바로 250kgTNT에 미치지 못하는 규모의 수중폭발에서 어떠한 현상이 나타나는지 여부를 살펴보면 알 수 있는 것이며 그것은 다름 아닌 해군의 폭뢰(Depth Chanrge) 투하훈련을 조명해 보는 것입니다.
폭뢰(Depth Charge)란 구축함등의 전투함이 수중의 잠수함을 격파시키기 위한 목적으로 투하하는 폭탄입니다. 구축함은 잠수함에 비해 속도가 세 배가량 빠르기 때문에 해상에서 지그재그로 운전을 하면서 폭뢰를 투하하면 그 폭발로 인해 수중의 잠수함에 충격파가 전해져 구조물을 손상시키고 결국 침수로 인해 침몰시키기 위한 목적으로 사용됩니다.
전투함 갑판위에 설치된 폭뢰(Depth Charge)
폭뢰는 송 교수가 기준으로 삼은 고폭약 250kgTNT에 현저히 모자라는 규모입니다. 고폭약도 아닐뿐더러 60~110kg 정도의 수준이어서 어뢰에 비하면 거의 1/5~1/3에 불과한 정도입니다.
그러면 이 폭뢰를 바다에 투하하면 물기둥이 얼마나 치솟는지 보겠습니다.
바다를 달리고 있는 전투함의 길이는 80m 전후입니다. 그런데 물기둥의 높이를 보면 무려 100미터에 달하고 있습니다.
바다속에서 폭발한 폭뢰로 인해 발생한 버블이 수중에서 동서남북, 전후좌우, 사방팔방 그리고 아래쪽으로 압력을 미치고도 남은 버블이 자유로이 뚫린 허공을 향해 치솟는 규모가 저 정도입니다.
어뢰가 아니라 폭뢰 수준 만으로도 버불의 지름이 6.2m 수준으로는 설명이 되지 않을 것입니다. 그리고 압력 또한 송 교수의 주장인 대기압의 1/5에 불과한 0.2기압으로 저런 물기둥을 쏘아 올리지는 못할 것 같습니다. 더구나 영하 37도라면 물기둥이 아니라 얼음 덩어리가 떠 올라야 맞는 것이겠지요.
그렇다면 폭뢰보다도 3~5배 큰 규모의 어뢰, 그것도 고폭약인 어뢰가 폭발하였다면 어느 정도의 규모가 될까요?
미국과 호주 해군의 어뢰실험에서 보여준 물기둥도 소개합니다.
송태호 교수의 주장은 틀렸습니다. 그의 논문도 틀렸습니다. 그것은 그가 그의 연구 결과를 토대로 최종적으로 결론을 낸 <물기둥 2m>가 현실적으로 틀렸다는 사실이 입증됨으로써 무너져 내려야 할 오류에 불과했던 것입니다.
2015년 8월 31일
피고인 신상철 드립니다
