나무의뿌리,인간의다리뼈,비행기의날개
책의저자크리스토퍼윌리엄스는우리가평소에는거의의식하지못하고지나치는현상들그리고너무당연해보여주의를기울이지않는것들을마치날카로운메스를든외과의사처럼정밀하게파고든다.모든평범한것들을평범하지않은시선으로바라보고,주목하지않은모든것에저자는자신의삶에서얻은과학적통찰을선보인다.이책의장을나누는구분이기도하는물질,구조,크기,기능,세대,환경등에따라형태가어떻게구축되고변화,진화되었는지를살펴본다.
먼저형태의기본을이루는물질,그중에서도지구상에존재하는물질의구조는환경으로부터받는힘에저항하는방식으로결합한다.예컨대나무의뿌리,인간의다리뼈,비행기의날개는모두지탱하기위해존재하지만,그구성과구조는다르다.인간의다리뼈는나무의뿌리보다는덜유연하지만,비행기의날개보다는유연하다.실제로인간의다리뼈중심부는매우단단하지만,끝부분은놀랍도록유연하며이둘은매우조화롭게구성된다.동물뼈의끝부분은무수히많은‘잔기둥’들에의해유연성이구현되지만,비행기의날개는그러지못하다.그렇지만,인간은비행기날개를설계할때이를형태적으로모방하고극복하려고한다.
한강철교와새의구조
세상의모든형태는팽팽하게만드는힘,압축을받는힘,비틀리게만드는힘,어긋나게만드는힘,구부러지게만드는힘에영향을받는다.‘구조’는이힘들(응력)을효율적으로받아들이는형태의조건중하나이다.구조에서흥미로운점은경제성을추구한다는점이다.
익숙한예를들어보면,인간신체의구조는놀라운능력을발휘하지만,새(조류)의구조에비해경제성은낮다.인간을비롯한육상동물의구조는고체(뼈)와액체(골수)로이뤄져있지만,조류는텅빈튜브형태를띤다.조류의뼈는투명할정도로매우얇지만작은구슬모양으로이뤄져강도를높이며,응력을강하게받는날개의뼈는삼각형그물망구조로되어있다.이그물망구조는직선철봉을삼각형으로조립한트러스(truss)형태와매우유사하다.그러니까서울의한강철교처럼강철로된트러스교와새의날개구조는거의같다고할수있다.‘가볍지만,튼튼해야한다’는경제성에기초한구조라는점에서형태적으로비슷한것이다.
지금도원형이보존되고있는고대로마시대의돌다리(마치한국선운사의승선교)와지금어느박람회장이나SF영화의우주전초기지에서흔히볼수있는돔구조의건축물은모두여러삼각형으로맞물려압축력을높인지오데식돔(geodesicdome)구조를따르고있다.심지어뉴욕과런던사이를오가는비행기의경로또한그렇다.책에서는이렇듯자연의일부,인간이만든사물의형태가기본적으로그과학적기원을같이두고있다는점을여러사례를들며이해하기쉽게설명한다.수많은삽화가함께있어시각적인이해를돕는다.
무엇보다‘크기’
모든‘구조’를압도하는형태는‘크기’라고책은강조한다.자연에서도100m가넘는세쿼이아와작은관목,코끼리와딱정벌레,그리고빌딩과미니어처와같은인간이만든사물등에서크기는형태의가장큰요인이다.책은‘역학적상사법칙’을통해이를설명한다.공학자들에게는매우익숙한개념이지만,일반인들에게는익숙하지않은이법칙은매우직관적이다.예를들어,자동차나건물은사고나천재지변등으로처참하게부서질수있지만,장난감자동차나모형건물은같은비례의힘을받아도그리심하게부서지지않는다.기하학적으로형태가같아도크기가큰것은상대적으로취약하기때문이다.저자는이런역학적상사법칙이우리가사는세상에서구체적으로어떻게적용되는지,어떤물리적·역학적외부요인이작용해이법칙이구현되는지정밀하고세밀하게설명한다.
황금비율과고둥
이밖에도가장완전한구조의형태가무엇이며실현가능한것인가의문제,소위완벽한수열이라고하는‘피보나치(Fibonaccinumber)수열’과잠자리의날개,‘황금비율나선’과고둥의형태,벌집이나주상절리처럼육각형의모양을갖는형태를고무풍선실험에비유하는부분은마치다큐멘터리를보는듯한흥미를선사한다.
인류의역사와함께하는농기구인따비는수천년전이나지금이나형태가같은지,거대한유조선은계속건조되며진화하지만,갯벌에서사용하는배는왜형태가변화하지않는지,반면똑같은기능을가진도구(예컨대스패너)이면서산업혁명이전의형태와이후의형태가왜달라졌는지등모든사물은진화(진보)하지만,그렇지않은형태에까지저자의관심은확장된다.그래서책을읽고나면‘아,저형태의기원은이렇구나’라는지식도얻지만,책에서언급되지않은사물을마주하면‘저형태의기원은과연무엇일까’라는호기심도뒤따른다.
