[3분 과학]단순히 차 많아 길 막힌다고? 범인은 딱 한대였다

올해 설 연휴 기간에 경부고속도로와 중부고속도로가 만나는 남이 분기점 도로가 수도권으로 향하는 막바지 귀경차량들로 극심한 정체현상을 보이고 있다. [중앙포토]

귀성족 괴롭히는 고속도로 '유령 정체'...과학으로 풀어본 원인은 이것 

운전대를 잡아보신 분이면 누구나 한 번쯤 경험한다는 그것. 바로 도로 정체입니다. 명절 연휴 고속도로도 예외가 아닙니다. 멈췄다 달리기를 반복하는 정체 구간은 귀향길 필수 코스(?)로 꼽힙니다. 도로 위 지체와 정체는 경제적인 효과도 동반합니다. 도로 위에 뿌려지는 교통혼잡비용 33조원(2015년 한국교통연구원 추산)에 달합니다. 매년 3~4% 증가하는 추세라고 합니다.

지체와 정체는 왜 생기는 걸까요. 그렇습니다. 기본적으로 좁은 도로에 많은 차량이 몰리기 때문입니다. 수요와 공급 이론을 적용하면 수요와 비교해 공급이 달리는 상황입니다. 이와 함께 교통사고나 터널 및 오르막 구간도 교통 체증을 일으키는 이유로 과학자들은 꼽습니다.

하지만 특별한 원인도 없이 꽉 막힌 도로에서 시간을 보내야 할 때도 잦습니다. 명절 연휴 고속도로도 예외가 아닙니다. 과학자들은 이를 유령 정체(phantom traffic jam) 이라 부릅니다. 뚜렷한 원인을 찾을 수 없다는 얘기죠.

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유령 정체를 설명하기 위해 과학자들은 다양한 가설을 내놓고 있습니다. 그중에서 가장 강력한 게 반응시간 지체(reaction time delay)입니다. 영국 엑서터대-헝가리 부다페스트대 공동 연구팀은 2006년 왕립학술원 학회보에 운전자들의 반응시간 지체가 유령 정체를 일으킨다는 논문을 게재했습니다. 반응시간 지체는 고속도로에 갑자기 등장한 저속 트럭을 떠올리면 이해하기 쉽습니다. 나들목에서 진입한 저속 트럭을 뒤따르는 운전자는 충돌을 피하기 위해 속도를 줄입니다. 앞차가 감속하면 뒤따르던 차량은 그보다 더 큰 폭으로 속도를 줄이게 됩니다. 이런 흐름이 쌓이고 쌓이면 무리의 맨 뒤차는 멈춰 서게 됩니다. 흥미로운 건 정체가 한자리에 머물지 않고 쓰나미처럼 차량 행렬 뒤쪽으로 전파된다는 사실입니다. 이를 후방 충격파(backward shock wave)라 부릅니다.

나비효과(Butterfly effect)도 유령 체증을 설명하는 또 다른 이론 중 하나입니다. 나비의 날갯짓처럼 작고 경미한 바람이 폭풍우와 같은 커다란 변화를 유발한다는 것으로 1960년대 무렵 기상학에서 처음 등장한 이론입니다. 흐름에서 어긋난 차량 한 대가 고속도로 위 교통 체증을 유발할 수 있다는 것입니다. 나비효과는 유령 체증이나 교통사고 및 도로공사 등 원인이 뚜렷한 교통 체증을 설명하는 기초 이론으로 쓰이고 있습니다. 이승준 도로교통연구원 박사는 “도로 위에 유령은 살지 않는다”며 “앞차 운전자가 졸음이나 휴대전화 사용으로 1~2초 멈칫거리면 뒤차는 속도를 줄이거나 차선을 바꾸는 등 영향을 받을 수밖에 없고 이런 상호작용은 뒤로 갈수록 퍼진다”고 설명합니다. 보이지 않는 물결(invisible waves)도 유령 정체를 설명하는 이론입니다. 도로 위에 멈춰 선 차량이 모두 움직이기 전까지 교통 체증이 이어진다는 것입니다.

교통 체증을 피할 수 있는 방법은 없을까요. 미국 시애틀에 거주하는 엔지니어 윌리엄 비티는 충분한 차간거리를 유지하면 유령 정체를 물리칠 수 있다는 연구 결과를 내놨습니다. 앞차와의 차간거리를 충분히 넓히면 다른 차가 끼어들어도 속도를 줄이지 않아도 되고 이에 따라 반응시간 지체도 사라진다는 것입니다. 자신이 운영하는 홈페이지(trafficwaves.org)에 연구 결과를 공개한 비티는 “앞선 차의 뒤꽁무니를 쫓는 건 인간의 본능이지만 그렇게 하면 교통 체증이 유발될 수밖에 없고 나를 포함한 운전자 모두가 목적지에 늦게 도착할 수밖에 없다는 걸 명심해야 한다”고 주장했습니다.

강기헌 기자 emckk@joongang.co.kr