과학동아 12월호

과학동아 2011.12
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2011년 11월

때로는 과학조차도 설명하기 힘든 것들이 많이 존재한다. 동양에서 발달한 한의학도 과학적으로 그 치료 원리를 정확히 규명하기가 힘들며, 또한 명상의 효과도 정확히 밝혀지지 않았다. 인간의 의지력이 때로는 가장 효과가 좋을 수도 있다는 사실은 이해한다. 하지만, 그 의지력이 발현되는 방식은 과학으로 잘 이해되지 않는다. 

절에서 수도한 수도승이 몸을 제대로 가려주지도 못하는 그런 빈약한 옷을 입고 엄동설한에 멀쩡히 있는 것을 본 적이 있을 것이다. 우리는 온몸을 코트와 옷으로 꽁꽁 감싸도 춥다고 난리인데 말이다. 그들은 어떠한 방식으로 추위를 이겨내는 것일까? 바로 의지력이다. 스님들이 많이 하는 명상은, 그러한 의지를 발휘하기 쉬운 좋은 방식이다. 명상을 통해 모든 잡념을 버리고 한가지를 위한 의지를 집중시키면 그것이 실제로 일어나는 것이다. 이들은 자신들이 춥지 않다고, 명상을 통해 체온을 유지시킬 수 있다는 의지력을 발휘하자 실제로 체온이 발생하는 효과를 보였다. 

이렇듯 과학으로 쉽게 증명할 수 없는 그런 불가침의 영역이 있기는 하지만, 그래도 과학은 여전히 중요하다. 비록 명상 등을 통해서 추운 겨울을 이겨낼 수도 있지만 결국 사람들이 많이 택하는 방식은 따뜻한 옷을 입는 것이다. 인간은 다른 동물과 달리 보온 체계가 매우 빈약하다. 해봤자 피부색과 머리카락의 곱슬거리는 정도가 바뀔 뿐이다. 인간은 옷을 입기 시작하면서 털이 퇴화된 것일까, 아니면 털이 퇴화되어서 옷을 입기 시작한 것일까? 

하지만, 더 의문인점은 왜 털이 따뜻할까, 이다. 단지 몸 밖에 무언가를 두르는 것만으로도 무척 따뜻하다. 그 이유는 털의 효능 때문이다. 털은 가느다란 실이 수만겹이 나있는 구조이다. 그리고 그 한 가닥도 공기가 잘 채워질 수 있는 구조이다. 이러한 털이 몇만 가닥이 있으니, 우리 몸을 둘러싼 공기층이 형성될 수 있는 것이다. 그리고 지구에서 최고로 좋은 보온제는, 바로 공기이다. 열 전도율이 무척 작으니, 몸 바깥에 체온을 유지하는 공기층이 생긴 것만으로 따뜻함을 느낄 수 있는 것이다. 

21세기 과학의 이야기들

과학동아 2011.11
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2011년 10월

스마트폰 혁명이 시작된 이후로, 애플의 아이폰 독주에 제동을 건 회사가 등장했으니, 바로 삼성이다. 갤럭시 시리즈를 이용하여 양립 체재를 이어가고 있는 것이다. 하지만, 이들은 결국 특허 전쟁을 하게 되었다. 이들은 스마트폰에 사용된 기술을 모두 특허로 출원하여, 서로가 서로의 기술을 베꼈다면서 서로의 상품을 특정 지역에서 판매 정지등으로 이어지게 하였다. 현재는 애플이 더 우세한 측이며, 이들은 심지어는 아이콘의 모양을 디자인 특허등을 이용해서 자신의 것을 베꼈다고 주장하고 있다. 

이들의 전쟁에서 삼성이 우리나라 계열 회사라고 특별히 옹호할 생각은 없다. 이제는 세계화 시대이니, 특정 기업이 우세하다고 내게 도움이 되는 것은 아니라고 생각하니 말이다. 더 흥미로운 것은, 이번에 이탈리아에서 발생한 지진으로 인해 지진학자가 법정에 서게 된 일이다. 약한 지각변동이 일어났고, 지진학자들은 이를 조사한후 '아마 지진은 없을 것이다.' 라고 말했고, 곧 엄청난 지진이 들이닥쳐 미처 대피하지 못한 사람들이 대다수 인명피해를 겪게 되었다. 그러자 사람들은 이 지진학자들을 고발하였다. 과연 이들은 처벌을 받게 될까? 

처벌은 아마 없으리라 본다. 이들이 특별한 목적을 가지고, 가령 많은 사람들을 죽이고 싶어하는 테러리즘을 갖고서 그러한 주장을 강력하게 제기했다고 드러나면 이들은 형사 처벌을 받을 수 있다. 하지만, 과학적 연구에서 잘못된 해석 등으로 인해 이들이 처벌을 받을 수는 없다. 전문가의 실수는 결국 전문가가 그 분야에서 가장 뛰어난 이이므로 다른 누군가가 그것이 잘못인지를 판별하기가 쉽지 않기 때문이다. 이것은 기상청에서 날씨를 오보하더라도, 우리가 딱히 할 수 있는 일이 없는 것과 마찬가지이다. 

타임머신에 대한 이야기는 무척 흥미로웠다. 빛에 가까운 속력을 낼 때에 시간은 정지하게 되고, 빛보다 빠른 속력을 낼 때에는 시간은 거꾸로 간다는 것이다. 빛이 그런 속력을 낼 수 있는 까닭은 질량이 0이기 때문인데, 그러면 빛보다 빠르려면 질량이 허수에 존재해야 하는 것일까? 불가능해 보이지만, 양자역학의 법칙에서는 불확적성 이론으로 인해 질량이 음수일때의 경우도 고려해보지 않을 수가 없다. 결국, 타임머신도 어쩌면 영 불가능한 것도 아니라는 것이다. 

다양한 과학 이론과 쟁점, 그리고 새로운 토픽들은 과학에 대한 흥미를 더 돋구웠다. 어쩌면 앞으로도 과학에 대해 연구해 볼 다양한 주제가 생길 지 모른다는 생각에 퍽 기뻤다.

과학동아 2011년 10월호

과학동아 2011.10
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2011년 9월

턱의 위력은 알고보면 참 대단하다. 만약 인간에게 턱이 없었다면? 이라는 질문 자체가 성립하지 못하는 까닭은, 턱이 없다면 지금과 같은 방향으로의 진화가 불가능하기 때문이다. 포유류는 턱이 있기에 고막의 진화가 가능했으며, 귀가 없는 파충류일지라도 턱을 바닥에 대어 느껴지는 미세한 떨림을 청각으로 대신한다. 

턱의 진화는 어떤 방향으로부터 시작되었을까? 가장 원시적인 척추동물은 무악어류라고 한다. 이들은 턱이 없는 물고기로, 갑주어라고도 부른다. 그리고 현재는 무악어류 중 칠성장어와 같은 종류많이 생존해있다. 이 때, 이 무악어류의 목뼈 끝부분의 뼈가 점차 위턱, 아래턱뼈로 변해가면서 현재의 유악어류가 되는 것이다. 

우리나라의 신무기 개발 소식은 정말 희소식이다. 핵무기와 같은 것이 아닌, 우리나라의 육해공을 방어하기 위한 무기들이 속속들이 개발되고 있으니 말이다. 이번에 개발된것은 바로 중거리 지대공유도무기인 '천궁'이다. 신궁, 천마에 이어서 개발된 천궁은, 발사대의 손상을 막기 위해 수직 발사 과정을 거치고 측추력기를 통해 방향을 전환한다. 또한, 미국의 호크식 미사일은 5개의 레이더를 사용하는 반면 천궁은 하나의 레이더로도 정확히 표적기를 맞출 수 있는 것이다. 

자동 번역기의 시대도 점차 다가온다. 이제는 많은 사람이 꿈에 그리는, 나라가 다른 사람도 서로 뜻이 통하게 말할 수 있는 통역기가 점차 완성되어 가는 것이다. 영어와 한국어는 힘들지만, 한국어와 가장 비슷한 일어로의 번역은 이미 그 정확도가 90%를 넘어간다고 한다. 그러니, 이제는 힘들게 언어를 배울 필요가 없을지도 모른다. 물론, 아직도 문제점은 많다. 컴퓨터가 문장을 보고서 단어가 어떤 의미의 단어인지 파악하기가 쉽지 않다. 다리가 정말 길다, 라는 문장에서 이 다리가 사람의 다리인지, 아니면 두 개의 떨어진 지점을 잇는 도로를 말하는 것인지를 판단하기 힘들기 때문이다. 

이렇게 다양한 분야에서의 연구가 많이 이루어진다면, 앞으로도 인간은 지금까지 꿈꾸어왔던 많은 것들이 가능하게 될지도 모른다. 그런 날이 오길 기대하며, 나 또한 그런 미래를 이끌어가는 과학자가 되고 싶다는 생각이 든다.

과학 논란과 사건, 사고들

과학동아 2011.9
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2011년 8월

이번에 내린 폭우는, 모두들 100년에 한 번 꼴 오는 비라 칭하면서 대재앙이었다고 말한다. 허리 높이까지 차오르는 물, 떠내려가는 자동차, 몰려오는 산사태는 건물 피해와 인명 피해 등 다양한 피해를 끼치고 말았다. 하지만, 가장 큰 피해는 역시나 산사태였다. 사람들은 높은 언덕에서 돌이나 흙같은 물체가 쏟아질 경우 모두 산사태라고 부른다. 전문가들이 이 산사태를 두 종류로 나누는 것과 관계 없이 말이다. 그래서, 산사태 예보는 그 두 가지 종류중 한 가지만 측정. 곧, 자연산의 산사태 발생 확률만 측정할 뿐, 둔덕이나 사람들이 임의로 깎아서 만든 지역의 산사태는 고려하지 않는다는 점이다. 

테크노마트에서 상층부가 흔들리는 일이 일어났었다. 이 일이 헬스장의 사람들이 일으킨 공진 때문이었다는 사실에, 몇 사람의 운동으로 흔들리는 건물이 안전하겠냐며 테크노마트에 가길 꺼려한다. 하지만, 진동의 힘을 절대 무시해서는 안된다. 성악가가 목소리를 높여가며 소리를 낼 때, 유리잔이 깨지는 것도 진동수를 맞추어 공진을 발생시켰기 때문이다. 하다못해 건물일지라도, 우연히 진동수가 맞게 된다면 그것은 공진이라는 큰 효과를 불러 일으킬 수 있다. 

이번에 독특한 연구 결과가 나왔다. 서열로 이루어진 계급 사회인 개코 원숭이의 스트레스 호르몬과 남성 호르몬의 분비량을 측정해서, 사장님과 말단직원의 스트레스 지수가 비슷하다는 결과가 나왔다. 보통 상위 계급일수록 스트레스 지수가 낮아지는 법인데, 제일 위에 있는 사장은 오히려 그 스트레스 호르몬 지수가 전혀 화풀이할 대상이 없는 말단 직원과 비슷하다는 사실이 놀라웠다. 스트레스 호르몬과 남성호르몬은 반대의 성질을 가져서 같이 존재하기 힘든데, 사장의 경우 스트레스 호르몬의 수치가 높아도 여전히 높은 수치의 남성 호르몬이 분비된다는 사실을 발견했다. 이를 통해, 세상의 정점에 있는 사람은 그 중압감으로 스트레스를 많이 받더라도 그만큼 성취감이 많아 더 멋진 삶을 살아간다는 사실을 알 수 있었다. 

과거 지구의 달이 두개 였다는 사실과, 시조새는 이제는 새와 공룡의 중간 단계가 아닌 공룡으로 분류해야 한다는 논란등 다양한 과학적 주장이 나와 세상을 놀라게 하고 있다. 또 우리가 알던 사실중 어떤 사실이 새로 논란거리로 휩싸일지 궁금하다. 아마 이렇게 새로운 진실을 찾아가는 과학이 재미있게 느껴지는지도 모른다.

과학을 향한 뜨거운 열정

천재들의 과학노트 4 - 지구과학, 과학사 밖으로 뛰쳐나온 지구과학자들 ㅣ 천재들의 과학노트 4
캐서린 쿨렌 지음, 좌용주 옮김 / 일출봉 / 2007년 4월

과학자들은 때로는 정말 용감해질 수 있다. 지식을 위하여 나아가는 그들의 발걸음 앞에는, 큰 위험이 도사릴 수도 있다. 거친 바다를 향해 항해한 과학자도 있었으며, 특히 이번편에서는 위험천만한 화산이나 미탐험 지역등을 돌아다니면서 연구했던 그런 과학자들이 있다. 

위험 없이는 얻는 것도 없다고 했다. 물론 뛰어난 능력이 있다면, 앉아서 사고하는 것만으로도 충분히 결과를 얻을 수 있는 사람도 있겠지만, 그것도 결국은 실제적인 관찰과 실험이 뒷받침되어주지 않는다면 불가능하다. 지구과학은, 과학중에서도 우리의 삶과 무척 근접하며 다양한 종류의 학문을 포함하고 있는 학문이기에 해양학, 생물학, 화학, 수학 등을 고루 가지고 있다. 또한 그만큼 많은 연구 결과가 필요하기에, 지구과학에 투신했던 그 훌륭한 과학자들의 이야기가 펼쳐진다. 

제임스 허튼의 동일과정설은, 현재의 지구 과학의 든든한 버팀목중에 하나이다. 동일과정설에서는, 지구의 지층이 동일한 과정에 의하여 순환한다는 사실을 밝힌다. 지금은 당연해 보이지만, 마치 지동설처럼 당시에는 획기적인 이론이었기에 많은 반발에 부딪혔다. 하지만, 지각 내부의 열과 화산등에 의해 지층이 다시 녹고, 그것이 재생성된다는 동일한 과정에 대한 이론은 현재의 지구과학에 많은 발전을 가져다 주었다. 

알프레드 베게너. 대륙 이동설이라는 이론을 제안했다가, 너무나 심한 반발에 부딪혀 증거를 찾기 위해 극지방으로 떠나 스러진 과학자. 대륙 이동설이라는 것은 말 그대로 혁명이었다. 서로 떨어져있는 대륙들이, 태초에는 하나의 커다란 대륙(판게아)였다는 사실을 입증하는 다양한 증거를 제시하였다. 하지만 그 원동력을 설명하지 못하였지만, 나중에 판 구조론 등의 초석이 되는 중요한 이론이다. 그의 생각 하나가 지금의 지구의 구조를 설명하는 커다란 계기가 된 것이다. 

고생물학, 지질학, 기상학, 광물학 등 지구과학에 투신한 과학자들은 그야말로 많은 업적들을 이루어내었다. 보지도 않은 과거의 생물들을 알아내는가하면, 서로 비슷해 보이는 광물을 다양한 방법을 이용해서 분류해낸다. 천재들의 연구 덕분에 우리의 생활이 얼마나 풍족해졌는가를 이제는 느낀다.