북한은 정말 핵을 가지고 있는 걸까

한화의 김태균은 왜 4할 대 타자가 못되는 걸까

타임슬립은 정말 가능한 걸까

 

브런치를 먹으며 이해하는 일상 속 물리학 이야기, 

사이언스 브런치!

 

 

오늘, 과학이라는 메뉴의 브런치 어때요?

대통령을 뽑는 데도 과학적 지식이 필요하다? 물리학자나 수학자들은 카지노에서 더 유리하다? 한국 프로야구에서 더 이상 3할대 타자가 나오지 않는 이유는? 이세돌이 알파고에 질 수 밖에 없었던 이유는? 드라마가 아닌 현실에서 타임슬립은 가능할까? 중력파가 발견되면 아인슈타인의 이론은 틀린 걸까? 한국에서 노벨상이 나오기 어려운 이유는 뭘까? 북한은 정말 핵폭탄을 가지고 있는 걸까? 4대강 공사는 우리에게 얼마나 위험한 것일까?

양자역학, 알파고, 중력파, 우라늄 실험, 블랙홀…… 명칭도 생소하고 책을 읽어가며 공부해도 도무지 이해하기 어려운 것이 바로 과학적 지식이다. 그래서 대부분 물리학은 고등학교 교과서가 마지막이라고 생각하곤 한다.  그러나 기본적인 과학지식이 아니고서는 우리 세상에 설명될 수 없는 것이 많다. 『대통령을 위한 과학 에세이』 『상대성 이론』 『물리학 클래식』  등의 저서를 통해 어렵다고만 생각된 과학을 쉽게 설명해온 저자는 이 책에서도 생활 속 에피소드를 통해 어려운 물리학적 지식에 좀더 쉽게 접근할 수 있도록 풀어나간다. 저자는 “생존에 유리한 (그래서 익숙한) 사고방식이 자연의 근본 질서와는 다르다는 사실을 처음 알게 된 것이 겨우 100여 년 전”이라면서 그래서 현대 물리학은 어렵게 느껴질 수밖에 없다고 말한다. 다른 한편 일상과 뗄 수 없는 관계가 또 물리학이므로 그것이 진정으로 자연이 작동하는 방식이라면, 엄청난 지적 고통이 따르더라도 한번쯤은 알아볼 만한 가치가 있지 않겠느냐고 반문한다.

이 책은 저자가 라디오 프로그램의 과학 코너를 통해 다루었던, 일상에서 쉽게 접할 수 있는 물리학에 관해 대담으로 엮은 것이다. 당시 제작진이 “초등학생조차 이해할 수 있는 과학 이야기”로 풀어달라고 주문한 터라 과학에 문외한인 사람에게 적합할뿐더러, 인문학과 정치학·사회학을 과학과 접목시키고 있기에 과학의 쓸모를 고민하는 모든 이에게 안성맞춤이다. 대통령 선거 결과를 과학적으로 예측하는 방법, 북한의 핵 위협에 대한 과학적 진실, 4대강 사업에 대한 위험성과 같은 정치적 이슈부터 타임슬립 드라마가 가능할 것인지에 대한 접근과 같은 흥미로운 이야기까지 연령과 성별을 불문하고 누구나 쉽게 읽을 수 있는, 말 그대로 브런치를 먹으며 물리학에 대해 논의할 수 있는 책이다. 

 

 

 

대통령 선거부터 드라마, 야구, 사주까지 과학으로 설명 하는 우리의 일상!

 

이 책에서 가장 흥미로운 분석 중 하나과 과학의 시각으로 정치를 바라보는 것이다. 『사이언스 브런치』는 대통령 후보에 대한 지지층의 변화를 과학적 원리로 살펴본다. “일반 지지층은 후보의 결점이 발견되면 논리적인 판단을 하지만 적극 지지층은 오히려 결집한다”는 과학적 분석을 바탕으로 무수한 결점에도 MB가 대통령이 되었던 까닭과 당시(2012) 박근혜의 지지층도 결집할 것이라는 예측에 대해 알기 쉽게 설명했다. 이렇듯 과학적 원리는 우리 생활 전반에서 활용이 가능하다. 대통령 선거뿐만이 아니다. 드라마를 좋아하는 사람이라면 누구나 접했을 ‘타임슬립!’ 그것은 과거의 내가 다른 선택을 해서 다른 시공간에 살고 있다는 가설의 평행우주와 양자역학 이론으로 충분히 설명 가능하다. 

스포츠를 좋아하는 사람이 새로운 분석을 시도할 많나 내용도 담겨 있다. 스포츠에서 가장 인기 높은 종목인 프로야구. 프로야구에 4할대 타자가 나오지 않는 이유는 뭘까? 은퇴한 이종범 선수가 1994년 3할 9푼 9리의 타율을 기록한 것이 4할에 근접한 마지막 기록이 되었다. 시즌 초반에 좋은 성적을 유지하던 한화의 김태균 같은 선수도 시즌 마지막엔 어김없이 3할대에 멈추고 마는데, 그 이유는 ‘상향평준화에 의한 변이의 감소’라는 진화론으로 설명할 수 있다. 한마디로 모든 선수의 실력이 상승하면서 그만큼 독보적인 기록이 나올 확률이 줄어들었다는 것이다. 다만 역시나 진화론의 관점에서 ‘돌연변이’가 등장하면 4할 타자도 곧 나올 수 있다는 것! 이런 원리를 따져보면 야구는 인생처럼 예측 불가능한 스포츠가 전혀 아니다. 

 그렇다면 과학적 지식을 알아야 이해할 수 있는 뉴스로는 무엇이 있을까? 바로 북한 핵 문제다. 2017년 현재 트럼프가 대통령이 되면서 이 문제는 더욱 혼돈에 빠진 모습이다. 그런데 이미 북한은 2016년 1월 6일 소형화된 수소폭탄 실험에 성공했다고 밝혀서 국제사회를 충격에 빠트렸었다. 그런데 북한이 정말 수소폭탄 개발에 성공한 것으로 봐야 할까? 이 책에 따르면 핵폭탄의 상용화까지는 사실 여러 단계가 필요한 작업이므로 아직 본격적인 핵폭탄의 수준이라고 말하기는 어렵다. 그러나 이러한 기술을 보유했다고 과시한 것만으로 이미 상대 국가에 대한 보복이 가능하다는 데서 큰 위협이기 때문에 관련국들이 민감한 반응을 보인다는 것. 과학적 지식을 알면 국제 뉴스를 들으며 과한 걱정을 하지 않아도 된다. 환경 뉴스에서도 마찬가지다. 언제부터인가 우리를 괴롭히던 미세먼지. 보통 크기가 10마이크로미터 이하인 먼지를 미세입자라고 하고 크기가 2.5마이크로미터 이하인 입자를 초미세먼지라고 부른다. 미세먼지는 황사는 또 다른데, 황사는 한 마디로 말해서 모래알갱이라고 할 수 있다. 이 책에서는 미세먼지에[ 관한 설명뿐 아니라 미세먼지를 줄이기 위한 방안 또한 제시한다. 우선 정부에서 미세먼지 실태에 대해 정확하고 믿을 수 있는 자료를 확보하고 공개하고 각 지역의 시멘트 산업이나 석유화학단지, 화력발전소나 고속도로, 철도 공사 등을 고려하여 지역별로 특성에 맞는 대책이 필요하다고 말하고 있다. 

 그런데 일상에서의 과학은 뉴스나 드라마, 스포츠뿐 아니라 매해 보게 되는 토정비결과 사주에도 숨어 있다. 이 말을 들으면 의아할 것이다. 토정비결과 사주는 생년월일시가 일생을 좌우한다는 이야기를 바탕으로 하는데 과연 과학적으로 봤을 때 타당할까? 그런데 놀랍게도 뉴턴의 고전역학이 이와 비슷한 구조다. 초기 조건을 정확하게 알면 미래를 정확하게 예측할 수 있다는 논리다. 이러한 세계를 결정론적 세계관이라고 하는데, 이런 논리는 생년월일시만 알면 한 사람의 미리 정해진 일생을 정확히 예측할 수 있다는 사주와 매우 유사하다고 할 수 있다. 

 

 

일상과 관련이 없는 ‘과학적 지식’ 또한 알고 싶어요!

 

물론 『사이언스 브런치』는 일상과 과학의 밀접성만을 설명하고 있진 않다. 들어는 봤지만 쉽게 이해되지 않았던 과학적 지식도 파헤친다. 신의 입자라고 불리는 힉스 입자의 발견에 얽힌 이야기, 맨해튼 프로젝트라고 불렸던 1942년 미국 과학자들의 핵폭탄 제조 실험, 2016년 2월 12일 전 세계를 놀라게 했던 소식, 바로 중력파의 발견, 미래 에너지 자원으로 활용 가능하다는 미니블랙홀의 대거 발견, 알파고로 설명되는 인공지능의 발달 과정, 난치병과 불치병 치료에 길을 열어줄 1번 염색체의 완전한 해독 등 굵직한 과학적 지식들에 대한 설명 또한 알차다. 이러한 과학적 지식에 대한 설명은 숨겨진 역사적 사실을 바탕으로 흥미롭게 전개된다. 나치에 협조하는 과학자인 남편을 막기 위해 죽음을 선택한 여성 화학자의 이야기도 그중 하나다. 프리츠 하버는 1918년 암모니아 합성법을 개발하여 노벨화학상을 받은 저명한 화학자인데 나치가 가스로 유대인을 학살할 때도 공로를 세웠다. 클라라는 하버의 부인으로 본인 또한 과학자가 되고 싶었지만 결혼하면서 남편의 내조를 하고 있는 상황이었다. 클라라는 그러한 남편의 악행을 격렬하게 반대했지만 결국 남편이 끝내 유대인 학살에 동참하자 남편이 승전 기념 파티를 연 그날 집에서 자살로 생을 마감하고 만다. 이들의 아들 또한 결국 클라라처럼 자살로 생을 마감하게 된다. 흥미로운 이야기는 또 있다. 어느 분야와 다름없이 자신의 명성을 위해 업적을 조작하는 경우는 과학계에서도 많다. 1923년 전자의 전하량을 측정한 실험이 성공하면서 노벨물리상을 받은 ‘밀리컨’도 그런 예. 그는 자신의 실험 업적을 위해 제자의 아이디어를 빼앗았다는 혐의를 받았다. 한국에서도 이런 일로 소란스러웠던 적이 있었다. 2005년 황우석 사태가 터졌을 때 한국에서도 그의 지지자들이 밀리컨의 예를 들며 황우석을 인정해달라는 소동이 벌어지기도 했다.

 

 

한국은 과학자가 없나요? 한국 과학의 미래와 일본, 중국의 사례.

 

그런데 일상에서 과학을 찾아내고 노벨상에 얽힌 이야기들을 읽다보면 궁금증이 하나 생긴다. 일본이나 중국은 노벨상 수상자도 나오고 기초과학 분야가 아주 뛰어난 것 같은데 대체 한국은 왜 안 될까? 이 책에서는 일본과 중국의 정부가 자국의 과학 발전을 위해 들이는 공이 얼마나 대단한가를 살핀다. 일본을 보자. 데이터 면에서나 업적 면에서 모두 한국은 기초과학 분야에서 일본에 한참 못 미친다. 노벨상 수상자만 해도 일본은 2016년까지 총 22명이나 배출한 기초과학 강국이다. 그에 비해 한국은 노벨상은커녕 대학원에서 물리학을 전공하고 공부하기도 힘든 실정이다. 이러한 이유는 국가적 지원의 문제뿐 아니라 지도교수들의 교육 방식에도 있다. 일본은 일대일 교육 방식은 물론이고 제자의 앞날까지 책임지고 있다. 그런가 하면 중국은 정부의 막대한 지원을 바탕으로 새로운 과학 강국으로 떠오르고 있다. 중국 또한 이미 기초과학으로 노벨상을 총 5명 수상한 전적을 보유하고 있다. 우리나라는 중국에게 큰 업적 면에서 한발 차이로 뒤진 안타까운 일화도 있다. 바로 2011년 서울대 김수봉 교수가 중성미자 검출 성공을 중국의 다야 베이 연구진에게 며칠 차이로 빼앗긴 것이다. 압도적인 정부의 지원과 인적 자원 활용으로 짧은 시간 안에 엄청난 결과를 도출할 수 있었던 것이다. 앞으로도 정부의 지원이 없는 지금과 같은 상황이라면 한국의 기초과학 발전은 요원해 보이는 이유다.

 

우리가 과학을 알아야 하는 이유, 미래는 과학에 있기 때문이다

 

지난 2012년, 네덜란드의 란스도르프라는 사업가가 제안한 화성이주 계획이 마스원 프로젝트다. 전 세계에서 신청한 사람이 20만 명을 넘었고 이 중에서 실제 이주민을 선발해서 훈련을 시키기도 했다고 한다. 원래 계획대로라면 2023년에 첫 이주민을 보내게 되는데, 이것은 한 번에 그치는 게 아니라 주기적으로 사람을 보내 화성 정착촌을 만들겠다는 계획이다. 지구인들의 끝없는 화성 이주 계획에 대한 『사이언스 브런치』는 어떻게 이게 가능하거나 불가능하지 설명한다. 그런가 하면 과학자들이 왜 거대한 망원경에 집착하는지도 우리의 미래가 우주에 있다는 과학자들의 확신과 연관시켜 설명한다. 그 이유는 초기 우주를 관측하기 위해서인데, 초기 우주를 관측하려면 적외선 영역을 보는 게 중요하고 대략 빅뱅 직후 수억 년 전후, 초기 별과 은하가 탄생하는 순간을 포착하는 게 중요하기 때문이다. 초기 우주를 알아야 우리 은하의 미래도 알 수 있고 이는 곧 외계 행성의 생명체 탐색과도 연결된다는 게 이 책의 설명이다. 이러한 우주로의 진출에 대한 과학계의 관심은 최근에 EM Drive(ElectroMagnetic Drive)라고 하는, 전혀 새로운 개념의 엔진 개발로 구체화되고 있다. 번역하자면 전자기 추진체 정도인데, 이것이 기존의 물리법칙을 벗어난다고 해서 더 큰 관심을 모으고 있다. 지금 기술로는 화성까지 가는 데 6개월 정도 걸리지만 EM 드라이브는 마이크로파만 발생시킬 수 있으면 별도의 연료가 더 필요 없어 손쉽게 추진력을 계속 얻는 게 가능하고 나중엔 엄청난 속도를 낼 수 있다고 한다. 그렇게 되면 태양계 바깥이나 다른 별을 탐험하는 데에도 유용할 것이라는 이야기다. 다른 한편으로는 이게 사실로 드러난다면 기존의 물리학을 완전히 뜯어고치거나 전혀 새로운 물리학을 다시 구축해야 하는 문제가 생길 수도 있어 찬반 논쟁이 뜨겁다. 

말 그대로 일상에서부터 우주까지, 『사이언스 브런치』를 읽다보면 어느새 우리 곁에 과학이 늘 머물고 있었다는 것을 깨닫게 된다. 학창 시절 어려운 과학책으로 과학이란 어려운 것이란 편견이 있는 사람이라면, 어른이 되어서 문득 과학 공부를 하고 싶은데 방법을 모르겠다고 생각하는 사람이라면 이 책은 좋은 ‘과학 입문서’가 될 것이다.