6월이면 새 정권이 출범한다. 전임 대통령 탄핵으로 인수위원회가 없는 상황이다. 인수위는 당선자의 정책 공약과 정부 지속 사업의 정합성을 맞춰 국정 과제를 준비한다. 하지만 최근엔 인수위에서 국무위원 인사가 병행되며 역할이 유명무실해졌다. 그럼에도 인수위 없이 출발하는 대통령이 전임자의 전철을 밟지 않도록, 과학·에너지 분야에 대한 고언을 해보고자 한다. 과학·에너지는 선거 캠페인용이 아닌 국가 백년지대계다. 국가 미래를 좌우하는 핵심이다. 정무적 판단만으론 다룰 수 없을 만큼 복잡하고 전문성이 요구된다. 잘될 때는 조용하지만 국가 위기 상황에선 문제의 근원이 되곤 한다. 특히 기초과학, 첨단전략산업, 정보기술, 에너지는 대통령과 최측근이 방심할 수 없는 영역이다. 하지만 후보들의 과학·에너지 공약은 대체로 엉성하고 일회성 캠페인에 그친다. 지난 정권 인수위의 교육과학기술 및 경제2(에너지) 분과는 인수위원 역량 부족 논란으로 비판받았다. 관료들에게만 맡기면 필패하며, 십년지대계도 이루기 어렵다. 과학은 10년 단위 기본 계획이 변화의 시작이다. 과학자의 현실은 진리 탐구와 생계의 경계에 있다. 과거엔 취미로 과학을 탐구하는 귀족이나 자산가가 많았지만, 이제 과학은 직업이다. 애국심을 파는 과학자는 대개 사기꾼이며 소수 과학 유공자 예우는 어불성설이다. 엘리트 체육이 아닌 생활 체육 같아야 한다. 현대 과학자는 순수한 진리 탐구자나 애국자가 아니다. 근대 화학의 아버지 라부아지에도 본업은 세금 징수관이었다. 하지만 오늘날 과학자는 연구비와 생계를 위해 움직인다. 실력이 없는 과학자일수록 이를 위해 ‘길드’ 같은 카르텔을 형성해 생계형 이너 서클이 만들어지며 주객전도가 일어난다. 여의도 정치권엔 과학·에너지를 통찰할 인물이 거의 없다. 정치인들은 친소 관계와 카르텔에 쉽게 휘둘린다. 민주화 이후 정치인 친인척과 전현직 관료가 결탁한 카르텔이 과학·에너지 예산과 인사를 좌우해 왔다. 독재나 군정 시절 정책이 오히려 더 건설적이었다는 평가도 나온다. 민주화 이후 정권의 과학·에너지 정책은 실패로 점철됐다. 이명박 정권의 로봇 물고기와 중이온 가속기, 윤석열 정권의 전고체 전지 등이 대표적 부실 사례다. 윤석열 정권의 ‘전 국민 마음 사업’도 정치인 친인척과 관료 카르텔이 얽힌 부패의 전형이다. 수조 원의 경제 효과를 낼 듯 포장된 과학 성과는 허상이 많다. 연구비 낭비 사례는 쉽게 찾을 수 있다. 논문 중심 평가로 빛 좋은 개살구에 그친 경우다. 코로나19 팬데믹 당시 mRNA 백신은 영국, 독일, 미국 등 과학 선진국이 주도했다. 반면 우리나라의 관련 논문은 실질적 성과로 이어지지 않았다. 수백억 원의 기술 이전료를 받은 소재 특허가 중국의 공격으로 무효가 된 사례도 있다. 뭔가 잘못됐음을 보여 준다. 규모는 유지하되 분배 전략은 달라야 한다. 에너지 믹스는 첨단전략산업 전환과 한 몸이다. 우리나라는 천연자원 빈국으로, 전력 다소비 산업 구조를 유지해 왔다. 전력 저소비 산업으로 전환하지 않으면 재생에너지 중심의 전력 수급은 불가능하다. 수십 년간 ‘절전’이 화두였지만, 초기 전력 소비 장려 역진제에서 누진제로 바뀌며 다소비 구조가 굳어졌다. 첨단전략산업의 전력 소비가 늘어나는 상황에서 원전은 기저 부하의 최적 선택지다. 풍력과 태양광은 자연환경에 종속되므로 동기조상기(SynCon), 양수발전, 전기에너지 저장 장치(EESs) 같은 단·중·장주기 에너지 저장을 활용해야 한다. 이는 원전과도 잘 맞는다. 화력발전은 석탄화력을 폐쇄하고 LNG, 청정 수소, 암모니아로 전환하는 에너지 믹스가 현실적이지만, 민관 이해관계와 주민 수용성 문제로 갈 길이 멀다. 송배전 문제와 주민 수용성은 재생에너지 역시 피할 수 없다. 과학·에너지를 제대로 다룰 대통령이 이번엔 나오길 바란다. 박철완 서정대 스마트자동차학과 교수

美 동부 미술관<7>: 다재다능한 화학자 부부의 비극 질량보존의 법칙이라고 하면 벌써 머리가 지끈거려 온다. 모든 질량은 상태 변화와 관계없이 같은 값을 유지한다는 의미인데, 오늘날 이 법칙은 어느 사회나 나를 괴롭히는 사람이 존재한다는 사회 생활의 제1원칙으로 자리 잡았다. 이 원칙을 주장한 앙투안 라부아지에(1743~1794)의 모습은 ‘라부아지에 부부의 초상’에 남아있다. ‘근대 화학의 아버지’로 불리는 라부아지에와 곁에 서 있는 부인 마리안느(1758~1836)를 화폭에 담은 건 마리의 그림 선생인 자크루이 다비드(1748~1825)다. 다비드는 그들을 여느 부부 초상화와 달리 실험실에서 함께 실험하는 모습으로 그려냈다. 화학이 매혹된 변호사, 공공이익을 향한 열정라부아지에가 활동한 시기는 프랑스 대혁명 직전이었다. 프랑스 부유한 가문 출신인 라부아지에는 법률을 공부하고 변호사가 됐다. 그러나 17세에 들었던 화학, 수학, 천문에 특히 흥미를 가졌던 그는 출세가 보장된 변호사보다는 화학에 몰두했다. 그는 가로등 개선이나 수질·공기질 정화 등 공공의 이익이 되는 일에 관심을 쏟았다. 이 일은 자신이 좋아하는 화학으로 남들을 이롭게 할 수 있는 일이라 자부심이 컸다. 때론 그는 사비를 털어 화학 실험을 진행하기도 했다. 화학 실험에 대한 그의 열정을 아무도 말릴 수 없었다. 25세에 라부아지에는 왕실 세금과 관세를 징수하는 세무회사의 세금징수조합원으로 일했다. 법률 지식으로 세금을 탈루하거나 탈세하는 이를 적발했고, 조합 이사인 자크 폴즈는 그를 사윗감으로 점찍었다. 조합원이 된 지 3년 후 라부아지에는 자크의 딸 마리안느 피에르트 폴즈와 결혼했다. 라부아지에는 집에 커다란 실험실을 마련하고 젊은 과학자들이 편히 연구할 수 있는 환경을 제공했다. 마리안느는 라부아지에의 비서이자 조수 노릇을 톡톡히 했다. 당시 여성들은 과학 교육을 받을 기회가 없었지만 마리안느는 남편이 하는 일에 흥미를 느끼고 과학에 관심을 기울였다. 라부아지에 곁에서 실험을 돕고 결과 값을 기록하고 삽화를 그렸으며 이를 책으로 묶은 후 번역까지 도맡아 했다. 마리의 내조 덕분에 라부아지에는 과학 아카데미 행정 수반이 됐고 곧 화학관리국 국장으로 승진했다. 광기의 시대, 형장의 이슬이 된 ‘화학의 아버지’혁명기 재정 상황이 악화하며 자금난에 허덕이는 혁명 정부는 어떻게든 세금을 더 많이 징수해야 했다. 혁명 정부는 소금과 담배와 같은 필수품에 세금을 엄격히 매겼다. 그동안 세금을 내지 않았던 귀족도 과세 대상이 되자 반발이 심했다. 꼼꼼한 세금 징수 능력 덕분에 라부아지에는 많은 돈을 모았다. 그러나 바로 이 사실 때문에 그는 투옥됐다. 루이 16세가 단두대에서 처형되고 또 이를 실행한 혁명파 수장 로베스피에르가 처형되며 프랑스 사회는 혼란스러웠다. 하루가 다르게 변화하는 정치 혁명기에 라부아지에의 입지는 흔들렸으며 그의 과도한 세금 징수 행위는 숙청 대상이었다. 누가 통치권을 갖느냐에 따라 세금 징수 행위는 장려되기도, 숙청되기도 했다. 아울러 라부아지에의 세금 징수 이력과 과도한 부의 축적도 문제가 됐다. 사실 라부아지에는 번 돈 모두를 화학 실험에 투자했지만, 용도 따위는 중요하지 않았다. 마리안느는 남편의 구명 활동을 위해 적극적으로 나섰다. 그동안 과학 발전에 기여한 남편의 업적을 고려해 달라며 주변 동료 연구자들에게 간청했다. 그러나 살벌한 공포 정치 시기에 누구 하나 라부아지에의 구명 활동에 나서지 않았다. 라부아지에는 1794년 5월 단두대에서 처형됐다. 장인도 같은 죄목으로 처형당했다. 마리안느는 아버지와 남편을 한꺼번에 잃었다. 마리안느는 남편을 외면한 동료 연구자들과 평생 관계를 끊었다. 재혼했으나 첫 남편 라부아지에를 못 잊어 바로 이혼했다. 마리안느는 라부아지에의 명예를 회복하기 위해 회고록을 작성하고 그의 화학 업적을 기록하는 데 평생을 바쳤다. 라부아지에를 처형한 혁명 정부는 라부아지에의 능력과 업적을 몰랐다. 어느 수학자의 탄식처럼 라부아지에의 머리를 베는 것은 한순간이지만 그 머리를 길러내는 데는 100년도 더 걸릴 것이다. 광기의 혁명 시대 이성은 작동하지 않았다.

지난 10월 대전에 있는 국립중앙과학관에서 전국과학전람회가 열렸다. 1949년에 시작된 전국과학전람회는 한국전쟁과 복구 기간 외에는 매년 열려 올해 제70회를 맞았다. 전국과학전람회는 학생, 교사, 일반인들의 자율적인 과학탐구 활동 결과를 전시하고 우수 성과를 시상하는 성과 발표회이자 경진대회다. 2024년에도 2483점이 출품됐을 정도로 그야말로 역사와 전통을 자랑하는 전국 최대 규모의 과학탐구 행사다. 과학 연구 경진대회를 연 오래된 단체는 루이 14세 때인 1699년에 설립된 프랑스 파리 과학아카데미다. 파리 과학아카데미의 활동 중 가장 유명한 것은 도량형 통일이다. 최고 엘리트 과학자를 회원으로 선발했던 과학아카데미는 1m 길이를 ‘북극에서 적도까지 자오선 길이의 1000만분의1’로 규정하고 실측 과정을 거쳐 이를 최종 확정하는 정부 사업을 수행했다. 현대의 미터법의 시작이었다. 대외 활동으로는 과학 공모전도 유명했다. 과학아카데미는 새로운 현상이나 미해결 문제를 내건 공모전을 열었다. 여기에는 수많은 재능 있는 젊은 과학도들이 참가했다. 공모전에서 수상하면 프랑스 최고 과학자에게 연구 능력을 인정받았다. 근대화학을 확립한 앙투안 라부아지에는 1763년에 참가했고 1766년에 선정돼 메달을 받았다. 우리의 전국과학전람회도 과학아카데미 공모전처럼 과학도의 탐구활동과 지식생산을 촉진하는 역할을 한다. 물론 한쪽은 폭넓은 대중 중심, 다른 한쪽은 소수정예 엘리트 과학도 중심이므로 주제의 깊이와 수준, 결과의 중요도에서는 다르다. 과학아카데미의 공모전 수상은 이후 과학자로 활동할 수 있는 발판이 됐다. 반면 전국과학전람회는 탐구활동 경험을 제공하는 연구·교육(R&E)의 연장으로 간주한다. 입시 제도에 따라 수상 실적은 입시 스펙이 될 수도 있고 노력에 대한 칭찬과 격려에 머물 수도 있다. 어느 쪽인가에 따라 전국과학전람회에 대한 인식과 참여도가 달라진다. 전국과학전람회는 70년 명성과 전통을 유지하면서도 달라진 조건에 맞춰 새롭게 도약할 필요가 있다. 첫째, 탐구 활동과 지식 생산 측면을 강조해야 한다. 일종의 경진대회인데 전시가 강조되는 ‘전람회’라는 명칭은 오해의 소지가 있기 때문이다. 연구 문제와 방법을 찾고, 데이터를 생산, 처리하고, 연구일지를 쓰고, 보고서와 논문을 작성하고 발표하는 것은 과학뿐 아니라 모든 종류의 창의적인 지식생산 활동의 기본 과정이기 때문이다. 둘째, 전국과학전람회가 시민 과학 성장의 교두보가 될 수 있다. 시민 과학에 대한 논의 중 과학지식 생산자 역할이 강조되고 있다. 학생과 과학에 흥미를 가진 일반인들이 확립된 과학지식을 학습하는 과학문화 활동에서 벗어나, 일상에서 생기는 문제의 과학적인 해결책을 찾고 지식생산자 역할을 할 수 있다. 전국과학전람회는 참가자들에게 이러한 기회를 제공하고 그 관심을 꾸준히 유지할 수 있도록 지원하는 토대를 제공해야 할 것이다. 이은경 전북대 과학학과 교수

코로나19 오미크론 변이의 변종인 KP.3로 인해 국내에서도 확진자가 다시 급증하고 있다. 8월 첫째 주 전국 220개 의료기관의 누적 확진자가 861명인데, 이는 7월 누적 확진자 수와 비교해 6배가 늘어난 수치다. 휴가, 개학에 따라 8월 말쯤에는 확진자가 급증해 정점에 도달할 것이라는 정부 발표도 나왔다. 국내에서 코로나19 감염 경로에 대한 분석 데이터가 발표된 적은 없지만, 일본에서 발표된 자료를 보면 감염자의 60%가 일상생활에서 가장 많이 이용하는 음식점, 카페 등에서 마스크를 벗고 음식을 섭취하거나 대화를 하는 중에 감염되는 것으로 나타났다. 코로나19가 직접적인 접촉뿐 아니라 공기 전파에 의해서도 감염된다는 건 이제 전 세계적으로 공론화된 사실이다. 팬데믹 상황에서 세계보건기구(WHO)와 다수 국내외 전문가들은 코로나19 감염을 낮추기 위해 재실 밀도가 높은 밀폐된 실내 공간에서 충분히 환기할 것을 권고한 바 있다. 그러나 우리가 일상에서 빈번하게 이용하는 소규모 다중이용시설(음식점, 카페, 학원, 스터디카페 등)에는 환기장치가 설치돼 있지 않거나 창문을 열어서 자연 환기를 하기도 어려운 상황들이 많다. 일부 창문을 통해 자연 환기를 하던 건물들도 최근 폭염으로 냉방을 가동하면서 이마저도 쉽지 않은 상황이다. 2022년 대통령직인수위원회에서 코로나19에 대한 과학적인 방역 정책으로 ‘코로나19 비상대응 100일 로드맵’을 발표했다. 이 로드맵의 ‘고위험 다중이용시설 환기설비 기준 마련’이라는 항목에는 ‘어린이집, 요양시설 등 취약시설에 대해 환기설비 진단·지원 컨설팅, 실내공기 관리 우수시설 인증제 도입 등 제도적 지원 강화 방안 추진’이라는 내용이 있었다. 비록 코로나19 엔데믹 상황이었지만 취약시설에 대한 환기장치 설치를 통해 코로나19 재확산에 대비하는 바람직한 정책으로 전문가들로부터 많은 지지를 받았다. 그러나 어떤 이유인지 모르지만, 이 로드맵은 제대로 실행되지 못한 채 막을 내리고 말았다. 환기는 외부의 신선 공기를 유입시켜 실내 오염물질이나 병원균을 배출해 실내공기를 청정하고 안전하게 유지하는 것이다. 환기는 인류가 실내에서 불을 피우면서 연기를 배출시키기 위해서 시작됐다고 한다. 환기의 필요성에 대해 과학적인 방법으로 분석한 사람은 18세기 프랑스의 화학자 앙투안 라부아지에다. 라부아지에는 재실 밀도가 높은 감옥과 공공장소에서 사람의 호흡을 통해 발생하는 이산화탄소를 측정하고, 이산화탄소를 실내공기 오염 정도의 척도로 규정하면서 필요 환기량의 개념을 제안했다. 즉 환기 관련 기준의 시작은 개별 공간보다는 많은 사람이 이용하는 다중이용시설, 공공시설에 대한 공중보건 관점에서 시작된 것이다. 기계적인 설비를 통해 환기를 해야 한다는 인식이 부족했던 우리나라에도 근대화에 따라 서구의 환기설비들이 건물에 도입되기 시작했고, 실내공기질관리법을 통해 우리 국민이 이용하는 다중이용시설에 대한 환기 기준이 마련됐다. 그러나 이 기준은 대부분 2000㎡ 이상의 대규모 시설을 대상으로 하고 있다. 우리가 일상에서 이용하는 소규모 시설에 대해서는 환기설비 설치 기준조차 마련돼 있지 않다. 그러니 우리가 매일 이용하다시피 하는 카페나 식당, 빵집, 독서실 등 소규모 상업시설에는 아예 환기설비가 온전히 갖춰져 있을 리가 만무한 실정인 것이다. 코로나19 재확산이 우려되는 시점에서 다시 한번 정부에 요청한다. 우리 국민이 일상생활에서 빈번하게 이용하는 카페, 주점, 음식점, 노래방, PC방, 학원, 스터디카페 등 소규모 다중이용시설에 대한 환기설비 설치 기준을 조속히 제정하고, 이들 시설에 대한 환기설비 설치 지원사업을 추진하기를 당부한다. 송두삼 성균관대 건설환경공학부 교수

우리가 화학이라는 과목을 배울 때 빠지지 않고 등장하는 이름. 바로 근대 화학의 기초를 세운 라부아지에다. 세금 징수원 경력 때문에 프랑스 혁명이 일어난 뒤 단두대의 이슬로 사라진 비운의 과학자이기도 하다. 신고전주의 화가 자크 루이 다비드가 혁명 직전에 그린 초상화에는 위대한 화학자와 함께 그의 아내가 등장한다. 얼핏 보면 라부아지에 부인이 더 주인공처럼 느껴진다. 정규 교육은 받지 않았지만 라부아지에의 책 곳곳에 실험 장치들을 정밀하게 그려 넣었던 충실한 동료로 인정받은 덕에 가능했다.이론과 개념의 발달 과정을 설명하기 위한 글자와 수식으로 가득한 기존 과학사 책들과 달리 이 책은 유명 화가의 그림과 과학 고전들의 표지, 과학자들의 초상화, 각종 실험실과 실험 도구를 그린 삽화 등 쉽게 접할 수 없는 그림들로 독자를 과학의 세계로 잡아끈다. 미술 감상은 좋지만 과학은 관심 없다는 ‘찐 문과 사람’이나 과학은 재미있어도 그림은 봐도 잘 모르겠다는 ‘뼛속까지 이과 사람’ 모두 만족시킬 만한 책이다.

삼라만상을 이루고 있는 다양한 물질 중에서 가장 경이로운 존재가 무형으로는 빛, 유형으로는 물이 아닌가 싶다. 지구 표면의 71%를 뒤덮고 있는 물은 수백만 종에 이르는 지구상의 생명들을 빚어냈고, 오늘날에도 뭇생명들은 물에 의지해 생을 영위해나가고 있다. 우리 몸 역시 70%가 물로 이루어져 있다. 따라서 물을 마시지 않고는 단 며칠도 버틸 수 없다. 이처럼 물은 생명에 필수적인 요소이다. 물이 산소와 수소로 이루어진 화학물질이라는 사실을 최초로 밝혀낸 사람은 200여 년 전 프랑스 화학자인 앙투안 라부아지에였다. 1783년 라부아지에가 이 같은 사실을 발표했을 때 사람들은 크게 놀랐다. 왜냐하면 그때까지만 해도 사람들은 고대 그리스의 철학자 아리스토텔레스가 주장한 대로 물이 세상을 이루는 기본적인 물질인 원소라고 믿고 있었기 때문이다. 아리스토텔레스의 까마득한 선배격인 탈레스는 ‘물이 만물의 근원’이라는 일원설(一元說)을 주장하기도 했다. 그러나 세상 사람들보다 더욱 놀란 사람은 그 같은 사실을 알아낸 라부아지에 자신이었다. 수소는 불을 붙이면 폭발하는 기체이고, 산소 역시 불에 무섭게 타는 기체이다. 그러나 이 둘이 결합하면 불을 끄는 물이 된다는 사실을 최초로 알았을 때 라부아지에는 자연의 신비에 전율하지 않을 수 없었던 것이다. 그렇다면 이 물은 언제 어떻게 우주에 나타나게 된 것일까? 아주 최근의 따끈한 발견에 의하면 물은 우주가 탄생한 지 10억 년 남짓 지났을 무렵인 120억 년 전부터 우주에 등장했다고 하며, 인류는 그것을 직접 눈으로 확인까지 했다는 보고가 나왔다.2011년 7월 초거대블랙홀 천체인 퀘이사 APM 08279+5255라는 활발한 은하 부근에서 천문학자들은 거대한 우주 저수지를 발견했다. 그곳 구름에는 지구 바닷물 양의 140조 배 이상의 물이 포함되어 있었다. 상상을 초월하는 어마무시한 수량이다. 그렇다면 물은 우주 초창기부터 아주 풍부하게 우주에 존재했다는 얘기가 된다. 이토록 많은 물은 어떤 경로로 만들어졌을까? 그 경로를 한번 따라가보도록 하자. ​ 빅뱅의 우주공간은 수소 구름의 바다였다 138억 년 전 빅뱅으로 우주가 출발한 직후, 태초의 우주공간은 수소와 헬륨으로 가득 채워졌다. 수소와 헬륨의 비율은 약 10대 1 정도였는데, 그 비율은 오늘날까지 거의 변하지 않고 있다. 130억 년 이상 별들이 수소를 태웠지만 우주 전체 규모로 봤을 때는 미미한 양이기 때문이다. 현재 우주의 물질 구성은 수소와 헬륨이 99%를 차지하며 다른 중원소들은 1% 미만이다. 어쨌든 수소와 헬륨 외의 90여 가지 원소들 중 원소번호 26번인 철 이하는 모두 핵융합하는 별 속에서 만들어졌으며, 그 이후 우라늄까지의 중원소들은 모두 거대 항성이 종말을 맞는 방식인 초신성 폭발 때 만들어졌다. 폭발 때의 엄청난 온도와 압력으로 인해 핵자들이 원자핵 속을 파고들어 금이나 우라늄 등 중원소들을 벼려냈던 것이다. 이런 엄청난 고온이나 압력은 지구상에서는 도저히 재현해낼 수 없는 것으로, 옛날 연금술사들이 온갖 방법으로 금을 만들어내려던 것은 사실상 헛고생에 지나지 않은 셈이다. 그 연금술사 속에는 인류 최고의 과학천재 뉴턴도 끼어 있다. 초신성이 터질 때 별 속에서 만들어졌거나 또는 폭발시에 벼려졌던 모든 원소 가스와 별먼지가 우주공간으로 내뿜어진다. 이 별먼지가 바로 성운으로 다른 별을 만드는 재료로 쓰인다. 이른바 별의 윤회인 셈이다. 그러나 별을 만드는 데 사용되지 않은 원소들은 우주공간에 떠돌다가 다른 원소들을 만나 결합한다. 산소 원자 하나가 수소 원자 두 개를 붙잡으면 H2O, 바로 물분자가 되는 것이다. ​이들이 행성이나 소행성들이 만들어질 때 합류한다. 지금도 우주를 떠도는 수많은 소행성, 혜성들은 이 물분자가 만든 얼음덩어리로 되어 있다. 우주에서 물이 생성되는 과정을 축소하여 태양계 버전으로 살펴본다면, 내부 태양계가 물을 수용할 수 있는 방법은 두 가지로, 하나는 위 그림에 나오는 설선 안에서 물 분자가 먼지 입자에 들러붙는 것이고(말풍선 그림), 다른 하나는 원시 목성의 중력 영향으로 탄소질 콘드라이트가 내부 태양계로 밀어넣어지는 것이다. 이 두 가지 요인에 의해 태양계가 형성된 지 1억 년 안에 물이 내부 태양계에서 만들어진 것으로 과학자들은 보고 있다.우주공간에서 만들어진 물은 태양과의 거리에 따라 다른 양태로 존재하게 되는데, 따뜻한 내부 태양계에서는 외부 태양계에 비해 얼음이 안정되지 않은 상태로 있는 데 반해, 푸른색의 외부 태양계는 얼음이 안정된 상태다. 그 경계선을 설선(雪線)이라 한다. 지구 바다는 소행성이 가져다준 것 그렇다면 물의 행성이라 불리는 우리 지구의 바다는 어디에서 온 것일까? 대부분의 과학자들은 지구의 바다가 원래 지구에 있던 물에서 비롯되었다고 보지 않고 있으며, 태양계 내의 어디로부터 온 것이라는 생각을 갖고 있다. 지구 바다의 기원은 종래 소행성과 혜성이 지목되었지만, 최근의 연구에 의하면 거의 소행성의 소행으로 굳어져가는 추세다. 지구 바다의 근원을 결정짓기 위해 과학자들은 수소와 그 동위원소인 중수소의 비율을 측정했다. 중수소란 수소 원자핵에 중성자 하나가 더 있는 수소를 말한다. 우주에 있는 모든 중수소와 수소는 138억 년 전 빅뱅 직후에 만들어진 것으로, 그 비율은 중요한 의미를 갖는다. 물에 있는 이 두 원소의 비율은 그 물이 만들어진 때의 장소에 따라 다르게 나타난다. 그래서 외부 천체에서 발견된 물의 중수소 비율을 지구의 물과 비교해봄으로써 그 물이 같은 근원에서 나온 것인가, 곧 같은 족보를 가진 것인가를 알아낼 수 있는 것이다. 중수소는 지구상에서는 만들어지지 않는 원소이다. 이 중수소의 비율을 측정해본 결과, 지구 바다의 물과 운석이나 혜성의 샘플이 공히 태양계가 형성되기 전에 물이 생겨났음을 보여주는 화학적 지문을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 사실은 적어도 지구와 태양계 내 물의 일부는 태양보다도 더 전에 만들어진 것임을 뜻한다. 유럽우주국(ESA)이 67P 혜성 탐사를 위해 띄운 로제타호가 이온 및 중성입자 분광분석기(Rosina)를 이용해 혜성의 대기 성분을 분석한 결과, 지구의 물과는 다른 중수소 비율을 가진 것으로 밝혀졌다. 중수소의 비율은 물의 화학적 족보에 해당하는 것으로, 지구상의 물은 거의 비슷한 중수소 비율을 갖고 있다. 이 같은 로제타의 분석은 혜성이 지구 바다의 근원이라는 가설을 관에 넣어 마지막 못질을 한 것으로 받아들여지고 있다. 이는 또한 우리 행성에 생명을 자라게 한 장본인은 소행성임을 증명하는 것이기도 하다. 물 분자들은 태양과 그 행성들을 만든 가스와 먼지 원반에 포함된 물질이었다. 그러나 38억 년 전의 원시 지구는 행성 형성 초기의 뜨거운 열기로 인해 바위들이 녹아버린 상태여서 물이 존재할 수가 없었다. 지구의 모든 수분은 증발하여 우주로 달아나고 말았던 것이다. 그후 원시 지구는 한때 가혹한 소행성 포격 시대를 겪었다. 이들 천체는 거의 얼음으로 이루어진 것으로, 어느 정도 식은 원시 지구에 대량 충돌해 바다를 만들었다고 과학자들은 생각하고 있다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

‘물 맑고 공기 좋은~’. 살기 좋은 곳을 알릴 때 자주 볼 수 있는 문구다. 산업화 이전에 맑은 물과 좋은 공기는 모두에게 익숙한 기본 옵션이었다. 서양 고대 자연철학자들은 물, 불, 공기, 흙을 기본 원소로 보았다. 자연을 이 원소들이 적절히 조합된 결과로 본 것이다.네 원소 중 공기에 대한 과학적 이해는 늦었다. 과학자들은 18세기에 이르러서야 공기가 단일 물질이 아니고 여러 기체로 이루어졌음을 알아냈다. 이들은 자신이 발견한 기체에 화학 특성을 나타내는 이름을 붙였다. 예를 들어 탄산칼슘을 가열하면 방출되는 탄산가스는 ‘(탄산칼슘에) 고정된 공기’, 공기 중에서 폭발하는 특성을 가진 수소는 ‘타는 공기’였다.프랑스 과학자 앙투안 라부아지에는 산소에 의한 연소 이론으로 근대 화학 정립에 기여했다. 라부아지에 이전까지 공기와 관련된 화학 변화는 이른바 플로기스톤 이론으로 설명됐다. 이 이론에 따르면 나무처럼 가연성 물질이 타는 것은 그 속에 포함된 플로지스톤이 빠져나가는 과정이었다. 그러나 라부아지에는 정밀한 무게 측정 방법을 통해 이것이 당시 ‘불의 공기’로 알려진 산소와 결합하는 과정임을 밝혔다. 완전히 새로운 방식으로 기체 화학 반응을 설명한 것이다. 또 라부아지에는 기체들의 이름을 지을 때 화학 특성이 아니라 구성 성분을 사용할 것을 제안했다. 그는 원소에 이름을 붙이고 그들의 조합 방식으로 화합물의 이름을 지었다. ‘고정된 공기’는 산화탄소로 바꾸어 탄소와 산소의 결합물임을 분명히 했다. 이는 화학반응을 원소들의 결합과 분해라는 정량적 과정으로 이해하게 해주는 기초가 됐다. 라부아지에 이후 공기는 더이상 원소는 아니었지만 여전히 과학자들의 탐구 대상인 ‘자연물’이었다. 공기에 대한 인식에서 사회적인 요소가 끼어들 여지는 없었다. 적어도 산업혁명이 본격화되기 이전까지는. 산업화와 함께 화석연료 사용이 급증하자 매연, 공해, 스모그 같은 용어들이 등장했다. 스모그가 호흡기 질환을 일으켜 건강에 악영향을 끼친다는 것을 알았고, 원인이 무엇인지도 알았지만 사람들은 별다른 대응을 하지 않았다. 그러다가 1952년 런던 스모그라는 참사가 벌어진 후에야 매연을 줄이기 위한 ‘청정대기법’ 같은 제도와 저공해 기술을 도입했다. 그 결과 더 많은 화석 연료를 쓰고 더 많은 공장을 돌리지만 매연에 의한 공기 오염을 어느 정도 통제할 수 있었다. 통제했다고 믿었다는 말이 더 정확하다. 얼마 지나지 않아 미세먼지, 초미세먼지에 의한 공기 오염이 널리 나타났기 때문이다. 한국에서는 1990년대 말부터 황사로 인한 공기 오염이 사회문제로 등장했다. 환경운동 단체에서는 2002년에 이미 미세먼지를 포함한 대기오염 예보제 실시를 촉구했다. 예보제는 시민들이 공기의 좋고 나쁨을 판단할 근거를 준다. 예보제 이전까지는 그냥 흐린 날과 미세먼지 때문에 뿌연 날을 구분하기 쉽지 않았지만 이제 시민들은 일상의 감각보다는 예보 등급에 따라 대응한다. 이는 공기가 더이상 자연물이 아니라 사회적 구성물이 됐다는 뜻이다. 예보제는 미세먼지 농도를 수치로 제공하고 동시에 좋음, 보통, 나쁨, 매우 나쁨 4등급으로 구분한다. 시민들은 수치로 판단하기는 어렵기 때문에 등급을 기준으로 삼는다. 좋음이나 보통이면 대개 안심한다. 그런데 등급의 기준치는 절대적이지 않다. 한국은 지난달 27일부터 ‘보통’의 기준을 일평균 16~50㎍/㎥에서 선진국 수준인 16~35㎍/㎥로 낮췄다. 그에 따라 미세먼지 측정치가 40㎍/㎥일 때 3월에는 ‘보통’이었으나 4월부터는 ‘나쁨’으로 예보되는 것이다. 경제, 산업 환경, 국민 인식 등 여러 사회적 요인을 고려한 정책 결정이다. 공기, 물, 소리, 토양, 미생물 같은 자연물도 건강, 안전 측면에서 평가될 때 사회적 요소가 반영된다. 기준치를 결정할 때 과학자들과 함께 사회 각계의 폭넓은 의견이 반영돼야 하는 이유다.

산소 존재·질량보존 법칙 발견 뛰어난 재능과 수완으로 어떤 일이든 승승장구하는 사람을 일컬어 ‘미다스의 손’을 가졌다고 하는 경우가 많습니다. 미다스는 그리스 신화에 나오는 프리기아의 왕입니다. 욕심 많은 미다스 왕은 우연한 기회에 술의 신 디오니소스에게 소원을 말할 기회를 얻었습니다. 그래서 ‘뭐든지 황금으로 만드는 능력을 갖고 싶다’는 소원을 이야기합니다. 결국 손만 닿으면 황금으로 변하다 보니 사랑하는 딸까지 황금 덩어리로 변하는 어처구니없는 사태가 벌어집니다.물질에 대한 거침없는 욕망을 표현한 미다스 신화는 실제로 여러 가지 시도로 나타납니다. 대표적인 것이 바로 연금술입니다. 연금술은 고대 이집트에서 시작돼 아라비아를 거쳐 중세 유럽으로 전해진 기술로 구리나 납, 주석 같은 싸구려 금속으로 금, 은 같은 귀금속을 만들거나 영원한 젊음을 주는 영약을 만드는 것을 목표로 하고 있습니다. 연금술은 화학 발전에 상당한 도움을 줬던 것도 사실이지만 ‘과학’이라는 체계를 갖추기는 많이 부족했습니다. 연금술 수준의 화학을 근대 과학으로 자리잡을 수 있도록 만든 것은 18세기에 살았던 불세출의 화학자 앙투안 라부아지에(1743~1794) 덕분입니다. 특히 라부아지에가 1772년 11월 1일 프랑스 과학아카데미에 보고한 ‘연소’ 논문은 화학이 연금술과는 차별화된 ‘과학’이라는 사실을 선언한 독립선언문이라고 할 수 있을 것입니다. 이날 과학아카데미에 보고된 논문은 메모 형태로 본인의 연구 우선권을 주장하기 위한 초록 수준이었습니다. 이듬해인 1773년 2월 그는 완성된 논문을 발표하면서 “이번 실험은 물리학과 화학에서 혁명을 가져올 것”이라고 밝혔습니다. 지금도 아이들은 성냥이나 종이에 불이 붙고 꺼지는 것을 보면 신기해합니다. 그러면서 “불은 왜 붙어”라는 질문을 던집니다. 인류가 처음 불을 사용하기 시작하면서부터 갖게 된 이 질문에 답하기 위해서 18세기 중반까지 모든 물질에는 ‘플로지스톤’이라는 입자가 있기 때문이라는 설명을 했습니다. 연소과정에서 플로지스톤이 소모되고 물질 속에 있는 플로지스톤이 모두 소모되면 비로소 연소과정이 끝난다는 것입니다. 그럴듯하지 않나요. 플로지스톤이 타서 없어지는 것을 연소과정이라고 한다면 물질이 타고 난 뒤 무게는 가벼워져야 하는데 금속 같은 경우는 더 무거워집니다. 플로지스톤설로는 도저히 설명할 수 없는 현상이었습니다. 그래서 라부아지에는 밀폐된 유리 용기 속에서 금속을 태운 뒤 정량 측정을 함으로써 연소라는 현상이 공기 중의 산소와 결합하는 과정이라는 연소설을 확립했습니다. 이 실험을 통해 산소의 존재를 발견하고 화학 반응 전후에 질량이 보존된다는 질량보존 법칙도 발견해 냈습니다. 이런 사실에서도 볼 수 있듯이 라부아지에는 그때까지 이것저것 마구잡이로 섞어 보고 돼도 그만 안돼도 그만이었던 연금술을 체계적인 실험과 증명, 해석을 통해 이론을 세우는 ‘화학’이란 새로운 형태의 학문으로 완성해 냈습니다. 그를 ‘근대 화학의 아버지’라고 부르는 것도 그런 점 때문입니다. 또 하나 재미있는 사실은 라부아지에의 업적이 지금까지 남을 수 있었던 것은 다름 아닌 아내인 마리안 라부아지에 덕분이라는 점입니다. 여성의 사회적 활동이 제한됐던 당시 분위기와 달리 마리안은 남편의 실험 준비는 물론 실험 내용과 과정을 그림으로 남기는 등 연구활동에 적극적으로 참여했다고 합니다. 프랑스 혁명 직후 라부아지에는 앙시앙 레짐(구체제)의 세금공무원이었다는 이유로 고발돼 부인과 함께 단두대의 이슬로 사라졌습니다. 만약 그가 프랑스 혁명 이후에도 살아남아 연구를 계속했더라면 화학은 얼마나 더 발전해 있을까 문득 궁금해집니다. edmondy@seoul.co.kr

극심한 취업난과 기업의 이공계 선호로 문과보다 이과를 선택하는 학생들이 늘어나고 있다고 한다. 수학이나 과학에 그다지 흥미가 없는 학생들조차 취업이 더 잘된다는 이유만으로 이과를 선호한다. 하지만 최근에는 대기업들이 신입 사원을 뽑을 때 전형적인 스펙보다는 인문학적인 소양을 더 중시한다니 사회 전체가 인문학 인재 열풍에 들썩이고 있다. 기업이 선호하는 인재상은 인문학도와 공학도를 융합한 것이다. 학생들은 이제 국문과에 지원하려 해도 수학과 과학을 잘해야 하고 컴퓨터학과에 가서도 인문 고전을 읽어야 한다. 이런 분위기 때문인지 인문학 관련 책과 강의가 인기를 끌고 있다. 대부분 고전을 요약, 발췌했거나 인문학이 왜 중요한지 원론적 이야기를 하는 것들이다. 조금이라도 지적으로 보이고 싶으면 이런 책이라도 읽어 무식함을 티 내지 않아야 한다. 기업 대표들조차 인문학 강좌 프로그램을 이수했음을 자랑으로 여긴다. 정부에서도 인문학을 살리기 위해 엄청난 돈을 쏟아부을 계획이라고 한다. 얼핏 보면 이런 사회적 분위기는 반겨야 할 것 같지만 사실은 성급한 성과주의의 연장에서 멀리 벗어난 것처럼 보이지는 않는다. 이러한 사회 흐름이 대세인 가운데 경제적 가치에 기반을 둔 기술적 응용만 생각하면 순수과학이 지니는 문화적 가치를 이해할 수 없다고 주장하는 과학철학자 장하석의 주장은 시사하는 바가 커 보인다. 미국 캘리포니아 공과대학(칼텍)에서 물리학과 철학 공부, 스탠퍼드에서 철학 박사 학위 취득, 28세의 나이로 영국 런던대 교수 임용, 케임브리지 과학철학부 석좌교수 등의 화려한 이력이 주는 후광 효과만으로도 그의 말은 다 설득적일 텐데 과학을 인간적이라 말하며 어려운 과학 공부는 가라고 하니 들어 보지 않을 수가 없다. ‘장하석의 과학, 철학을 만나다’의 시작은 교육방송(EBS)의 특별기획 프로그램에서부터였다. 방송을 보며 고교 시절이 떠올랐다. 화학 시험을 볼 때 주기율표를 외워 시험지를 받자마자 시험지 여백에 그려 놓고 문제를 풀었다. 그것만 외우고 있으면 많은 문제를 풀 수 있었기 때문이다. 화학에 관한 탐구는 전혀 없는 암기력 테스트였다는 생각이 든다. 방영된 12강 모두가 책으로 출판됐다. 다시보기로 강의를 보며 책을 읽었다. 책의 내용이 훨씬 충실하지만 실험 부분은 방송을 직접 보는 것이 이해가 더 잘 됐다. 이 책은 과학 지식과 과학 탐구가 갖는 문화적 의미와 중요성에 대해 설명하는 내용으로 서문과 3부로 구성돼 있다. 1부(1~6장)에서는 철학의 인식론적 관점에서 과학이 어떻게 지식을 얻어 내는가에 대한 여러 가지 질문을 던진다. 일반적으로 과학 지식이 어떤 한계를 지니고 있고 우리는 그것을 어떻게 극복해 나가는가에 대한 이야기다. 과학철학계의 거장들이 주장했던 여러 아이디어를 소개한다. 과학이란 무엇인가, 과학 지식의 기반이 되는 관측을 믿을 수 있는가, 이 관측을 가지고 이론을 증명할 수 있는가, 과학 지식은 축적되는가, 혁명적으로 개편되는가, 과학적 진리란 무엇이며 우리가 얻을 수 있는 것인가, 과학은 어떤 의미에서 진보하는 것인가 등을 다룬다. 현대 과학은 개념의 수량화에 의존하므로 측정이 중요하다. 측정을 위해서는 기준이 필요한데 최초의 기준을 정하는 것은 매우 어렵다. 온도, 길이, 질량, 시간 등 기본 물리량 외에도 측정의 기준을 잡는 일은 난해한 작업이다. 그래도 측정 기준은 필요하므로 단순하고 간편한 체계를 기반으로 탐구를 시작하고 탐구 결과를 기반으로 다시 기준 자체를 수정하고 개선해 나간다. 장하석은 처음에 믿고 시작한 전제들을 유지·반복하지 않고 매 단계별로 재검토하고 지식을 쌓고 개선하는 과정을 되풀이하는 것을 ‘인식적 반복’이라 정의했다. 과학은 이런 과정을 통해 발달한다. 2부(7~10장)에서는 과학사의 일화를 자세히 소개해 과학 연구의 모습을 구체적으로 살펴보도록 한다. 과학 연구의 구체적 모습을 이론적·실험적·역사적·철학적 관점에서 소개함으로써 과학의 실천에 대한 감각을 키울 수 있도록 격려한다. 산소는 어떻게 발견했으며 왜 산소라 부르는가, 물은 늘 섭씨 100도에서 끓는가, 일상에서 많이 쓰고 있는 건전지는 어떻게 발명했으며 거기에서 전기는 어떻게 생기는가를 설명한다. 비교적 이해가 쉽고 직접 실험해 볼 수 있는 수준에서 과학사의 일화들을 고르다 보니 18세기 중반부터 19세기 중반까지의 사건들로 모아졌다. 라부아지에에서 월라스턴에 이르기까지 이 시기 과학자들의 배경은 다양했다. 귀족 출신에서 노동자의 아들까지 다양한 계층의 사람들, 엘리트 교육을 받은 사람도 있었고 평생 학교 근처에도 못 간 사람도 있었다. 그러나 그들에겐 그저 순수한 호기심으로 과학적 탐구에 몰두했다는 공통분모가 있었다. 과학 발전에 기여해서 유명해지겠다는 야심이나 돈을 많이 벌겠다는 욕망은 없이 그들이 법학자였든 사업가였든 독자적 연구에 몰두했다. 우리가 그동안 받았던 과학 교육은 ‘누가, 무엇을’에 집중됐을 뿐 ‘어떻게, 왜’는 없었다. 저자는 교과서가 가르치는 정답에만 골몰하지 말고 과학자들이 탐구했던 길을 따라가며 의문을 해결하는 과정에서 우리 나름의 생각도 커질 것을 기대한다. 이런 기대는 자신이 그러한 길을 갔던 경험을 통해 과학에서 철학적 깨달음을 얻고 실천하는 과정이 얼마나 재미있었는지 충분히 느꼈기 때문에 할 수 있는 것이다. 3부(11장과 12장)에서는 과학철학이 과학을 어떻게 하면 더 잘하게 하고 더 효과적으로 지원할 수 있을 것인가에 대한 이야기로 전체 강의를 종합하는 성격을 띤다. 과학 지식을 창조하는 과정과 창의력을 발휘할 수 있는 교육 이야기, 과학에서 다원주의가 필요한지, 유용한지에 대한 논의를 펼치며 자신의 철학 핵심을 설명한다. 저자는 지식을 습득하는 과정에는 특별한 길이 없지만 새로운 개념을 만들어 내는 창의성은 ‘정상 과학의 퍼즐 풀기를 열심히 하다 위기에 처하면 필요에 의해 생긴다’는 쿤의 주장을 빌려 설명한다. 우리 교육 현실에서 학생들이 자신의 문제에 직접 부딪칠 기회를 방해하지 말아야 한다고 일침을 놓기도 한다. 창의력이 있는 사회가 되기 위해서는 다원주의를 실행하는 것이 좋다고 말한다. 그는 과학에서의 다원주의를 과학의 한 분야에서 가능한 여러 실천 체계를 발달시키고 유지하는 것이 좋다는 입장이라고 정의한다. 다원주의 과학의 지식 체계는 가능하면 한 분야 내에서도 여러 가지를 발달시키고 유지하는 것이 과학의 여러 목적(그 목적이 무엇이 됐든)을 달성하는 데 유리하다. 몇 가지 체계를 동시에 유지하면서 얻을 수 있는 관용과 상호작용의 이점을 추구함으로써 인간의 창의성을 최대로 발휘하고 자연의 가르침을 최대로 받을 수 있다. 다원주의는 과학뿐 아니라 사회 전반에서 이루어져야 하고 많은 이들이 생각하지 않았던 질문을 던지는 철학은 다원주의를 이루는 데 유용하다고 결론을 맺는다. 사상·문화 등을 중심으로 인간의 가치와 관련된 제반 문제를 연구 영역으로 삼는 것이 인문학이라면 첨단 과학기술 시대를 사는 현대인에게 과학의 실천적 차원을 인식하고 즐기도록 하려는 시도 또한 인문학의 범주에 포함될 수 있다. 지식과 정보를 나눌 수 있는 영역이 사물 간 통신(IoT)으로까지 확장되고 있다. 이렇게 급변하는 환경에 능동적으로 대처해 개인과 사회를 이롭게 하는 데 과학의 탐구 정신은 쓸모가 많다. 세상살이가 문과 이과로 나누어지지 않듯 어떻게 하면 더 인간답게 살 수 있을까를 고민하는 데 인문학과 과학의 구분은 쓸데없다. 하지만 ‘장하석의 과학, 철학을 만나다’는 오늘날 인문학의 영역 확장에 대해 생각해 보게 한다는 점에서 소용이 닿는다. 최영주 한우리독서토론논술 책임연구원 ●‘읽어라 청춘’은 격주로 게재됩니다.

다이아몬드만큼 여성들의 마음을 설레게 하는 것이 또 있을까. ‘변치 않는 영원함’을 상징하는 다이아몬드는 희소성과 빛나는 아름다움으로 지구상에서 가장 완벽한 보석으로 그 위치를 굳건히 지키고 있다. 다이아몬드는 땅속에서 얻어지는 모든 종류의 암석 중 가장 단단하다. 이 때문에 금강석(剛石)으로 불린다. 다이아몬드는 끊임없는 노력의 산물이기도 하다. 아프리카 지역에서 많이 발견되는 다이아몬드 원석은 유리에 가까운 조그마한 돌조각에 불과하다. 이를 찾아내고 연마해 순수한 다이아몬드로 만들기 위해서는 엄청난 시간과 희생이 뒤따른다. 또 독재자들이 내전을 벌이고, 주민들을 무참히 살육하면서 얻은 다이아몬드에 ‘블러디 다이아몬드’(피묻은 다이아몬드)라는 참혹한 이름이 붙여지기도 했다. 보석의 왕인 다이아몬드가 최근 실험실에서도 인기다. 물론 반지로 만들어 끼거나 프러포즈를 하기 위해서는 아니다. 다이아몬드는 지하 200㎞ 이상의 뜨거운 맨틀에서 10억년 이상의 긴 세월에 걸쳐 만들어진다. 이때의 온도는 최소 1500도 이상, 압력은 50kb로 성인남자 4000명의 무게로 밟는 것과 비슷한 수준이다. 맨틀의 마그마가 갑자기 솟아오르면서 킴벌라이트(화산암)에 담겨 지상에 비교적 가까운 곳으로 옮겨지면 이를 캐내는 것이다. 이렇게 전 세계에서 발견되는 다이아몬드는 연간 1억 3000만 캐럿 정도다. 1캐럿의 다이아몬드를 캐내기 위해서는 1500t의 흙을 파내야 한다. ◆매년 인조 다이아 10만㎏ 생산 다이아몬드는 순수한 탄소덩어리다. 탄소 원자들이 전자를 공유하면서 만들어진 정사면체가 연결된 형태다. 물론 탄소가 모였다고 모두 다이아몬드가 되는 것은 아니다. 탄소가 평면 6각형으로 결합되면 새까만 흑연이 된다. 가장 단단한 다이아몬드와 잘 부러지는 약한 물질의 대명사인 흑연이 실제로는 같은 족보를 갖고 있는 셈이다. 이 밖에 차세대 반도체소자로 각광받고 있는 그래핀이나 탄소 원자 60개가 축구공 모양으로 결합된 ‘풀러렌’, 속이 빈 긴 대롱 모양인 탄소 나노튜브 역시 모두 탄소만으로 이뤄진 물질이다. 이처럼 탄소라는 같은 원소로 만들어졌지만, 성질은 전혀 다른 물질들을 동소체(同素體)라고 부른다. ◆감정사도 속을 만큼 감쪽같아 과학사에 다이아몬드가 본격적으로 등장하기 시작한 것은 중세 유럽이다. 이 당시 유럽에서는 실험실에서 금이나 다이아몬드 같은 보석을 만들기 위한 ‘연금술’이 큰 인기를 끌고 있었다. 마술 등 과학적 근거가 없는 방법들이 난무하는 와중에 일부 과학자들은 오늘날 화학과 물리학의 토대가 되는 발견도 우연찮게 얻었다. 예를 들어 1772년 앙톤 라부아지에는 다이아몬드를 높은 온도로 가열하면 검은 흑연을 거쳐 아무 흔적도 없이 사라진다는 점을 발견해 냈다. 800도 이상에서는 다이아몬드를 구성하고 있는 탄소가 공기 중의 산소와 결합하면 연소하기 때문에 일어나는 현상이다. 다이아몬드의 가장 큰 장점은 역시 ‘강도’다. 지구상에서 가장 강한 물질이라는 명성에 걸맞게 20세기 초까지만 해도 다이아몬드를 자를 수 있는 유일한 수단은 다이아몬드뿐이었다. 이 때문에 각종 공업용 물질의 가공에 보석용으로 쓸 수 없는 공업용 다이아몬드가 대거 사용되기 시작했고, 특히 2차 세계대전 당시 무기 등 군수물자 생산을 위해 다이아몬드 수요가 급증하고 관련 산업이 급성장했다. 다이아몬드를 실험실에서 만들어 내려는 오랜 노력 역시 결실을 맺고 있다. 자유롭게 고온과 고압을 다룰 수 있게 되면서 천연 다이아몬드와 똑같은 인조 다이아몬드를 만드는 것이 가능해졌기 때문이다. 인조 다이아몬드의 가격은 점차 낮아지고 있고, 감정사들도 알아볼 수 없을 만큼 정교해졌다. 일각에서는 성분과 모양이 똑같기 때문에 ‘인조’가 아닌 ‘양식’ 다이아몬드로 불러야 한다는 주장도 있다. 자연이 수십억년에 걸쳐 해낸 일을, 이제 사람은 불과 며칠 만에 더 훌륭하게 해낼 수 있게 된 셈이다. ◆최근엔 스마트폰 등 필수부품으로 물리적인 경도로만 주목받아 온 다이아몬드는 최근 ‘실험실의 여왕’으로 주목받고 있다. 나노(1㎚=10억분의1m) 과학이 각광받으면서 다이아몬드의 새로운 장점이 속속 밝혀지고 있다. 특히 최근 미국 아르곤 국립연구소에서 발표된 실험 결과는 다이아몬드의 가치를 대폭 끌어올렸다는 평가를 받고 있다. 아르곤 연구소의 아니루아 수먼트 박사는 다이아몬드를 나노 단위로 쪼개 얇은 필름을 만들어 특성을 조사했다. 그 결과 다이아몬드 필름은 열 발생을 획기적으로 줄이는 특징을 갖고 있는 것으로 나타났다. 스마트폰, 노트북 등 휴대용 전자기기가 급속도로 발달하면서 학계는 물론 기업들은 ‘더 작은’ 전자제품을 만들기 위해 노력하고 있다. 그러나 소형화는 ‘열 병목현상’으로 불리는 현상으로 인해 한계에 부딪힌 상태다. 전자의 이동은 열을 만들어 내는데, 부품이 점점 작아질수록 열은 좁은 면적에 집중되게 마련이다. 결국 소형 전자제품은 대형 전자제품에 비해 열이 더 많이 발생해 부품의 오작동을 일으키거나 손상을 입게 되는 문제가 있다. 수먼트 박사팀의 연구는 다이아몬드 필름이 열을 급격히 줄이면서 전체적인 제품의 안정성을 높일 수 있다는 것을 입증한 것이다. 수머트 박사는 “다이아몬드가 감당할 수 있는 한계 온도는 800도에 이르지만, 반도체에 사용할 경우 최고 온도는 400도를 넘지 않는다.”면서 “다이아몬드 필름을 활용해 새로운 반도체를 만들어낼 수 있을 것”이라고 강조했다. 아르곤 연구소 연구진은 이와 함께 다이아몬드 필름과 질화갈륨을 조합해 고성능 발광 다이오드(LED)를 만들었다. 그 결과 다이아몬드 필름을 조합하는 것만으로도 얇은 LED의 전반적인 온도가 획기적으로 낮은 상태를 유지하는 것으로 나타났다. 다이아몬드 필름이 전자학계와 기업들의 고민을 풀어주고 있는 것이다. 전자제품을 만들기 위해 땅을 파야 할 필요는 없다. 인조 다이아몬드 생산량은 매년 10만㎏이 넘는다. 다이아몬드가 선망의 대상이 아닌, 우리 주변의 필수적인 소재로 취급받을 날이 멀지 않았다. 박건형기자 kitsch@seoul.co.kr

미국 뉴욕에 있는 유명한 카네기홀의 내부에 들어 있는 공기의 무게는 얼마나 될까. 정답은 3만㎏이라고 한다. 상상하지 못했을 만큼의 엄청난 무게가 아닐 수 없다. 처음으로 공기의 무게를 잰 사람은 이탈리아의 갈릴레오 갈릴레이(1564∼1642)이다. 지구가 태양 주위를 돈다고 믿었지만 종교재판관들 앞에서는 부정했고, 그러면서도 “그래도 그것은 움직인다.”고 했다는 그 사람이다. 갈릴레이는 먼저 목이 좁은 큰 유리병의 입구를 가죽 마개로 꽉 막았다. 마개를 통하여 풀무가 달려 있는 주사기를 병 속으로 집어 넣고는, 힘차게 풀무질하여 원래 병 속에 들어있던 양보다 많은 공기를 집어 넣었다. 그러고는 저울에다 모래 알갱이 몇 개를 더하거나 빼면서 유리병의 무게를 정밀하게 측정했다. 뚜껑에 달린 밸브를 풀어 압축된 공기가 빠져나오게 하자, 병은 아주 조금 가벼워졌다. 갈릴레이는 일련의 실험에서 공기의 무게는 같은 부피 물 무게의 400분의1 정도 된다는 결과를 얻었다. 실제 값보다 두 배 정도 크지만 역사상 첫 실험에서 얻은 수치로는 놀라울 만큼 정확한 것이었다. ‘공기 위를 걷는 사람들’(가브리엘 워커 지음, 이충호 옮김, 웅진지식하우스 펴냄)은 ‘하찮아 보이는’ 공기가 실제로는 어떤 힘을 갖고 있는지를 알려주기 위하여 얼마나 특별한 인물들이 얼마나 대단한 발견을 이루어냈는지를 보여주는 기록이다. 지은이는 영국 케임브리지대학에서 화학박사 학위를 받은 뒤 과학전문지 ‘네이처’의 기후변화 담당 편집자와 ‘뉴사이언티스트’의 특집 담당으로 일한 과학저널리스트. 공기에 얽힌 과학사라고 할 수 있는 ‘공기 위를 걷는 사람들’(원제 An Ocean of Air)로 대중과학서의 새로운 전형을 만들어 냈다는 평가를 받았다. 지은이는 미 공군의 시험 비행 조종사인 조 키팅어 대위가 1960년 8월16일 오전 7시 헬륨기구를 타고 뉴멕시코 32㎞ 상공에 올라가 지상으로 점프하는 영국 BBC TV의 다큐멘터리 영상을 구해 보면서 공기에 관한 글을 써야겠다고 마음먹었다. 그 영상은 이랬다. 해가 떠오른 지 한참이 지났는데도 하늘은 한밤중처럼 캄캄했고, 아래로는 지표면이 곡선을 그리며 지평선까지 뻗어있는데, 위로는 파르스름한 헤일로(Halo)가 빛나고 있었다. 바로 지구가 받은 최고의 축복인 대기이다. 지표면에서 살아가는 우리는 대기를 그저 당연한 것으로 여긴다. 하지만 이 얇은 파란 선으로 보이는 대기가 우리가 사는 행성을 황량한 암석 덩어리 상태에서 생명이 가득한 세계로 바꾸어 놓았다. 인간이라는 취약한 존재를 치명적인 우주 환경으로부터 지키고 있는 유일한 보호막이라는 것이다. 이 책은 수은을 사용한 실험으로 공기가 짓누르는 힘을 증명한 에반젤리스타 토리첼리, 공기가 소리를 전달하는 능력을 가졌다는 사실을 밝힌 로버트 보일, 산소를 발견한 조지프 프리스틀리와 앙투안 라부아지에, 이산화탄소를 발견한 조지프 블랙이 공기에 도전한 모험의 역사를 담았다. 그런가 하면 이산화탄소량 변화가 심각한 기후변화를 야기할 수 있음을 밝혀내 오늘날 환경보호론의 선구적 업적을 남긴 스반테 아레니우스, 오존이 상층 대기의 구성성분으로 자외선을 차단한다고 설명한 W M 하틀리와 그 오존층을 파괴하는 물질인 프레온을 발명한 토머스 비즐리도 등장한다. 지은이는 그동안 알려지지 않은 과학사의 숨은 인물을 재조명하는 데도 힘을 기울였다. 지금은 노르웨이의 화폐에 등장할 만큼 명망 있는 과학자가 되었지만 생전에는 자기폭풍과 태양 흑점 사이의 관계를 증명한 엄청난 결과를 내놓았음에도 인정받지 못했던 크리스티안 비르켈란이 그렇다. 지구의 자전과 대류의 관계를 밝힌 ‘코리올리 효과’를 일찍이 주장했음에도 지나치게 부끄러움을 타는 성격으로 이름을 남기지 못한 윌리엄 페렐의 명예도 되찾아 주었다. 지은이는 이 책에서 ‘코리올리 효과’를 고집스럽게 ‘페렐 효과’로 부르고 있다.1만 3800원. 서동철 문화전문기자 dcsuh@seoul.co.kr