올해 노벨생리의학상은 생체시계의 비밀을 밝혀낸 미국의 과학자 3명에게 돌아갔다.스웨덴 카롤린스카의대 노벨위원회는 2일(현지시간) 제프리 C. 홀(72) 메인대 교수, 마이클 로스배시(73) 브랜다이스대 교수, 마이클 영(68) 록펠러대 교수를 노벨생리의학상 공동 수상자로 선정했다고 발표했다. 이들은 생체시계로 알려진 ‘서캐디언 리듬’(24시간 주기리듬)을 통제하는 분자 기구를 발견한 공로로 노벨상의 영예를 안았다. 노벨위원회는 성명에서 “이들의 발견은 식물과 동물, 인간이 어떻게 생체리듬을 조정해 지구의 공전과 일치시키는지를 설명한다”고 선정 이유를 밝혔다. 노벨위원회에 따르면 이들 과학자는 초파리를 이용해 평상시 생물학적 리듬을 조절하는 유전자를 분리, 이 유전자가 밤 동안 세포에 축적된 단백질을 어떻게 암호화하고 낮 동안 어떻게 분해하는지를 보여줬다. 이러한 생체시계는 식물이나 동물, 인간을 포함한 다세포 유기체의 세포에서 똑같은 원리로 작동하고 있다는 사실도 확인했다. 특히 생체시계는 인간의 행동, 호르몬 수위, 잠, 체온, 신진대사와 같은 아주 중요한 기능을 통제한다는 사실도 밝혀냈다. 따라서 인간의 행복도 외부 환경과 체내 생체시계 사이의 일시적인 부조화가 있을 때 영향을 받는다고 이들은 설명했다. 예를 들어 다른 시간대를 여행할 때 시차 부적응을 경험하는 것도 이런 이유에서다. 이들의 연구 결과는 몸속 생체시계가 지배하는 리듬과 우리의 생활습관 사이에 만성적인 불일치가 다양한 질병의 위험성 증가와 관련이 있다는 점도 가리킨다고 위원회는 강조했다. 토마스 페를만 카롤린스카 의대 노벨위원회 사무총장은 로스배시 교수가 수상 소식을 전해 듣고 “잠시 침묵하더니 ‘당신 농담하는 것 아니냐’는 반응을 보였다”고 전했다. 이번 수상자들은 900만 크로나(약 12억 6000만 원)의 상금을 받는다. 노벨위원회는 생리의학상을 시작으로 물리학상, 화학상, 문학상, 평화상, 경제학상 등의 순으로 노벨상 수상자를 발표한다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

가을이 깊어지는 10월이 되면 전 세계의 눈은 풍요로운 북유럽 국가 스웨덴과 노르웨이로 쏠린다. 1901년 첫 수상자를 발표한 이후 지금까지 116년의 역사를 자랑하는 노벨상 때문이다.노벨상 수상자 발표 한 달 전부터 ‘예비 노벨 생리의학상’이라고 불리는 래스커상 수상자와 세계적인 학술정보 서비스 기업 클래리베이트애널리틱스(옛 톰슨로이터)의 예상 노벨상 후보자 명단이 발표된다. 여기에 노벨상을 패러디해 기발한 연구성과에 상을 주는 ‘이그 노벨상’도 9월 2~3째주에 시행되면 분위기는 한껏 달아오른다. 더군다나 클래리베이트애널리틱스가 올해 노벨화학상의 유력 후보로 태양전지 전문가인 박남규 성균관대 교수를 꼽으면서 한국인들의 기대감도 커지고 있다. 몇 년 전에도 노벨화학상의 유력한 후보로 유룡 카이스트 화학과 교수가 꼽힌 바 있다. 추석 연휴가 시작된 10월 2일 노벨 생리의학상 수상자를 이미 발표했다. 이어 오늘 저녁 6시 45분(한국시각)에 물리학상 수상자를 발표하고, 4일 화학상, 6일 평화상, 9일 경제학상, 문학상(미정) 수상자가 차례로 발표될 예정이다. 올해 수상자에게는 기존보다 100만 스웨덴 크로나가 늘어난 900만 스웨덴 크로나(약 12억 7000만원)의 상금, 금메달과 상장 뿐만 아니라 ‘세계 최고의 석학’이라는 영예가 주어지게 된다. 노벨재단은 기금의 장기적 운용에 위기가 올 수 있다며 2001년부터 1000만 크로나이던 상금을 2012년 800만 크로나로 깎았지만 기금의 운영이 안정적으로 이뤄질 수 있을 것이라고 보고 100만 크로나를 증액시킨 것이다. 노벨상은 잘 알려져 있다시피 다이너마이트를 발명한 알프레드 노벨이 기부한 유산 3100만 스웨덴 크로나를 기금으로 삼아 노벨재단이 설립된 뒤 1901년부터 문학, 화학, 물리학, 생리의학, 평화 5개 분야에 상을 수여하기 시작했다. 경제학상은 1968년 스웨덴 중앙은행 창립 300주년을 맞아 만든 상으로 정식 명칭은 ‘알프레드 노벨을 기리는 스웨덴 중앙은행 경제학상’이다. 상금을 노벨재단에 기탁하는 조건으로 노벨상 시상기간에 포함돼 발표되고 있지만 여전히 태생적 문제 때문에 ‘노벨상이 아니다’라고 주장하는 이들도 있다. 물리, 화학, 경제학은 스웨덴 왕립과학아카데미, 생리의학은 스웨덴 카롤린스카 의학연구소, 문학은 스웨덴 학술원, 평화상은 노르웨이 국회 노벨위원회에서 수상자를 선정한다. 노벨이 사망한 12월 10일 열리는 시상식도 생리의학, 물리, 화학, 문학, 경제학 분야는 스웨덴 스톡홀름에서 열리며 평화상은 노르웨이 오슬로에서 열린다. 이는 노벨재단이 설립된 1900년 당시 노르웨이와 스웨덴이 한 나라였지만 1905년 분리되면서 나눠서 심사하고 시상식을 갖고 있다. 노벨상은 수상자 발표 당일 “노벨 재단입니다. 당신이 수상자로 선정됐습니다”라는 전화를 받기 전까지는 당사자마저도 수상 여부를 알지 못할 정도로 보안이 철저하고 수상자 심사위원이 누구인지도 비밀에 붙여있다. 이 때문에 노벨과학상(생리의학, 물리학, 화학)을 누가 받을 것인지 예측하기는 쉽지 않지만 노벨과학상 관전 포인트는 몇 가지 있다. 우선 노벨과학상 중 단독수상자가 나올 수 있을까 하는 점이다. 일단 올해 래스커상 수상자나 톰슨로이터 예상 후보자 명단을 보더라도 단독 수상 가능성이 있는 분야는 없다. 실제로 2001년 이후 지난해까지 노벨과학상 46건 중 42건이 2명 이상 과학자들이 함께 수상했으며 1명의 연구자가 상을 받은 단독수상은 4건에 불과할 정도로 공동수상 경향이 강하다. 1901년부터 2016년까지 전체 노벨과학상 325건 중 176건(54%)이 2명 이상 공동수상했다. 1950년대를 기점으로 공동수상 비율이 전체 수상건수의 50%를 상회하기 시작해 최근 30년간은 노벨과학상 공동수상 비율은 80%를 훌쩍 넘어섰다. 이처럼 노벨과학상 공동수상 비율이 점점 늘고 있는 것은 첨단과학의 대형화와 융복합화에 따른 한계와 연구실패 부담을 최소화하고 연구자들이 보유한 전문성을 보완하기 위한 집단연구 증가 때문으로 분석되고 있다. 또 2000년대에 들어서 일본이 노벨과학상 수상자들을 다수 배출해 미국에 이어 2위 수상국가로 등극했으며 비서구 국가 중에서는 최고의 과학강국으로 자리매김했다. 실제로 클래리베이트애널리틱스가 발표하는 노벨상 후보자 명단에는 일본인이 항상 끼어있다는 특징을 보이고 있다. 일본 이화학연구소(리켄) 연구원 출신인 정재훈 울산대 화학과 교수는 “일본은 1920년대부터 해외 공동연구와 유명 과학자와의 네트워크 확보를 통한 과학기술역량을 확보해옴으로써 그 결실을 지금 거둬들이고 있는 셈”이라며 “단기적 성과에 얽매이지 않고 창의적이고 도전적 연구를 적극 투자하는 것은 우리나라도 벤치마킹해야 할 부분”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

자신의 몸을 자유자재로 구부리고 접어 어떤 형태의 그릇이나 용기에도 쑥 들어가는 고양이는 고체일까 액체일까. 긴 나팔을 불면 코골이가 사라진다는데 정말일까. 살아 있는 악어와 맞닥뜨린 사람의 도박 성향은 어떻게 변할까. 황당하지만 누구나 한 번쯤은 생각해 봤을 법한 궁금증들이다. 이 궁금증에 대해 놀랍고 신기한 답을 내놓은 연구자들에게 상을 주는 ‘제27회 이그노벨상’ 시상식이 15일 오후 6시(현지시간) 미국 하버드대 샌더스 극장에서 열렸다. 한국인도 수상자 명단에 포함됐다.미국 버지니아대 물리학과에 다니는 한지원씨는 2005년 민족사관고등학교 재학 시절 커피를 컵에 가득 담고 뒷걸음질칠 때 커피가 어떻게 흔들리는지 연구한 결과를 지난해 6월 생명과학 분야 국제학술지 ‘생명과학의 성과’에 발표한 덕분에 유체역학 분야 수상자로 선정됐다. 한국인으로는 고(故) 문선명 세계평화통일가정연합 총재 등에 이어 네 번째다. 경제학상은 호주 센트럴 퀸즐랜드대 매슈 록펠러, 낸시 그리어 교수팀에게 돌아갔다. 이들은 1m 길이의 바다악어를 맨손으로 잡아 본 사람들이 그렇지 않은 사람에 비해 도박 판돈도 많이 걸고 위험한 상황을 더 즐긴다는 사실을 밝혀낸 공을 인정받았다.몸을 자유자재로 움직여 다양한 형태의 병이나 그릇에 들어가는 고양이를 어떻게 봐야 하는지를 연구한 프랑스, 싱가포르, 미국 연구진은 물리학상을 받았다. 이들은 물질의 유동성을 계산할 때 필요한 ‘데보라 수’를 이용해 고양이의 움직임을 계산한 결과 고양이는 고체로도 볼 수 있고 액체로도 볼 수 있다는 재미있는 결론을 내렸다. 스위스, 캐나다, 네덜란드, 미국의 의학자들은 의학 분야의 저명한 국제학술지인 ‘영국의학회지’ 2006년 12월호에 호른처럼 생긴 호주 원주민 전통악기 ‘디저리두’를 부는 것이 코골이를 치료하는 데 도움이 될 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 이그노벨상 위원회는 “코골이 환자와 함께 자는 사람들에게 숙면이라는 평화를 선사했다”고 선정 배경을 설명했다. 노벨상을 패러디한 이그노벨상은 1991년부터 해마다 노벨상 발표 2~3주 전 목요일에 발표된다. 화학과 문학을 제외한 의학, 물리학, 평화, 경제학 등 10개 분야를 시상하는데 ‘진짜로’ 노벨상을 받은 사람들이 심사와 시상을 맡는다. 올해도 올리버 하트 하버드대 교수(2016년 노벨경제학상)와 에릭 매스킨 프린스턴대 교수(2007년 노벨경제학상), 로이 글라우버 미시간대 명예교수(2005년 노벨물리학상) 등이 시상자로 나섰다. 분야별 상금은 10조 짐바브웨 달러(미 달러화 40센트)로, 우리 돈으로 환산하면 450원이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

세계적인 과학저널 ‘네이처’가 지난 27일 폭로한 내용은 과학계에 큰 충격을 주고 있습니다. 미국 에너지부(DOE)가 자신들이 연구비를 지원하는 연구자들에게 ‘기후변화’라는 단어를 논문이나 보고서에서 삭제하라고 했다는 것입니다.DOE는 1977년에 설립된 미국 행정기관으로 국가 핵무기 프로그램 운영, 해군용 원자로 생산, 에너지 보존·생산 관련 연구, 방사성 폐기물 처리 등 다양한 업무를 맡고 있습니다. 한 해에 쓰는 예산만 300억 달러(약 33조 6150억원)에 이르는 ‘공룡 부처’입니다. 미국 전역에 수많은 기초 및 응용과학 연구소를 운용하는 데다 대학과 협력연구도 많이 진행하고 있기 때문에 DOE에서 지원하는 연구비를 받아보지 않은 연구자가 없다고 할 정도입니다. 이런 기관에서 과학자들에게 “입 다물고 아무 말 하지 말라”는 지시를 내린 것과 마찬가지니 과학계가 받은 충격은 엄청날 수밖에 없습니다. ●“트럼프 재임 동안 계속 심해질 것” 네이처에 따르면 DOE 산하 퍼시픽노스웨스트 국립연구소(PNNL)는 연구비를 신청한 제니퍼 보웬 노스이스턴대 교수에게 신청서류에 포함된 ‘지구온난화’, ‘기후변화’와 관련된 단어들을 지워 달라는 요청을 했다고 합니다. 보웬 교수는 지구온난화가 바닷물과 바닷가 습지에 어떤 영향을 미치는지에 대한 연구를 진행하기 위해 DOE에 연구비를 신청했는데 이런 황당한 일을 당하게 된 것입니다. 생태학자인 스콧 살레스카 애리조나대 교수도 지난 24일 DOE로부터 연구 프로젝트 서류에서 ‘기후변화’에 대한 언급을 삭제해 달라는 메일을 받았다고 폭로했습니다. 살레스카 교수는 이에 대해 “과학 선진국이라는 미국에서 과학 지식과 상충되는 정치 이데올로기에 따라 연구비 지원이 이뤄지는 어처구니없는 일이 벌어지고 있다”며 “트럼프가 대통령으로 재임하는 동안 이런 일이 더 심해질 것으로 보이는데 임기 말이 되면 미국 과학계는 심각하게 붕괴될 것”이라는 우울한 전망을 내놓기도 했습니다. 사실 지난해 도널드 트럼프가 제45대 미국 대통령으로 당선되면서부터 전 세계 과학계는 우려를 표시했습니다. 취임 전부터 “지구온난화는 미국의 산업경쟁력을 갉아먹기 위해 중국이 날조한 거짓말”이라고 주장하는가 하면 백신 접종 반대 운동에도 적극적으로 찬동하고 나섰기 때문입니다. 특히 과학계는 “지구온난화는 명백한 사실로 이것을 부인하는 것은 그동안 나왔던 많은 논문과 연구자들을 우롱하는 것”이라고 비판했지만 지난 6월에 보란듯이 파리기후협약을 탈퇴했습니다. 2008년 노벨 물리학상을 수상한 일본 원로 과학자 마스카와 도시히데가 쓴 ‘과학자는 전쟁에서 무엇을 했나’라는 책을 보면 “과학자는 학문을 사랑하기 이전에 인간으로서 인류를 사랑하지 않으면 안 된다. 권력과 정치에 맞서 과학적 사실을 명확히 이야기하는 것이 과학자의 사회적 책임”이라고 강조하고 있습니다. ●과학자의 사회적 발언 절실한 시점 과학 분야 역시 시장 원리에 따라 움직이다 보니 예전처럼 호기심에 기반한 자연현상의 탐구나 발명이 아닌 단기적 성과를 강조하고 있습니다. 이런 상황이다 보니 과학자의 사회적 책임을 이야기할 때 그저 국가와 사회로부터 받은 지원을 연구성과로 보여 주는 것이 전부인 양 생각하기 쉽습니다. 그렇지만 ‘합리적이고 과학적인 사회’를 만들기 위해서는 과학기술인들이 연구실을 벗어나 좀더 적극적으로 사회문제에 대해 발언해야 하지 않을까 싶습니다. 4대강 사업이나 창조경제도 과학기술인들이 손 놓고 구경만 하다가 벌어진 일들 아닌가요. edmondy@seoul.co.kr

올 초 국내 내로라하는 과학자들이 강원도 산골의 광산을 다시 찾았다. 우주입자 연구실 터를 결정하기 위해서다. 지하 1100m 광산을 둘러본 과학자들은 크게 흡족해하며 고개를 끄덕였다.기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단은 강원 정선군 및 광산 소유주인 한덕철광과 17일 업무협정(MOU)을 맺는다고 16일 밝혔다. 정선군 예미산 일대 철광석 광산 지하에 2000㎡ 규모의 연구 시설을 짓는 프로젝트다. 연구단은 2019년까지 공사를 끝내고 2020년부터는 본격적인 실험에 들어갈 계획이다. 땅속에 연구실을 만드는 데만 210억원이 투입된다. 우주 입자는 우주 생성의 비밀을 품고 있는 암흑물질과 사람의 눈에 보이지 않아 ‘유령입자’라고 불리는 중성미자를 말한다. 우주의 기원과 물질의 존재를 이해하는 핵심요소다. 하지만 그 어떤 물리학자도 지금까지 암흑물질 검출과 중성미자 질량 측정에 성공하지 못했다. 그만큼 현대 물리학의 최대 과제로 꼽힌다. 성공하면 ‘노벨상 0순위’라는 말이 공공연히 회자될 정도다. 그런데 왜 하필 땅속 깊숙한 광산일까. 김영덕 IBS 지하실험연구단장은 “암흑물질과 중성미자가 내는 신호는 포착하기 매우 어렵기 때문에 전 세계 과학자들이 미세한 소리나 잡음이 거의 없는 지하 깊은 곳에 검출장비를 경쟁적으로 설치하고 있다”고 설명했다. 중성미자 진동현상을 측정해 2015년 노벨물리학상을 받은 가지타 다카아키 일본 도쿄대 교수의 거대 실험장치 슈퍼 가미오칸데도 폐광 지하 1000m에 있다. 우리나라도 강원 양양 양수발전소 지하 700m에 300㎡ 규모의 실험실을 만들어 천체입자 물리학 실험을 하고 있다. 하지만 실험실 깊이와 규모 때문에 심도 있는 연구가 한계에 부딪친 상태라고 김 단장은 전했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

올 초 국내 내로라하는 과학자들이 강원도 산골의 광산을 다시 찾았다. 우주입자 연구실 터를 결정하기 위해서다. 지하 1100m 광산을 둘러본 과학자들은 크게 흡족해하며 고개를 끄덕였다. 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단은 강원도 정선군 및 광산 소유주인 한덕철광과 17일 업무협정(MOU)을 맺는다고 16일 밝혔다. 정선군 예미산 일대 철광석 광산 지하에 2000㎡ 규모의 연구 시설을 짓는 프로젝트다. 연구단은 2019년까지 공사를 끝내고 2020년부터는 본격적인 실험에 들어갈 계획이다. 땅속에 연구실을 만드는 데만 210억원이 투입된다.우주 입자는 우주 생성의 비밀을 품고 있는 암흑물질과 사람의 눈에 보이지 않아 ‘유령입자’라고 불리는 중성미자를 말한다. 우주의 기원과 물질의 존재를 이해하는 핵심요소다. 하지만 그 어떤 물리학자도 지금까지 암흑물질 검출과 중성미자 질량 측정에 성공하지 못했다. 그만큼 현대 물리학의 최대 과제로 꼽힌다. 성공하면 ‘노벨상 0순위’라는 말이 공공연히 회자될 정도다. 그런데 왜 하필 땅속 깊숙한 광산일까. 김영덕 IBS 지하실험연구단장은 “암흑물질과 중성미자가 내는 신호는 포착하기 매우 어렵기 때문에 전 세계 과학자들이 미세한 소리나 잡음이 거의 없는 지하 깊은 곳에 검출장비를 경쟁적으로 설치하고 있다”고 설명했다. 중성미자 진동현상을 측정해 2015년 노벨물리학상을 받은 가지타 다카아키 일본 도쿄대 교수의 거대 실험장치 슈퍼 가미오칸데도 폐광 지하 1000m에 있다. 우리나라도 한국수력원자력에서 운영하는 강원도 양양 양수발전소 지하 700m에 300㎡ 규모의 실험실을 만들어 천체입자 물리학 실험을 하고 있다. 하지만 실험실 깊이와 규모 때문에 심도 있는 연구가 한계에 부딪친 상태라고 김 단장은 전했다. 국내 과학계는 정선 폐광 연구시설이 완공되면 국내 천체 입자물리학이 한 단계 도약할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

# 고양이 한 마리가 철로 만들어진 상자 안에 갇혀 있다. 상자 안에는 고양이와 함께 방사성물질이 들어 있는 가이거 계수기, 계수기와 연결된 망치, 독가스가 들어 있는 유리병이 있다. 방사성물질의 원소 한 개가 한 시간 안에 붕괴할 확률은 50%다. 방사성 원소가 한 개라도 붕괴할 경우 망치는 떨어져 유리병을 깨뜨리게 되고 독가스가 방출되면서 고양이는 죽는다. 그렇다면 이제 한 시간 뒤 상자 속 고양이는 죽어 있을까, 살아 있을까. 정답은 ‘상자를 열어 확인하기 전까지 고양이는 죽어 있는 상태와 살아 있는 상태가 섞여 있다’이다. 일반적인 사고로는 도저히 이해가 되지 않는 이 사고실험은 여전히 대학의 물리학과, 화학과 학생들을 ‘멘붕’에 빠뜨리고 있는 양자역학의 ‘슈뢰딩거 고양이’의 역설이다. 세계적인 물리학자인 스티븐 호킹마저도 ‘누군가 슈뢰딩거의 고양이 이야기를 한다면 난 조용히 총을 꺼낼 것’이라고 할 정도다.●안다는 것은 무엇?… 인식론 철학 선구 양자역학의 확률론적 해석에 대해 가장 잘 표현한 이 사고실험을 만들어 낸 사람이 바로 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(1887~1961)다. 오는 12일은 슈뢰딩거가 태어난 지 130년이 되는 날로 과학계에서는 그의 업적을 되돌아보는 활동이 활발하다. 20세기 물리학 업적의 양대 산맥은 상대성이론과 양자역학이다. 이 중 상대성이론은 아인슈타인이라는 천재 한 명이 만들어 낸 것이지만 양자역학은 여러 과학자의 다양한 업적이 모여 만들어진 것이다. 원자와 관련된 거의 모든 것을 설명할 수 있는 탁월한 이론인 양자역학은 이론체계로 만들어지는 과정에서 ‘우리가 안다는 것은 무엇인가’라는 문제를 제기해 인식론이라는 철학적 발전을 이끌어 내기도 했다. 슈뢰딩거는 1926년 양자역학에서 가장 중요한 수학식인 ‘슈뢰딩거 방정식’(파동방정식)을 발표함으로써 양자역학의 체계를 완성했다는 평가를 받고 있다. 1933년 노벨상 위원회는 슈뢰딩거가 만든 파동방정식이 양자역학의 핵심적인 업적이라는 사실을 인정해 그를 노벨물리학상 수상자로 선정했다. 실제로 슈뢰딩거 방정식은 원자, 핵, 고체물리 분야에서 널리 사용되고 있다. 원자현미경의 작동 원리인 ‘터널링 현상’을 풀 때는 물론 원자력 발전이나 핵폭탄처럼 원자핵 붕괴로 에너지를 얻는 모든 분야에서는 슈뢰딩거 방정식을 빼고는 생각할 수 없다는 것이다. 이 때문에 “고전역학(뉴턴역학)에 운동방정식이 있다면 양자역학에는 슈뢰딩거 방정식이 있다”는 평가를 받고 있다. 물리학뿐만 아니라 생물학 분야에도 관심이 많았던 슈뢰딩거는 제2차 세계대전 중 독일 나치를 피해 아일랜드 더블린에서 거주하는 동안 ‘생명이란 무엇인가?’라는 책을 냈다. 생명체의 유전정보를 가지고 있는 복잡한 분자에 대한 그의 생각을 풀어낸 것으로 유전자(DNA) 발견과 분자생물학의 탄생에 기여했다고 알려져 있다. 실제로 DNA 분자구조를 밝혀내 노벨생리의학상을 받은 제임스 왓슨과 프란시스 크릭이 이 책 때문에 DNA 연구를 시작했다고 회고록에 밝히기도 했다.●스마트폰 등 우리 생활과 밀접한 관계 슈뢰딩거가 완성한 양자역학은 우리 삶과 어떤 관계가 있을까. 남순건 경희대 물리학과 교수는 “반도체가 없는 세상을 생각해 보면 양자역학이 실제로 우리 생활과 얼마나 밀접한 관계를 갖고 있는가를 알 수 있다”며 “양자역학이 없었다면 반도체, 컴퓨터는 물론 스마트폰이 존재할 수 없고 레이저, 엘리베이터 출입문 개폐장치, 최근 활발히 연구되는 양자컴퓨터는 그저 SF소설에서나 보게 됐을 것”이라고 설명했다. 양자역학은 20세기 초반 과학기술의 혁명으로 시작돼 물리학의 핵심 기둥이 됐지만 지금도 계속 진화하고 있다. 양자역학을 통해 반도체나 초전도체의 기본 메커니즘이 밝혀졌고 나노기술, 양자계산 등 새로운 방향으로 발전해 나가고 있다. 이론적으로도 양자역학과 특수 상대성이론을 결합한 양자장론(quantum field theory, QFT)은 물론 양자전기역학 등 새로운 이론이 계속 만들어지고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

#고양이 한 마리가 철로 만들어진 상자 안에 갇혀 있다. 상자 안에는 고양이와 함께 방사성물질이 들어 있는 가이거 계수기, 계수기와 연결된 망치, 독가스가 들어 있는 유리병이 있다. 방사성물질의 원소 한 개가 한 시간 안에 붕괴할 확률은 50%다. 방사성 원소가 한 개라도 붕괴할 경우 망치는 떨어져 유리병을 깨뜨리게 되고 독가스가 방출되면서 고양이는 죽는다. 그렇다면 이제 한 시간 뒤 상자 속 고양이는 죽어 있을까, 살아 있을까. 정답은 ‘상자를 열어 확인하기 전까지 고양이는 죽어 있는 상태와 살아 있는 상태가 섞여 있다’이다. 일반적인 사고로는 도저히 이해가 되지 않는 이 사고실험은 여전히 대학의 물리학과, 화학과 학생들을 ‘멘붕’에 빠뜨리고 있는 양자역학의 ‘슈뢰딩거 고양이’의 역설이다. 세계적인 물리학자인 스티븐 호킹마저도 ‘누군가 슈뢰딩거의 고양이 이야기를 한다면 난 조용히 총을 꺼낼 것’이라고 할 정도다.양자역학의 확률론적 해석에 대해 가장 잘 표현한 이 사고실험을 만들어 낸 사람이 바로 오스트리아 물리학자 에르빈 슈뢰딩거(1887~1961)다. 오는 12일은 슈뢰딩거가 태어난 지 130년이 되는 날로 과학계에서는 그의 업적을 되돌아보는 활동이 활발하다. 20세기 물리학 업적의 양대 산맥은 상대성이론과 양자역학이다. 이 중 상대성이론은 아인슈타인이라는 천재 한 명이 만들어 낸 것이지만 양자역학은 여러 과학자의 다양한 업적이 모여 만들어진 것이다. 원자와 관련된 거의 모든 것을 설명할 수 있는 탁월한 이론인 양자역학은 이론체계로 만들어지는 과정에서 ‘우리가 안다는 것은 무엇인가‘라는 문제를 제기해 인식론이라는 철학적 발전을 이끌어 내기도 했다. 슈뢰딩거는 1926년 양자역학에서 가장 중요한 수학식인 ‘슈뢰딩거 방정식’(파동방정식)을 발표함으로써 양자역학의 체계를 완성했다는 평가를 받고 있다. 1933년 노벨상 위원회는 슈뢰딩거가 만든 파동방정식이 양자역학의 핵심적인 업적이라는 사실을 인정해 그를 노벨물리학상 수상자로 선정했다.실제로 슈뢰딩거 방정식은 원자, 핵, 고체물리 분야에서 널리 사용되고 있다. 원자현미경의 작동 원리인 ‘터널링 현상’을 풀 때는 물론 원자력 발전이나 핵폭탄처럼 원자핵 붕괴로 에너지를 얻는 모든 분야에서는 슈뢰딩거 방정식을 빼고는 생각할 수 없다는 것이다. 이 때문에 “고전역학(뉴턴역학)에 운동방정식이 있다면 양자역학에는 슈뢰딩거 방정식이 있다”는 평가를 받고 있다. 물리학뿐만 아니라 생물학 분야에도 관심이 많았던 슈뢰딩거는 제2차 세계대전 중 독일 나치를 피해 아일랜드 더블린에서 거주하는 동안 ‘생명이란 무엇인가?’라는 책을 냈다. 생명체의 유전정보를 가지고 있는 복잡한 분자에 대한 그의 생각을 풀어낸 것으로 유전자(DNA) 발견과 분자생물학의 탄생에 기여했다고 알려져 있다. 실제로 DNA 분자구조를 밝혀내 노벨생리의학상을 받은 제임스 왓슨과 프란시스 크릭이 이 책 때문에 DNA 연구를 시작했다고 회고록에 밝히기도 했다. 슈뢰딩거가 완성한 양자역학은 우리 삶과 어떤 관계가 있을까. 남순건 경희대 물리학과 교수는 “반도체가 없는 세상을 생각해 보면 양자역학이 실제로 우리 생활과 얼마나 밀접한 관계를 갖고 있는가를 알 수 있다”며 “양자역학이 없었다면 반도체, 컴퓨터는 물론 스마트폰이 존재할 수 없고 레이저, 엘리베이터 출입문 개폐장치, 최근 활발히 연구되는 양자컴퓨터는 그저 SF소설에서나 보게 됐을 것”이라고 설명했다. 양자역학은 20세기 초반 과학기술의 혁명으로 시작돼 물리학의 핵심 기둥이 됐지만 지금도 계속 진화하고 있다. 양자역학을 통해 반도체나 초전도체의 기본 메커니즘이 밝혀졌고 나노기술, 양자계산 등 새로운 방향으로 발전해 나가고 있다. 이론적으로도 양자역학과 특수 상대성이론을 결합한 양자장론(quantum field theory, QFT)은 물론 양자전기역학 등 새로운 이론이 계속 만들어지고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

●페르미 방식 단위 면적당 사람 수에 전체 면적을 곱하는 방식으로 전체 인원을 추산하는 어림셈 기법. 1938년 노벨물리학상을 받은 엔리코 페르미 미국 시카고대 교수의 이름에서 따왔다.

한국 출신 최고의 과학자는 과연 누구일까. 필자는 한 명의 이름을 가장 먼저 떠올린다. 이휘소. 2015년 우리나라 첫 과학자 우표에 실린 그는 1935년생으로 여전히 우리 곁에 있었을 수도 있지만, 불행하게도 1977년 6월 16일 교통사고로 42세에 생을 마쳤다. 그의 연구기간은 20년도 안 되지만 그는 입자물리학 분야에서 세계 최고의 업적을 남겼다. 우주 기원 이해에 필수인 표준모형을 완성하는 데 없어선 안 될 게이지 이론 발전에 지대한 공헌을 했다. 그의 영향을 받은 사람들 중 노벨상을 수상한 이들도 많다. 2013년 힉스와 앙글레는 한 입자를 발견한 공로로 노벨 물리학상을 받았다. 이 입자를 힉스 입자라 이름 붙인 주인공이 이들과 입자물리학계에서 함께 활동했던 이 박사다. 이 박사는 1979년 노벨 물리학상을 수상한 와인버그와 함께 1977년에는 암흑물질의 질량 최소값을 추정하는 계산을 했다. 이 방법은 아직도 사용되고 있다.이 박사는 한국 태생이지만 미국 국적을 취득하고 중국계 부인과 결혼했기 때문인지 국내에서 그의 흔적을 찾아보기는 쉽지 않다. 그의 제자였던 고(故) 강주상 고려대 교수가 쓴 ‘이휘소 평전’을 통해 그의 삶을 들여다볼 수 있다. 그는 어린 시절 부모가 모두 의사인 집안에서 유복하게 자랐다. 대학에서 의욕적인 젊은 교수를 만났고, 한국을 돕던 미국의 유학프로그램 덕에 미국에서 대학 공부를 다시 할 수 있었다. 가장 훌륭한 수리물리학 교과서 저자인 아프켄이 그가 다니던 오하이오 마이애미대 교수로 부임해 좋은 강의도 들을 수 있었다. 피츠버그대학원에서도 출중한 능력을 드러낸 그가 펜실베이니아대로 옮기려 하자 일부 교수들이 그를 붙잡았다. 펜실베이니아대 출신의 젊은 교수가 그의 전학을 적극적으로 도왔다. 펜실베이니아대 물리학과에서도 매우 유연하게 전학하도록 해 주었다. 필자도 대학원장이라는 직책을 수행해 봤지만 국내에서는 여전히 제도들이 매우 경직돼 있어 좋은 학생이 시의적절하게 교육을 받기 어렵다. 그에게 최대의 행운은 그가 박사학위를 받았을 때가 입자물리학 분야의 전성기였다는 것이다. 하루가 다르게 새로운 입자들이 발견되고 이론적 발전이 비약적으로 일어났다. 소련의 인공위성 발사로 놀란 미국이 과학 전반을 개혁하고 대학마다 좋은 물리학 교수진을 확보하기 위해 경쟁했다. 물론 이런 환경이 제공된다고 저절로 이 박사 같은 업적을 낼 수 있는 것은 아니다. 그는 가장 어려운 문제에 도전해 남보다 먼저 해결하는, 이런 일을 감당할 능력이 있었다. 사실 이 정도의 물리학자가 있는 다른 나라는 그를 기리는 사업과 이름을 딴 연구소를 만드는 것을 당연시한다. 그런데 국내에서는 일부 물리학자들의 노력으로 그의 생과 업적을 살피는 일이 간간이 이어지고 있을 뿐이다. 특히 그와 같이 입자물리학에 뜻을 둔 젊은이들에게 도움을 주는 활동은 매우 적다. 필자의 생각으로는 출중한 인물들이 마음껏 기회를 잡고 더욱 발전할 수 있도록 하는 사회적 기반을 마련한다는 차원에서 그의 이름을 딴 물리학연구소 하나쯤은 만들 필요가 있다고 본다. 이론물리연구소 설립은 큰 재원 없이 얼마든지 만들 수 있다. 정부가 하지 못하더라도 이를 감당할 수 있는 기업도 많다. 캐나다 최고의 이론물리연구소인 페리메타 연구소는 블랙베리로 큰돈을 번 라자리디스가 1999년 만들었다. 2000년 설립된 카블리 재단은 전 세계에 기초과학 특히 이론물리학과 천체물리학 연구소들을 세우고 운영비를 대고 있다. 중국과 일본에도 카블리 연구소가 있다. 이런 연구소가 조속히 한국에 설립돼야 한다. 오로지 젊은 세대의 장래를 위한 연구소여야 한다. 이 박사가 생전에 한국의 젊은 과학도들에게 어떻게 기여할 것인가를 많이 고민했던 것처럼 그의 뜻을 살리는 방식으로 운영되는 연구소여야 할 것이다.

양자컴퓨터는 미시세계의 물리 현상을 표현하는 양자역학에 기반한 차세대 계산 장치다. 양자컴퓨터의 가능성은 1982년 노벨 물리학상 수상자로 유명한 미국의 물리학자 리처드 파인먼이 처음으로 제안했다. 그로부터 35년이 흐른 지금, 양자컴퓨터의 일부가 구현됐으나 상용화까지는 아직 커다란 숙제로 남아 있다. 현대 컴퓨터의 성능은 몇 년 안에 공정상의 물리적 한계로 인해 성능 발전의 정체기가 도래할 것이라고 한다. 이러한 이유로 양자컴퓨터를 비롯한 차세대 컴퓨터 기술이 우리가 지향해야 할 미래기술로 다시 조명받고 있다. 양자컴퓨터의 특성은 정보를 저장하는 단위로부터 설명할 수 있다. 현대의 컴퓨터는 0과 1로 이루어진 ‘비트’가 단위이다. 반면 양자컴퓨터는 00, 01, 10, 11과 같이 두 개의 이진수로 정보 저장이 가능하고 3개 이상의 이진수로도 표현할 수 있다. 이것이 ‘큐비트’라는 단위인데, 정보 저장과 처리의 관점에서 기존의 컴퓨터 대비 곱절 이상의 효율을 달성할 수 있다는 것이다. 양자컴퓨터의 대표적인 적용 분야는 소인수분해이다. 소인수분해를 계산하기 위한 컴퓨터 알고리즘은 우리가 중학교 때 배웠던 방식과 크게 다르지 않다. 소수를 일일이 대입해 보고 나눠지는지를 판단하는 작업의 반복이기 때문에 상당한 계산 능력을 요구한다. 실제로 193자리의 수를 소인수분해하는 데에 80개의 연산처리장치(CPU)를 사용해 5개월이나 걸렸다. 양자컴퓨터를 활용한 소인수분해 알고리즘은 1994년 처음으로 소개됐는데, 계산에 소요되는 시간을 수백분의1로 줄일 수 있다는 것을 이론적으로 증명했다. 양자컴퓨터가 상용화되면 소수 기반의 암호체계가 모두 무용지물이 될 것이라는 우려는 바로 이러한 알고리즘 때문이다. 지금까지 양자컴퓨터가 소인수분해에 성공한 가장 큰 수는 2014년의 ‘56153’이었다. 더 큰 수의 해석은 아직 이뤄지지 못했다. 이 사실을 보면 양자컴퓨터 기술은 아직 갈 길이 멀다. 양자컴퓨터의 양자적 특성은 외부환경에 매우 민감하고 극저온 환경에서 동작하기 때문에 현실과 과학기술의 장벽이 여전히 높은 분야이다. 우리나라에서도 양자컴퓨터에 대해 적극적인 관심을 갖고 지원하고 있다. 기초과학연구원에서는 양자컴퓨터의 원천기술 확보를 위한 연구를 진행 중이고 미래창조과학부도 올해 업무계획에서 양자컴퓨터 연구개발 지원을 언급했다. 여기서 우리가 추가적으로 지향해야 할 방향은 양자컴퓨터의 소프트웨어 기술이다. 양자컴퓨터상에서의 코딩은 큐비트를 다뤄야 하기 때문에 일반적인 코딩과 그 범주를 달리한다. 원천기술 확보와 더불어 양자컴퓨터 시대에 대비한 소프트웨어 기술 육성이 중요한 이유다.

“우리들 손으로 중국의 첨단 군사·과학기술 수준을 세계 1위로 올려놓겠다.” 세계 어디든 1시간 내 핵무기를 실어나를 수 있는 극초음속 비행체, 소나(음향탐지)를 피할 수 있어 절대로 들키지 않는 스텔스 잠수함 등 중국의 군사·과학 기술을 한 단계 끌어올리기 위해 해외파 중국계 과학자군단이 주도적 역할을 하고 있다고 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 최근 보도했다. 특히 지난 40년간의 고도 경제성장으로 주머니가 두둑해진 중국 정부가 이를 바탕으로 높은 보수와 좋은 연구 환경을 제시하거나 애국심에 호소, 미국과 유럽의 군사·과학기술 분야 중국계 과학자들을 대규모로 유치하는 데 힘쓴 덕분에 중국이 빠른 속도로 첨단 군사·과학기술의 발전을 이루고 있다는 게 SCMP의 분석이다.●中 ‘풍동’ 시설 만들고 비행체 개발 추진 해외파 중국계 과학자들의 상당수는 미국의 뉴멕시코주 로스앨러모스 국립연구소와 캘리포니아주 로런스 리버모어 국립연구소, 오하이오주 라이트패터슨 공군연구소 등 미 국책연구소 출신이다. 이 가운데서도 로스앨러모스 국립연구소 출신들은 중국 내 각 대학과 연구소에서 ‘로스앨러모스 클럽’이라고 불릴 만큼 큰 세력을 형성하고 있다. 해발 2200m의 사막 지대에 있는 로스앨러모스 국립연구소는 인류 첫 원자폭탄 개발계획인 맨해튼 프로젝트의 산실로 널리 알려져 있다. 지금도 민군(民軍) 겸용 슈퍼컴퓨터와 입자가속기 등을 갖추고 국가 주도 과학 연구가 이뤄지고 있다. 1만명에 이르는 연구원 중 400명 정도가 중국 등지에서 건너온 아시아계 과학자로 전해졌다.중국 내 로스앨러모스 클럽의 수장은 극초음속 비행체 개발을 주도해 온 천스이(陳十一) 교수다. 중국은 지난해 4월 음속의 10배인 시속 1만 1000㎞로 비행할 수 있는 극초음속 비행체를 시험했다. 중국이 보유한 핵탄두를 싣고 세계 어디로든 1시간 내에 날아가 공격을 감행할 수 있을 정도로 엄청나게 빠른 속도다. 현재의 미사일방어 체계로는 도저히 대응할 수가 없다. 이 같은 최첨단 무기를 개발하는 데 필요한 실험을 위해서는 ‘풍동’(Wind Tunnel) 시설이 필요하다. 2010년 지어진 ‘풍동’은 미국이 보유한 2개의 풍동에 뒤이은 전 세계 세 번째 시설이다. 중국 정부가 이를 만들게 된 데는 천 교수의 설득이 주효했다. 그가 로스앨러모스에서 극초음속 비행체나 풍동 설계도를 빼왔는지 여부는 확실치 않다. 익명을 요구한 중국과학원 연구원은 “그렇다고 생각하지 않는다. 천 교수의 연구는 기술적 구체 사항보다는 이론적 연구가 주된 것이었다”며 “다만 정부에 제안서는 낼 수 있었을 것”이라고 말했다. 천 교수는 로스앨러모스 비선형연구센터 부소장 등 고위직에 올랐지만 1999년 퇴직한 뒤 곧바로 귀국했다. 가장 복잡한 자연현상으로 꼽히는 난기류 전문가로 베이징대 국가중점실험실 난류·복잡계 연구책임자를 맡아 중국의 극초음속 비행체 개발에 이바지했다. 2015년부터는 광둥(廣東)성 선전(深圳) 난팡(南方)과기대의 총장을 맡아 이곳을 ‘중국의 스탠퍼드’로 변신시켰다. 그는 난팡과기대 총장에 취임한 이후 베이징(北京)대와 이공계 최고 명문 칭화(淸華)대, 헤이룽장(黑龍江)성 하얼빈(哈爾賓)공대, 중국과학원, 중국과학기술대, 상하이푸단(上海復旦)대 등의 로스앨러모스 출신들을 끌어모았다. 로스앨러모스에서 중성자과학센터 팀장을 맡았던 자오위성(趙予生) 박사는 16년 만인 2015년 물리학과 석좌교수로 이곳에 합류했다. 18년 넘게 에너지 저장 장치와 바이오센서 등 보안 응용프로그램을 위한 신물질을 개발해 온 왕샹린(王湘麟) 박사도 지난해 9월 이 대학 화학부 석좌교수로 가세했다. 그는 2015년 미 국방부 산하 홈랜드 방위·안보정보분석센터(HDIAC)에서 근무하기도 했다. 기계항공공학부 학장 산샤오원(單肖文) 석좌교수도 로스앨러모스 클럽 멤버다. 그는 중국이 독자 개발한 첫 국산 여객기인 C919 개발에 참여했다. 난팡과기대는 교수의 95%가 귀국한 해외파 중국계 학자들이다. 스텔스 잠수함 개발에 참여하고 있는 허궈웨이(何國威) 중국과학원 역학연구소 비선형 역학연구실 주임, 중국 푸젠(福建)성 샤먼(廈門)대 에너지공학부 리닝(李寧) 학장 등도 로스앨러모스 출신이다. 허 교수는 잠수함이 기동할 때 생기는 난기류를 신속하고 정확하게 예측하는 컴퓨터 프로그램을 개발 중이다. 상대국의 감시망을 피할 수 있는 스텔스 잠수함 개발과 적 잠수함 조기 탐지에 필수적인 기술이다. 리 학장은 안전하고 오염 우려가 없는 차세대 원자력발전소를 개발 중이다. 핵 항모와 핵 잠수함 등 군사용으로도 활용될 수 있는 기술이다. 중국은 1949년 사회주의 중국 성립 이후 첨단 과학기술을 발전시키기 위해 해외에 진출한 과학자들의 귀국을 종용해 왔다. ‘중국 우주과학 아버지’로 불리는 고(故) 첸쉐썬(錢學森) 박사가 대표적이다. 그는 미국 MIT에서 교수로 지내다가 1955년 귀국해 중국의 ‘양탄일성’(원자·수소폭탄과 인공위성) 연구를 주도하며 중국 항공우주산업의 기초를 세운 인물이다. 당시 빈곤국이었던 중국은 ‘불타는 애국심’에 호소해 해외파 중국계 과학자들을 불러들였다. 중국 최초 스텔스 전투기인 ‘젠(殲)20’의 엔진 동체를 자체 기술로 생산하는 데 기여한 스창쉬(師昌緖) 박사는 미국에서 귀국한 이유로 “조국을 외면할 수 없기 때문”이라고 말했다. ●1999년 핵물리학자 간첩사건 뒤 귀국 행렬 로스앨러모스 중국계 과학자들의 귀국 행렬은 1999년 간첩 사건이 기폭제가 됐다. 그해 연구소의 대만계 핵물리학자였던 리원허(李文和) 박사가 첨단 핵탄두 설계를 중국에 넘긴 혐의로 기소됐다. 리 박사는 2006년 증거 불충분으로 풀려나 처벌을 면했지만, 연구소 내 중국계 과학자들의 귀국 행렬이 본격적으로 이어졌다. 이때 중국 정부가 우수 해외 과학자 유치를 위한 ‘1000인계획’(2008년) ‘1만인계획’(2012년)을 잇따라 시행한 것도 이를 부추겼다. 금전적 보상도 인재를 끌어들이는 주요인 중 하나였다. 천스이 교수의 경우 난팡과기대 총장 자리와 정부 차원의 지원 등 경제적 혜택을 보장받았다. 노벨 물리학상 수상자인 양전닝(楊振寧) 박사는 지난해 미국 국적을 포기하고 중국 국적을 취득했고 튜링상 수상자 야오치즈(姚期智) 박사도 같은 해 중국으로 귀화했다. 이런 가운데 미국은 두뇌 유출에 대한 우려가 커지고 있다. 특히 도널드 트럼프 행정부 출범 이후 이민자에 대한 규제가 강화되면서 미국 내 중국인 고급 인력의 귀국은 더욱 늘어날 전망이다. 익명의 안보 전문가는 “미국 정부도 중국으로의 두뇌 유출을 알고 있지만 과학자들이 연구할 나라를 선택하는 것은 자유이기 때문에 막을 도리가 없다”며 “더욱이 트럼프 대통령이 반이민 정책으로 과학자들을 모두 추방해버리면 미국의 연구·개발은 상당한 타격을 받을 것”이라고 말했다고 SCMP가 전했다. 제임스 앤드루 루이스 미국 전략국제문제연구소(CSIS) 부소장도 “미국 내 중국인 과학자들은 중국 정부로부터 스파이 행위를 위한 타깃이 되고 있다”며 “우리는 이들에게 특별한 주의를 기울일 필요가 있다”고 지적했다. khkim@seoul.co.kr

　“우리들 손으로 중국의 첨단 군사·과학기술 수준을 세계 1위로 올려놓겠다.” 　해외파 중국인 과학자군단이 일반 항공기보다 10배 이상 빠른 극초음속 비행체, 소나(음향탐지)를 피할 수 있어 절대로 들키지 않는 스텔스 잠수함 등 중국의 군사·과학 기술을 한 단계 끌어올리기 위해 주도적 역할을 하고 있다고 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 지난 29일 보도했다. 특히 지난 40년간의 고도 경제성장으로 주머니가 두둑해진 중국 정부가 이를 바탕으로 높은 보수와 좋은 연구 환경을 제시하거나 애국심에 호소해 미국과 유럽의 군사·과학기술 분야 중국계 과학자들을 대규모로 유치하는 데 힘쓴 덕분에 중국이 빠른 속도로 첨단 군사·과학기술의 발전을 이룩하고 있다는 것이 SCMP의 분석이다.　중국의 첨단 군사·과학기술 개발을 주도하고 있는 과학자들의 상당수는 미국의 뉴멕시코주 로스앨러모스 국립연구소와 캘리포니아주 로런스 리버모어 국립연구소, 오하이오주 라이트패터슨 공군연구소 등 미 국책연구소 출신이다. 이 가운데서도 로스앨러모스 국립연구소 출신들은 중국 내 각 대학과 연구소에서 ‘로스앨러모스 클럽’이라고 불릴 만큼 큰 세력을 형성하고 있다. 해발 2200m의 사막 지대에 있는 로스앨러모스 국립연구소는 인류 첫 원자폭탄 개발 계획인 맨해튼 프로젝트의 산실로 널리 알려져 있다. 지금도 민군(民軍) 겸용 슈퍼컴퓨터와 입자가속기 등을 갖추고 국가 주도 과학 연구가 이뤄지고 있다. 1만명에 이르는 연구원 중 4% 정도가 중국 등지에서 건너온 아시아계 과학자로 전해졌다. 　중국 내 로스앨러모스 클럽의 수장은 극초음속 비행체 개발을 주도해 온 천스이(陳十一) 교수다. 중국은 지난해 4월 음속의 10배인 시속 1만 1000㎞로 비행할 수 있는 극초음속 비행체를 시험했다. 중국이 보유한 핵탄두를 싣고 세계 어디로든 1시간 이내에 날아가 공격을 감행할 수 있을 정도로 엄청나게 빠른 속도다. 현재의 미사일 방어 체계로도 도저히 대응할 수가 없다. 이 같은 최첨단 무기를 개발하는 데 필요한 실험을 위해서는 ‘풍동’(Wind Tunnel) 시설이 필요다. 2010년 지어진 ‘풍동’은 미국이 보유한 2개의 풍동에 뒤이은 전 세계 세 번째이다. 중국 정부가 이 시설을 만들게 된 데는 천 교수의 설득이 주효했다. 그가 로스앨러모스에서 초음속비행체나 풍동 설계도를 빼왔는지 여부는 확실치 않다. 익명을 요구한 중국과학원 연구원은 “그렇다고 생각하지 않는다. 천 교수의 연구는 기술적 구체 사항보다는 이론적 연구가 주된 것이었다”며 “다만 보고 들은 게 있으니 정부에 확실한 제안서를 낼 수 있었을 것”이라고 말했다. 　천 교수는 로스앨러모스 비선형연구센터 부소장 등 고위직에 올랐지만 1999년 퇴직한 뒤 곧바로 귀국했다. 가장 복잡한 자연현상으로 꼽히는 난기류 전문가로 베이징대 국가중점실험실 난류·복잡계 연구책임자를 맡아 중국의 극초음속 비행체 개발에 이바지했다. 2015년부터는 광둥(廣東)성 선전 난팡(南方)과기대의 총장을 맡아 이곳을 ‘중국의 스탠퍼드’로 변화시켜 왔다. 그는 난팡과기대 총장에 취임한 이후 베이징(北京)대와 이공계 최고 명문 칭화(淸華)대, 헤이룽장(黑龍江)성 하얼빈(哈爾賓)공대, 중국과학원, 중국과학기술대, 상하이푸단(上海復旦)대 등의 로스앨러모스 출신들을 끌어모았다. 로스앨러모스에서 중성자과학센터 팀장을 맡았던 자오위성(趙予生) 박사는 16년 만인 2015년 물리학교 석좌교수로 이곳에 합류했다. 18년 넘게 에너지 저장 장치와 바이오센서 등 보안 응용프로그램을 위한 신물질을 개발해 온 왕샹린(王湘麟) 박사도 지난해 9월 이 대학 화학부 석좌교수로 가세했다. 그는 2015년 미 국방부 산하 홈랜드 방위·안보정보분석센터(HDIAC)에서 근무하기도 했다. 기계항공공학부 학장 산샤오원(單肖文) 교수도 로스앨러모스 클럽 멤버다. 그는 중국이 독자 개발한 첫 국산 여객기인 C919 개발에 참여했다. 난팡과기대는 전체 교수의 95%가 귀국한 해외파 중국계 학자들이다. 스텔스 잠수함 개발에 참여하고 있는 허궈웨이(何國威) 중국과학원 교수, 중국 푸젠(福建)성 샤먼(廈門)대 에너지공학부 리닝(李寧) 학장 등도 로스앨러모스 출신이다. 허 교수는 잠수함이 기동할 때 생기는 난기류를 신속하고 정확하게 예측하는 컴퓨터 프로그램을 개발 중이다. 상대국의 감시망을 피할 수 있는 스텔스 잠수함 개발과 적 잠수함 조기 탐지에 필수적인 기술이다. 리 학장은 안전하고 오염 우려가 없는 차세대 원자력발전소를 개발 중이다. 핵 항모와 핵 잠수함 등 군사용으로도 활용될 수 있는 기술이다. 　중국은 1949년 중화인민공화국 성립 이후 첨단 과학기술을 발전시키기 위해 해외에 진출한 과학자들의 귀국을 종용해 왔다. ‘중국 우주과학 아버지’로 불리는 고(故) 첸쉐썬(錢學森) 박사가 대표적이다. 그는 미국 MIT에서 교수로 지내다가 1955년 귀국해 중국의 ‘양탄일성’(원자·수소폭탄과 인공위성) 연구를 주도하며 중국 항공우주산업의 기초를 세운 인물이다. 당시 빈곤국이었던 중국은 ‘불타는 애국심’에 호소해 해외파 과학자들을 불러들였다. 중국 최초 스텔스 전투기인 ‘젠(殲)20’의 엔진 동체를 자체 기술로 생산하는 데 기여한 스창쉬(師昌緖) 박사는 미국에서 귀국한 이유로 “조국을 외면할 수 없기 때문”이라고 말했다. 　로스앨러모스 중국계 과학자들의 귀국 행렬은 1999년 간첩 사건이 기폭제가 됐다. 그해 이 연구소의 대만계 미국인 핵물리학자였던 리원허(李文和) 박사가 첨단 핵탄두 설계를 중국에 넘긴 혐의로 기소된 사건이다. 리 박사는 2006년 증거 불충분으로 풀려나 처벌을 면했지만, 이 연구소 내 중국계 과학자들의 귀국 행렬이 본격적으로 이어졌다. 이때 중국 정부가 우수 해외 과학자 유치를 위한 ‘1000인계획’(2008년) ‘1만인계획’(2012년)을 잇따라 시행한 것이 이를 부추겼다. 중국 측이 제공하는 금전적 보상도 인재를 끌어들이는 주요인 중 하나였다. 천스이 교수의 경우 난팡과기대 총장 자리와 정부 차원의 지원 등 경제적 혜택을 보장받았다. 노벨 물리학상 수상자인 양전닝(楊振寧) 박사는 지난해 미국 국적을 포기하고 중국 국적을 취득했고 튜링상 수상자 야오치즈(姚期智) 박사도 같은 해 중국으로 귀화했다. 이런 가운데 미국은 두뇌 유출에 대한 우려가 커지고 있다. 특히 도널드 트럼프 행정부 출범 이후 이민자에 대한 규제가 강화되면서 미국 내 중국인 고급 인력의 귀국은 더욱 늘어날 전망이다. 익명의 안보 전문가는 “미국 정부도 중국으로의 두뇌 유출을 알고 있지만 과학자들이 연구할 나라를 선택하는 것은 자유이기 때문에 막을 도리가 없다”며 “더욱이 트럼프 대통령이 반이민 정책으로 과학자들을 모두 추방해버리면 미국의 연구·개발은 상당한 타격을 받을 것”이라고 말했다고 SCMP가 전했다. 제임스 앤드루 루이스 미국 전략국제문제연구소(CSIS) 부소장도 “미국 내 중국인 과학자들은 중국 정부로부터 스파이 행위를 위한 타깃이 되고 있다”며 “우리는 이들에게 특별한 주의를 기울일 필요가 있다”고 지적했다. 　하지만 로스앨러모스 출신 귀국 과학자들의 존재가 미국에 위협이 되지 않는다는 반론도 있다. 2005년 로스앨러모스에서 샤먼대로 옮긴 항웨이 박사는 “중국인 연구자들은 그곳에서 가장 낮은 보안 등급을 받았고 군사정보에는 아예 접근할 수도 없었다”며 “우리는 일을 찾아온 것일 뿐”이라고 말했다. 김규환 선임기자 khkim@seoul.co.kr

1927년 호기심에 가득 찬 25세의 청년은 당시 이미 유명한 아인슈타인의 상대성 이론에 많은 흥미를 느끼고 있었다. 또 이 청년은 당시 막 떠오르기 시작한 양자역학에도 관심이 컸다. 미시의 세계에 대한 새로운 이론을 향한 호기심이었다. 그는 어느 날 매우 단순한 질문을 한다. “두 이론을 함께 적용하면 어떤 일이 있을까?” 그는 몇 달 동안 이 문제를 고민하다가 매우 간단한 방정식을 발견한다. 1928년 초 청년 디랙은 이와 관련한 논문을 발표한다. 디랙 방정식은 전자의 상대론적, 양자론적 성질을 보여 주는 것이었다. 이 방정식에서 새로운 또 한 가지 사실이 도출됐다. 전자와는 전하가 반대이고 이제까지 발견된 적이 없는 새로운 반물질의 존재였다. 이듬해 양전자라 불리는 이 입자는 실제로 발견됐고, 1933년 31세 청년은 노벨물리학상을 받았다. 이 낭만적 과학사에 대해서는 이미 알고 있는 사람도 있을 것이다. 이렇듯 과학에서 창의적 발전 방향에 대해서는 주위에서 예측할 수 없고 연구 성과의 경제적 효용 가치에 대해 연구자 스스로도 알 수 없다. 탄생 90여년이 지난 지금 양자역학은 전 세계 국내총생산(GDP)의 20%에 해당하는 산업을 만들어 냈다. 또 양전자는 암, 심장질환, 뇌질환 진단에 많이 쓰이는 양전자 단층촬영 장치에 응용되고 있다. 창의성 있는 젊은이가 마음껏 자신의 호기심을 추구했을 때 간혹 이런 엄청난 파급효과가 따라올 수 있다.그럼 이런 연구는 어떻게 가능했을까? 사회와 정부는 어떻게 과학을 지원해야 할 것인가? 해답은 비교적 간단한 데 있다. 1919년 노벨물리학상 수상자인 막스 플랑크는 ‘빛의 존재’라는 책에서 “지식이 응용을 선행해야 한다”고 강조했다. 그의 이런 철학은 독일의 최고 연구기관인 막스플랑크연구소의 설립 취지에 분명히 각인돼 있고 덕분에 2차 세계대전 후 거의 20건의 노벨상을 배출할 수 있었다. 아인슈타인을 비롯한 세계 최고 석학들이 거쳐 간 미국의 최고 연구기관인 ‘프린스턴 고등연구소’ 초대 소장을 지낸 에이브러햄 플렉스너는 1939년 ‘쓸데없는 지식의 유용성’이란 글에서 방향을 잃은 듯해 보이지만 거기서 나오는 탐구들이 가장 중요한 연구 결과들을 가져다주고 있음을 강조하면서 효용성을 따져 연구비를 배분하는 것에 대해 강하게 반대했다. 인간의 영혼을 자유롭게 하는 것이야말로 가장 중요하다는 것이다. 이런 논조는 21세기에도 유효하다. 윌리엄 프레스는 2013년 ‘사이언스’에 기고한 ‘과학이 뭐가 그리 특별한가?’라는 글에서 호기심에 기반을 둔 기초과학 연구가 대중의 이익을 위해서도 가장 효과적인 투자라고 주장했다. 우리나라는 어떤가. 창의적 인재들의 호기심에 기반한 기초과학은 국가와 사회에서 지원이 필수적이다. 자체적으로 재원을 마련할 방법이 없기 때문이다. 프린스턴 고등연구소의 경우 백화점 사업으로 크게 돈을 번 기업가 뱀버거가 사재로 만든 연구소다. 그의 이름은 인류에 기여한 공로로 역사에 기록되고 있다. 반면 한국에서는 이런 기업인을 찾기 어렵다. 자신과 가족의 이윤을 위해 불법도 불사하는 기업인이 더 많다. 보다 공적이어야 하는 정부는 아직도 과학을 기술과 묶어 동류로 여기면서 헌법 127조 1항에 ‘국가는 과학기술의 혁신과 정보 및 인력의 개발을 통하여 국민경제의 발전에 노력하여야 한다’고 하는 말처럼 경제 발전의 도구쯤으로 여기고 있다. 과학에 대한 근본적인 시각을 완전히 바꾸고 영혼이 자유로운 창의적 인재들이 마음껏 연구할 수 있는 국가적 인프라를 조속히 구축해야 한다. ‘왜 그럴까’ 하는 질문의 불씨가 계속 타오를 수 있도록 하기 위해서는 과학이 무엇인지 무엇을 추구하는지를 제대로 알 필요가 있다. 새로운 연구 주제로 연구비 지원을 신청하면 사전 연구가 없고 국제 동향과 동떨어져 있다고 거부하는 낮은 수준의 연구 지원 방식은 사라져야 한다.

별 주변 공간 등을 제외한 우주 대부분은 매우 춥고 진공에 가까운 상태다. 그런데 미항공우주국(NASA)가 이보다 1억 배는 더 추운 장소를 만들기 위해 도전한다. 저온 원자 실험실(CAL·Cold Atom Laboratory)이라고 불리는 이 실험실은 아이스박스처럼 작은 크기지만, 레이저를 이용해서 극단적인 초저온을 만들 수 있다. NASA는 이를 오는 8월 스페이스X의 CRS-12에 실어 국제 유인 우주정거장으로 발사할 예정이다. 이론적으로 생각할 수 있는 가장 낮은 온도는 '절대영도'다. 키나 몸무게가 마이너스가 된다는 것을 상상하기 어려운 것처럼 절대영도보다 낮은 기온 역시 일반적으로 가능하지 않다. 이 온도를 섭씨로 표시하면 -273.15도에 해당한다. 이렇게 저온 상태에서는 초전도 현상처럼 일반적이지 않은 물리적 현상이 발생하기 때문에 과학자들은 더 낮은 온도를 얻기 위해서 많은 노력을 해왔다. 이를테면 절대영도에 한없이 가까운 상태를 추구한 것이다. 저온 원자 실험실은 절대영도에서 불과 10억분의 1에 불과한 극저온 상태를 만들 수 있다. 이 정도까지 온도가 내려가면 보즈-아인슈타인 응축(Bose-Einstein condensates)라는 매우 독특한 현상이 발생한다. 이 상태에 있는 원자들이 모두 같은 양자역학적 상태가 되어 마치 하나의 원자처럼 움직이는 것이다. 그런데 강한 중력이 있는 지구에서는 이 상태가 길어봐야 1초 이상 지속하기 힘들어 상세한 관측이 어렵다. 따라서 NASA는 이 실험 장치를 우주 정거장으로 보내 관측을 시도하는 것이다. 예상대로 된다면 5~10초 정도 관측이 가능할 것이고 앞으로 기술이 발전하면 수백 초 이상 관측도 가능하다. 역시 짧은 시간이지만, 이 정도 시간만 관측할 수 있어도 새로운 현상이 발견될 가능성이 있어 과학계의 이목이 쏠려 있다. 현재 5개의 연구팀이 저온 원자 실험실을 이용한 연구 과제를 신청했으며, 이 중에는 보즈-아인슈타인 응축물을 실제로 만들어내 노벨 물리학상을 받은 에릭 코넬(Eric Cornell)도 포함되어 있다. 우주에서 가장 추운 실험실에서 지금까지 보지 못했던 새로운 현상이 발견될 수 있을지 기대된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

지난달 27일 NASA에서 운영하는 '오늘의 천문사진(APOD)에 게시된 한 장의 사진이 우주 마니아들의 관심을 끌었다. 사진 중앙에 묘한 불빛들이 모여 있는 게 보인다. 무슨 신호등처럼 보이는 저 4개의 불빛은 사실 하나의 퀘이사(Quasar)다. 퀘이사란 'Quas i-stellar Object(준항성체)'의 준말로, 블랙홀이 주변 물질을 집어삼키는 에너지에 의해 형성되는 거대 발광체를 말한다. 하나의 퀘이사가 4개로 보이는 것은 전경을 이루는 은하가 중력 렌즈 역할을 하여 빛을 굴절시키기 때문이다. 이 중력 렌즈 현상은 약 100년 전 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 예측되었던 것이다. 거대한 질량의 물체는 중력으로 빛을 구부릴 수 있다고 예언했고, 이는 1919년 영국의 천문학자 에딩턴의 일식 관측으로 증명되었다. 이처럼 질량이 큰 천체는 주위의 시공간을 구부러지게 해서 빛의 경로를 휘게 함으로써 렌즈와 같은 역할을 하는데, 이를 일컬어 중력렌즈 현상이라 한다. 이 중력렌즈를 통해 보면, 은하 뒤에 숨어 있는 별이나 은하의 상을 볼 수 있다. 하나의 퀘이사가 4개로 보이는 중력 렌즈보다 더 기묘한 일은 저 깜박거리는 퀘이사가 우주의 팽창 속도를 알려준다는 사실이다. 퀘이사의 깜박거리는 주기를 측정하면 우주가 어떤 속도로 팽창하고 있는지를 알 수 있는데, 놀랍게도 우주의 팽창속도가 갈수록 빨라지고 있다는 관측결과가 나왔다. 말하자면 우주는 지금 가속 팽창을 하고 있는 중이다. 우주의 팽창이 가속되고 있다는 사실을 밝혀낸 브라이언 P. 슈미트 등 세 사람의 과학자들은 2011년 노벨 물리학상을 받았다. 우주의 팽창에 가속 패달을 밟고 있는 것이 무엇인지는 아직 아무도 모른다. 일부에서는 암흑물질이라고도 하고, 또 다른 이들은 중력의 알 수 없는 작용이라거나, 아니면 전혀 다른 어떤 원인이 있을 거라는 주장들이 난무할 뿐이다. 위와 같이 은하 렌즈가 비춰주는 퀘이사에 대해 더 세밀한 관측과 깊은 연구가 무엇이 우주 팽창의 가속 패달을 밟아대고 있는지를 알려줄 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

2004년 카이스트 12대 총장에 오른 로버트 로플린 박사는 ‘과학계의 히딩크’로 주목받았다. 1998년 노벨상 물리학상 수상자이자 카이스트 최초의 외국인 총장이었던 까닭이다. 그런 그가 재계약 연장을 못 하고 2년 만에 중도 하차한 이유는 뭐였을까. 노벨상 수상자라는 독선에 빠져 다른 사람들의 의견에 귀를 기울이지 않은 측면이 크다. 그는 한국 최초로 두 발로 걸을 수 있는 인간형 로봇 ‘휴보’를 두고 “이거 가짜 아니냐”고 공공연히 말했다고 한다. 이런 소리를 듣는 ‘휴보’ 연구 당사자인 카이스트 교수의 심정은 어떠했을까. 일본에 가서는 ‘카이스트는 아무것도 아니다’(KAIST is nothing)라고 카이스트를 비하하는 발언을 쏟아내자 교수협의회가 ‘로플린 is nothing’이라고 들고일어나는 해프닝도 있었다.대학 총장은 오케스트라 지휘자와 같다. 무대가 연주회와 상아탑으로 다를 뿐이다. 지휘자는 오케스트라의 박자를 이끌어 내고 음악의 강약과 빠르고 느림을 조절한다. 그리고 음악의 느낌을 통일한다. 지휘자의 역량은 음악을 얼마나 잘 표현해내고, 얼마나 잘 해석하느냐에 달려 있는 것이다. 대학 총장도 이질적인 구성원들 간에 하모니가 어우러질 수 있도록 하는 책임이 있다. 카이스트가 내일 총장 선거를 앞두고 마치 폭풍전야에 휩싸인 듯하다. 12년여 만에 처음으로 외부 영입 없이 한국 국적자인 내부 후보자 세 명이 이사회에서 일합을 겨룬다. 정부의 낙점을 받은 인사가 아닌 학생과 교수, 교직원 등 카이스트 구성원을 대변할 인물이 차기 총장을 맡아야 한다는 목소리가 비등하다. 총학생회는 외부세력 개입을 막기 위해 세 후보를 대상으로 모의투표까지 해 놓은 상황이다. 그런데 결국 또 특정후보 낙점설이 불거진 모양이다. 어느 후보가 총장이 되도록 정부가 이사들에게 물밑 작업을 벌이고 있다는 소문이 파다하다. 어느 후보는 박근혜 대통령과 이런저런 인연이 있어총장으로 유력하다는 설이 나돈다. 있을 수도 없고, 있어서도 안 되는 일이다. 현 정부 들어 국립대학 총장 인선을 놓고 잡음이 유난히 많았다. 경북대·해양대·충남대 등 5곳에서 2순위 후보가 총장이 됐고, 다른 4개 대학은 총장을 뽑았지만 청와대의 임명 거부로 길게는 2년 이상 공석인 곳도 있다. 청와대 민정수석실의 ‘국공립대 총장 후보 블랙리스트’ 개입 의혹이 끊이지 않는다. 어느 대학 1위 후보자는 반정부 활동을 하지 않겠다고 각서를 쓰라는 요구까지 받았다고 털어놨다. 급기야 지난달에는 8개 국립대 1순위 후보자들이 비선 실세 개입 의혹이 있다며 박영수 특검에 고소장을 내는 상황에까지 이르렀다. 카이스트 새 총장은 전적으로 이사회의 자율선택에 맡겨야 한다. 카이스트 총장 선거가 ‘경북대 사태’의 재판이 되면 그 대학 구성원과 총장뿐 아니라 국민이 불행해진다. 박건승 논설위원 ksp@seoul.co.kr

리처드 파인만/크리스토퍼 사이크스 지음/노태복 옮김/반니/336쪽/1만 6500원지난해 말 개인 약속이 있다며 시상식에 가지 않는 등 노벨문학상에 반색하지 않던 밥 딜런을 보며 떠오른 사람이 있다. 아인슈타인 이후 20세기 최고 물리학자, 한편으로는 괴짜 과학자로 평가받는 리처드 필립스 파인만(1918~1988)이다. 그 또한 1965년 노벨물리학상 수상을 정말 귀찮아했다. 선정 소식을 전하려는 스웨덴 왕립학술원 측의 전화에 “그걸 꼭 새벽에 알려야 겠냐?”며 타박을 놓기도 했다. 번지르르한 시상식과 거창한 수상 소감이 질색이었지만 아내 기네스의 설득에 스웨덴에 갔고, 마지못해 갔던 것에 견주면 시상식 만찬과 무도회 등은 정말 제대로 즐겼다고 한다. 파인만은 당시를 이렇게 돌이킨다. “저는 상을 좋아하지 않습니다. 많은 물리학자가 제 연구 결과를 이용하는 것만으로도 감사할 따름이죠. 그것 말곤 필요가 없고 아무 의미도 없어요. … 저는 이미 상을 받았습니다. 발견의 기쁨, 발견의 흥분 그리고 다른 사람이 제 연구를 사용한다는 사실 말이에요. 그게 진짜입니다. 상은 헛것이죠. 상을 믿지 않아요. 상은 장식이고 제복입니다. … 유명세가 나쁘다고 보진 않았습니다. 그걸 원하지 않았을 뿐이에요. 피할 방법을 알고 싶었지만, 상을 거부하면 오히려 더 유명해질 걸 저도 알았죠. 얼마나 대단한 양반이기에 노벨상을 거부하다니! 그런 소릴 듣기 싫었습니다.” 이런 일화도 있다. 어디선가 택시를 탔더니 그를 알아본 기사가 어떻게 노벨상을 타게 됐는지 3분간 설명해 달라고 요청했다고 한다. 이에 대한 파인만의 대답은 “3분 안에 설명할 수 있는 거면 노벨상감이 아니지.” 맨해튼 프로젝트의 최연소 리더로, 양자전기 역학을 재정립한 노벨상 수상자로, 파인만 도형으로 유명한 천재 물리학자이면서 한편으론 봉고 연주와 마야 문자 해독, 그림 그리기와 금고 따기 등으로 인생을 유쾌하게 즐겼던 파인만의 삶을 파인만 자신과 그의 가족, 친구 및 동료 과학자들의 육성으로 생생하게 전달하는 책이다. 영국 다큐멘터리 작가 크리스토퍼 사이크스가 1980~90년대 파인만에 대한 여러 BBC 다큐멘터리를 만들며 기록해 놓은 글 자료와 영상 자료에 담긴 인터뷰들을 재구성했다. 130여장에 달하는 사진과 파인만이 남긴 메모들도 곁들여졌다. 원제는 ‘보통 천재가 아닌 사람’(No Ordinary Genius)이다. 홍지민 기자 icarus@seoul.co.kr

신의 입자/리언 레더먼·딕 테레시 지음/박병철 옮김/휴머니스트/736쪽/3만원 대담한 가설로만 여겨졌던 책이 놀라운 예언서가 되었다. 전 세계 과학 독자들의 오랜 사랑을 받은 책 ‘신의 입자’를 두고 하는 말이다.물리학자들은 우주 탄생 원리를 설명하기 위해 ‘표준모형’이라는 이론을 만들었으나 결함이 있음을 깨닫는다. 이 결함을 해결하기 위한 구원투수가 바로 힉스입자다. 힉스입자는 물질의 기본을 이루는 입자에 질량을 부여하는 존재로 질량의 근원과 우주 생성 비밀을 밝힐 수 있는 결정적 단서라는 평가를 받았다. 힉스입자의 별칭인 ‘신의 입자’라는 말은 1988년 노벨물리학상을 수상한 미국의 물리학자이자 이 책의 저자인 리언 레더먼이 1993년 과학저널리스트 딕 테레시와 함께 이 책을 내면서 붙여졌다. 레더먼이 원래 원했던 제목은 ‘빌어먹을 입자’(Goddamn Particle)였다. 그만큼 감지하기가 극도로 어려운 탓에 붙인 제목이지만 편집자가 언어 순화를 위해 ‘damn’을 빼면서 새로운 별칭을 얻게 되었다는 일화는 유명하다. 1993년 당시 레더먼은 우주의 작동 원리와 우주를 구성하는 기본단위가 곧 밝혀질 것이라고 믿고 있었다. 더욱이 미국 페르미 연구소가 힉스입자를 감지할 초전도초충돌기(SSC)라는 강력한 입자가속기 공사를 한창 추진하고 있는 중이었다. 하지만 ‘신의 입자’가 출간된 지 얼마 지나지 않아 미국 의회에 막혀 건설계획이 완전히 무산되면서 힉스입자 발견에 대한 전망도 어두워졌다. 하지만 물리학자들은 힉스입자에 대한 기대를 저버리지 않았고, 결국 2012년 7월 유럽입자물리학연구소(CERN)는 대형하드론충돌기(LHC)를 통한 힉스입자 발견을 선언했다. 당시 ‘신의 입자’는 출간과 동시에 비극으로 끝났지만 현재 놀라운 예언서로 다가오게 된 것이다. 한국어판은 2006년 발간된 개정판을 번역했다. 레더먼은 기원전 600년경 시작된 입자물리학의 역사와 물리학의 마지막 과제인 힉스입자의 존재와 그 비밀을 밝히기 위해 노력한 물리학자들의 노력을 전한다. 더이상 쪼갤 수 없는 만물의 최소단위 ‘아토모스’라는 용어를 처음 도입한 그리스 철학자 데모크리토스부터 아이작 뉴턴, 마이클 패러데이, 어니스트 러더퍼드를 거쳐 20세기 양자역학과 힉스입자 등 입자물리학 2600년의 역사를 개괄한다. 힉스입자를 찾기 위해 고군분투한 과학자들의 생생한 모험의 여정을 좇다 보면 마치 역사의 현장을 가까이서 들여다보는 느낌이 든다. 일반인이 소화하기 어려울 수 있는 과학 서적에 필자의 유쾌한 입담이 더해져 읽는 맛도 쏠쏠하다. 조희선 기자 hsncho@seoul.co.kr

천문학자들이 2022년 지구 밤하늘에서 초신성을 볼 수 있을 거라고 발표해 지구촌 사람들의 비상한 관심을 끌고 있다. 이중성(二重星) 전문가인 한 천문학 교수는 조만간 이중성 하나가 서로 합병을 시작할 것이라는 예측을 내놓았다. 이중성이란 중력으로 서로 묶인 두 개의 별이 서로의 둘레를 도는 항성 시스템을 말한다. 문제의 이중성은 서로 충돌하여 폭발함으로써 별의 일생을 마감하게 되는데, 그 폭발로 인해 엄청난 빛을 우주공간으로 쏟아내게 된다. 이것을 바로 초신성 폭발이라 한다. 그러니까 새로운 별이 아니라 늙은 별의 임종인 셈이다. 옛날 사람들이 보이지 않던 별이 갑자기 엄청난 밝기로 빛나는 것을 보고 초신성이라는 이름을 붙였던 것이다. 초신성 폭발이 일어날 때 그 밝기는 예전 별에 비해 거의 1만 배 이상이 된다. 한 은하가 내놓는 빛 전체보다도 밝을 때도 있다. 그야말로 우주 최대의 드라마라 할 수 있다. 초신성이 나타나면 밤하늘에서 가장 밝은 별로 등극할 것이다. 초신성 폭발은 이처럼 두 별이 충돌할 때도 일어나지만, 엄청난 크기의 거성이 생의 마지막에 이르러 맞는 임종의 한 형식이기도 하다. 팽창하던 적색거성이 자체 중력으로 붕괴를 일으킴에 따라 대폭발로 별의 일생을 마감하는 것이다. 그럴 경우 지구에서 수백만 광년 떨어진 거리일지라도 초신성을 볼 수 있지만, 미리 초신성 폭발을 예측할 방법은 없다. 통계적으로 한 은하당 100년에 초신성 폭발이 1회 꼴로 일어나는데, 우리은하에서 최근 일어난 초신성 폭발은 약 400년 전 튀코 브라헤와 케플러가 발견한 이래 아직까지 없었다. 그래서 천문학자들은 튀코와 케플러 같은 위대한 천문학자들이 있을 때만 초신성이 폭발한다는 우스개소리를 하기도 한다. 미국 미시건주의 캘빈 대학 교수 래리 몰나르 박사는 이중성의 충돌로 일어날 초신성 폭발을 최초로 예측했다고 주장했다. 그의 주장에 따르면 초신성 폭발은 2022년 전후에 일어날 것이라 한다. 이 별까지의 거리가 1800광년이니까 현장에선 벌써 터졌다는 얘기다. 문제의 이중성은 백조자리에 있는데, 북십자성으로 알려진 백조자리의 십자 모양 부근에 새로운 별이 나타날 것으로 보고있다. 몰나르 교수가 KIC 9832227 이라는 이름의 별에 대해 연구를 시작한 것은 지난 2013년. 동료 천문학자인 카렌 키네무치가 회의에서 밝기가 변하는 어떤 별에 대한 연구를 발표하면서 그 별이 과연 맥동성인지, 아니면 이중성인지 의문을 제기했다. 이중성 역시 서로의 둘레를 돌면서 동반성의 별빛을 가림에 따라 광도 변화를 일으킬 수 있다. 몰나르 교수는 이 별을 연구한 결과 이중성계 중에서도 접촉쌍성임을 확인했다. 접촉쌍성이란 두 별이 대기층을 공유하는 이중성이란 뜻이다. 이어 접촉쌍성의 궤도주기를 계산한 결과, 11시간 안쪽으로 점점 주기가 짧아지고 있다는 사실을 알아냈고, 2022년쯤 가면 결국 두 별이 충돌해 초신성 폭발을 일으킬 것이라는 결론을 도출해냈던 것이다. 초신성 폭발은 아주 짧은 시간 안에 종결되지만, 과학자들은 거기서 많은 정보를 얻을 수 있다. 먼저 초신성 중에는 일정한 광도로 폭발하는 별이 있어 우주에서 거리를 재는 잣대로 쓰인다. 이를 표준촛불이라 하는데, 얼마 전 표준촛불을 이용해 우주가 가속팽창하고 있다는 놀라운 사실을 발견한 두 그룹의 물리학자들이 노벨 물리학상을 받기도 했다. 뿐만 아니라, 초신성이 폭발할 때 철 이후의 중금속들이 생성되는데, 지구와 우리 몸을 이루는 중원소들은 초신성이 만들어 우주에 흩뿌린 것이다. 초신성 폭발이 없었다면 지구도, 우리 인간도 존재할 수 없었을 거라는 얘기다. 어쨌든 몰나르 교수의 예측이 맞다면 우리 지구촌 사람들은 400년 만에 초신성 폭발이라는 우주 최대의 드라마를 볼 수 있을 뿐만 아니라, 우주 생성의 비밀에 대해 더 많은 사실을 알 수 있게 될 것이다. -지구 행성인들이여, 2022년 초신성 폭발을 놓치지 말자. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com