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

김수봉 서울대 물리천문학부 교수가 입자물리학 분야 최고 권위상인 ‘브루노 폰테코르보상’을 수상한다. 마지막 중성미자 변환 비율을 밝혀낸 공로를 인정받았다. 1일 과학기술계에 따르면 러시아 합동원자핵연구소(JINR)는 지난달 27일(현지시간) 김 교수와 왕이팡 중국 고에너지물리연구소(IHEP) 박사, 니시가와 고이치로 일본 고에너지가속기연구소(KEK) 박사를 공동 수상자로 선정했다. 브루노 폰테코르보상은 중성미자 분야에서 탁월한 연구업적을 남긴 러시아 과학자 폰테코르보 박사를 기리고자 1995년 제정됐다. 김 교수는 만물을 이루는 기본입자 중 하나로, 핵붕괴나 핵융합 과정에서 방출되는 중성미자의 변환 비율을 2012년 밝힌 바 있다. 중성미자는 질량이 매우 작은 데다 빛에 가까운 속도로 움직이고 다른 물질과 거의 상호작용도 하지 않아 ‘유령입자’로도 불린다. 김 교수는 “중국 연구진은 200명 정도이고 일본 연구진은 약 400명인데 이에 비하면 우리 상황은 열악하다”면서 “40명의 국내 연구진과 같이 수행한 연구의 성과”라고 평가했다. 시상식은 9월 러시아 합동원자핵연구소에서 열릴 예정이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

30년 전 발견된 놀라운 초신성 하나가 허블 망원경을 포함한 손꼽히는 망원경들을 사로잡았다. 찬드라 X선 우주망원경과 칠레 아타카마 사막의 알마 전파망원경(ALMA·Atacama Large Millimetre/submillimetre Array)도 문제의 초신성을 끈질기게 관측했다. SN 1987A로 불리는 이 초신성은 대마젤란은하 부근에 위치하는데, 이는 “수백 년래 발견된 초신성 중 가장 가까운 거리에 있는 것”이라고 미국항공우주국(NASA) 측은 밝혔다. ‘타이태닉’이란 별명을 가진 이 초신성은 1987년 2월 23일에 발견된 것으로, 태양 밝기의 100만 배나 되는데, 이는 400년래 발견된 초신성 중 가장 밝은 것이다. 초신성이란 거대 질량의 별이 항성 진화의 마지막 단계에서 대폭발로 생을 마치는 것으로, 새로운 별이 탄생한 것이 아니라, 늙은 별의 죽음이다. 초신성이란 별이 없던 곳에서 엄청 밝은 별이 나타난 것처럼 보여 붙여진 이름일 뿐이다. 미국 하버드 스미스소니언 천체물리학센터의 로버트 커시너 연구원은 “SN 1987A는 30년 동안 관측할 만한 가치가 있는 천체인데, 별의 진화에서 최종 단계를 보여주는 귀중한 사례이기 때문”이라고 밝혔다. 천문학자들은 관측 데이터를 분석한 끝에 이 초신성의 충격파가 별이 폭발하기 전 방출한 가스 고리 너머로 진출하는 중요한 단계를 막 넘어섰다는 결론을 내렸다. 이 같은 현상은 별에서 방출된 고속의 항성풍이 그전 적색거성 단계에서 나온 느린 항성풍과 충돌할 때 발생하는 것이다. 그러나 가스 고리 바깥으로 무엇이 있는지에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. 미국 펜실베이니아주립대의 카리 프랭크 박사는 “이 변화에 관한 자세한 과정은 종말에 이른 별이 어떻게 별의 생애를 끝내게 되는가에 대해 많은 것들을 알려주리라 기대된다”고 설명했다. 그는 찬드라 망원경으로 진행된 SN 1987A 연구를 이끈 대표 저자다. 이 같은 초신성 폭발은 다른 별과 행성의 생성으로 이어질 수 있는데, 별이 폭발하기 전 중심부의 핵융합으로 생명 기본 구성물질인 탄소, 산소, 질소, 철 같은 원소들을 벼려서 켜켜이 내부에 쌓아둔 것을 폭발과 함께 우주 공간으로 흩뿌린다. 이러한 잔해들이 다른 별과 지구 같은 행성들을 만드는 재료로 사용되며, 여기에서 생명이 싹튼 것이다. 초신성에 관한 연구는 이러한 별과 생명의 진화과정을 이해하는 실마리를 얻을 수 있다고 연구자들은 믿고 있다. 허블 망원경은 여러 해에 걸친 관측으로 1987A 초신성의 가스 고리가 가시광선을 방출하면서 빛나며, 그 지름이 무려 1광년이나 된다는 사실을 알아냈다. 이 가스 고리는 적어도 별이 폭발하기 이전부터 약 2만 년 동안 존재해온 것으로, 폭발에서 나온 자외선으로 몇십 년간 에너지를 공급받아 빛나기 시작한 것이다. 현재 가스 고리 속의 중심 구조는 지름이 반 광년 정도로 팽창되었으며, 중앙에 보이는 두 잔해 덩어리는 시간당 3000만 km의 속도로 서로 멀어져가고 있다. 1999~2013년의 찬드라 데이터는 X선을 방출하면서 확장하는 가스 고리가 더욱 밝아지고 있음을 보여준다. 이는 최초의 폭발에서 나온 충격파가 고리에 에너지를 공급했기 때문이다. 그러나 지난 몇 년간 관측에서 이 가스 고리는 더는 밝아지지 않고 있는데, 고리의 저에너지 X선 에너지 총량은 유지되고 있는 것으로 알려졌다. 위 사진의 좌측 하단에 있는 고리는 흐릿해지기 시작하고 있다. 천문학자들은 폭발의 충격파가 가스 고리의 얇은 부분을 지우고 있기 때문으로 보고 있는데, 이 같은 과정이 계속 진행되면 이윽고 고리의 시대는 마감된다. 2012년부터 시작된 ALMA의 관측 데이터는 초신성 잔해가 선대의 별이 남긴 물질로 새로운 우주먼지를 만들고 있을 보여준다. 이 발견은 초기 우주에서 이와 비슷한 경로로 우주먼지가 생성되었음을 시사하는 것이다. 연구진은 이 초신성 폭발에서 중성미자를 발견하고, 중성자별이나 블랙홀이 혹시 없을까 싶어 고리 중심부를 뒤지고 있는 중이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

“Open the pod bay doors, HAL.”(격납고를 열어, 할) 스탠리 큐브릭 감독의 1968년 작품 ‘2001 스페이스 오디세이’에 나오는 유명한 대사입니다. 영화에서 우주선을 통제하는 인공지능(AI) 컴퓨터 ‘할 9000’은 인간이 모순된 명령을 내리자 목적수행을 위해 살인까지 저지릅니다. 사람들을 속여 우주 밖으로 내보낸 뒤 못 들어오게 문을 닫아버리기도 하죠. 선장은 문을 열라고 다급하게 명령을 내리지만 할은 이를 거부합니다. 미국영화협회(AFI)가 선정한 ‘100대 명대사’ 중 하나인 ‘격납고를 열어, 할’은 이 장면에서 나옵니다. 통제불능의 AI가 얼마나 인류의 위협이 되는지를 상징하는 외침입니다.이 영화의 원작은 영국 SF작가 아서 클라크(1917~2008)의 ‘스페이스 오디세이’ 시리즈입니다. 영화로 만든 2001년 이외에 2010년, 2061년, 3001년까지 4부작으로 구성된 장편입니다. 아서 클라크는 ‘로봇’ 시리즈의 아이작 아시모프, ‘스타쉽 트루퍼스’의 로버트 하인라인과 함께 영미 SF문학계의 3대 거장입니다. 올해 탄생 100주년을 맞는 아서 클라크는 소설을 통해 인공지능과 인터넷, 우주정거장 등 현대 과학기술의 등장과 발전을 정확하게 예측한 미래학자로도 잘 알려져 있습니다.이런 정확한 미래 예측은 킹스칼리지에서 수학과 물리학을 전공하고 영국 행성간협회 회장을 역임한 그의 과학적 이력에서 찾을 수 있습니다. 아이작 아시모프는 미국 보스턴의대 생화학과 교수 출신이고, 로버트 하인라인도 미국 해군사관학교에서 통신과 항공공학을 전공한 뒤 UCLA에서 수학과 물리학을 공부했다고 합니다. 상상력과 전문적인 과학지식을 혼합해 SF 대작을 완성해낸 것이죠. 아서 클라크는 1945년에 이미 몇 십년 뒤에 나타날 통신위성의 가능성을 이야기했고 우주선을 회전시켜 인공 중력을 만들 수 있다는 것을 예견하기도 했습니다. 또 원거리 우주여행을 할 때 가까운 행성의 중력을 이용해 궤도를 조정하거나 추진력을 얻는 ‘스윙바이(swing-by) 항법’이 가능하다는 것도 예측했지요. 이 때문에 그의 소설은 당시 과학기술자들에게 ‘우주탐사를 위한 기술 참고서’로 불리기까지 했습니다. 그는 앞서 언급했듯이 인공지능의 등장과 미래도 예상했습니다. 지난해 3월 알파고 충격 이후 인공지능에 대한 논의가 가속화되고 있는데 클라크는 50여년 전에 벌써 ‘할 9000’을 통해 AI 운영에 관한 윤리적 화두를 던진 것입니다. 이렇듯 SF작품들을 보면 미래 사회를 비교적 정확하게 예측하고 있습니다. 이 때문에 SF작가들이 과학에 대해 관심을 갖고 있듯이 과학자들도 SF를 관심 있게 지켜보고 있습니다. 선진국에서 미래 예측에 과학기술자들과 SF작가들이 수시로 머리를 맞대는 것도 이 때문입니다. 반면 한국에서 논의되는 미래학이나 미래예측을 보면 안타깝기만 합니다. 그만저만한 학자들이 모여 자신들의 새로운 먹거리를 만들기 위해 뻔한 얘기를 하는 경우가 많습니다. 여기에 정부 부처까지 가세해 연구비를 대주면서 하나마나한 보고서를 내는 것을 보면 한숨만 나옵니다. 몇몇 학자들의 밥그릇을 챙겨주기보다 과학적 상상력이 풍부한 SF작가나 번역가를 육성하는 프로그램을 운영하는 것이 일석이조 아닐까요. 물론 무한 상상력을 가진 SF작가들이 많이 나오기 위해서는 학교 교육에서부터 자유롭게 생각할 수 있는 환경이 갖춰져야겠지만 말입니다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

카이스트 신임 총장으로 신성철(65) 카이스트 물리학과 교수가 선임됐다. 신 교수는 카이스트 개교 46년 만에 나온 첫 번째 동문 출신 총장이자 13년 만에 배출한 학내 교수 출신 총장이다.카이스트 이사회(이사장 이장무)는 21일 오전 서울 서초구 양재동 엘타워에서 임시이사회를 열고 제16대 카이스트 신임 총장을 선임했다. 신 신임 총장은 2004년과 2006년, 2012년에 총장직에 도전했지만 고배를 마시고 ‘3전 4기’ 만에 목표를 이뤘다. 그는 경기고와 서울대 물리학과를 졸업하고 카이스트에서 고체물리 석사, 노스웨스턴대에서 재료물리 박사 학위를 받았다. 카이스트는 1971년 서울 홍릉에서 한국과학원(KAIS)으로 만들어져 1973년과 1975년에 각각 첫 석사과정과 박사과정 입학생을 받았다. 학부과정 학생은 1986년부터 입학하기 시작했다. 신 신임 총장은 1975년 카이스트 석사과정에 입학해 1977년 졸업(3회 졸업)했다. 그는 한국표준과학연구원 선임연구원, 미국 이스트먼코닥연구소 수석연구원을 거쳐 1989년에 카이스트 물리학과 교수로 임용됐다. 이후 학생부처장, 국제협력실장, 기획처장, 고등과학원설립추진단장, 나노과학기술연구소 초대소장, 부총장 등 주요 보직을 두루 역임했다. 한국물리학회장, 국가과학기술자문회의 부의장도 지냈고2011년부터는 올해 초까지는 대구경북과학기술원(DGIST) 초대·2대 총장을 맡았다. 특히 DGIST 총장 재직 시 융복합대학원과 무학과 단일학부를 도입하는 등 교육 혁신을 이끈 것으로 평가받았다. 또 자성학 분야의 오랜 난제인 2차원 나노 자성박막 잡음 현상을 처음으로 규명하는 등 나노스피닉스 연구 분야를 선도하는 세계적 석학으로 알려져 있다. 신 신임 총장은 “교육 혁신, 연구 혁신, 기술사업화 혁신, 국제화 혁신, 미래전략 혁신이라는 5대 혁신을 통해 카이스트를 반드시 ‘글로벌 톱10 대학’으로 도약시키겠다”고 포부를 밝혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

1970년대 영국의 물리학자 스티븐 호킹은 크기가 원자만큼 작은 ‘미니 블랙홀’들이 우주에 존재하고 이들이 짧은 순간이지만 밝게 빛난다는 이론을 발표했다. 호킹은 이런 작은 블랙홀이 우주를 탄생시킨 ‘빅뱅’ 과정에서만 만들어질 수 있다고 주장했다. 따라서 미니 블랙홀의 존재 여부는 우주 탄생 과정이 어떠했는지를 알려 주는 중요한 증거가 된다. 빅뱅과 블랙홀은 젊은 과학도들의 피를 끓게 만드는 주제다. 호주 출신의 젊고 재능 있는 과학자 존 오설리번 박사도 ‘미니 블랙홀’을 발견하기 위한 연구에 집중했다. 천체물리학자 마틴 리즈가 제안한 ‘미니 블랙홀은 전파 신호를 낼 수 있을 것’이란 이론에 착안해 전자공학과 전파천문학을 전공했던 오설리번과 동료들은 이 전파 신호를 찾기 위한 연구에 온 열정을 바쳤다. 아쉽게도 그들의 관측 시도는 실패했고 미니 블랙홀이 내는 전파 신호는 관측 가능성이 제기된 지 40년가량 지난 지금까지도 발견되지 않고 있다. 사실 미니 블랙홀이 있다 하더라도 이들이 내는 전파신호를 잡아내기에는 현재 전파망원경들의 크기가 턱없이 작다. 그렇기 때문에 우주의 수많은 잡음 속에서 미니 블랙홀이 보낸 신호를 찾는다는 것은 쉽지 않다. 오설리번 박사팀은 미니 블랙홀이 우주에서 보내오는 신호를 찾아내기 위해서 전파신호를 주파수에 따라 잘게 쪼갠 뒤 잡음 속에서 블랙홀의 신호를 걸러 내는 처리 기법을 개발했다. 본래 목적이었던 미니 블랙홀의 신호를 찾아내지는 못했지만 실생활에서 활용할 수 있는 방법을 발견했다. 1990년대에 그들의 신호 처리 기법을 바탕으로 오늘날 무선랜 기술의 표준으로 자리잡은 와이파이의 핵심 특허를 등록한 것이다. 무선랜 기술 개발에 뛰어든 연구자들은 많았지만 가장 먼저 제대로 작동하는 무선랜 칩을 개발한 것은 그들이 유일했다. ‘순수한 열정’에 대한 보상이었을까. 인류가 사용 중인 50억개 이상의 무선랜 기기가 오설리번 박사의 열정과 성실한 실패에서 파생된 특허를 사용하고 있다. 오설리번 박사가 소속된 호주 연방과학원(CSIRO)은 와이파이 특허사용료로 지금까지 5억 달러 이상의 수입을 얻었다고 한다. 수입의 상당 부분은 CSIRO의 ‘미래 연구를 위한 펀드’ 조성에 사용되고 있다. 오설리번 박사는 와이파이 기술 개발을 위해 잠시 CSIRO를 떠났다가 최근 다시 복귀해 태양계로부터 50광년 떨어진 행성의 공항 레이더 신호까지도 찾아낼 수 있다고 하는 초대형 전파망원경(SKA) 개발에 매진하고 있다. 40여년 전 그를 사로잡았던 미니 블랙홀 발견도 SKA의 주요 목적 중 하나이다. 머지않아 그의 열정에 대한 또 하나의 큰 보상을 받게 될지도 모르겠다.

우주전문 사이트 스페이스닷컴에 지난 17일자(현지시간)로 호주 스윈번 공과대학의 앨리스터 그레이엄 천문학 교수가 블랙홀에 관한 흥미로운 칼럼을 게재했다. 칼럼 내용을 약간 가공해 소개한다.​ 블랙홀에 대한 지식이 ​커갈수록 우주 마니아들의 블랙홀 사랑도 덩달아 커가고 있다. 블랙홀에 관한 최근 뉴스는 블랙홀 가족 중에도 아주 낯선 존재인 '중간질량 블랙홀'의 발견에 관한 것이다. 우리는 블랙홀 중에는 태양 질량의 수십억 배에 이르는 초질량 블랙홀이 있는가 하면, 태양 질량의 몇 배밖에 되지 않는 블랙홀도 있다는 사실을 알고 있다. 그런데 태양 질량의 2200배 정도 되는 중간 질량의 블랙홀이 발견되어 과학자들을 깜짝 놀라게 만들었다. 이 블랙홀은 큰부리새자리47(47 Tucanae) 구상성단 안에서 발견되었는데, 중간 질량의 불랙홀로서 희귀한 사례에 속한다. 큰부리새자리는 남반구에 있기 때문에 한국에서는 볼 수가 없다. 그러나 구상성단 자체는 겉보기 등급 +4.91로 맨눈으로 흐릿하게 보인다. 지구로부터 약 1만 6700 광년 떨어져 있으며, 성단의 지름은 무려 120 광년에 달한다. 가까이 접근하는 모든 물체를 가리지 않고 게걸스럽게 집어삼키는 중력의 감옥, 블랙홀. 모든 연령층, 모든 직업군을 아우르면서 블랙홀에 대해 크나큰 관심을 불러일으키고 상상력을 자극하는 것은 대체 무엇 때문일까? '검은 별(Dark stars)' 질량이 너무 커서 빛조차 탈출할 수 없는 중력을 가진 존재에 대한 개념은 1783년까지 거슬러올라간다. 18세기 영국의 과학자 존 미첼은 다음과 같은 글을 남겼다. "만약 태양과 같은 밀도를 가진 어떤 구체의 반지름이 태양의 500분의 1로 줄어든다면, 무한한 높이에서 그 구체로 낙하하는 물체는 표면에서 빛의 속도보다 빠른 속도를 얻게 될 것이다. 따라서 빛이 다른 물체들과 마찬가지로 관성량에 비례하는 인력을 받게 된다면, 그러한 구체에서 방출되는 모든 빛은 구체의 자체 중력으로 인해 구체로 되돌아가게 될 것이다." 뉴턴 역학의 얼개 안에서 그러한 개념의 천체는 검은 별 또는 암흑성(dark stars)으로 불렸다. 그러나 이 암흑성 개념은 19세기 이전까지 거의 무시되었는데, 질량이 없는 파동인 빛이 중력의 영향을 받을 것이라고는 생각하기 힘들었기 때문이다. 1915년 아인슈타인이 우주를 기술하는 뉴턴 역학을 대체하여 시간과 공간이 하나로 얽혀 있음을 보인 일반 상대성이론을 발표한 직후, 암흑성 개념은 새로운 활력을 얻어 재등장했다. 독일의 카를 슈바르츠실트와 요하네스 드로스터가 각기 독립적으로 점질량에 대한 동일한 방정식의 답을 구했다. 이 풀이는 아인슈타인 방정식의 일부 항이 무한대가 되는 특이점을 가지는 특이행동을 보이는데, 이것을 오늘날 '슈바르츠실트 반지름'이라고 부른다. 이는 어떤 물체가 블랙홀이 되려면 얼마만한 반지름까지 압축되어야 하는가를 내타내는 반지름 한계점이다. 그러나 이 슈바르츠실트의 방정식은 당시 하나의 수학적인 해석에 지나지 않았고, 그뒤 핵물리학이 발전하여 충분한 질량을 지닌 천체가 자체 중력으로 붕괴한다면 블랙홀이 될 수 있다는 예측을 내놓았다. 이 같은 예측은 결국 강력한 망원경으로 무장한 천문학자들에 의해 관측으로 입증되었고, 충돌하는 블랙홀이 만들어낸 중력파가 미국의 LIGO에 의해 검출됨으로써 오랜 블랙홀 논쟁에 마침표를 찍게 되었다. 초밀도의 천체들 초밀도의 물체는 사람을 경악시키는 바가 있다. 예컨대 태양이 블랙홀이 되려면 얼마나 밀도가 높아야 할까? 슈바르츠실트 반지름의 풀이 공식으로 구해보면, 태양 질량을 그대로 지닌 채 70만km인 반지름이 3km까지 축소되어야 하며, 지구가 블랙홀이 되려면 반지름이 0.9cm로 작아져야 한다. 그러면 밀도는 자그마치 1cm^3에 200억 톤의 질량이 된다는 뜻이다. 각설탕 하나 크기가 그만한 무게가 나간다는 얘기다. 물질이란 게 이렇게까지 압축될 수 있다는 사실이 참으로 놀랍다고 하겠다. 만약 당신이 그러한 초질량의 물체가 다가간다면 끔찍한 상황이 기다리고 있다. 지구에서는 중력의 크기가 당신의 지금 키만큼 유지되게 해주고 있는 정도지만, 블랙홀 안으로 떨어지면 사정은 좀 달라진다. 블랙홀의 강력한 기조력이 당신의 머리와 발끝에 동시에 작용하는데, 그 힘의 차이가 엄청나서 당신의 몸은 스파게티 가락처럼 사정없이 늘어나게 된다. 마치 강력한 크레인 두 대가 각각 당신의 발과 머리를 잡아당기는 형국이다. 그러면 결국 어떻게 될까? 당신의 몸은 최종적으로 원자 단위로 분해된다. 천문학자들은 이를 '스파게티화'라 한다. 1958년에 미국 물리학자 데이비드 핀켈스타인이 블랙홀의 '사건 지평선' 개념을 처음으로 선보였다. 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래의 곳으로 되돌아갈 수 없는 경계를 말한다. 말하자면 블랙홀의 일방통행 구간의 시작점이다. 블랙홀, 화이트홀 1964년, 두 명의 미국인인 작가 앤 어윙과 이론 물리학자 존 휠러가 최초로 '블랙홀'이라는 단어를 대중에게 선보였다. 이어서 1965년, 러시아의 이론 천체물리학자 이고르 노비코프가 블랙홀의 반대 개념인 '화이트홀'이라는 용어를 들고나왔다. 만약 블랙홀이 모든 것을 집어삼킨다면 언젠가 우주공간으로 토해낼 수 있는 구멍도 필요하지 않겠는가 하는 것이 이 화이트홀 가설의 근거다. 말하자면, 블랙홀은 입구가 되고 화이트홀은 출구가 된다. 이 아이디어는 부분적으로 아인슈타인-로젠의 다리로 알려진 수학적인 개념에 뿌리를 내리고 있다. 1916년에 오스트리아의 물리학자 루트비히 플램에 의해 수학적으로 발견된 후, 1935년에 아인슈타인과 미국-이스라엘 물리학자 나단 로젠에 의해 재발견되어 아인슈타인-로젠의 다리는 나중에 역시 존 휠러에 의해 '웜홀(wormhole)'이라는 이름을 얻었다. 1962년, 존 휠러와 미국 물리학자 로버트 풀러는 그러한 웜홀이 양자 하나도 통과하기 어려울 만큼 불안정하다는 사실을 이론적으로 정립했다. 블랙홀에 관한 팩트와 픽션 블랙홀의 현관 안으로 들어갔던 물질이 다른 우주의 시공간으로 다시 나타난다는 아이디어는 그다지 놀랄 만한 것은 아니지만, 여기에서 무수한 공상과학 스토리가 탄생했다. '닥터 후(Doctor Who)', '스타게이트(Stargate)', '프린지(Fringe)', '파스케이프(Farscape)' 디즈니의 '블랙홀' 등 끝이 없을 정도다. 이런 얘기들은 하나같이 등장인물들이 우리 우주와 다른 우주 또는 평행우주를 여행한다는 줄거리로 되어 있다. 그러한 우주는 수학적으로 성립되는 인공물일 뿐으로, 그 존재에 대한 증거는 아직까지 하나도 밝혀진 것이 없다. 그러나 어떤 의미에서 시간여행이 현실적으로 불가능하다는 얘기는 아니다. 만약 우리가 엄청난 속도로 여행하거나, 또는 블랙홀 안으로 떨어진다면 외부 관측자의 눈에는 시간의 흐름이 아주 느리게 보일 것이다. 이것을 중력적 시간 지연이라 한다. 이 효과에 의해 블랙홀로 낙하하는 물체는 사건의 지평선에 가까워질수록 점점 느려지는 것처럼 보이고, 사건의 지평선에 닿기까지 걸리는 시간은 무한대가 된다. 즉 사건의 지평선에 닿는 것이 외부에서는 관찰될 수 없다. 외부의 고정된 관찰자가 보기에 이 물체의 모든 과정은 느려지는 것처럼 보이기에, 물체에서 방출되는 빛도 점점 파장이 길어지고 어두워져서 결국 보이지 않게 된다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빠르게 운동하는 시계의 시간은 느리게 간다. 2014년의 영화 '인터스텔라'는 블랙홀 근처에서 일어나는 이러한 현상을 보여주었다. 우주 비행사 쿠퍼(매튜 맥커너히 분)가 시간여행을 할 수 있었던 것은 그 때문이다. 대중에게 사랑받고 있는 '블랙홀'이란 이름은 사실 오해의 소지가 있는 명칭이다. 그것은 시공간의 구멍을 의미하는 것으로, 어떤 물체이든 그 안으로 떨어지면 더이상 물체로서 존재할 수 없이 극도의 고밀도 상태가 된다. 블랙홀의 사건 지평선 안에는 실제로 어떤 것이 있을까란 문제는 여전히 뜨거운 논쟁거리가 되고 있다. 블랙홀 내부를 이해하기 위해 끈이론, 양자 중력이론, 고리 양자중력, 거품 양자 등등 현대 물리학의 거의 모든 이론들이 참여하고 있다. 어쨌든 당분간 블랙홀은 새로운 사실들이 밝혀질 때마다 일반의 관심을 고조시키며 물리학의 화두로서 위세를 떨칠 것만은 분명해 보인다. ​ 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

인공지능기술로 대변되는 4차 산업혁명 시대의 화두는 단연 창의성이다. 다중지능이론의 창시자인 하워드 가드너 하버드대 교수는 창의성을 발휘한 20세기 세계적 거장 7인을 비교 분석한 책을 냈다(1993, ‘열정과 기질’로 번역 출간). 7명은 정신분석학자 프로이트, 물리학자 아인슈타인, 화가 피카소, 작곡가 스트라빈스키, 시인 엘리엇, 무용가 그레이엄, 정치가 간디다. 같은 시대에 살면서 각자 다른 분야에서 창조적 도약을 이룬 7명의 삶과 업적을 비교 분석한 결과, 가드너는 창의성이란 ‘타고난 재능이 적절한 사회문화적 조건 속에서 연습되고 다듬어진 훈련된 능력’이라고 하였다. 그 창의성이 길러지고 구현되는 중요한 요인은 ‘아이처럼 세상을 바라보는 힘’이라고 했다. 가드너에 따르면 개인은 누구나 크든 작든 어느 분야에 창의적 소질을 가지고 태어난다. 그러나 창의성이 발휘되는 성인으로 성장하려면 그러한 소질을 심화하고 강화시킬 수 있는 적절한 일의 체험기회인 교육·훈련을 필수적으로 가져야 한다. 또 이러한 체험의 과정에서 가족· 친구·후원자 혹은 경쟁자 같은 타인으로부터 격려와 지원을 받는 의미 있는 인간관계가 형성되어야 한다. 그 분야에 우호적인 문화나 풍부한 사회적 지원도 필수적이다. 피카소는 스페인의 바닷가 작은 마을에서 평범한 미술교사의 아들로 태어났다. 유아시절부터 아버지로부터 그림 교육을 받은 피카소는 그림에 특출한 재능을 보여 신동으로 불렸다. 그러나 학교수업을 따라가지 못할 정도로 학업에 애로가 있었지만, 공간과 신체 영역에서 뛰어났다. 가족의 권유로 스페인의 바르셀로나와 마드리드의 미술학교에서 교육을 받으면서 재능을 심화하고 강화했다. 19세 때 예술의 중심도시인 파리로 옮겨 당시 최고의 화가를 만나고 그들의 작품에서 자극을 받아 새로운 경지로 성장했다. 마침내 세계 미술사를 새롭게 쓴 20세기 최고의 화가로 평가받게 된다. 영화 ‘취화선’으로 널리 알려진 장승업은 조선시대를 대표하는 천재화가다. 어려서 부모를 잃고 떠돌던 그는 역관(譯官)의 집에서 기거했다. 글자도 모르는 장승업은 그 집에 소장된 중국 서화가의 그림과 글씨를 어깨너머로 훔쳐보고선 눈을 뜨고 자기의 존재를 인식한다. 우연히 장승업이 그린 그림을 보고 그의 천재적 그림 솜씨에 감탄한 집주인은 그의 재능을 아끼고 지속적으로 그를 후원했다. 고종에게 발탁되어 왕궁에서 그림을 그렸고, 중국까지 알려져 그림 요청이 쇄도했다고 한다. 하지만 그는 술을 좋아했고 궁궐을 탈출하여 그림을 그려주고 술값을 대신하는 삶을 살면서 길지 않은 생을 마감했다. 피카소와 장승업은 닮은 점이 많다. 신이 내린 재능과 아이다운 천진성이 그렇다. 그런데 이 두 요소로만으로는 비범한 모방은 가능하지만 새로움을 창조하는 세계적 거장이 되기에는 부족함이 있다. 아이의 천진성과 어른의 원숙함이 결합되어야 창의성을 발휘하는 대가가 될 수 있다. 당대 세계 문화의 변방인 조선에만 머물렀던 장승업이 북경과 파리에 갔더라면 그의 인생이 달라지지는 않았을까. 거장 7인이 보여준 지적인 강점이 서로 다른 것처럼, 재능을 발견하는 시기와 양상 역시 달랐다. 20살이 넘어서 자신의 소명을 발견하여 몰입한 사람도 있다. 신동은 피카소뿐이다. 그러나 그 역시 19세까지 집중교육을 받았다. 7인의 공통점은 청년 시절에 자신의 관심 분야의 활동이 활발한 중심도시로 이주하여 동료를 만나 경쟁하면서 원숙한 어른으로 성장한 점이다. 모든 사람이 거장이 될 수도 없고 그럴 필요도 없다. 그러나 각자의 분야에서 인정받고 역할을 할 수 있는 창의적인 사람이 될 수는 있다. 창의적인 사람은 태어나는 것이 아니라 훈련과 환경에 의해 만들어지기 때문이다. ‘아이처럼 세상을 바라보는 힘’은 획일적인 주입식 교육이나 정답을 강요하는 권위주의 교육으로 길러질 수는 없다. 성인이 되었을 때 활용할 수 있는 귀중한 ‘창의성 자본’은 유년기부터 하고 싶은 분야를 마음 편히 탐구하면서 주변 세계를 많이 관찰하는 성장과정에서 축적되는 것이다. 국가는 이러한 사회문화적 환경을 만들어야 하지 않는가.

우리는 머지않아 초질량 블랙홀의 이미지를 최초로 볼 수 있을지도 모른다. 과학자들은 4월 5~14일 사이에 궁수자리 A 블랙홀을 관측하기 위해 가상 망원경(virtual-telescope)을 구축 완료했다. 궁수자리 A는 지금까지 직접적으로 관측된 적은 한번도 없지만, 과학자들은 근처 별들의 움직임을 통해 틀림없이 블랙홀이 있을 것이라 믿고 있다. 만약 블랙홀의 이미지를 직접 관측할 수 있다면 이는 아인슈타인의 중력 이론을 재평가하는 결정적인 사례가 될 것이며, 물리학을 기초부터 다시 써야 하는 상황이 올지도 모른다. 궁수자리 A는 지구로부터 약 2만 6,000광년 떨어진 거리에 있으며, 지름은 2000만km 정도 된다. 과학자들은 수많은 전파수신기의 연결로 이루어진 지구 크기의 가상 망원경으로 이 블랙홀의 사건 지평선 이미지를 최초로 잡아낼 수 있게 되기를 희망하고 있다. 블랙홀의 사건 지평선이란 외부에서는 물질이나 빛이 자유롭게 안쪽으로 들어갈 수 있지만, 내부에서는 블랙홀의 중력에 대한 탈출속도가 빛의 속도보다 커서 원래 있던 곳으로 다시 되돌아 갈 수 없는 경계선을 말한다. 다시 말하면, 블랙홀의 일방통행 구간이다. 가상 망원경은 이런 이유로 해서 ‘사건 지평선 망원경’이란 이름이 붙게 되었다. 프로젝트 리더인 셰퍼드 돌먼 하버드스미소니언 천체물리학연구소 교수는 BBC와의 인터뷰에서 “참으로 흥미진진한 결과가 기대된다”면서 흥분을 감추지 못했다. 이어 “우리는 지난 20년 동안 이 가상 망원경을 구축해왔다. 오는 4월이면 사상 최초로 블랙홀의 사건 지평선 이미지를 망원경 초점에 잡을 수 있을 것으로 기대하고 있다"면서 "가상 망원경은 남극에서 하와이, 아메리카 대륙과 유럽까지, 전 지구적으로 연결된 전파 수신기 네트워크"라고 설명했다. 다시 말하면, 이 가상 망원경의 지름이 지구 크기와 맞먹는 만큼 궁수자리 A 블랙홀의 사건 지평선을 잡아낼 수 있을 만한 해상력을 확보했다는 얘기다. 우리은하 중심에 있는 블랙홀은 1931년 미국 물리학자 칼 잰스키가 은하 중심에서 오는 라디오 파를 발견함으로써 그 존재가 예측되었다. 돌먼 교수는 “아인슈타인의 이론에 대해 내기를 하는 것은 아주 현명치 못한 일이다. 하지만 기대치와 전혀 다른 결과가 나왔다면 아인슈타인의 중력이론도 재평가되어야 한다"면서 "물론 그런 일이 일어날 것으로 보진 않지만, 그렇다고 그 가능성을 제외할 수는 없다. 그게 물리학의 아름다움”이라고 밝혔다. 가상 망원경을 이루는 각 전파 수신기에는 데이터를 저장할 수 있는 대형 하드 드라이브를 갖추고 있으며, 이 데이터들은 모두 미국 메사추세츠 보스턴 근교에 있는 MIT 헤이스텍 천문대로 수집되어 분석에 들어간다. 분석작업에는 오랜 시간이 걸리는데, 금년 말 또는 내년까지 가야 그 결과가 도출될 수도 있다. 어쨌든 우리는 사상 최초로 궁수자리 A 블랙홀의 사건 지평선을 눈으로 볼 수 있게 될 것이며, 혹 아인슈타인 이론에 결함이 있다면 그 사진이 무엇이 진실인지를 보여줄 것이다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com　

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

지구에서 약 57억 광년 거리에 있는 ‘봉황자리 은하단’. 그 중심의 한 은하에는 거대질량 블랙홀이 존재한다. 그런데 이 블랙홀은 주변 가스를 흡수하면서도 그중 일부를 마치 ‘트림’하는 것처럼 고속으로 분출한다. 미국항공우주국(NASA)의 찬드라 X선 위성이 관측한 데이터에서는 이른바 ‘전파제트’로 불리는 이 천문 현상이 호스트 은하 양쪽으로 거대 거품을 일으키고 있다. 거품은 플라스마로 이뤄진 희박한 가스로 은하를 둘러싸고 있는데 그 온도가 너무 높아 별의 탄생에 필요하다고 여겨지는 ‘식어서 수축하는 과정’을 발견할 수 없을 것으로 여겨졌다. 그런데 영국 케임브리지대의 헬렌 러셀 박사가 이끄는 천문학 연구진이 알마 우주망원경을 사용한 최근 관측 조사에서 해당 거품의 측면을 따라서 저온의 분자 가스가 가늘고 길게 분포하고 있다는 것을 밝혀냈다고 천체물리학저널(Astrophysical Journal) 최신호에 발표했다. 저온 가스는 은하의 양쪽에 8만2000광년에 달하는 길이에 걸쳐 있으며, 총질량은 무려 태양 100억 개분에 달하는 것으로 나타났다. 또한 이 가스는 거품에 의해 은하 중심부에서 밀려나고 있거나 거품의 표면에서 만들어지고 있는 것으로 추정되고 있다. 러셀 박사는 “거대질량 블랙홀에 의해 형성된 거품의 구조와 은하의 성장에 필요한 별의 재료인 가스 사이의 관계를 알마 망원경의 관측으로 직접 확인했다”면서 “이번 연구는 이런 블랙홀이 앞으로 별 형성 활동을 어떻게 제어하고 연료가 되는 물질을 호스트 은하가 어떻게 얻는지 새로운 정보를 제공한다”고 말했다. 사실, 블랙홀이 강력한 전파제트를 형성하려면 별의 재료가 되는 가스를 소비할 수밖에 없다. 그러면 별의 탄생 현장이 흐트러져 별의 탄생이 멈춘다는 게 지금까지의 생각이었다. 이론적으로는 은하의 중심에 전파제트와 같은 열원이 없으면 별이 맹렬한 기세로 형성되겠지만, 실제 관측에서는 이런 은하는 그다지 발견되지 않고 있다. 이 때문에 연구진은 활동성 은하핵(AGN, 활발하게 활동하는 천체)이 발하는 전파제트와 빛이 열원이 돼 별의 탄생을 방해한다고 생각해 왔다는 것이다. 이에 대해 공동 연구자인 캐나다 워털루대의 브라이언 맥나마라 교수는 “이번 관측으로 거대질량 블랙홀이 거품을 밀어내고 주변 가스를 가열해 은하의 성장을 제어하면서도 그와 동시에 가스의 온도를 충분히 식히고 있었다”고 설명했다. 이어 러셀 박사는 “이번 결과는 대부분의 거대질량 블랙홀이 60억 년이 넘는 우주 역사 동안 어떻게 폭발적인 별 형성의 폭주를 억제하면서 그와 동시에 은하의 성장을 제어해 왔는지를 설명할 수 있을 것”이라고 말했다. 사진=ALMA 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

“내가 조국에 바칠 것은 피와 땀과 눈물뿐”이라는 연설로 유명한 영국의 정치가 윈스턴 처칠이 외계인의 존재 가능성과 핵융합 에너지, 진화론 등에 대한 글을 쓴 과학저널리스트였다는 사실이 새로 밝혀졌다.세계적인 과학 학술지 ‘네이처’는 태양계 바깥에 있는 외계 행성에 생명체가 존재할 가능성을 추론한 처칠의 비공개 원고를 처음 발견했다고 15일(현지시간) 보도했다. 이 원고는 ‘우리가 우주의 유일한 존재인가’라는 제목에 11쪽 분량으로, 타자기로 작성돼 있다. 원고는 미국 미주리주 풀턴에 있는 웨스트민스터대 국립처칠박물관에서 찾았다. 처칠은 ‘제2차 세계대전’이라는 책으로 노벨문학상을 받은 논픽션 작가이자 화가였다. 이번 원고가 세상에 드러나면서 그가 과학분야에 관심을 갖고 다수의 글을 썼다는 사실도 처음 밝혀졌다. 1939년 처음 작성돼 1950년대 후반에 내용이 추가된 이 원고는 1965년 사망 때까지 출판되지 않아 박물관 수장고에 잠들어 있었다. 처칠은 이 원고에서 “이 광활한 우주에서 지구만이 생각하는 생명체가 유일하게 살아 있는 곳이라고 받아들일 정도로 우리가 만든 문명이 성공했다고 생각하지는 않는다”고 강조했다. 처칠은 정규 과학교육은 받지 않았지만 1896년 인도에서 군복무 중 찰스 다윈의 ‘종의 기원’을 읽은 뒤 과학에 관심을 갖기 시작해 물리학을 비롯한 다양한 과학책을 탐독했다. 1920~1930년대에는 진화와 세포에 대한 글을 신문과 잡지에 투고하기도 했다. 1931년에는 셜록 홈스 시리즈가 실려 유명세를 탔던 시사잡지 ‘스트랜드 매거진’에 ‘향후 50년’이란 제목의 글을 기고하면서 물에 들어 있는 수소원자를 이용해 에너지를 얻을 수 있을 것이라고 예측하기도 했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

"생일 축하해! 갈릴레오" 최근 미국의 우주전문매체 스페이스 닷컴이 목성과 그 주위를 공전하는 위성의 모습을 사진으로 공개했다. 거대한 목성을 대각선으로 가로질러 가는 3개의 위성은 왼쪽 아래에서부터 각각 유로파, 칼리스토, IO와 그 그림자들이다. 지난 2015년 1월 24일 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 목성의 보기 드문 우주 이벤트를 담고 있다. 이날 이들 세 위성은 한꺼번에 목성의 전면을 가로지는 특별한 '우주 삼중창'을 선보였다. 매체가 2년 전 사진을 꺼내든 것은 지난 15일이 453년 전 갈릴레오가 탄생한 날이기 때문으로 특히 이들 위성은 '갈릴레이 위성'이라 부른다. 이탈리아의 천문학자이자 물리학자, 수학자인 갈릴레오 갈릴레이(1564~1642)는 지난 1610년 자체 제작한 망원경으로 목성의 4개 위성을 처음으로 관측했다. 당시 갈릴레오는 태양계에서 가장 큰 활화산이 있는 이오(Io)와 생명체가 존재할 가능성이 가장 높은 유로파(Europa), 바다가 있을 가능성이 높은 칼리스토(Callisto) 그리고 태양계에서 가장 큰 위성이자 ‘건방지게’ 행성인 수성보다 큰 가니메데(5262km)를 발견했다. 현재까지 확인된 목성의 위성 수는 무려 67개지만 여전히 가장 유명한 것은 이들 갈릴레이 위성이다. 사진=NASA, ESA, Hubble Heritage Team 박종익 기자 pji@seoul.co.kr

해외 연구진이 태양계 근처에서 지구형 행성, 일명 ‘슈퍼지구’ 후보를 새로 발견했다고 밝혀 학계의 관심이 쏠리고 있다. 영국 하트퍼드셔대학과 미국 캘리포니아대학, 예일대학, 카네기과학협회 소속 합동 연구진은 태양계 근처를 공전하는 새로운 행성 50개를 찾는데 성공했다. 합동 연구진은 미국 하와이에 있으며, 동시에 몇 개의 은하를 살펴볼 수 있는 켁(KECK) I 망원경을 이용해 수많은 별을 꾸준히 관찰한 결과를 분석했다. 이들이 찾은 행성 중 ‘글리제 411b’로 명명된 행성은 태양과의 거리가 매우 가깝고 지구보다 표면온도가 매우 높지만, 지구처럼 태양의 주위를 일정한 주기로 돈다는 점에서 슈퍼지구가 될 가능성이 높은 것으로 알려졌다. 슈퍼지구는 지구보다 질량이 2~10배 큰 천체로, 생명체가 존재할 가능성이 있다고 보는 행성을 지칭한다. 중력이 강해서 대기가 안정적이고 지각 운동이 활발해 생명체가 탄생하기에 유리한 조건을 가지고 있다. 글리제 411b를 포함해 이번에 발견한 대부분의 새로운 행성이 태양을 중심으로 돌고 있으며, 특히 글리제 411b는 지구와 불과 8.1광년 떨어져 있다는 특징이 있다. 천문학계는 그동안 3000개가 넘는 외계생성을 발견했지만 대부분이 수백 광년 떨어져 있어 탐구가 거의 불가능했다. 연구진이 슈퍼지구로 꼽은 글리제 411b의 공전주기는 10일 미만으로 파악된다. 때문에 ‘쌍둥이 지구’라고 칭하긴 어렵지만 지구 및 태양과 근거리에 있어 언젠가는 인간의 직접 탐사가 가능하고, 더 나아가 인간이 이주할 수 있는 외계 행성 후보를 선정할 때에도 영향력을 행사할 수 있을 것으로 예측된다. 연구를 이끈 하트퍼드셔대학의 미키 투오미 박사는 “새로운 행성의 발견은 우주와 태양계의 형성 과정을 이해하는데 도움을 줄 것이며, 동시에 우주와 관련한 미래를 새롭게 설계하는데 영향을 미칠 것”이라고 설명했다. 연구진은 ‘정체’가 확인된 행성 60개 외에도 우주공간에 존재하는 것으로 예측되는 행성 후보군 54개의 목록을 함께 공개했다. 자세한 연구결과는 천문학 분야 최상위급 학술지인 미국의 ‘천체물리학저널’(The Astrophysical Journal) 최신호에 실렸다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

미국 하버드대 심리학과 제롬 케이건 명예교수는 과학에 대해 전폭적인 지지를 하던 한 세기 전에 비해서 최근 물리, 화학 생물학에 대한 대중의 태도는 몇 가지 이유로 보다 불확실해진 양가감정을 가지고 있다고 했다.우선 과학에서 개념과 방법이 일반인 이해 수준을 넘어 너무 어려워졌다. 갈릴레오의 자유낙하 실험에 대해서는 초등학교 수준으로도 이해가 가능하지만 인플레이션 우주론이나 끈이론 같은 수학적으로 복잡한 이론은 대학에서 물리학을 전공했다 해도 이해하기 어렵다. 두 번째 이유는 과학의 산물로 인간과 동물의 유전자를 섞는 것 같은 윤리적 문제, 화학물질에 의한 환경오염, 방사능 오염 등이 있다고 여기는 것이다. 인공지능이 가져올 발전상을 기대하면서도 그것의 부작용을 두려워하고 있다. 물론 과학자들 스스로도 이러한 부작용을 걱정하고 있다. 그럼에도 불구하고 대부분의 사람들은 과학기술의 발전에 의해 우리의 삶이 윤택해지고 경제발전이 일어난다는 큰 전제에 대해서는 동의를 하고 있다. 그리고 비약적으로 발전하고 있는 과학에 대해 경외심을 가지고 있다. 그런데 과학이 갖고 있는 중요한 기능 중 하나는 덜 인식되고 있는 것 같다. 바로 세계 평화에 대한 기여다. 최근 세계에서는 서로 빗장을 닫아걸려는 분위기가 강하게 일고 있다. 나와 우리만이 중요하다고 외치고 있다. 나만이 옳고 나와 반대되는 집단은 용납하지 못한다고 쉽게 이야기하고 있다. 이런 분위기는 정치와 외교로만 해결하기는 어려워 보인다.어떤 해결책이 있을까? 역사에서 배울 수 있을 것이다. 7년 동안 수천만명이 죽은 제2차 세계대전 후에 각 나라 간에 서로에 대한 갈등의 깊이가 어떠했을 것인가 하는 것은 쉽게 짐작해 볼 수 있다. 서로의 갈등을 해결하려는 많은 노력 중 하나가 1954년 설립된 CERN이라는 유럽 국가 간의 공동연구소이다. 서로 전쟁을 하던 영국, 프랑스, 독일 등 12개 국가가 자연의 근본원리와 우주의 기원을 밝히겠다는 공동의 목표를 가지고 협업을 하기 시작한 것이다. 1991년 이후에 동유럽의 공산권이 해체된 후에는 더 많은 국가가 참여해 수만명 학자들이 서로의 정치적 이념과 경제적 수준 차와 무관하게 협업을 하고 있다. 협업하는 과정에서 다른 집단에 대해 이해하게 됨으로써 지구촌 사회를 만드는 씨앗이 됐다. 어떻게 생각하면 서로 이념으로 쉽게 갈라질 수 있는 문화예술계보다 평화에 다가가는 데 과학이 기여하는 점이 더 클 것이다. 물론 힉스 입자 발견같이 대단한 과학적 성과들도 여러 개 나왔다. 또 인류에 크나큰 경제적인 선물도 주었는데 인터넷의 활용에 필수적인 웹브라우저를 최초로 만들어 무료로 배포한 것이다. 1990년대 이후 세계경제에 기여한 바를 제대로 계산해 보면 단연 으뜸으로 꼽힐 것이다. 그리고 정치적 개방화에도 기여해 국민들이 직접민주주의에 가깝게 가도록 직접 여론을 개진할 수 있게 했다. 지금 우리나라는 정치, 경제의 모든 면에서 매우 암울해 보인다. 줄어드는 인구, 높아지는 국가 간 장벽, 조만간 우리를 넘어설 중국의 과학기술력, 구태에 머물러 있는 정·재계의 구조를 보면 백약이 무효일 것 같아 보인다. 어두운 터널 끝, 빛을 제시할 수 있는 것이 우리나라의 과학기술계라 감히 생각한다. 올해 안에 앞으로 5년을 책임질 사람이 선출될 텐데 과학기술에 대해 보다 많이 고민하는 사람이 뽑혀야 할 것이라는 생각을 하게 된다. 과학의 언저리를 맴도는 사람들이 아닌 제대로 된 과학자들에게 ‘한국에서 큰 그림으로 본 과학의 역할’을 질문해야 할 것이다. 그리고 과학계는 이런 미래 설계에 보다 적극적인 역할을 반드시 해야 할 것이다. 과거의 틀에 머무르지 말고 이제껏 가지고 있던 편협함을 넘어서서 국가 설계에 어떻게 기여할 것인가를 고민해야 할 때다.

자기공명영상촬영(MRI)을 개발한 공로로 노벨생리의학상을 받은 물리학자 피터 맨스필드가 83세의 나이로 8일(현지시간) 별세했다고 AP통신 등이 보도했다.영국 노팅엄대학은 9일 성명을 내고 통해 맨스필드의 가족으로부터 그의 사망을 확인했다고 전했다. 맨스필드는 2003년 MRI 기술을 개발한 공로로 미국의 폴 라우터버 박사와 함께 노벨생리의학상을 공동 수상했다. MRI는 인체에 해로울 수 있는 엑스레이 대신 자기장과 라디오파를 이용해 내부 장기의 3D 영상을 얻을 수 있는 기술이다. 의학계는 이 기술을 질병의 진단과 치료에 아주 중요한 발견으로 평가한다. 1933년 영국 런던에서 태어난 맨스필드는 1959년 런던대 학부를 마치고 1962년 같은 대학에서 물리학 박사를 취득했다. 이후 미국 일리노이대에서 연구교수를 지낸 맨스필드는 1964년부터 줄곧 영국 노팅엄대에서 강의했다. 지난 1993년에는 엘리자베스 2세 여왕으로부터 기사 작위를 받기도 했다. 심현희 기자 macduck@seoul.co.kr

축적한 기술 시뮬레이션만으로 소형화·경량화 실현 가능성 커 고농축우라늄 640㎏ 확보 추정…핵무기 최소 42개 만들 수 있어북한의 핵무장이 사실상 최종 완성 단계에 들어섰다는 평가가 나왔다. 특히 북한은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 추가 핵실험 없이도 핵무기 성능 개량이 가능한 수준에 이르렀다는 분석이다. 북핵에 정통한 군 관계자는 9일 “‘핵무기를 마음먹은 대로 생산할 수 있다’는 북한의 주장은 논리적 일관성을 유지하고 있다”면서 이같이 평가했다. 북한은 30여년 동안 핵물질, 기폭장치, 운반체계 등 핵무기 3대 요소 확보에 총력을 기울였으며 이 과정 중 90% 이상의 시간과 비용이 소요되는 상당량의 핵물질 확보에 성공함으로써 사실상 핵무기 보유의 최종 완성 단계에 접어들었다는 것이다. 군 정보당국이 소형화, 경량화를 비롯해 북한의 핵무기 제조 능력이 상당 수준에 도달했다고 판단하는 근거는 크게 3가지 이유에서다. 우선 기존 핵보유 국가의 소형화 달성 기간이 최초 핵실험 시점으로부터 통상 2~7년인데 북한은 2006년 1차 핵실험 이후 이미 11년 이상 지났고, 다섯 차례나 핵실험을 실시했다는 점에서 상당한 기술적 축적을 이뤘다는 것이다. 또한 6차례의 핵실험을 통해 핵무기를 완성한 인도와 파키스탄 사례를 감안하면 북한도 이미 핵무기 완성 단계로 봐야 한다는 것이다. 추가적인 핵실험 없이도 기존 데이터를 이용해 컴퓨터 시뮬레이션만으로 소형화, 경량화를 실현할 가능성을 배제할 수 없다는 평가다. 북한이 보유한 핵물질 총량 규모도 우려할 만한 수준이다. 북한은 2002년 이후 최소 3차례 이상 사용후핵연료봉을 재처리해 플루토늄 보유량을 50여㎏으로 늘렸다. 이는 핵무기 10여기를 만들 수 있는 규모다. 우라늄농축프로그램(UEP)을 통해 확보한 핵무기용 고농축우라늄(HEU) 또한 상상을 초월한다. 그동안 우리 정보당국은 구체적인 수치 제시 없이 북한이 상당량의 HEU를 확보했을 것으로만 추정했으나 그동안의 관련 시설 가동 현황을 종합하면 북한이 최소한 640㎏의 HEU를 확보했을 것이란 관측이 나오고 있다. 핵무기 1개 제조에 15~20㎏의 HEU가 필요하다는 점에서 최소 32개의 핵무기를 제조할 수 있는 HEU를 확보한 셈이다. 탄도미사일에 탑재할 정도의 소형화에 성공하지 못했다 하더라도 항공기 투하 가능한 폭탄 형태로 무기화했을 가능성도 제기된다. 북한의 IR28 전폭기는 최대 3t의 폭탄을 탑재할 수 있다. 북한은 2010년 11월 세계적 핵물리학자인 미국 스탠퍼드대 지그프리트 헤커 박사를 초청해 영변 핵단지의 우라늄 농축용 원심분리기 1000여대를 보여 주면서 “원심분리기 2000대를 가동하고 있다”고 주장한 바 있다. 한·미 정보당국은 원심분리 시설이 180평 정도의 작은 규모에 불과해 은폐하기 쉽다는 점을 감안, 영변 외 별도의 장소에 추가 시설이 있을 것으로 추정해 왔다. 평북 방현비행장 인근 시설도 그중 하나다. 북한이 6자회담이 중단된 2008년 이후 불능화 핵시설을 복구했다는 점에서 그동안 4000여대의 원심분리기를 쉼 없이 가동했다면 최소한 640㎏의 HEU를 생산해 냈을 가능성이 높다. 군 관계자는 “북한의 HEU 보유량을 가늠하기 어렵다”면서도 “무기급으로 진전시킨 것만은 분명하다”고 말했다. 박홍환 전문기자 stinger@seoul.co.kr

과학의 발달로 우주의 신비가 한 겹씩 벗겨질수록 외계인에 대한 호기심도 높아져만 간다. 외계인의 존재 유무는 일반인 뿐만 아니라 학계에서도 오랫동안 논쟁거리로 꼽혀왔는데, 최근 한 천체물리학자가 “외계인과 접촉하는 날이 곧 지구 멸망의 날일 것”이라고 ‘예언’해 눈길을 끌고 있다. 미국 시카고에 있는 애들러천문관 소속의 천체물리학자인 루씨앤 월코비치 박사는 최근 NBC뉴스와 한 인터뷰에서 실제 외계인과 접촉하는 것이 인류에게 치명적인 영향을 미칠 수 있다고 지적했다. 그는 “우리는 외계에 사는 지적 생명체의 관심을 끌기 위해 적극적으로 노력하지만, 우리가 접촉하고자 하는 외계인은 우리의 관심을 필요로 하지 않을 수 있다. 이러한 결과는 지구상의 생명체를 끝내는 결과를 나을 수 있으며, 그들은 지구에서 높은 퀄리티의 삶을 살기 위해 노력할지도 모른다”고 경고했다. 이러한 우려를 내비치는 전문가는 루씨앤 월코비치 박사 뿐만이 아니다. 영국 출신의 세계적인 물리학자인 스티븐 호킹 박사를 비롯한 일부 과학자들은 외계인이 지구를 발견하게 된다면, 지구를 정복하고 식민지화 하기를 원할 것이라는 우려를 여러 번 내비쳤다. 스티븐 호킹은 최근 인터뷰에서 “외계인이 지구를 방문한다면, 콜럼버스가 미국에 도착했을 때와 같은 결과를 낳을 수 있다. 콜롬버스의 미 대륙 발견은 인디언들에게 좋은 결과를 가져다주지 않았다”고 밝힌 바 있다. 한편 외계 지성체를 탐색하는 미국 세티(SETI) 연구소 수석 천문학자 세스 쇼스탁 박사는 라이브사이언스와 가진 인터뷰에서 “우리는 외계인으로부터 신호를 받으면 이를 즉시 확인한 뒤 국제적인 협의 없이는 이에 응답하지 말라는 가이드라인을 가지고 있다”고 말했다. 이어 “하지만 미국 정부와 UN은 이 조항을 업데이트 하는 것에 큰 관심을 보이지 않고 있다”고 지적했다. 또 “외계인과 만나면 좋은 첫인상을 주는 것이 중요하다고 본다. 인류에 대한 좋은 점과 나쁜 점을 외게인에게 이야기해야 하는지에 대해 여러 사람과 토론하는 자리를 가진 적도 있다”고 덧붙였다. 한편 미국 비영리단체 메티(METI·Messaging Extraterrestrial Intelligence)는 2018년 우주로 전파 형태의 메시지를 송출해 외계인과의 접촉을 시도하겠다고 밝혀, 외계인이 지구에 적대적인 성향을 보일 수 있다고 믿는 일부 과학자들의 우려를 사고 있다.　 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

1590년 네덜란드 안경 제작자인 자카리아스 얀센이 발명한 현미경은 눈에 보이지 않는 미생물과 세포를 관찰할 수 있게 해 생물학을 비약적으로 발전시키는 데 일조했다. 이후 과학자들은 ‘몸속을 효과적으로 관찰할 수 있는’ 기술 개발에 골몰하게 됐다.1895년 독일 물리학자 빌헬름 뢴트겐이 우연히 발견한 엑스선은 사람의 몸속을 들여다볼 수 있게 해준 첫 번째 영상진단 기술이다. 그로부터 80년 정도 지나 엑스선 촬영의 진화인 컴퓨터단층촬영(CT) 기법이 개발됐다. 1971년에 선보인 CT는 원통 모양의 기계에서 엑스선으로 인체 각 부분을 촬영한 뒤 이를 재조합해 영상으로 표시해 보여 주는 것이다. CT를 개발한 앨런 코맥, 고드프리 하운스필드 박사는 1979년 노벨생리의학상을 받았다. CT와 함께 정밀 영상진단에 많이 쓰이는 것이 자기공명영상장치(MRI)다. 폴 라우터버와 피터 맨스필드 박사는 1973년 MRI를 개발한 지 30년 만에 노벨생리의학상을 수상했다. MRI는 CT와는 달리 방사선 피폭 걱정 없이 인체에 무해하고 정확한 방식으로 인체 장기의 영상을 얻을 수 있다는 장점이 있다.MRI는 핵자기공명(NMR)이라는 물리학 원리를 영상화한 기술로, 인체의 70%를 차지하는 물분자를 이루는 수소원자를 이용한다. MRI에 장착된 고감도 자기센서는 신체조직의 물이 만드는 미약한 자기장의 변화를 감지해 내부 코일로 증폭시켜 위치와 세기를 등고선처럼 나타낸다. 이를 컴퓨터가 변환시켜 신체 영상으로 보여 준다. 횡단면만 촬영이 가능한 CT와 달리 종·횡단면을 모두 찍을 수 있는 MRI가 더 선명하게 신체 내부를 볼 수 있다. 좀더 정확한 영상을 얻기 위해 조영제를 활용한다. 조영제는 MRI를 찍기 전 주사해 원하는 부위의 영상을 선명하게 보이게 만드는 약품으로 세포를 현미경으로 관찰하기 전에 염색시키는 것과 같은 원리다. 문제는 기존에 나와 있는 조영제는 질병 발생 부위와 주변 정상 부위를 모두 염색해 병변 부위가 또렷하게 보이지 않게 되는 문제가 있다. 기초과학연구원(IBS) 나노의학연구단 천진우(연세대 화학과 특훈교수) 단장팀이 질병 부위만 선택적으로 찾아내 MRI 신호를 강하게 내보내는 ‘나노MRI 램프’라는 일종의 나노물질 조영제를 개발하고 재료과학 분야 국제학술지 ‘네이처 머티리얼스’ 7일자에 발표했다. 연구팀은 자성물질의 거리에 따라 MRI 신호 강도가 달라지는 자기공명튜너(MRET) 현상을 처음으로 발견했다. 이를 활용해 자성을 띠는 나노입자와 상자성(常磁性) 물질, 생체인자 인식물질로 구성된 나노MRI 램프를 개발했다. 생체인자 인식물질이 암세포 같은 특정 단백질을 인식하면 상자성 물질이 암세포에 가까워지는 대신 자성나노입자와 멀어지면서 나노MRI 램프가 켜지는 방식이다. 이렇게 되면 주변 조직보다 병변 조직이 최대 10배 이상 밝게 보이기 때문에 기존 MRI 조영제를 사용했을 때보다 명확한 고감도 영상을 구현할 수 있다. MRI 검사 후 정확한 진단을 위해 세포나 조직 일부를 떼어내 검사하는 생검도 필요 없게 돼 의료진과 환자의 번거로움이 사라질 수 있다. 실제로 연구팀은 생쥐에게 암을 유발시킨 뒤 나노MRI 램프와 기존 조영제로 진단을 실시한 결과 나노MRI 램프가 암 발병 부위를 정확하고 선명하게 보여 주는 것을 확인했다. 천 단장은 “나노MRI 램프는 기존의 MRI 진단보다 높은 정확도와 민감도를 갖고 있어 분자 수준에서 질병을 관찰하고 진단하는 영상진단의 신개념을 제시한 것”이라며 “분자들의 결합과 해리 등 상호작용을 관찰할 수 있기 때문에 의학 분야뿐만 아니라 다양한 생명현상 연구에 도움을 받을 수 있다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr