지난 19일 교육부가 ‘2021학년도 대학수학능력시험 출제범위 공청회’를 열어 학생들의 학습부담을 덜어 주는 차원에서 수학영역 출제범위 가운데 ‘기하’를 빼겠다는 안을 발표해 논란이 거세지고 있다.과학계는 자연과학과 공학은 물론 의학, 경제, 경영학 등 사회과학 분야에서도 기하가 기초가 되는데 자연계열 학생들이 주로 치르는 ‘수학 가형’에서 기하를 빼는 것은 문제라고 지적했다. 이와 함께 기하는 최근 한국사회의 화두가 되고 있는 4차 산업혁명의 기반이 되는 중요한 부분이라고도 강조했다. 고등학교에서 배우는 기하에는 이공계열에서 가장 많이 활용하는 벡터 개념이 포함돼 있는데 이를 배우지 않고 대학에 진학할 경우 새로 공부해야 하는 문제가 생길 수 있다고도 주장하고 있다. 4차 산업혁명은 창조경제와 같이 한때 유행에 그칠 구호에 불과하기 때문에 과학계에서 기하와 4차 산업혁명을 연결시킨 것은 무리수라는 지적도 있다. 그렇지만 수학은 물론 인류 문명에서 중요한 부분을 차지하고 있는 기하학이 대입 시험범위에서 빠지는 것 때문에 주목받는 상황에 대해서는 안타깝다는 목소리가 높다. 기하학(geometry)은 그림이나 도형처럼 시각적 대상에서 나타나는 부피나 각도 같은 각종 수치와 그 수들이 갖는 논리적 관계나 구조를 연구하는 학문 분야다.고대 이집트 시대에는 나일강의 주기적 범람 덕분에 비옥한 땅을 가질 수 있었지만 범람 후 토지의 구획이 불분명해진다는 문제가 생겼다. 적절하게 토지를 재분배하기 위해 측량에 의한 도형을 연구한 것이 기하학의 기원이었다. 이 때문에 기하학은 인류의 문명이 시작되면서 농경과 건축을 위해 발전한 일종의 생활밀착형 학문으로 수학의 여러 분야 중에서도 가장 오래된 분야다. 이집트인이 개발한 도형에 관한 지식이 그리스로 전파되면서 도형에 대한 개념이 정리되고 새로 만들어졌다. 유클리드의 ‘기하학 원론’은 공리적 방법으로 당시 기하학에 관한 지식을 집대성한 최초의 수학책이라고 할 수 있다. 기하학은 17세기 프랑스의 철학자이자 수학자인 르네 데카르트가 좌표라는 개념을 도입하면서 해석기하학으로 발전했고 영국의 아이작 뉴턴과 독일의 고트프리트 라이프니츠가 각각 미적분학을 만들면서 미분기하학이 새로 만들어졌다. 르네상스 시대 건축과 축성술, 미술로부터 시작된 화법기하학과 사영기하학은 특히 공학 분야에서 많이 활용되고 있다. 화법기하학은 차원 공간의 입체를 종이라는 평면에 표현하는 방법을 연구하는 분야로 CAD로 잘 알려진 각종 공학분야 설계와 컴퓨터 그래픽, 미술 분야에 많이 활용되고 있다. 화법기하학은 수학이라기보다는 공학의 한 분야로 받아들여지고 있다. 19세기 말이 되면 공간 속 점, 선, 면, 위치와 형상에 대한 공간의 성질을 연구하는 위상수학(topology)이 등장하면서 위상기하학, 미분위상기하학이 만들어지면서 수학뿐만 아니라 자연과학과 공학분야 전반의 발전을 이끌어 왔다. 오랫동안 기하학을 지배해 온 유클리드기하학의 공리 중 ‘한 직선 밖에 있는 한 점을 지나면서 그 직선과 평행인 직선은 오직 한 개’라는 평행선 공리는 수학자들의 골머리를 앓게 했는데 18~19세기에 ‘직선 밖 한 점을 지나는 그 직선에 2개 이상 평행선을 그을 수 있다’는 사실을 발견함으로써 비(非)유클리드기하학이 탄생했다. 비유클리드기하학은 20세기 물리학의 양대 산맥이라고 불리는 아인슈타인의 ‘상대성이론’의 탄생에도 지대한 영향을 미쳤다. 대수학이 크게 발전하면서 n차식으로 나타나는 대수곡선과 대수곡면을 연구하는 대수기하학도 등장했는데 대수기하학은 해석학, 위상수학, 정수론 등 다양한 수학분야 지식을 동원해 연구되는 것으로 현재도 활발히 연구되고 있다. 기하학은 기초과학은 물론 산업분야에서도 다양하게 응용되고 있다. 실과 끈을 사용해 매고 죄면서 여러 가지 모양을 만드는 매듭도 기하학의 중요한 연구분야다. 매듭기하학은 양자장론과 결합해 우주를 이해하는 데 이용될 뿐만 아니라 해킹 불가능한 암호시스템 기술을 개발하는 데도 쓰이고 있다. 생물학에서 DNA처럼 분자량이 큰 물질들의 행태를 설명할 때도 매듭이론이 활용된다. 잘 알려져 있지 않지만 글로벌 영상 스트리밍 업체 ‘넷플릭스’도 위상기하학을 바탕으로 한 ‘토폴로지 데이터 분석’ 기법으로 빅데이터를 분석해 활용하고 있다. 넷플릭스는 1만 7000여개의 영화에 붙은 관객 평점 데이터를 분석해 신규 가입 고객과 기존 고객들이 선호하는 영화 장르를 구분해 제공함으로써 최고의 영화 서비스 기업으로 성장하고 있다. 김선화 기초과학연구원(IBS) 기하학수리물리연구단 연구위원은 “응용분야든 기초분야든 현대 과학과 공학기술의 발전에 수학의 역할은 아무리 강조해도 지나치지 않는다”며 “현대 수학에서 중요하게 다뤄지고 있는 위상수학의 경우 기하학의 한 분야로 시작됐지만 이제는 위상수학 덕분에 기하학이 점점 확장되고 있어 기하학은 수학 전체를 관통하는 가장 중요한 분야가 됐다”고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아인슈타인의 행복론은 상대성이론만큼 성공적일까?​ 1915년, 알베르트 아인슈타인은 일반상대성 이론을 발표했다. 이 이론에 따르면, 우주는 시공간이라는 근본적인 천으로 짜인 것이며, 이 천은 물질에 의해 휘어져 있다는 것이다. 우리가 중력을 느끼는 것은 이 휘어진 시공간의 기하학적인 효과라고 본다. 미국의 물리학자 존 휠러는 아인슈타인의 시공간 개념을 “물질은 공간의 곡률을 결정하고, 공간은 물질의 운동을 결정한다”라는 말로 표현했다. 일반상대성 이론은 100년이 넘도록 과학자들의 수많은 검증을 모두 통과하고 우주를 설명하는 가장 성공적인 틀로서 자리 잡았다. 블랙홀이나 시간 지연, 중력파 등 수많은 발견이 일반상대성에서 비롯되었다. 아인슈타인이 일반상대성 이론을 발표한 지 7년 후에 또 하나의 이론을 발표했는데, 이번엔 물리학이 아니라 '행복'에 관한 이론이었다. 이른바 아인슈타인의 행복 레시피라 할 수 있는 '행복론'이다. 그렇다고 무슨 논문 형식의 글은 아니고, 그가 일본 도쿄 제국호텔에서 묵을 때 호텔 메모지에 긁적거린 단문인데. 이게 우연히 호텔 보이 손에 넘어가게 되었다. 아인슈타인은 돈을 잘 안 갖고 다니기로 유명한 사람인데, 호텔 보이에게 팁을 주려 했을 때도 역시 그의 주머니는 비어 있었다. 그래서 돈 대신 '행복론' 메모지를 보이에게 건네면서 "언젠가 돈이 될 거야" 하고 말했다. 과연 그의 말이 맞았다. 아인슈타인의 '행복론' 메모지는 지난 30일 이스라엘 예루살렘 옥션에서 무려 156만 달러(약 17억 원)에 팔렸다. 메모지를 내놓은 사람은 그 호텔 보이의 사촌으로 알려졌다. 옥션에서는 대중의 호기심을 만족시키기 위해 아인슈타인이 메모한 지 95년 만에 그의 '행복론'을 공표했다. “고요하고 겸손한 삶이 쉼 없이 성공을 추구하는 삶보다 더 행복하다”(A calm and modest life brings more happiness than the pursuit of success combined with constant restlessness) 흥미로운 것은 1922년 11월 아인슈타인이 이 문장을 쓸 때, 인생의 가장 절정기에 있었다는 사실이다. 바로 얼마 전에 그에게 노벨상 수상자로 결정되었다는 사실이 알려졌다. 이뿐만 아니라 이미 그는 상대성 이론으로 인해 세계에서 가장 유명한 과학자로 등극해 있었다. 그가 이런 소박한 행복론을 남기게 된 것은 자신의 떠들썩한 명성과 지위에 상당이 지친 상태에 있었지 않았나 하는 추측을 낳게 한다. 그런데 아인슈타인의 행복론이 과연 그의 일반상대성 이론만큼 성공적일까? 여기에는 견해가 엇갈린다.​ 행복이야말로 일반 상대성 이론보다 무한히 상대적이기 때문이다. 따라서 과학이 섣불리 행복의 정의를 내리기는 어려운 일이다. 어떤 연구는 자기 사업을 열정적으로 하는 사람이 직장 다니는 사람보다 더 큰 만족감을 얻는다고 한다. 이는 분명 아인슈타인의 행복론의 반례에 해당한다. 이에 반해 하루에 7시간 남짓 일하고, 1주일에 5번쯤 요리하고, 1주일에 한 번 친구들을 만나는 '균형 잡힌' 삶을 사는 사람이 가장 행복하다는 보고서도 있다. 이는 분명 아인슈타인의 행복론을 지지하는 것이다. 또 이렇게 생각해볼 수도 있다. 어쩌면 아인슈타인에게 고요하고 명상적인 시간이 있음으로써 그같이 열성적인 연구와 성취, 나아가 행복이 가능할 수 있지 않았을까 하는 생각 말이다. '관측 없이는 존재도 없다'는 양자론자들은 '행복론'에 대해 또 이렇게 말하기도 한다. '행복을 느끼지 못하는 사람은 자신의 관측 초점이 행복에 맞추어져 있지 않기 때문'이라고. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

빅토르 위고가 영혼과 대화했다?5일 오전 방송된 MBC 예능프로그램 ‘신비한 TV 서프라이즈’(이하 ‘서프라이즈’)에서는 ‘노트르담 드 파리’ ‘레미제라블’로 유명한 프랑스의 대문호 빅토르 위고의 숨겨진 이야기가 전파를 탔다. 빅토르 위고 사망 후 38년 뒤인 1923년, 빅토르 위고를 연구하던 학자 구스타프 시몬은 그가 생전에 쓰던 노트를 발견했다. 노트에는 500장 분량으로 빅토르 위고가 직접 쓴 메모가 담겨있었다. 노트에는 빅토르 위고가 수많은 영혼과 나눈 대화가 기록돼 있었다. 기록에 따르면 빅토르 위고는 가족들과 저지 섬으로 망명을 갔다. 그러던 어느 날 그는 10년 전 잃은 딸을 만나기 위해 강령회에 참석했다. 그곳에서는 영혼에게 메시지를 전달하고, 테이블을 두드리는 방식으로 영혼과 대화를 나눴다. 빅토르 위고는 그곳에서 사망한 그의 딸 영혼이 나타났다고 믿었다. 그날 이후 강령술을 믿게 된 빅토르 위고는 매일같이 영혼들과 대화를 나눴다. 그는 노트에 날짜, 영혼의 이름, 대화 내용까지 자세히 적어 놓았다. 메모에 따르면 빅토르 위고는 셰익스피어의 영혼과 대화를 나눴고, 플라톤, 예수를 만나 삶과 죽음이라는 주제로 이야기했다. 이 외에도 성경에 등장하는 당나귀, 목성 외계인의 영혼과 만나 대화한 기록이 남겨 있다. 빅토르 위고는 갈릴레오 갈릴레이와 우주에 대해 토론하고, 모차르트가 나타나 음악을 작곡해줬다고도 기록했다. 구스타프 시몬으로 인해 이 같은 이야기가 책으로 탄생했다. 당시에는 이해할 수 없는 단어와 표현으로 가득해 그의 책은 큰 반향을 일으키지 못했다. 하지만 2008년, 존 챔버스라는 학자가 빅토르 위고의 책을 영어로 번역하고 현대적 해석을 덧붙여 출간했다. 그는 빅토르 위고의 노트에 당시엔 알 수 없던 홀로그램 우주론과 아인슈타인의 상대성이론이 등장했다고 주장했다. 그는 이처럼 영혼과 시대를 초월한 대화들이 빅토르 위고의 작품활동에 큰 영감을 줬다고 강조했다. 연예팀 seoulen@seoul.co.kr

독일의 철학자 카를 야스퍼스는 기원전 900년부터 기원전 200년까지를 인류 역사에서 ‘축의 시대’라고 불렀다. 세계의 주요 종교와 철학이 이 시대에 등장해 지금까지 인류 사상사의 중심을 이뤄왔기 때문이다.현대 과학, 특히 물리학 분야에서 20세기 초는 물리학 교과서에 등장하는 수많은 천재적인 과학자들이 쏟아져 나왔다. 현대 물리학의 양대 산맥이라고 할 수 있는 상대성이론과 양자역학까지 이 시기에 완성됐기 때문에 과학사학자들은 이때를 현대 과학의 ‘축의 시대’라고 평가한다. 특히 90년 전인 1927년 10월 24~29일 벨기에 브뤼셀에서 열린 ‘제5차 솔베이 회의’는 20세기 현대과학을 완성한 중요한 때 였다. 솔베이 회의는 ‘자연현상에 대한 이해를 확대하고 심화’시키자는 취지로 탄산나트륨의 대량생산법을 개발한 벨기에 기업가 어니스트 솔베이의 기부금으로 만들어졌다. 솔베이 회의라고 하면 흔히 물리학자들만의 모임으로 알고 있는데 정식 명칭은 ‘물리학과 화학을 위한 국제 솔베이 기구’로 물리학과 화학 분야에서 중요한 문제를 해결하고 토론하기 위해 1911년에 처음 열렸다. 1913년 2차 회의 이후에는 화학과 물리학 분야가 나뉘어 3년에 한 번씩 열리고 있다. 각 분야 최고 권위자들이 한자리에 모이는 세계 최초의 물리학 및 화학 학회인 솔베이 회의는 대중 강연과 관련 연구자들 간 토론의 장도 마련돼 있지만 원칙적으로는 ‘초청자만’ 참석할 수 있게 돼 있다.실제로 5차 솔베이 회의에 초청됐던 29명 중 17명이 노벨상을 수상했고 ‘퀴리부인’으로 알려진 마리 퀴리는 노벨 물리학상(1903년)과 화학상(1911년) 두 부분에서 수상했다. 이 때문에 과학저술가 J P 매키보이 박사는 5차 솔베이 회의 참석자들이 찍힌 사진을 두고 “아르키메데스, 케플러, 코페르니쿠스, 갈릴레이, 뉴턴, 패러데이, 맥스웰이 모두 모여 고전물리학의 발전을 기념하기 위한 사진 같다”고 말하기도 했다. 5차 회의 주제는 ‘전자와 광자’로, 양자역학이 만들어 낸 물리학의 위기를 어떻게 해결할 것인가가 핵심 논의사항이었다. 특히 하이젠베르크가 주장한 불확정성 원리와 양자이론에서 측정에 관한 역할, 파동함수 등 이른바 ‘코펜하겐 해석’이 맞는가에 대한 논쟁이 벌어진 것이다. 광전효과와 상대성이론을 만든 아인슈타인과 슈뢰딩거방정식을 만들어 낸 슈뢰딩거는 양자역학이 완성되는 데 무척 중요한 역할을 했지만 양자역학의 무작위성과 모호성에 거부감을 느꼈다. 아인슈타인이 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”고 한 말에서 볼 수 있는 것처럼 세계의 명료한 인과성과 연속적 실재성을 옹호했다. 특히 아인슈타인은 “양자역학이 높이 평가받아 마땅한 결과를 여럿 내놓고 있지만 아직 올바른 궤도에 들어서지는 못했다”고 평가하며 관찰자의 관찰행위에 따라 대상의 실제 상태가 바뀐다는 양자론의 모호성에 대해 강하게 반대했다. 결국 5차 솔베이 회의에서는 보어를 위시한 ‘코펜하겐 학파’의 주장이 받아들여졌다. 5차 솔베이 회의에 참석한 과학자들의 업적이 아니라면 현대인들의 삶은 여전히 19세기에 머물러 있을 것이라는 평가가 많다. 아인슈타인의 상대성이론은 우리와 전혀 상관없어 보이지만 위치확인시스템(GPS)의 기반이 되고 있다. 상대성이론에 따르면 빠르게 움직이는 물체의 시간은 상대적으로 느리게 흐르는데 GPS 신호를 보내는 위성의 시간도 지표면의 시간보다 느리게 흘러간다. 여기에 중력의 영향까지 받는다. 이런 속도와 중력효과를 상대성이론으로 바로잡아 주지 못한다면 차량 내비게이션의 순간 오차는 10m 이상 차이가 날 수 있다. 5차 솔베이 회의에서 승자가 된 양자역학도 현대인의 삶에서 중요한 역할을 하고 있다. 양자역학이 없었다면 반도체가 탄생할 수 없었으며 컴퓨터, 스마트폰, 레이저, 엘리베이터 출입문 개폐장치 등은 그저 SF소설이나 영화에서나 만날 수 있는 기술들이었을 것이다. 남순건 경희대 물리학과 교수는 “양자역학과 상대성이론은 현대 물리학의 핵심 기둥으로 인류의 세계관을 확장시켰다는 점에서 과학을 뛰어넘은 철학의 역할까지 하고 있다”고 말했다. 올해도 ‘생체의 물리학-생물학에서의 공간, 시간과 정보’라는 주제로 19~21일에 벨기에 브뤼셀에서 제27회 솔베이 물리학 회의가 열린다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

물리학상, 바이스 등 3인 수상 화학상, 저온전자현미경 3인 의학상, ‘생체시계’ 공로 3인 알베르트 아인슈타인의 ‘마지막 수수께끼’ 중력파의 실재를 확인해 우주의 신비를 한 꺼풀 벗긴 라이너 바이스(85) 미국 매사추세츠공과대(MIT) 명예교수와 배리 배리시(81) 캘리포니아공과대학(캘텍) 교수, 킵 손(77) 캘텍 명예교수가 노벨 물리학상을 수상했다.스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 지난 3일(현지시간) 수상자 발표 때 “중력파를 관측하는 데 성공해 우주 탄생과 진화 과정에 새로운 관점에서 접근할 수 있게 됐다”며 “천체물리학의 혁명”이라고 평가했다.바이스 명예교수 등은 대형 중력파 검출기 라이고를 통해 2015년 9월 14일 최초로 중력파를 검출했다. 중력파란 질량을 가진 물체가 움직일 때 중력의 영향으로 생기는 시공간의 일그러짐이 파도처럼 전달되는 현상으로 아인슈타인이 1916년 일반상대성이론에서 그 존재를 예측했었으나 직접 확인된 적이 없다. 4일 발표된 노벨 화학상은 ‘저온전자현미경’(Cryo-EM)을 개발해 신약개발·생화학 연구 발전에 결정적인 기여를 한 자크 뒤보셰(75) 스위스 로잔대 명예교수, 요아힘 프랑크(77) 미국 컬럼비아대 교수, 리처드 헨더슨(72) 영국 케임브리지대 교수에게 돌아갔다. 저온전자현미경이란 수분을 함유한 세포나 수용액에 존재하는 생체 고분자를 초저온 상태로 유지한 채 자연적인 상태로 관찰하는 전자현미경을 말한다. 기존 전자식 현미경에서는 강력한 전자선으로 인해 생물 시료가 손상돼 온전한 이미지를 얻는 데 어려움이 있었다. 지난 2일에는 제프리 C 홀(72) 미국 메인대 교수, 마이클 로스배시(73) 브랜다이스대 교수, 마이클 W 영(68) 록펠러대 교수가 노벨생리의학상 수상자로 선정됐다. 이들은 이른바 ‘생체시계’로 불리는 생물학적 주기 리듬을 조절하는 분자 메커니즘에 대한 발견 공로를 인정받았다. 강신 기자 xin@seoul.co.kr

올해 노벨물리학상은 아인슈타인이 1세기 전 주장한 중력파의 존재를 실제로 확인한 고급레이저간섭계중력파관측소(라이고·LIGO) 연구진에게 돌아갔다.스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 3일(현지시간) 라이너 바이스(85) 미국 매사추세츠공과대 명예교수와 배리 배리시(81) 캘리포니아공과대학(캘텍) 교수,킵 손(77) 캘텍 명예교수 등 3명을 올해 물리학상 수상자로 선정했다고 밝혔다. 라이고 연구진은 지난해 2월 공간과 시간을 일그러뜨린다는 ‘중력파’의 존재를 직접 측정 방식으로 탐지했다고 발표했다. 중력파의 간접 증거가 발견된 적은 있었으나,직접 검출이 이뤄진 것은 인류 과학 역사상 처음이었다. 아인슈타인이 꼭 100년 전인 1916년 일반상대성이론으로 예측한 바를 관측으로 입증한 이 발견은 우주 탄생을 이해하는 데 큰 구멍을 메워 줄 우리 시대의 가장 큰 과학 발견 중 하나로 꼽힌다. 노벨위원회는 ‘중력파’ 확인은 “세계를 흔들었던 발견”이라면서 수상자들은 이번 연구를 완성으로 이끌고 40년간 노력 끝에 마침내 중력파를 관측하는 데 성공했다고 밝혔다. 라이고 연구진이 처음 중력파를 탐지한 것은 2015년 9월 14일이다.당시 발견된 중력파는 태양 질량의 36배와 29배인 블랙홀 두 개로 이뤄진 쌍성이 지구로부터 13억 광년 떨어진 곳에서 충돌해 합쳐지는 과정에서 나온 것이었다. 라이고 연구는 1980년대에 바이스 명예교수와 킵 손 명예교수 등이 중력파를 검출하는 수단으로 처음 제안했다. 이후 거의 50년에 걸쳐 20여 개국 출신 1000여 명의 연구자들이 참여하는 공동 프로젝트로 발전해 중력파 확인이라는 쾌거를 이뤄냈다. 바이스는 이날 노벨위원회와 한 전화통화에서 수상소식을 전해 듣고 “(함께 고생한) 연구진 1000명의 성과를 인정한 것이라고 여기겠다”며 “그것은 40년에 걸친 아주 헌신적인 노력이었다”라고 밝혔다. 온라인뉴스부 iseoul@seoul.co.kr

우리가 흔히 ‘내비’라고 부르는 위성항법장치(GPS)를 상업적 용도로 널리 사용하게 된 것은 채 20년이 되지 않는다. 인공위성으로 위치를 확인하는 것은 옛날 범선이 하늘을 보고 망망대해에서 위치를 확인했던 방법과 같은 원리다. 해, 달, 별, 그리고 인공위성의 위치와 시간에서 관측자의 위치를 계산하는 것이다.차이점도 있다. GPS는 눈에 보이는 가시광선이 아니라 휴대전화나 라디오 등에서 쓰는 보이지 않는 전파를 이용한다. 전파를 보는 ‘눈’인 전파 안테나는 밤과 낮, 날씨에 상관없이 전파를 볼 수 있다. 낮에도 전파 안테나로 천체들이 잘 보이는 이유는 특별히 태양이 전파를 강하게 내지 않아 전파로 보면 낮도 하늘이 어둡기 때문이다. 날씨가 좋지 않아도 잘 보이는 이유는 전파는 구름을 잘 통과하기 때문이다. 전파로 본 하늘이 눈으로 본 하늘과 다르고 태양보다 밝은 천체도 여럿 있다는 것은 1930년대 칼 잰스키라는 전파공학자가 무선통신 연구 중에 처음 발견했다. 그의 발견에서 ‘전파천문학’이란 새로운 학문 분야가 탄생했고 그가 발견한 천체들은 지금도 중요한 연구 대상이다. 전파를 사용한다는 점 외에 GPS가 고전적인 방법과 다른 점은 인공위성이 높은 고도에서 빠른 속도로 지구 주위를 공전하며 발생하는 ‘상대성’ 문제 때문이다. 인공위성의 높은 고도와 빠른 속도 때문에 지표면에서 시간과 인공위성에서의 시간이 다르게 가는데, 아인슈타인의 일반 및 특수 상대성이론으로 이런 차이를 정밀하게 보정할 수 있다. 잰스키가 발견했던 초대형 블랙홀은 엄청난 중력과 그로 인해 만들어진 막대한 에너지로 상대성이론의 궁극적인 실험장이라 불린다. 이들은 이름과는 달리 엄청나게 밝아서 수십억 광년 혹은 그 이상 먼 곳에서도 잘 보인다. 이렇게 멀리 있으면서도 밝은 천체는 우주의 기준점으로 사용할 수 있다. 우주 저편에 있는 초대형 블랙홀을 기준으로 과학자들은 지구의 움직임과 변화를 정밀하게 측정하고 있다. 우주를 여행하는 우주선의 위치도 이런 블랙홀을 기준으로 ‘내비’하고 있다. 머지않아 인류는 화성에 발을 디디게 될 것이고 그보다 먼 심우주로의 여행도 우리에게 일상으로 다가오게 될 것이다. 그때는 지금의 GPS처럼 우주항법장치도 우리에게 익숙하고 ‘당연한’ 물건이 될 것이다. 인류의 삶을 더 나아지게 만든 큰 변화 중에는 이렇듯 물질과 우주의 근본을 이해하려는 노력에서 파생한 것들이 많다. 과학 그리고 과학자가 인류의 삶을 개선하고 인식을 확대하는 데 기여할 수 있도록 사회는 ‘격려’하고 ‘감시’할 권리와 의무가 있다. 그런 권리와 의무를 제대로 행사하지 못하는 사회에서 어떤 재앙이 일어날 수 있는지 우리는 역사에서 그리고 요즘도 보고 있다.

인류 역사를 들여다보면 부족 간의 작은 분쟁부터 세계 전쟁까지 크고 작은 분쟁이 많이 등장한다. 당연히 과학은 군사와 밀접한 관계를 가져왔고 수학도 예외는 아니다. 기원전 3세기에 알렉산드리아와 시라쿠사에서 활동했던 아르키메데스는 아테네 시대의 추상적이고 철학적인 전통에서 벗어나 반사경을 이용해 적의 군함을 불태웠고 돌을 날리는 기계를 발명했다.스코틀랜드의 마지막 여왕인 메리 여왕은 영국 왕위 경쟁자였던 엘리자베스 여왕에 의해 구금된 상태에서 결국은 반란 모의 혐의로 처형된 비극적인 사람이다. 그를 지지하며 세력을 규합하던 배빙턴과 암호화된 서신을 교환했는데, 이걸 엘리자베스 여왕 측에서 입수하고 해독에 성공하면서 벌어진 일이다. 암호론은 수학의 한 분야로 여겨지는데, 2차 세계대전 중에 앨런 튜링이 독일군의 에니그마 암호를 풀어서 전쟁의 향방을 바꾼 예가 자주 언급된다. 아인슈타인은 시공간을 다루는 특수상대성이론을 제안했는데, 이 이론의 유명한 결과물인 E=mc2는 질량이 에너지로 바뀔 수 있다는 뜻이다. 인류 문명을 영원히 비가역적으로 바꾸어 놓은 방정식이다. 무거운 원자핵에 큰 충격을 주면 가벼운 원자핵들로 갈라지는 핵분열 과정에서 일부 질량이 사라진다. 그러니까 무게 100인 원자핵이 무게 49짜리 두 개로 갈라지면서 사라진 무게 2가 무시무시한 에너지로 바뀌어 나온다. 반대로 가벼운 두 원자핵이 고온에서 합쳐져서 무거운 원자핵이 되는 핵융합에서도 사라진 일부 질량이 에너지로 바뀌어 나온다. 핵융합을 위해 필요한 엄청난 고온과 고압을 만들기 위해 핵분열 폭탄을 먼저 터트리는 방식을 쓰는데, 그래서 핵융합 무기를 열원자핵 무기라고 부른다. 수소폭탄이다. 인류 최초의 핵분열탄을 만들어 낸 맨해튼 프로젝트의 책임자는 물리학자 오펜하이머였고, 그 팀에는 물리학자 에드워드 텔러와 수학자 폰 노이만도 있었다. 세 사람은 개발 과정에서 상당히 다른 면모를 보였고 대량파괴 무기가 현실화된 이후의 행보도 매우 다르다. 문학적 재능을 보인 오펜하이머는 고전에 심취했고 산스크리트어 원어로 힌두 경전 바가바드기타를 읽고 암송하는 수준이었다. 인류의 첫 핵실험을 보고 나서 과학자의 사회적 책임에 관해 깊은 번민에 사로잡혔고, 전쟁 후에 반전 평화운동에 참여했지만 평탄치 않은 여생을 보냈으며 비극적인 가족사가 알려지기도 했다. 텔러와 가까웠던 노벨상 수상자 페르미는 맨해튼 프로젝트가 시작되기도 전에 ‘핵분열에 의해 유도되는 핵융합’ 개념을 제안했다. 여기에 몰두한 텔러 탓에 오늘날 사용되는 수소폭탄은 모두 텔러울람 설계의 변형으로 불린다. 1952년에 처음 실험에 성공한 수소폭탄은 액체 중수소 연료를 사용하는 바람에 무게가 70톤이 넘었고 TNT 1000만톤이 넘는, 즉 나가사키 원폭의 450배 이상의 파괴력을 보였다. 비행기나 미사일에 탑재하기 위해서는 경량화가 필수인데, 1960년대 고체 연료를 사용한 모델은 0.3톤 정도로 소형화됐다. 노이만은 수학의 전 분야에서 성취를 보인 천재 중의 천재였다. 맨해튼 프로젝트 및 수소폭탄 개발 과정에서 수학적 모델링을 맡았고, 컴퓨터를 개발해 복잡한 계산도 해냈다. 나치의 유대인 핍박을 경험한 탓에 전쟁 억지력의 필요에 공감했기 때문이지만, 같은 처지에서 평화운동에 뛰어들었던 아인슈타인과 대비된다. 줄기세포와 관련한 윤리 논쟁이나 독자적 판단 능력을 갖춘 인공지능에 대한 우려에서도 보듯이 과학의 가치중립성과 양면성 문제는 여전히 숙제로 남아 있다.

오는 21일(현지시간) 북미 대륙에서 펼쳐질 ‘역대 최고의 우주 쇼’를 앞두고 미국뿐만 아니라 전 세계가 들썩이고 있다. 이날 낮 미국에서는 서부 해안부터 동부 해안까지 미국 대륙 전체를 스쳐 지나가는 개기일식이 일어난다. 미국 항공우주국(NASA)은 이번 일식을 ‘그레이트 아메리칸 이클립스’(Great American Eclipse)라고 이름 붙이고 몇 달 전부터 대대적인 홍보에 나섰다.●똑같은 위치서 발생한 것은 375년만 지구 전체적으로 본다면 개기일식은 평균 18개월에 한 번 일어나는 천문 현상이지만 이번처럼 미국 본토 전체를 가로지르는 것은 1918년 이후 99년 만이다. 이번 일식은 1시간 30분 정도 지속된다. 태양면이 달에 완전히 가려지면서 깜깜해지는 하이라이트는 약 2분 40초 정도로 예상된다. 태양과 달, 지구가 일직선상에 놓여 달이 태양면을 가리며 생기는 천체 현상인 일식은 월식보다 자주 일어난다. 부분일식은 1년에 1~2번, 개기 일식은 1~2년에 한 번 정도 발생하는데 대부분 바다에서만 관측이 가능하기 때문에 일반인들이 일식을 관측하기란 쉽지 않다. 미국 본토를 가로지르는 일식은 99년 만이지만 정확히 이번 일식과 똑같은 위치에서 발생하는 것은 375년 만이다. 따라서 1776년 미국 독립 이후 첫 번째 관측되는 대규모 일식이다. 태양면이 100% 가려지는 개기일식이 시작되면 주위가 어두워지고 붉게 노을이 지며 햇빛이 가려지면서 밤이 된 것처럼 별도 볼 수 있게 된다. 태양빛이 가려지면서 기온도 곧바로 2~3도 정도 내려가고 해안이나 산악 지역 같은 경우는 5~10도까지 떨어지는 경우도 나타난다. 보기 드문 천문 현상인지라 나사 연구진은 물론 전 세계 과학자들도 미국 대륙 곳곳에서 동시다발적으로 관측에 나선다. 나사는 우주선 11대, 관측 비행기 3대, 풍선형 관측기 50여개 등 첨단 관측 장비를 총동원한다. 심지어 국제우주정거장(ISS)의 우주비행사까지 투입해 지상과 대기권, 우주에서 개기 일식을 입체적으로 관측할 예정이다. 나사TV는 생중계도 한다.한국천문연구원 우주과학본부도 미국으로 건너가 나사와 공동 관측에 나선다. 한국 관측팀은 미국 중서부 와이오밍주의 소도시인 잭슨에서 태양 코로나 관측을 담당하게 된다. 코로나는 태양 대기 가장 바깥층을 구성하는 부분으로 개기일식 때는 달에 가려지면서 그 둘레가 백색으로 빛난다. 태양의 실제 크기를 관측하거나 태양의 다양한 움직임을 관측하는 데 유용하다. 개기일식은 태양빛의 영향 없이 다른 천체를 관측할 수 있기 때문에 과학적 발견도 가능하게 해 준다. 시공간이 중력에 의해 휘어질 수 있다는 아인슈타인의 일반 상대성이론이 처음 입증된 것도 1919년 개기일식을 통해서다. 전문가들은 이번 개기일식 이후 수많은 관련 논문들이 쏟아져 나올 것으로 기대하고 있다. 나사는 일반인들의 과학 연구 참여 열기를 높여 ‘시민과학’도 활성화될 것으로 보고 있다. 시민과학은 전문가 영역으로만 여겨졌던 과학과 과학기술 정책에 일반인들이 직접 참여하도록 하는 것으로 유럽을 중심으로 일어나고 있는 일종의 과학 대중화 운동이다. 전문가들이 일반인들과 동떨어진 연구나 정책 결정을 내리는 것을 견제하기 위한 수단으로도 활용된다. ●NASA ‘일식 시민과학’ 프로젝트 나사의 이번 ‘일식 시민과학’ 프로젝트에는 미국 전역에서 수만 명의 일반인들이 참여한다. 각자 68개 팀으로 쪼개져 저마다의 관측 임무를 수행한다. 개기일식이 진행되는 동안 대기의 온도 변화를 측정하고 동물들의 움직임을 관찰해 기록하는 것이 주된 임무다. 일식 과정 중에 동물의 이상 행동에 대한 소문은 많지만 이에 대한 연구는 희박한 실정이다. 시민 참여를 통해 이런 연구가 본격화될 수 있을 것이라는 게 과학계의 기대다. 미국 국립태양관측소 소속 천문학자이자 시민과학 프로젝트를 이끌고 있는 매트 펜 박사는 “일반인들이 직접 과학 연구에 참여함으로써 실제 과학자들의 연구뿐만 아니라 시각장애인들에게 일식 경험을 체험하기 위한 애플리케이션 개발에도 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

독일과 체코의 한 천문학자 그룹이 우리은하 중심에 있는 초질량 블랙홀 근처의 한 성단 속에서 기묘한 움직임을 보이는 세 개의 항성을 관측했다고 9일(현지시간) 우주 전문 사이트 스페이스닷컴이 보도했다. 연구자들은 칠레에 있는 초거대망원경을 이용해 이 세 별이 블랙홀 주위에서 어떤 움직임을 보이고 있는가를 면밀히 추적했다. 이 중 하나의 별인‘S2’는 궤도에서 약간 벗어나는 움직임을 보이는데, 이는 상대성이론에 따른 효과일 것으로 연구자들은 보고 있다. 만약 이 관측 결과가 사실로 확인된다면, 아인슈타인의 일반상대성이론이 극단적인 상황, 곧 태양질량의 400만 배에 이르는 블랙홀이 만드는 엄청난 중력장에서도 유효하다는 것을 뜻한다. 일반상대성이론에 따르면, 거대 질량체는 주위의 시공간을 왜곡시키고, 빛의 경로는 왜곡된 시공간을 따라 휘어지며, 천체 역시 왜곡된 시공간에 의해 궤도를 약간 이탈하게 된다. “지금까지 이루어진 상대성이론에 대한 실험은 거의 태양을 대상으로 한 것으로, 태양질량의 1배 또는 기껏해야 2,3배를 넘지 못하는 질량체를 대상으로 한 실험이었다"고 설명하는 연구팀장 안드레아스 에카르트 쾰른 대학 실험물리학 교수는 “레이저 간섭계 중력파관측소(LIGO)에서 한 실험은 태양질량의 수십 배 정도였다”고 밝혔다. 연구팀이 관측한 세 별은 블랙홀에 너무나 근접해 있어서 광속의 1~2%나 되는 고속으로 움직이고 있었다. 세 별과 블랙홀이 거리는 겨우 지구-태양 간 거리의 100배(100천문단위)를 넘지 않은 것으로 밝혀졌는데, 이는 은하적인 스케일에서 보면 놀랄 정도로 근접한 것이라고 에카르트 교수는 설명한다. 참고로, 명왕성은 태양에서 평균 39천문단위 거리의 궤도를 돌고 있으며, 1천문단위는 약 1억 5000만㎞다. 이번 블랙홀 근접 항성들이 보이는 움직임을 정밀하게 관측한 것은 상대성이론 검증 사상 최초의 실험으로, 초질량 블랙홀 주변의 시공간이 굽어 있음을 보여주는 것이다. 그러나 아직 시공간의 왜곡 정도를 정확히 파악한 것은 아니라고 밝히는 에카르트 교수는 앞으로의 연구에서 보다 명확한 결론을 이끌어낼 수 있을 것으로 기대하고 있다. 다음 연구에서는 분광사진술을 이용해 S2 별의 움직임을 보다 정밀하게 파악할 계획이라고 한다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

# 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

어린 시절 온 식구가 빙 둘러앉아 밥 먹을 때 참 행복했던 것 같다. 네 다리 앉은뱅이 상을 펴고 접는 일은 오빠가, 행주로 닦는 일은 내 몫이었다. 그 시절에는 다들 그렇게 좌식 생활을 했다. 언제부터인가 의자가 생활 속으로 들어왔다. 의자 없이 살던 때와 비교하면 참 편하고 좋은 세상이다. 대부분의 사람은 컴퓨터 앞에 앉아 꼼짝없이 일과의 대부분을 지내는 것도 모자라 퇴근하면 또다시 소파에 앉아 TV 시청을 하며 시간을 보낸다. ‘의자 붙박이’ 삶이라 할 수 있다. 인간의 몸은 의자에 앉도록 설계되지 않았는데도 말이다. 의자 중독은 결국 ‘의자병’을 야기한다고 전문가들은 경고한다. 몸을 움직이지 않고 덜 걷고, 덜 운동하다 보니 비만, 요통, 당뇨병, 골다공증, 심장병 등을 불러들인다는 것이다. 어떤 이는 ‘1시간 앉을 때마다 기대 수명은 22분 감소한다’고 주장한다. 장수하려면 일단 의자를 멀리해야 한다는 얘기다. 오래 앉아 있으면 자연 뇌의 활동이 둔해지는 것도 문제다. 아인슈타인이 자전거를 타고 가다가 상대성이론을 생각해 냈다는 것도 우연이 아니다. 건강한 삶을 원한다면 의자부터 멀리하시길.

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

하이든이 그랬다던가? 모차르트의 죽음 소식을 듣고는 '앞으로 200년 안에는 그와 같은 천재는 나타나지 않을 거'라고. 모차르트가 죽은 지 올해로 꼭 226년이 흘렀다. 그의 말처럼 모차르트를 능가하는 음악가가 나타났다는 소식은 여전히 들려오지 않았다. 200년은 하이든이 너무 짜게 잡은 거로 판명난 셈이다. 모차르트는 구체적으로 어느 정도의 작곡가인가? 상대성이론으로 현대 우주론의 문을 활짝 연 아인슈타인은 그에 대해 이렇게 말했다. "나에게 죽음이란 더 이상 모차르트를 들을 수 없다는 의미이다." 바이올린으로 모차르트를 즐겨 연주했던 아인슈타인은 그 말로도 모자랐던지 이런 말까지 덧붙였다. "'모차르트의 음악은 너무나 순수하고 아름다워서 우주 자체의 내적 아름다움을 반영한 것 같이 보인다."​ 음악가 중에서는 차이코프스키만큼 모차르트를 사랑했던 사람도 드물 것이다. 그에게 있어서 모차르트는 어떤 작곡가와도 비교되지 않을 정도로 위대한 존재였다. 그에게 있어 모차르트는 거의 종교적 숭배의 대상으로, 이런 말을 한 적도 있다. “모차르트는 너무나 천사와 같은 존재, 아이처럼 순수한 존재였다. 그의 음악에는 도달할 수 없는 숭고한 아름다움이 맺혀 있어서 예수처럼 숨 쉬는 이가 있다면 그 사람이 바로 모차르트일 것이다. 모차르트 음악에서 음악적 아름다움이 도달할 수 있는 완벽함의 최정상에 이르게 된다는 게 내 절대적인 확신이다.” 그러고 보니 예수와 모차르트는 34살의 나이로 생을 마감했다는 공통점이 있다. 같은 작곡가 리하르트 슈트라우스는 살아 생전 모차르트에 관한 글쓰기를 일절 거부했다. '숭배하는 존재에 대해 뭐라 말하는 것은 신성모독이 될 수 있기 때문'이라는 이유였다. 하지만 우리 부부는 새해 첫날 아침 밥상머리에서 모차르트를 얘기했다. 단촐한 아침식탁 앞에 앉아 식사를 하는데 모차르트의 호른 협주곡 1번이 흘러나오고 있었다. 그가 죽은 해에 쓴 곡이다. 호른의 고운 음색을 타고 천의무봉한 멜로디가 감미롭게 달려간다. 때로는 기쁨이, 때로는 쓸쓸함이 느껴지는 가락. 특히 1번곡 2악장 론도 알레그로는 경쾌하게 흘러가면서도 쓸쓸한 느낌이 묻어나는 가락이다. 가을걷이 다 끝난 텅 빈 들녘 같은 쓸쓸함. 나는 그 곡을 들으면 늘 가을 들녘길을 홀로 가는 사람의 쓸쓸한 뒷모습이 떠오르곤 한다. 그 노래가 주는 위안은 다른 어떤 것도 대신할 수 없는 것이었다. 음악이란 위대한 것. 200년도 더 전에 죽은 모차르트가 20세기를 사는 한 인간에게 이런 큰 위안을 주다니. 모두 4번까지 있는 모차르트의 호른 협주곡 테이프를 리와인드로 하루종일 수십 번 듣고 또 들으며 고통스러웠던 한 시기를 보낸 적이 있다. 생각해보면 모차르트에게 큰 신세를 진 셈이다. 그런 연유로 그 호른 협주곡만 들리면 귀는 쫑긋 서고 만감이 교차함을 느끼게 된다. 식사하다가 아내에게 불쑥 말했다. "여보, 나 죽을 때 저 곡 좀 틀어주라." 경쾌해서 임종 자리에는 안 어울린다고 생각하는 사람이 있을지 모르지만 그게 뭔 대수랴. 나 역시 모차르트의 레퀴엠을 좋아하지만, 나의 임종 자리에서 그 곡을 듣고 싶진 않다. 그런 곡은 오히려 '삶의 한가운데 있다고 자부할 때'(*) 들어야 하는 곡이 아닐까. 메멘토 모리(memento mori·죽음을 기억하라) 아내가 잠시 동안 잠자코 있더니, "저 곡이 몇 분짜리였지?" 하고 묻는다. "한 8~9분. 2악장이니까." "그럼, 그동안 안 죽으면?" "4번까지 있으니까 계속 틀어. 그럼 한 시간쯤 걸릴 거야. 그 동안이면 죽겠지 뭐." "알겠어!! 꼭 틀어줄게. 그런데 나보담 먼저 죽진 마.” “흐…” 나의 임종은 아마 그런 대로 행복할 것이다. 그런데 그 뒤에 이어진 얘기는 시쳇말로 좀 깬다. "여보, 근데 저 모차르트 좀 봐. 내기 당구로 엄청 빚을 졌대." CD 상자의 모차르트 초상화를 보며 말했다. "응, 당구 못 치게 생겼어." "내 바둑 실력 정도 됐나 봐. 내가 내기 바둑 두면 엄청 깨질 수준이거든." "주제는 잘 아시네. 후후." 모차르트가 진 빚은 당시 그의 연봉 4,5년치는 됐다고 한다. 1억 넘는 연수입이었다니, 빚이 5억은 넘은 셈이다. 물론 다 노름빚은 아니었고, 개중에는 아내 콘스탄체의 사치와 모차르트의 못 말리는 과소비도 한몫을 했다고는 한다. 어쨌든 그의 만년은 늘 빚에 허덕이는 삶이었다. 실제 영화 '아마데우스'에도 그런 풍경이 더러 비친다. 나는 이걸 그의 아내 탓이 크다고 본다. 그녀는 모차르트가 하숙하던 집 둘째딸이었다. 사실 모차르트는 첫째딸을 좋아했지만, 딱지맞고, 하숙집 아줌마의 덫에 걸려 '후순위 채권'을 덜컥 물었던 것이다. 세상 풍파 다 겪은 노회한 여자가 순진한 젊은 사내 하나 요리하기란 식은죽 먹기였을 것이다. 충동구매의 후유증은 이내 나타났다. 모차르트는 아내와 금실이 별로 좋지 않았다. 당연히 아내로부터 따뜻한 사랑을 받지 못했다. 남자가 여자로부터 따뜻한 사랑과 보살핌을 제대로 못 받으면 반드시 엉뚱한 짓을 하게 마련이다. 세상에 사고 치며 돌아다니는 사내들 뒤에는 대략 그런 여자가 있다고 본다. 그 역도 성립하는 듯싶고. 모차르트의 경우 그게 도박 당구였다. 인생에 낙이 없는 사람들이 흔히 잘 빠지는 코스다. 모차르트는 34살에 죽어서 공동묘지에 묻혔는데, 콘스탄체는 아파서 남편 장례식에도 참석하지 못했다. 그래서 우리는 인류 최고의 음악천재가 어디에 묻혀 있는지 아직도 잘 모르고 있다. 지금까지 길게 말한 요지는 바로 세상의 남정네들이 아내와의 금실 강화에 매진해야 하는 이유다. 내가 이 정도나마 사람 구실 하며 사는 것도 다 아내 덕이란 걸 잘 안다. 아내가 없었다면 출판이라는 그 아비규환에서 생환하기 어려웠을 것이다. 요즘도 아내를 볼 때 가끔씩 생각한다. 이 여자와 얼굴 마주보며 같이 살 날도 따져보면 그리 많이 남지 않았구나. 머지않아 어느 고요한 저녁을 아내 없이 나 혼자, 또는 나 없이 아내 혼자 맞는 날이 오겠지. "머지않아 헤어질 것들을 열렬히 사랑하라."(**) *릴케의 시 '終曲'의 한 부분. 전문은 다음과 같다. '죽음은 참으로 위대하다./ 우리들은/ 웃고 있는 그의 입./ 우리가 삶의 한가운데 있다고 자부할 때/ 그는, 갑자기/ 우리들 속에서 울기 시작한다.' **셰익스피어 소네트 73 중. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com

비행기 원리·빅뱅·파동이론 등 지금까지 유효한 역학 법칙 실려 ‘지적 보폭 가장 큰 산물’ 극찬 세계에서 가장 비싼 몸값, 올해 나이 330살.영국의 불세출 과학자 아이작 뉴턴(1642~1727)이 쓴 ‘프린키피아’가 그 주인공입니다. 1687년 영국 왕립학회에서 출간된 ‘프린키피아’의 원래 제목은 ‘자연철학의 수학적 원리’라는 다소 긴 이름입니다. 330살을 코앞에 둔 지난달 14일 ‘프린키피아’는 전 세계의 이목을 집중시켰습니다. 미국 뉴욕에서 열린 크리스티 경매에서 첫 번째 유럽판이 370만 달러(약 44억원)에 낙찰됐다는 소식 때문입니다. 제임스 2세에게 선물한 영국판 ‘프린키피아’도 2013년 경매에 나와 250만 달러에 낙찰돼 가장 비싼 과학책이라는 명성을 얻었는데 이번에 다시 한번 그 기록을 뛰어넘은 것입니다. 뉴턴이 쓴 수기 원고와 1687년에 나온 첫 번째 인쇄본(초판본)은 영국 왕립학회에서 국보급 유물로 지정해 보관하고 있습니다. 상대성 이론을 발표해 뉴턴이 만든 고전물리학의 세계를 뒤집었다는 평가를 받는 알베르트 아인슈타인도 ‘프린키피아’를 두고 “인류가 만든 것 중에서 지적 보폭이 가장 큰 산물”이라고 극찬을 하기도 했습니다. 총 3권으로 구성된 ‘프린키피아’는 1684년 뉴턴이 왕립학회에 제출한 ‘물체의 궤도 운동에 관하여’(De motu corporum in gyrum)라는 짧은 논문에서 시작됐습니다. 이 논문은 평소 가깝게 지내던 천문학자 에드먼드 헬리(헬리혜성의 발견자)가 ‘거리의 제곱에 반비례하는 힘이 행성에 작용할 때 행성의 궤도가 어떻게 되겠느냐’는 질문에 대한 답이었습니다. 타원궤도와 케플러의 2, 3법칙을 수학적으로 깔끔하게 증명한 논문을 본 헬리는 너무 놀라 역학과 천문학 전반을 정리한 책을 집필해보라고 강하게 권유했고 자신이 직접 원고를 교정하는 한편 자신의 지갑까지 털어서 출판비용을 댔다고도 합니다. 이렇게 나온 ‘프린키피아’ 1권에는 관성의 법칙, ‘F=ma’로 알려진 가속도의 법칙, 작용-반작용 법칙 등 힘을 받는 물체의 운동 궤적을 계산하는 방법이 실려 있습니다. 2권에는 저항이 있는 공간에서 물체의 움직임을 다루면서 그때까지 과학계를 지배해왔던 데카르트 이론이 틀렸음을 증명했습니다. 마지막 3권에는 뉴턴 하면 가장 먼저 떠오르는 ‘만유인력’을 이용해 행성의 궤도와 주기, 지구의 조수간만에 이르기까지 광범위한 현상을 설명하고 있습니다. 사실 ‘프린키피아’는 쉽게 읽히는 책은 아닙니다. 당시 최첨단 수학인 미적분과 극한의 개념을 적용해 지금 봐도 책의 완성도가 높기 때문입니다. 수학적 완성도는 차치하고서도 ‘프린키피아’에서 주목해야 할 부분은 아리스토텔레스에서 데카르트에 이르기까지 당대 과학과 철학을 지배하고 있던 논의 자체를 대체했다는 것입니다. 특히 데카르트까지는 형이상학과 요즘 과학이라고 불리는 자연철학을 구별하지 않고 함께 다루었지만 뉴턴은 여기서 자연철학만 빼내 논의함으로써 과학이 독자적인 길을 걸을 수 있게 만들었다는 데 큰 의미가 있습니다. 많은 과학자들이 ‘프린키피아’에서 가장 주목해야 하는 부분은 2권에 나오는 가속도의 법칙이라고 합니다. 이 법칙은 아인슈타인의 상대성이론으로 뉴턴 역학체계 전체가 뒤집히는 과정에서도 바뀌지 않고 살아남았습니다. 실제로 가속도의 법칙은 비행기가 뜨는 기본 원리인 베르누이 정리도 그렇고 빛의 파동이론, 쓰나미, 혈액의 흐름, 빅뱅에 이르기까지 다양한 곳에서 여전히 적용되고 있기 때문이지요. 사실 뉴턴은 독특하고 이상한 생각을 많이 하는 괴짜 과학자였습니다. 괴짜들의 생각은 사회적 통념을 벗어나는 경우가 많습니다. 매년 10월 노벨과학상 수상자를 기대하는 우리나라에서는 이런 괴짜들의 생각을 받아들일 수 있는 사회적 그릇이 만들어져 있을까요? 먼저 생각해야 할 부분입니다. edmondy@seoul.co.kr

2016년 병신년(丙申年) 한 해가 몇 시간 남지 않았다. 올 한 해를 뒤돌아보면 누구나 절로 ‘다사다난’(多事多難)이라는 단어를 떠올릴 정도로 많은 일들이 있었다. 좁은 영토에 수천만명이 살아가는데 어느 한 해건 별 일 없이 지나간다는 것은 불가능할 것이다. 과학계도 올 한해는 많은 일이 있었다. 우선 2월 말 전 세계 1000명이 넘는 연구자들로 구성된 ‘고급 레이저 간섭계 중력파관측소’(라이고·LIGO) 연구단이 지난해 9월 지구에서 13억광년이 떨어진 곳에서 각각 태양 질량의 36배와 29배인 블랙홀 2개가 합쳐지면서 발생한 중력파를 탐지했다고 밝혔다. 100여년 전 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 예측됐지만 실제로 관측된 것은 이번이 처음이었다. 한 달 가량 뒤에는 서울에서 바둑천재 이세돌 9단과 구글 딥마인드의 인공지능(AI) ‘알파고’가 세기의 대결을 벌였다. 이세돌 9단이 근소한 차이로 승리를 할 것이라는 예측을 깨고 알파고는 4대 1이라는 압도적인 승리를 거두면서 인공지능 발전사에 한 획을 그었다. 이외에도 지구와 가장 가까운 지구형 행성 ‘프록시마b’의 발견, 지난 9월 한반도 최대 규모의 경주지진 발생 등 다양한 사건이 있었다. 교양과학의 전성시대 열렸나 노벨문학상 수상자가 발표되면 출판계는 발 빠르게 수상자의 작품들을 새로 출간하거나 예전에 나왔다가 절판된 것들을 복간하기도 한다. 한 해 동안 과학기술계에 다양한 일들이 있었던 덕분에 예전과 달리 신간 코너 전면에 과학책들이 배치되는 경우도 잦아지고 있다. 2010년대 초반에는 자기개발서나 힐링 관련 책, 2~3년 전부터 얼마 전까지는 인문학 관련 책들이 베스트셀러와 신간의 자리를 굳건히 지켜왔다. 그렇지만 지난해 중반을 전후해 과학책들이 쏟아져 나오고 있다. 출판계와 대중들의 과학책에 대한 관심은 2014년부터 조짐이 보이기 시작했다는 분석이다. 2014년 말 아인슈타인의 상대성이론을 비롯한 현대 우주론을 소재로 만든 영화 ‘인터스텔라’가 SF영화로는 드물게 국내에서 1000만 관객을 돌파했다. 또 지난해에는 화성 탐사와 관련한 영화 ‘마션’이 개봉됐다. 이에 ‘인터스텔라의 과학’ 등의 제목을 붙인 교양물리학 서적이 쏟아져 나왔고 영화 ‘마션’의 원작 하드SF소설 ‘마션’이 번역 출간되기도 했다. 여기에 최근 사회적으로도 상상할 수 없을 정도로 불합리하고 비논리적인 사건들이 자주 일어나면서 이성과 합리성, 논리적 구조를 대표하는 과학에 대중들이 관심을 갖게 된 것이라는 분석도 있다. 올 초부터 ‘중력파, 아인슈타인의 마지막 선물’, ‘김대식의 인간 vs 기계’, ‘김상욱의 과학 공부’, ‘세상물정의 물리학’ 등 다양한 국내 저자의 과학교양서가 쏟아져 나와 과학적 지식을 전달하는데서 한 걸음 더 나아가 과학으로 사회와 인간을 바라보는 관점을 제시했다는 평가까지 받고 있다. 실제 양적으로도 지난해에 비해 20~30% 정도 성장했다는 분석도 있다. 그렇지만 자세히 살펴보면 여전히 아쉬운 점이 많다. 한 인터넷 주간, 월간, 연간 베스트셀러 20권 내에는 과학책이 한 권도 포함돼 있지 않다. 또 과학 분야 월간 및 연간 베스트셀러 1, 2위는 몇 년째 1980년대에 출간된 칼 세이건의 ‘코스모스’, 1976년에 나온 리처드 도킨스의 ‘이기적 유전자’가 차지하고 있다. 최근 과학책들이 선전을 펼치고 있지만 그동안 워낙 과학 출판 환경이 척박하다보니 나온 책도 적을 뿐만 아니라 독자들의 선택에 영향을 미치는 대학과 기관들의 ‘과학도서’ 추천목록도 변하지 않고 있다는 것도 상당히 영향을 미치고 있다. 여전히 번역서가 대부분…국내 저자 발굴 시급 서점에서 과학이나 공학 코너를 눈여겨 본 이들이라면 새로운 교양과학책들이 쏟아져 나오고는 있지만 대부분이 외국서적들의 번역본이라는 것을 알 수 있다. 올해는 특히 많은 국내 과학자들이 교양 과학서 저자로 전면에 나섰다고는 하지만 여전히 부족하다는 것이 출판계의 시각이다. 번역서는 선인세와 번역비 등 초기 비용이 많이 들어가기는 하지만 저자의 폭이 넓고 좋은 컨텐츠가 많다는 장점이 있다. 장기적 시각에서 본다면 베스트셀러나 스테디셀러로 자리잡을 가능성이 높기 때문에 품을 많이 들어 국내 저자를 찾아 헤메는 것보다는 좋은 컨텐츠의 외국책을 번역하는 것이 영세한 국내 과학출판계 입장에서는 훨씬 낫다는 것이다. 최근 다양한 과학책을 펴내 호평을 받고 있는 동아시아 한성봉 사장은 “우리 사회에서도 인문·사회학적 지식과 사유로 무장한 과학자들이 많이 등장하고 있다”며 “아무래도 한국독자들에게 과학기술인들의 시각과 자세, 표현을 좀 더 쉽고 총체적으로 보여줄 수 있는 것은 한국인 저자일 수 밖에 없다”고 설명했다. 한 사장은 “국내 저자의 확보는 교양과학 분야에서 문화적 다양성과 함께 교양과학의 읽을거리 확보 차원에서 우리나라 출판계가 일정 부분 담당해야 할 의무가 있다”고 강조했다. 그는 출판계는 다른 어떤 분야보다 경쟁이 치열한 만큼 좋은 콘텐츠가 아니면 살아남을 수 없는 만큼 국내 저자 확보가 국수주의적 입장이라고 봐서는 안된다고 경계했다. 지금까지는 과학자는 실험실에서 벗어나서는 안된다고 경계하는 분위기가 강했지만 최재천 이화여대 교수를 비롯해 이덕환 서강대 화학과 교수, 정재승 카이스트 교수 등 대중의 과학 이해에 나선 선도적 과학자들 덕분에 분위기가 달라지고 있는 분위기다. 이 때문에 교양과학 서적 분야에서 국내 저자의 모습이 더 많이 보일 것이라는 예측이 나오고 있다. [참고] 연말연시를 맞아 읽어볼만한 과학책들 연말연시를 맞아 가벼운 마음으로 쉽게 읽을 수 있는 과학책들 몇 권을 추천한다. 과학책은 교양수준에서 잘 설명한 것, 한 주제를 깊이있게 다룬 것, 다른 학문을 융합해 접근한 것 등 크게 세 부류로 나눌 수 있다. 전문가들은 과학책을 처음 접하는 사람은 과학을 친절하게 설명한 교양서로 시작하는 것이 좋다고 한다. 중력파, 아인슈타인의 마지막 선물(오정근, 동아시아) 틀리지 않는 법(조넌 엘렌버그, 열린책들) 인공지능과 딥러닝(마쓰오 유타카, 동아엠앤비) 면역에 관하여(율라 비스, 열린책들) 리처드 도킨스 자서전 1·2(리처드 도킨스, 김영사) 사이언스 빌리지(김병민, 동아시아) 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

2016년은 과학계에 풍성한 이야깃거리가 만들어진 한 해였다. 2월에는 ‘중력파’ 검출로 아인슈타인 100년의 수수께끼가 풀렸다는 소식이 들려왔다. 곧이어 바둑 고수와의 대결에서 압승을 거둔 인공지능 부상의 현장을 놀라움과 두려움의 시선으로 지켜보게 됐다. 11월에는 괴짜 기업가 도널드 트럼프가 미국의 제45대 대통령으로 당선되는 이변도 있었다. 전 세계 과학기술 분야의 정책 방향을 직간접적으로 좌지우지하는 미국 대통령이 된 트럼프는 선거운동 기간 내내 과학분야에 대한 무관심과 무지로 일관했다. 그의 당선으로 전 세계 과학계는 ‘시계(視界) 제로(0)’ 상태에 빠졌다. 2017년 전 세계 과학계에는 어떤 일이 일어날까. 세계적 과학학술지 ‘네이처’는 최근 ‘2017년 우리가 주목해야 할 과학 이벤트’를 선정해 발표했다. 네이처는 지난해에 이어 올해도 ‘기후변화’와 관련한 이슈들을 가장 주목해야 할 사건으로 꼽았다. 미국의 차기 대통령 트럼프는 오바마 정부의 지구 온난화 방지 약속을 철회하고 지난해 합의돼 올해 114개국이 발효한 파리기후협정을 탈퇴하겠다는 뜻을 내비쳤다. 미국 기후변화 정책이 중대 기로에 섰다는 이야기가 나오는 이유다. 더군다나 최대 온실가스 배출국으로 지목받고 있는 중국 정부가 내년 하반기부터 탄소배출권 거래제도를 전면 시행하기로 결정하면서 탄소배출량도 감소세로 돌아서게 되면 전 세계 기후변화 정책의 주도권이 중국으로 넘어갈 가능성이 높다고 네이처는 전망하기도 했다. 게다가 트럼프는 대선 운동기간 내내 과학에 대한 ‘무관심’ 아니면 ‘돈 되거나, 안 되거나’라는 이분법적 잣대를 강조하면서 전 세계 과학계의 우려를 증폭시켰다. 실제로 미국 항공우주국(NASA)의 기후 연구나 심우주 탐사처럼 과학적 호기심 차원에서 접근하는 연구 예산은 삭감하고 우주운송 같은 사업분야에 집중해야 한다고 주장하는가 하면 인간배아줄기세포 연구 금지를 시사하기도 했다. 대통령으로 취임하는 2017년이 되면 그의 한 마디, 트윗 한 줄에 전 세계 과학기술계가 요동칠 수 있을 것으로 보인다. ●중국 무인 달탐사선 ‘창어’ 5호 발사 내년은 우주과학 및 천문학계에서 중요한 한 해가 될 것이라고 네이처는 전망했다. 중국 국가항천국(CNSA)은 2017년 상반기 중에 무인 달탐사선 ‘창어’(嫦娥) 5호 발사를 예정하고 있다. 주요 임무는 달에서 2㎏가량의 암석과 토양을 채취해 지구로 귀환하는 것이다. 중국 달 탐사 계획 3단계에 해당하는 창어 5호의 임무 성공은 달의 형성과 진화 과정을 밝혀내는 데 중요한 역할을 하게 될 것이다. 또 1997년 10월 발사돼 2004년 토성 궤도에 진입한 토성 탐사선 ‘카시니호’는 이달 초 토성고리 근접 접근에 성공했고 내년 3, 4월에 토성 상층 대기의 정밀한 정보를 지구로 전송하는 ‘그랜드 파이널’ 임무를 완수한 다음 충돌해 역사 속으로 사라지게 된다. 전 세계 9개의 대형 전파망원경을 하나로 묶어 지구 지름보다 약간 작은 지름 1만㎞의 단일망원경 시스템으로 구성한 ‘이벤트 호라이즌 망원경’(EHT)이 내년 4월 세계 최초로 은하수 중심에 있는 거대질량 블랙홀을 직접 촬영하게 된다. ‘사건의 지평선’이라고 불리는 이벤트 호라이즌은 아인슈타인의 일반상대성이론에서 예측한 존재로 블랙홀의 중력이 빛과 물질의 탈출을 막는 시공간의 경계선을 말한다. 블랙홀 촬영에 성공한다면 일반상대성이론을 실증하고 베일에 싸여 있는 블랙홀의 움직임을 영상으로 보면서 설명이 가능해질 것으로 예상되고 있다. ●‘플래닛 나인’ 연말쯤 정체 드러날 듯 ‘플래닛 나인’으로 불리는 태양계 9번째 행성의 정체도 내년 연말쯤에 드러날 것으로 전망됐다. 올 1월 미국 캘리포니아공대(칼텍) 연구진은 지구 질량의 10배, 크기는 3.7배가 되며 태양을 2만년 주기로 공전하는 9번째 태양계 행성의 가능성을 발표했다. 이 플래닛 나인은 명왕성이 있는 카이퍼벨트 영역에 존재하며 내부는 얼음으로 꽉 찬 ‘얼음 행성’으로 추정되고 있다. 아직 지구에서 관측된 적은 없지만 내년 12월 NASA에서 발사할 예정인 외행성관측위성(TESS) 망원경으로는 관측이 가능할 것으로 보인다. 이 밖에도 최첨단 유전자 교정기술인 크리스퍼 유전자 가위 기술을 둘러싼 특허 소송, 양자컴퓨터 기술의 상용화를 앞당길 수 있는 실험, 면역세포를 이용한 세계 최초의 암치료제 출시 등도 우리가 관심을 가져야 할 과학적 사건으로 꼽혔다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

올 한 해 과학계도 다사다난하기 그지없다. 새해 벽두부터 천재 물리학자 알베르트 아인슈타인이 100년 전 예측한 중력파가 검출되면서 전 세계 과학계를 흥분시켰다. 이어 바둑천재 이세돌 9단과 구글 딥마인드의 인공지능(AI) 알파고가 벌인 대결은 전 세계인의 관심을 집중시켰다. 올해 과학계를 뜨겁게 달군 ‘2016년 과학 10대 뉴스’를 꼽아봤다. ① 국제 연구진 중력파 발견 미국과 한국, 독일 등 13개국 1000여명의 연구자로 구성된 ‘고급 레이저 간섭계 중력파 관측소’(라이고) 연구단은 올 1월 중력파 탐지 결과를 발표했다. 1916년 아인슈타인은 일반상대성이론에서 중력의 정체를 시공간의 뒤틀림으로 봤고, 중력장에 따른 파동인 중력파도 존재할 것으로 추정했다. 지난해 9월 지구에서 13억 광년 거리에서 태양 질량의 29배, 36배인 블랙홀 2개가 합쳐지면서 만들어낸 중력파를 관측했다. 아인슈타인의 주장이 꼬박 100년 후 과학적으로 입증된 것이다. ② 이세돌 vs ‘딥러닝’ 알파고 3월 초 서울에선 세기의 대결이 있었다. 이세돌 9단과 구글 AI 알파고의 대국이다. 알파고는 프로기사들의 기보를 바탕으로 스스로 학습하는 ‘딥러닝’ 기술로 바둑을 익혔다. 알파고가 4대1로 압도적 승리를 거둔 이 대국은 ‘인공지능 발전사에 한 획을 긋는 사건’으로 평가된다. ③ 사상 최악의 폭염 미국 국립해양대기관리청(NOAA)과 항공우주국(NASA)에 따르면 올해는 연초부터 매달 관측 이래 사상 최고 기온 기록을 갈아치웠다. 올여름 미국 48개주에선 평균 기온이 32도가 넘는 이상고온 현상을 보였고, 동남아시아는 44.6도를 넘는 기록적 폭염과 가뭄에 시달렸다. 우리나라도 7~8월 전국이 폭염과 열대야로 들끓었다. ④ 파리기후변화 협약 협정 발효 지난해 12월 프랑스 파리에서 열린 제21차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP21)에 197개국이 참여해 ‘지구온도 상승을 2도 이내로 억제하고 1.5도로 제한하기 위해 노력하겠다’는 목표에 합의했다. 21세기 말 ‘온실가스 순배출량 제로(0)’를 목표로 한 파리기후변화협정은 지난 11월 초에 발효됐다. ⑤ 4대강 사업지역 녹조 발생 올여름 무더위가 빨리 시작되면서 4대 강 사업 지역인 낙동강, 영산강, 금강, 한강 유역에서 그 어느 때보다 심각한 녹조가 발생했다. 주로 여름철에 발생하는 녹조가 봄과 가을에도 나타나면서 오염이 특히 심각한 4급수에서나 사는 실지렁이나 큰빗이끼벌레 등이 출현하기도 했다. 낙동강, 한강 등 식수원 오염 문제가 심각하게 제기됐다. ⑥ 포켓몬고…VR·AR 주목 지난 7월 나온 증강현실(AR) 게임 ‘포켓몬고’는 출시되자마자 전 세계를 강타했다. 출시 5개월이 지난 12월 초 포켓몬고를 하는 이들이 걸은 거리는 지구 20만 바퀴에 달한다. 가상현실(VR)과 증강현실 기술에 대한 관심도 높아졌다. ⑦ 한국인 유전체 지도 완성 지난 10월 서울대 의대 서정선 교수와 생명공학기업 마크로젠, 11월에는 울산과학기술원(UNIST) 게놈연구소 박종화 교수팀이 가장 정밀한 한국인 맞춤형 표준 유전체(게놈) 지도를 처음 만들었다. 한국인의 유전질환이나 각종 질병에 대한 연구와 신약개발에 가속도가 붙을 것으로 전망된다. ⑧ 혈액기반 치매조기진단 기술 지난 2월 한국과학기술연구원(KIST) 연구진은 혈액 몇 방울만으로도 알츠하이머 치매의 발병 가능성을 조기에 진단할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발해 주목받았다. 현재는 인지기능검사, 뇌영상 검사 등으로 진단을 하는데 정확도가 떨어질 뿐만 아니라 비용도 많이 든다는 단점이 있다. ⑨ 외계행성 ‘프록시마b’ 발견 지난 8월 영국 퀸메리대 길렘 앙글라다, 에스쿠데 교수팀은 지구에서 4.2광년(약 40조㎞) 떨어진 ‘프록시마 켄타우리’ 주변을 11.2일 간격으로 공전하는 외계행성 ‘프록시마 b’를 발견했다. 질량과 구성 성분이 지구 환경과 가장 유사한 행성으로서 학계의 주목을 받았다. ⑩ KIST 설립 50주년 KIST는 선진 기술을 빨리 받아들여 우리 것으로 만드는 ‘빠른 추격자’ 전략을 도입해 경제성장을 이끌어 왔다. 추격형 전략에서 벗어나 선도형 과학혁신 체계로 개선이 시급하다는 주문이 나온다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

'스피노자의 신' 상대성이론을 만들어 세계를 보는 인류의 시각을 극적으로 바꿔놓은 20세기 최고의 과학 천재 앨버트 아인슈타인. 이 최고의 과학자가 과연 신이란 존재에 대해 어떻게 생각할까 하는 것은 사람들의 커다란 관심사였다. 과연 아인슈타인은 신을 믿을까? 만약 신을 믿는다면 그 신은 어떤 신일까? 이런 궁금증을 참지 못하고 마침내 아인슈타인에게 단도직입적으로 돌직구를 날린 사람이 나타났다. 질문은 전보문으로 날아들었다. 1929년 미국 뉴욕의 유대교 랍비인 골드슈타인이 아인슈타인에게 전신으로 보낸 질문은 다음과 같다. “당신은 신을 믿습니까? 50단어로 답해 주십시오. 회신료는 선불되었습니다.” 이 질문에 대해 아인슈타인은 독일어 25단어로 된 다음과 같은 답장을 보냈다. “나는 존재하는 모든 것의 법칙적 조화로 스스로를 드러내는 '스피노자의 신'은 믿지만, 인류의 운명과 행동에 관여하는 신은 믿지 않습니다." 아인슈타인은 위의 전보문 내용을 어느 편지에서 더욱 자세하게 부연 설명했는데, 다음과 같은 내용의 신관이다. "두 종류의 신이 있다. 우리는 굉장히 과학적이어야 하고, 정확한 정의를 내려야 한다. 만약 신이 우리와 함께 하는 인격적 신이라면, 그리고 바닷물을 가르고 기적을 보이는 신이라면, 나는 그러한 신은 믿지 않는다. 크리스마스에 자전거를 사달라는 ​기도를 들어주시는 신, 이런저런 소원을 들어주시는 신이라면 나는 믿지 않는다. 그러나 나는 질서와 조화, 아름다음과 단순함 그리고 고상함의 신을 믿는다. 나는 '스피노자의 신'을 믿는다. 왜냐하면 이 우주는 너무나 아름답기 때문이다. 굳이 그럴 이유가 없는데도 말이다. 스피노자는 우주는 신이다라고 말했다." 그렇다면 스피노자란 어떤 사람인가? 아인슈타인과 같이 유대인인 바뤼흐 스피노자는 17세기 네덜란드 철학자로 범신론자이다. 범신론이란 '자연의 밖에 존재하는 인격적인 초월자를 인정하지 않고, 우주, 자연에 존재하는 모든 것은 신이며, 신은 초월적인 존재가 아니고 있는 그 자체다'라는 관점이다. 세계 내의 '모든 것이 하나'라고 믿는 스피노자는 "우주는 신이다"라는 말까지 했다. 스피노자의 철학에 따르면 우리는 대상으로서의 초월적 신이 아니라, 바로 '신' 안에 살고 있는 셈이다. '유신론자' 아인슈타인​ 이같은 스피노자의 철학은 유대교에서 이단으로 찍혀 추방되었고, 인격적인 초월신을 부정하는 그의 '우주교'는 기독교로부터 일종의 무신론이라고 비난받았으며, 이 같은 스피노자의 신을 믿는다는 아인슈타인에게는 무신론자라는 딱지가 붙었다. 신에 대한 아인슈타인의 견해를 들으면 그러한 비판에도 나름 근거가 있는 듯이 보인다. 아인슈타인은 또 어느 편짓글에서 인간이 믿는 신에 대해 "내게 신이라는 단어는 인간의 약점을 드러내는 표현과 산물에 불과하다"고 말했다. 또 '성서'에 대해서는 "훌륭하지만 상당히 유치하고 원시적인 전설들의 집대성이며, 아무리 치밀한 해석을 덧붙이더라도 이 점은 변하지 않는다"라고 단언했다. 나아가, "유대교는 다른 종교와 마찬가지로 가장 유치한 미신들이 현실화된 것에 불과하며, 유대인은 결코 선택된 민족이 아니다"고 주장했다. 이를 두고 일부에서는 아인슈타인이 확고한 무신론자라고 주장하기도 하지만, 그것은 신의 개념을 어떻게 정하는가에 따라 달라질 수 있는 문제다. 어쨌든 아인슈타인에게도 종교가 없었다고는 말할 수 없다. 그가 믿는다고 말한 신은 스피노자의 신이며, 스피노자의 신은 '우주'이다. 따라서 삼단논법로 보자면 아인슈타인의 신은 '우주'라고 할 수 있다. 그는 우주와 신의 본질에 대해 다음과 같은 말을 하기도 했다. "우주가 이해 가능하고 법칙을 따른다는 사실은 경탄할 만한 가치가 있는 것이다. 그것은 존재하는 모든 것의 조화를 통해 스스로를 드러내는 신의 본질적인 특성이다." '우주는 유한하나 끝은 없다' 참고로, 아인슈타인이 생각한 우주의 모습은 '유한하나 경계가 없는 우주'였다. 그는 무한한 우주가 불가능한 이유로, 중력이 무한대가 되고, 모든 방향에서 쏟아져들어오는 빛의 양도 무한대가 되기 때문이라고 보았다. 그리고 공간의 한 위치에 떠 있는 유한한 우주는 별과 에너지가 우주에서 빠져나가는 것을 막아줄 아무런 것도 없기 때문에 역시 불가능하며, 오로지 유한하면서 경계가 없는 우주만이 가능하다고 생각했다. 우주에 존재하는 질량이 공간을 휘어지게 만들고, 그래서 우주 전체로 볼 때 우주는 그 자체로 완전히 휘어져 들어오는 닫힌 시스템이다. 따라서 유한하지만, 경계나 끝도 없고, 가장자리나 중심도 따로 없는 우주다. 이것이 바로 깊은 사유 끝에 아인슈타인이 도달한 우주의 모습이었다. 독일 물리학자 막스 보른은 "유한하지만 경계가 없는 우주의 개념은 지금까지 생각해왔던 세계의 본질에 대한 가장 위대한 아이디어의 하나"라고 평했다. 이 같은 우주가 아인슈타인에게는 그의 말마따나 '신'이었다. 아인슈타인은 어떤 종교인이 자신의 신앙 대상에 대해 갖는 경외감보다 더 깊은 경외감을 우주에 대해 갖고 있었다. 아인슈타인은 그 신을 알기 위해 도정에 자신의 평생을 오롯이 바쳤다. 죽기 직전까지 그는 종이 위에서 우주의 본질을 꿰뚫는 대통일장 이론 방정식을 이리저리 매만졌다. 끝내 이루어지지 않은 그의 열망은 다음 말에 그대로 나타나 있다. "나는 신의 생각을 알고 싶다. 나머지는 세부적인 것에 불과하다." 아인슈타인은 무신론자가 아니었다. 그의 신은 우주였고, 종교는 '우주교'였다. 이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com