과학책에 익숙하지 않은 사람은 물론 과학책을 좀 읽었다는 독자들도 책 제목만으로는 무슨 내용인지 단번에 알아채기 쉽지 않다. 우리말 부제인 ‘일상적 삶은 어떻게 우주의 바다와 연결되는가’를 보면 조금 이해가 될 듯싶다. ‘역시 과학책은 어려워’라며 한쪽으로 밀어 놓기는 아직 이르다. 30년 넘게 입자물리학, 끈이론, 양자장이론을 연구한 이론 물리학자이자 과학 커뮤니케이터인 저자는 현대 물리학의 양대 산맥인 상대성이론과 양자역학을 이용해 일상의 삶이 우주 질서와 어떻게 연결되는지 꼼꼼하게 설명한다. 알베르트 아인슈타인의 상대성이론은 초고속으로 운동하는 사물들의 신비하고 이국적인 세계에 관한 이론이고, 양자역학은 극도로 미시적인 사물들의 이상하고 기묘한 세계를 지배하는 이론이다. 우리 직관과 동떨어진 두 이론이 보여 주는 현상들은 다른 세상 이야기처럼 느껴지고 우리 일상과는 전혀 무관한 것처럼 보일 수 있다. 그렇지만 우리 존재를 이루는 모든 측면, 우주를 이루는 삼라만상은 반드시 이 원리로 작동한다. 저자는 특히 상대성이론을 중심으로 우주를 설명하고 있다. 과학에서 상대성이라 하면 아인슈타인을 떠올리지만 ‘한 사람의 관점에서 본 속성을 다른 사람의 관점에서 본 속성으로 정확히 변환시킬 수 있는가’라는 상대성 개념은 이미 갈릴레오 갈릴레이에 의해 제기됐다. 갈릴레이가 제시한 개념을 20세기에 들어서야 과학적으로 정립할 수 있었던 것은 인간이 진화하면서 생존을 위해 쌓아 온 직관과 상식, 언어의 한계 때문이었다고 저자는 지적한다. 저자는 “과학에 배경지식이 없는 일반 독자도 우주의 근본 원리와 우주에서 우리가 차지하는 자리를 이해할 수 있도록” 썼다고 하지만 단숨에 읽어 내기는 쉽지 않은 것이 사실이다. 에너지, 운동, 물질, 질량, 파동, 매질, 힉스 장(field) 등 일상에서 접할 수 없는 개념들이 방 탈출 게임 속 장애물처럼 튀어나온다. 책 전체를 완전히 이해하지는 못하더라도 책을 읽고 나면 “현대 물리학이 주는 가장 큰 교훈인 ‘평범한 삶은 절대 평범하지 않다’는 점”을 이해하게 될 것이다. 장담컨대 책장을 덮을 때가 되면 어떤 식으로든 우리 세계와 우주를 이해하는 새로운 눈을 갖게 될 것이다.

2024년 노벨 물리학상은 인공 신경망을 연구로 현재와 같은 인공 지능 시대를 연 미국, 캐나다 과학자에게 돌아갔다. 스웨덴 왕립과학아카데미 노벨 위원회는 8일(현지시간) 올해 노벨 물리학상 수상자로 존 홉필드(91) 미국 프린스턴대 명예 교수, 제프리 힌튼(77) 캐나다 토론토대 명예 교수를 선정했다고 밝혔다. 노벨 위원회는 “홉필드 교수는 이미지를 저장하고 데이터의 다른 유형 패턴을 재구성할 수 있는 연상 기억이라는 개념을 제시했고, 힌튼 교수는 데이터에서 자율적으로 속성을 찾아 특정 요소를 식별하는 작업을 수행할 수 있는 방법을 찾아냈다”라며 “물리학의 도구를 사용해 오늘날 강력한 기계학습의 기초가 되는 방법을 개발함으로써 ‘인공지능의 봄’을 가져온 연구자들”이라고 수상 업적을 평가했다. 그러나, 노벨 물리학상 수상자를 입자 물리, 우주론, 고체 물리 같은 전통 분야가 아닌 응용 분야에서 선정했다는 것은 이례적이라는 반응이다. ●인공지능의 봄을 연 고체 물리학자 존 홉필드 교수는 원래 고체 물리학자로 1968~1969년 영국 케임브리지 캐번디시 연구소에서 구겐하임 펠로우십 당시 고체와 빛의 상호작용에 관한 연구로 ‘올리버 버클리상’을 수상하는 등 해당 분야에서 두각을 나타내는 학자였다. 그러다, 1980년대 들어서면서 생물학 분야에 눈을 돌려 물리학과 생물학의 융합 연구를 시작했다. 그러던 중, 홉필드는 1982년 ‘신경회로망과 응집력이 있는 물리적 시스템’이라는 제목의 논문을 발표하고, 여기에서 ‘홉필드 네트워크’를 제안했다. 이 논문은 이론 물리학, 신경 생물학, 컴퓨터 과학의 융합 연구의 결과물로 세 분야에서 가장 많이 인용되는 논문으로 꼽힌다. 신경망을 물리적으로 해석한 홉필드 네트워크는 최적화나 연상기억 등에 사용되는 대표적인 모델이다. 모든 뉴런(신경세포)이 양방향으로 연결된 신경회로망의 동작모델로 0과 1의 이진 입력을 받아 양과 음의 에너지 상태를 출력한다는 것이다. 학습패턴의 양극화 연산 적용, 학습패턴에 대한 가중치 행렬 계산, 계산된 가중치 행렬 저장, 입력패턴에 대한 학습 패턴을 연상하는 알고리즘으로 구성되는 홉필드 네트워크는 현재 기계학습의 기초적 모델로 알려져 있다. 홉필드 교수의 연구는 이론 물리학의 개념을 컴퓨터 과학 분야에 적용하면서, 유전학과 신경과학을 비롯한 다양한 생물학적 질문을 던짐으로써 인공지능 연구에 새로운 통찰력을 제공했다는 평가를 받는다. ●AI 빙하기 묵묵히 견디고 연구한 힌튼 교수 제프리 힌튼 교수는 ‘괴짜 연구자’, ‘외골수 연구자’로도 유명하다. 인공지능은 1950년대에 처음 개념이 제시된 뒤 1970년대 초까지 활발히 연구됐다. 그러다가, 1970년대 중반부터 1980년대 초까지 인공지능에 관한 관심이 급속도로 식어버린 이른바 ‘인공지능 연구의 첫 번째 빙하기’를 맞는다. 이때 꺼져가던 인공지능 연구의 불꽃을 되살리고, 지금의 기계학습과 심층학습을 있게 만든 것이 힌튼 교수다. 힌튼 교수는 1984년 홉필드의 제자인 테리 세즈노프스키와 함께 ‘볼츠만 머신’이라는 개념을 제안했다. 기존 홉필드 네트워크에 신경망 알고리즘을 결합해 개선한 것으로 대규모 병렬처리를 이용해 강력한 계산이 가능하게 한 것이다. 볼츠만 머신은 확률적으로 순환하는 신경망 네트워크로 내부 구조에 의한 학습이 가능하고 여러 조합된 문제를 해결할 수 있다. 힌튼 교수는 구글의 석학 연구원도 지냈지만, 지난해 AI의 위험성을 경고하며 퇴사하기도 했다. 인공지능의 기초를 마련한 이가 인공지능의 위험성을 경고하고 나선 것이다. 조정효 서울대 물리교육과 교수는 “홉필드 교수는 고체 물리학자였다가 생물 쪽에 관심을 갖고 연구했고, 힌튼 교수는 컴퓨터 과학자이면서 신경과학자로 생물학적 원리를 물리학적으로 풀어내 현대 인공지능 연구에 접목한 대표적인 융합 연구자들”이라고 말했다. ●물리학이 만든 이론, 모든 과학에 도움 노벨 재단측은 “1980년대 이후 두 사람의 연구가 2010년경 시작된 인공지능 혁명의 기초를 마련했다”고 강조했다. 물리학이 기계 학습 발전을 위한 도구를 제공했고, 연구 분야로서 물리학이 인공 신경망으로부터 어떤 혜택을 받는지 지켜보는 것도 흥미로운 일이라고 덧붙였다. 실제로 기계학습은 앞서 노벨 물리학상 수상 업적과도 밀접한 관련을 갖고 있다. 2013년 노벨 물리학상 수상 업적인 ‘신의 입자’ 힉스를 발견하기 위해 방대한 양의 데이터를 분류하고 처리하는 데 기계 학습이 사용됐다. 또 2017년 노벨 물리학상 수상 업적인 블랙홀의 중력파 측정에서 잡음을 줄이고 외계행성을 찾는 데도 기계학습의 도움을 받는다는 설명이다. 그뿐만 아니라, 기계학습은 분자와 물질의 특성을 계산하고 예측하는 데 사용됐으며, 단백질 분자 구조를 계산해 그 기능을 결정하고, 더 효율적인 태양전지를 제작하기 위한 새로운 물질을 찾는 데도 도움을 주는 등 최근 많은 연구의 초석이 되고 있다는 평가다. 이번 노벨 물리학상 수상자들은 1100만 스웨덴크로나(14억 3033만원)를 반씩 나눠 갖는다. 노벨 재단은 9일 노벨 화학상, 10일 노벨 문학상, 11일 노벨 평화상, 14일은 알프레드 노벨을 기념하는 스웨덴 국립은행 경제학상(노벨 경제학상) 수상자를 발표한다.

‘신의 입자’로 알려진 힉스 보손의 존재를 예측해 2013년 노벨물리학상을 수상한 영국의 이론물리학자 피터 힉스 에든버러대 명예교수가 지난 8일(현지시간) 별세했다. 94세. 에든버러대는 추모 성명을 내고 “힉스 교수가 노환으로 지난 8일 자택에서 평화롭게 세상을 떠났다”며 “우리를 둘러싼 세계에 대한 우리의 지식을 풍요롭게 만들고 비전과 상상력을 겸비한 진정한 재능을 가진 과학자였다”고 밝혔다. 영국 BBC도 “영국 과학의 거인을 잃었다”고 추모했다. 1929년 5월 29일 출생한 힉스 교수는 1947년 킹스 칼리지 런던 물리학과에 입학해 1950년 수석 졸업했다. 1954년 같은 학교에서 분자 진동 이론에 관한 연구로 박사 학위를 받고 1960년 에든버러대 수리물리학과 교수를 거쳐 1980년부터는 이론물리학과 교수로 재직했다. 힉스 교수는 다른 입자들에 질량을 부여하고 사라지는 입자의 존재를 이론적으로 예측하는 한 쪽 정도 분량의 논문을 1964년 물리학 분야 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰’에 발표했다. 같은 해 벨기에 이론물리학자 프랑수아 앙글레르도 힉스 입자의 존재를 예측하는 짧은 논문을 발표했다. 이 두 사람은 2013년 노벨물리학상을 공동 수상했다. 힉스 교수가 예측한 입자가 ‘힉스 입자’로 불리게 된 것은 입자물리학자 고 이휘소(1935~1977) 박사 덕분이다. 1967년 미국에서 열린 학회에서 이 박사가 힉스 교수와 만난 뒤 ‘힉스 입자’라고 이름을 붙여 논문을 발표한 후부터 이 명칭은 일반화됐다. 힉스 입자의 예측을 모든 학자가 반긴 것은 아니다. 대표적으로 2018년 별세한 영국의 물리학자 스티븐 호킹 박사는 2000년대 초반 “힉스 입자가 절대 발견될 수 없을 것이라는 데 100달러를 걸겠다”고 장담했다. 그렇지만 호킹 박사는 2012년 유럽입자물리연구소(CERN)에서 힉스 입자의 존재를 실험으로 확인한 뒤에는 자신의 실수를 인정하고 “힉스에게 당장 노벨물리학상을 줘야 한다”고 밝히기도 했다. 박인규 서울시립대 물리학과 교수는 소셜미디어(SNS)에 힉스 교수의 별세 소식을 전하며 “이분은 내가 태어날 무렵 힉스 입자의 존재를 알아 냈고, 나는 성인이 돼서 이분의 업적이 뭔지 깨닫게 됐으며, 한참이 지나서야 힉스 입자를 발견하는 팀에 들어가 이분의 이론을 제대로 이해하기 시작해 이제는 그 내용을 수업 시간에 다루고 있으니… 피터 힉스의 이름은 내 인생에 깊이 관여돼 있다”고 추모했다.

‘신의 입자’로 알려진 힉스 보손의 존재를 예측해 2013년 노벨물리학상을 공동 수상한 영국의 이론물리학자 피터 힉스 에든버러대 명예교수가 지난 8일(현지시간) 별세했다. 94세. 에든버러대는 성명을 내고 “힉스 교수가 노환으로 지난 8일 자택에서 평화롭게 세상을 떠났다”며 “우리를 둘러싼 세계에 대한 우리의 지식을 풍요롭게 만든 비전과 상상력을 가진 진정한 재능을 가진 과학자였다”고 밝혔다. 영국 BBC도 그의 별세를 맞아 “영국 과학의 거인(giant of British science)을 잃었다”고 추모했다. 피터 힉스 교수는 1929년 5월 29일 출생해 1947년 킹스 칼리지 런던 물리학과에 입학해 1950년 수석 졸업했다. 1954년 같은 학교에서 분자 진동 이론에 관한 연구로 박사학위를 받고, 1960년 에든버러대 수리물리학과 교수를 거쳐 1980년부터 이론물리학과 교수로 재직했다. 힉스는 1964년에 물리학 분야 국제 학술지 ‘피지컬 리뷰’에 다른 입자들에 질량을 부여하고 사라지는 입자의 존재를 이론적으로 예상하는 한쪽 정도의 짧은 논문을 발표했다. 같은 해 벨기에 이론물리학자 프랑수아 앙글레르도 힉스입자의 존재를 예측하는 짧은 논문을 발표했다.힉스 교수가 예측한 뒤 반세기 정도가 지난 2012년 7월 유럽입자물리연구소(CERN)가 강입자가속기(LHC) 실험을 통해 힉스입자를 발견했다. 힉스입자 존재를 이론적으로 확립한 공로로 힉스와 앙글레르 브뤼셀 자유대 명예교수는 2013년 노벨물리학상을 공동 수상했다. 과학자들은 양자전기역학(QED)과 양자색역학을 통해 입자 16개로 세상의 구성을 설명하는 표준모델을 만들었다. 16개의 입자는 6개의 경입자, 6개의 쿼크, 전자기 상호작용에 관여하는 광자, 강한 상호작용에 관여하는 글루온, 약한 상호작용에 관여하는 2개의 보손이다. 문제는 이들 입자의 질량이 모두 제각각이어서 표준모델의 입자들 사이 대칭성이 깨진다는 점이다. 힉스는 자연의 가장 기본적 성질의 대칭성이 깨지는 이유는 다른 보손 입자와의 상호작용 때문이라고 생각하고 모든 입자에 질량을 부여한 뒤 사라지는 새로운 입자를 예측했다. 이 입자가 ‘힉스입자’로 불리게 된 것은 입자물리학자 고 이휘소 박사(1935~1977)의 덕분이다. 힉스 교수가 새로운 입자의 존재를 발표한 당시는 너무 획기적인 데다가 학계에서 명성이 높지 않아 주목받지 못했는데, 1967년 미국에서 열린 학회에서 힉스는 이휘소 박사와 만나게 됐다. 이 박사는 1972년 미국 국립가속기연구소 연구부장 시절 국제 고에너지 물리학 국제 콘퍼런스 행사장에서 “자연계에 질량을 갖게 한 근본적 입자가 있고 그 질량은 양성자 110배에 이른다”라는 추정치를 내놓으면서 ‘힉스입자’라고 이름을 붙였다. 그 이후 물리학계에서는 힉스입자라는 용어가 일반화됐다. 2018년 타계한 영국의 천체물리학자 스티븐 호킹 박사는 2000년대 초반 “힉스입자는 절대 발견될 수 없을 것이라는데 100달러를 걸겠다”라고 장담하기도 했다. 그렇지만 CERN에서 힉스입자를 실험적으로 발견한 뒤에는 자신의 실수를 인정하고 “힉스에게 당장 노벨물리학상을 줘야 한다”고 밝히기도 했다.사실 힉스입자의 존재에 대해서는 많은 과학자가 회의적이었던 점은 사실이다. 양자역학의 불확정성 원리를 발견한 하이젠베르크도 ‘쓰레기 같은 이론’이라고 비난했을 정도였다. 쉽게 발견되지 않아 1988년 노벨물리학상을 받았던 레온 레더만은 1993년 입자 관련한 책을 썼을 때 제목을 ‘빌어먹을 입자’(Goddamn Particle)로 붙였지만 출판사측의 만류로 ‘신의 입자’(God Particle)로 바뀌면서 힉스 입자의 별명이 됐다. 그렇지만 정작 무신론자이기도 한 힉스 교수는 “정말 싫어한다”고 고백하기도 했다. 박인규 서울시립대 물리학과 교수는 SNS에 힉스 교수의 타계 소식을 전하며 “이분은 내가 태어날 무렵 힉스 입자 존재를 알아내셨고, 나는 성인이 돼서 이분의 업적이 뭔지 깨닫게 됐고, 한참이 지나서야 힉스입자를 발견하는 팀에 들어가 이분의 이론을 제대로 이해하기 시작했고, 이제는 그 내용을 수업 시간에 다루고 있으니…피터 힉스의 이름은 내 인생에 깊게 관여돼있다”라며 추모하기도 했다.

3월 대통령 선거를 앞두고 대한민국 미래에 대한 다양한 아이디어와 제안이 봇물처럼 터져 나온다. 현 정부의 성과에 대한 평가 및 비판과 더불어 한국의 현재 좌표에 대한 논의가 이뤄진다. 그 담론 중 하나가 ‘대한민국은 선진국인가’이다. 한국은 수출이나 국내총생산(GDP) 같은 지표나 숫자에선 어엿한 덩치의 선진국이다. 하지만 과연 국가와 사회를 이루는 제 분야에서 대한민국은 총체적인 선진국이라 할 수 있나 하는 의문도 적지 않다. 서울신문은 연중 기획으로 이런 의문에 대답하는 시리즈를 내보낸다. 첫회는 기초과학. 선진국을 규정하는 척도는 경제와 사회문화 등 다양하겠으나 과학기술 수준이라는 관점에서 바라보는 것도 큰 의미가 있겠다. 주요 7개국(G7) 등 대부분의 선진국이 과학 강국이고, 현대 사회경제 체제가 과학기술의 혁신에 기반하고 있기 때문이다. 특히 기초과학 분야의 선진국은 막대한 규모의 연구비를 오랜 기간 투입해, 질과 양에서 세계 최고 수준의 논문을 생산하며 인류의 과학 발전과 혁신을 선도하고 있는 나라라고 볼 수 있다. 어떤 나라가 기초과학 분야의 선진국인지 여부는 이 세 가지 관점에서 G7 국가들과 비교해 보면 쉽게 알 수 있다.●연구비, 논문, 과학발전 선도 연구비부터 보자. 한국의 연구개발(R&D) 투자는 2020년 기준으로 94조원(789억 달러)에 달한다. 미국, 중국, 일본, 독일에 이어 세계 5위다. 이미 G7 국가 중 중간 정도라 한국은 연구개발 선진국임에 틀림없다. GDP 대비 연구개발비 투입 비율은 4.81%다. 중국과 G7 국가들의 비율인 2~3%를 훨씬 넘고 인구 1인당 연구개발비도 미국에 이어 세계 2위로 독일과 비슷한 수준이다. 영국, 프랑스 등과는 비교되지 않을 정도로 많다. 특히 정부의 총예산 대비 연구개발 투자 또한 세계 최고 수준이다. 이 때문에 다수의 국제적인 평가기관들이 우리나라를 세계에서 가장 연구개발 비중이 높고 기술혁신에 많은 투자를 하는 나라로 손꼽는다. 문제는 연구개발비의 기초과학 투자 비중인데 우리의 경우 정부 연구개발 예산의 약 30%를 기초 연구에 투자하고 있어 선진국적 구조를 갖췄다고 볼 수 있다. 특히 문재인 정부에서는 연구자가 주도하는 기초연구 예산을 2017년 1조 2600억원에서 2022년 2조 5500억원으로 5년간 두 배 이상 증액했다. GDP 대비 기초연구비 비중도 0.7%(2019년 기준)인데, 이 또한 세계 최고 수준이다. 다음으로 기초과학의 연구 성과물인 논문을 보자. 한국의 논문 발표량은 세계 12위다. 전 세계 논문의 3.45%다. 연구비 투입이 세계 5위임을 감안하면 높지 않지만 연구비 증가에 따라 논문 발표량도 착실하게 늘고 있다. 2011년부터 10년 동안의 논문 수 증가율이 65.1%다. 중국의 뒤를 이어 세계 2위로 8~40%인 G7 국가들과 비교해도 연구 성과의 산출이 매우 빠르게 성장하고 있다. 연구비당 논문 발표량은 미국, 독일, 일본 등과 비슷한 수준이고 인구 1인당 논문 수 역시 영국, 독일, 미국 다음으로 세계 4위다. 일각에서는 한국의 논문 발표량이 12위라는 점만 보고 연구 생산성을 회의적으로 보지만 논문의 양적 측면에서 우리나라의 연구는 결코 비효율적이지 않으며 G7 수준임을 확인할 수 있다. 마지막으로 과학연구의 질적 수준과 인류에 대한 기여라는 관점에서 살펴보자. 정량 평가는 어렵지만 논문에 대한 학계의 관심을 나타내는 피인용 수(다른 논문에서 인용된 횟수)로 추정해 볼 수 있다. 우리나라는 논문 한 편당 피인용 수가 7.57회로 세계 34위다. 독일, 영국, 프랑스, 미국에 크게 뒤질 뿐 아니라 중국에도 뒤지는 수준이다. 다만 2018년 이후 일본을 추월하며 빠른 속도로 성장하고 있는 지표다. ●의미 있는 과학적 성과가 중요 과학계에서 가장 중요한 논문들로 ‘네이처’와 ‘사이언스’ 등에 게재된 것 중 피인용 수 세계 상위 1% 이내인 고인용 논문(Highly Cited Papers·HCP) 수를 살펴볼 수도 있다. 우리나라의 HCP는 최근 10년간 5716편으로 세계 14위에 머물러 있다. 과학 연구의 질적 수준을 계량하기는 어렵지만 이러한 간접 지표를 통해 보면 우리나라 기초과학의 수준이 G7 선진국에는 미치지 못한다고 보는 데 무리가 없다. 노벨상 수상도 하나의 척도라고 할 수 있는데 아다시피 노벨상은 논문 피인용 수를 계량해 선정하지 않는다. 그보다는 세계인의 관점에서 의미 있는 과학적 성과가 더 중요하다. 최근만 봐도 힉스 입자의 발견, 중력파와 블랙홀의 관측, 유전자 조작기술 발명, 메신저리보핵산(mRNA) 백신 개발, 인공지능과 양자 컴퓨터 개발 등이 있다. 여기에 준하는 성과를 만들어 내고 주요 과학 기관과 매체들이 발표하는 전 세계적으로 주목할 만한 연구 업적에 한국의 연구 결과가 자주 거론되는 단계에 올라섰을 때, 비로소 우리나라는 세계 과학계를 선도하는 기초과학 선진국으로 인정받을 수 있다. 과학 발전과 인류 문명에 어떤 기여를 했는지 보면 우리 기초과학의 수준은 더 명확해진다. 민간과 정부가 투자를 확대한 1990년대 이후부터 보더라도, 아직 세계 과학계에 큰 영향을 주고 과학 발전과 인류 문명에 유의미하다고 평가받을 성과나 업적은 거의 눈에 띄지 않는다. 우리나라가 아직 노벨 과학상 수상자를 배출하지 못한 밀접한 이유일 것이다. 세 가지 관점에서 우리나라의 기초과학은 양적으로는 충분히 성장했으나 질적 수준은 아직 선진국 수준이 아니라는 것을 보여 준다.●질적 대전환 이뤄야 그렇다면 앞으로 어디로 가야 할지도 분명하다. 지금까지는 선진 과학에 도달하기 위한 양적 성장의 과정이었다면 앞으로는 양과 질의 대전환, 즉 질적으로 우수한 연구결과 산출에 집중해야 한다. 질적으로 우수한 연구는 단지 피인용 수가 높은 연구를 뜻하지 않는다. 선진국의 과학은 막대한 연구비 투입, 논문의 산출뿐만이 아니다. 전 세계의 과학적 연구를 선도하고 놀라운 발명 및 발견을 통해 과학 발전의 중요한 문제에 해답을 내놓으며 연구들을 장기간 축적해 인류를 미지의 세계로 인도하며 혁명적 문명 발전을 이끌어 왔다. 질적으로 우수한 연구는 인류가 직면한 중요한 문제 중 과학이 해결하지 못하는 문제에 해답을 주는 연구여야 한다는 의미다. 실천과 도달은 매우 어려운 과제다. 그렇기 때문에 효과적인 전략이 필요하다. 가장 핵심적인 전략 요소는 ‘창의적인 연구에 대한 장려’다. 아직 우리나라 과학계는 선도 연구대학들조차 이러한 높은 수준의 연구를 장려하고 높은 기준으로 교수들을 평가하는 단계에 이르지 못했다. 논문 수를 세고, 피인용 수를 세며, 외국 교수들의 추천서에 의존한다. 정부 연구과제 평가는 말할 필요도 없다. 전 인류가 현재 열광하고 있는 케이팝과 케이무비의 성공 요인은 인류의 보편적 가치를 우리만의 독창적인 콘텐츠와 방식으로 접근한 데 있다. 마찬가지로 전 세계의 과학과 인류 문명이 공유하고 있는 문제의식에서 출발하면서도 선진 각국에서 주도하는 과학 연구와는 다른 독창적인 연구를 하는 것이 빠르게 세계 최고의 수준으로 나아가는 K사이언스의 길이 될 것이다. 염한웅 포스텍 물리학과 교수 ■염한웅 교수는 서울대 물리학과를 졸업하고 일본 도호쿠대에서 물리학 박사 학위를 받았다. 도쿄대, 연세대, 포스텍에서 교수로 재직하며 2017년 국가과학기술자문회의 부의장으로 위촉됐다. 고체물리학 연구자로서, 특히 금속 원자선 전자물성 분야를 창시하고 세계적 분야로 확립한 석학. 200편 이상 논문을 발표하고 금속원자선을 활용하는 새로운 정보처리방식인 솔리토닉을 주창했다. 미국물리학회와 한국과학기술 한림원 펠로로 선임됐으며 2015년 한국과학상, 2016년 인촌상, 2017년 경암상 등 주요 국내 과학상을 수상했다.

세밑이 되면 가는 해를 아쉬워하고 오는 해를 향해 새로운 희망을 품기 마련이다. 코로나19가 임인년 새해에도 계속될 것이라는 우울한 예측들이 나오지만, 과학자들은 놀라운 연구 성과를 내고 있고 인류에게 희망을 줄 수 있는 연구에 끊임없이 도전하고 있다. 과학저널 사이언스와 네이처는 ‘2021년 최고의 연구성과’와 ‘2022년 주목해야 할 연구’를 발표하면서 과학자들의 노력에 박수를 보냈다. 사이언스가 꼽은 올해 과학계 최고의 연구에는 단백질 구조 해독 시간을 획기적으로 줄인 인공지능(AI) ‘로제타폴드’ 개발이 꼽혔다. 이 연구는 사이언스 독자를 대상으로 한 온라인 투표에서도 39%의 지지를 받아 1위에 올랐다. 단백질이 어떤 특성을 갖고 있는지 파악하기 위해서는 아미노산 서열뿐만 아니라 2차, 3차, 4차구조를 정확히 알아야 한다. 단백질 입체구조 파악을 위해 X선 결정학이나 극저온전자현미경이 이용되고 있다. 문제는 결과를 얻기까지 짧아야 수개월, 길게 보면 몇 년이 걸린다는 점이다. 미국 워싱턴대 단백질설계연구소 연구진은 짧게는 수 분, 길어도 수 시간 내에 단백질 구조를 해독하는 로제타폴드를 만들었다. 로제타폴드로 기존에 밝혀진 단백질 구조를 해독하도록 한 결과 90% 이상의 정확도로 파악하는 것이 확인됐다. 과학자들은 이 연구 결과가 생화학 분야의 판도를 바꿀 것으로 보고 있다. 독자들이 선정한 우수연구성과 2위는 고대 퇴적물에서 고인류의 DNA를 발견한 것이다. 3위는 크리스퍼 유전자가위를 이용한 시력 개선 같은 인체적용 연구가 선정됐다. 이 밖에 코로나19 치료제 개발, 환각제를 이용한 외상후스트레스장애(PTSD) 치료, 화성 지진 관측, 감염병 치료용 단일클론항체 개발, 한 단계 발전한 핵융합기술 등도 올해 우수연구 순위에 올랐다. 새해에 주목해야 할 연구는 어떤 것들이 있을까. 네이처는 3년째에 접어드는 코로나19 상황에 주목해야 한다고 강조했다. 2020년 초 코로나19에 감염됐다가 완치된 이들의 장기적 영향에 대한 추적조사가 본격화될 것으로 예상되고 있다. 변이 바이러스가 계속 등장하는 상황에서 이에 대응할 수 있는 변이 맞춤형 백신과 치료제들을 신속하게 생산할 수 있는 방법도 등장할 것으로 기대된다. 각국의 우주탐사 계획은 2022년 전 세계를 열광시킬 것으로 보인다. 미국 항공우주국(NASA)은 내년 2월 아르테미스 계획의 첫 무인 탐사선 ‘아르테미스 1호’를 쏘아 올린다. 우주인을 태운 유인 탐사선 아르테미스 2호는 2023년에 발사한다. 아르테미스 계획은 2025년까지 달에 인간을 보내기 위한 것으로 미국, 유럽, 일본은 물론 한국까지 참여하고 있는 국제 프로젝트다. 한국도 내년 8월 달 궤도선을 발사한다. 한국 최초의 달 궤도선에는 달의 물과 얼음을 탐지하기 위해 NASA가 개발한 특수카메라를 비롯해 다양한 과학 관측 탑재체가 실린다. 중국도 내년에 톈허 우주정거장을 완성할 계획이며 유럽연합(EU)과 러시아는 2020년에 발사 연기됐던 화성탐사선 ‘엑소마스’ 프로젝트를 재가동한다. 또 거대강입자가속기(LHC) 재가동도 초미의 관심사다. LHC는 스위스와 프랑스 국경에 설치된 27㎞의 원형터널로 이뤄져 있는데 양성자 2개를 각각 다른 방향으로 빛의 속도에 가깝게 가속시킨 뒤 충돌시켜 나오는 입자를 관측하는 장치다. LHC로 ‘신의 입자’로 불렸던 힉스입자를 찾아낸 과학자들은 2013년 노벨물리학상을 수상하기도 했다. 2018년 12월까지 2차 가동을 마친 LHC는 검출기 구성 장치추가를 포함한 개선 작업을 시작했다. 올해 3차 가동을 시작할 계획이었지만 코로나19로 작업이 늦어지면서 내년 6월 가동될 예정이다. 3차 가동이 시작되면 새로운 입자와 암흑물질을 발견할 수 있을지 주목된다. 기후변화, 생물다양성 논의를 위한 제27차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP27), 제15차 유엔생물다양성협약 당사국총회(COP15) 2부회의도 내년에 주목해야 할 부분이라고 네이처는 밝혔다.

‘이름은 부르기 좋고 듣기 좋아야 하며 품위와 무게가 있어야 한다.’ 동양권 문화에서 성명학은 이름이 후천적 운명의 흐름을 바꾼다고 믿는다. 타고난 운이 좋은 사람이 좋은 이름을 가지면 금상첨화로 더 좋게 발전하고 선천적 운이 나쁘더라도 좋은 이름으로 나쁜 운을 극복할 수 있다는 것이다. 뜬금없이 수학과 상관없어 보이는 이야기를 한 이유는 한국 수학계에도 일종의 성명학이 존재함을 깨달았기 때문이다. 한국 수학계의 성명학에 따르면 국내 일부 대학에서는 안씨가 윤씨보다 수학과 교수가 되기 더 쉽다. 심지어 교수가 된 뒤 승진에도 더 유리하다. 이 말도 안 되는 상황은 논문에 저자를 표기하는 수학계의 방식과 논문 숫자만으로 연구 성과를 평가하는 일부 대학의 관습 때문에 생겼다.수학자들은 논문의 저자가 여럿이면 알파벳순으로 저자를 표기하는 것이 관례다. 안씨는 영어로 Ahn, 윤씨는 Yoon으로 표기하니 여러 사람이 함께 쓴 논문에서 안씨는 저자 명단에서 제일 앞에 놓인다. 수학 말고도 이론물리학, 고에너지물리학, 이론전산학 등 알파벳순으로 저자를 표기하는 분야는 더 있다. 일례로 2015년 물리학 분야의 저명한 학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’에는 무려 5154명의 저자가 함께 쓴 논문이 실렸다. 힉스 보존 입자의 질량을 추정하는 33쪽의 논문 중 24쪽은 참여 저자의 이름만으로 빼곡히 채워져 있다. 대표 저자 없이 모두 동등한 저자로 참여했지만 제일 앞에 표기된 사람은 G. Aad라는 연구자다. A로 시작하는 성을 가졌기 때문이다. 문제는 이런 ‘알파벳순 표기’가 과학계 모든 분야에 통용되는 것은 아니라는 점이다. 다른 이공학 분야에서 논문 저자 명단 중 제일 앞에 오는 사람은 ‘제1저자’로 해당 연구를 주도적으로 진행한 사람으로 여겨진다. 제일 마지막에 이름이 오른 사람이 흔히 교신저자 역할을 한다. 교신저자는 해당 연구 책임자로 별도의 표시로 구분하기도 한다. 반면 수학계에서는 교신저자조차 저널에 투고하고 연락하는 사람일 뿐 큰 의미를 두지 않는다. 최근 한 국립대학은 교수를 모집하며 최근 3년 이내 ‘제1저자 또는 교신저자’로 쓴 SCI(E)급 논문이 3편 이상인 사람만 지원할 수 있다고 자격을 제시했다. 이 조건으로 수학 교수를 채용한다면 성씨의 알파벳이 빨라 제일 앞쪽에 이름을 올린 사람이 쉽게 자격을 얻게 된다. 순수 수학 분야는 1년에 논문 한 편 쓰기도 쉽지 않다는 점을 고려하면 조상을 원망하게 될 안타까운 이야기다. 물론 해당 대학의 수학과에서 학교 본부에 항의를 했다고 한다. 하지만 채용은 공정해야 하므로 특정 전공만 규칙에 예외를 두는 것은 안 된다는 답변에 어쩔 도리가 없었다고 한다. 대한수학회 역시 수학 논문은 제1저자, 교신저자 구분 없이 모든 저자를 제1저자로 인정한다는 의견서를 낸 적이 있지만 이를 인정하지 않는 학교도 있다. 필자의 대학 친구 중 한 명은 논문에 표기되는 자신의 성을 ‘Lee’에서 ‘Alee’로 바꾸려고 한 적이 있다. 제1저자가 되는 것이 수학계에서 뭐가 중요하냐며 웃어넘겼지만 2019년 현재 타고난 성 때문에 교수 채용 시장에서 불공정한 대접을 받는 경우가 있다고 하니 씁쓸하다. 더 많은 대학교가 논문의 숫자보다는 질을 중심으로 연구자를 평가하는 시대가 오기를 기다려 본다.

21세기 거대과학 프로젝트 중 하나인 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider, LHC)는 지금까지 힉스 입자 발견을 비롯해 수많은 과학적 성과를 거뒀다. 물론 이렇게 얻은 과학적 지식이 당장 우리 생활에 도움을 주지는 않지만, 이렇게 얻은 기초 과학적 성과는 중요한 기술적 혁신의 토대가 된다. 핵물리학 연구 역시 초기에는 아무 실용성이 없었지만, 원자력이라는 중요한 기술적 혁신의 토대가 됐다. 대형 강입자 충돌기를 이용한 기초 과학 연구도 언젠가 세상을 바꾸는 기술 혁신의 밑거름이 될 수 있다. 하지만 유럽 입자물리 연구소(Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire, CERN)과학자들은 발상의 전환을 통해 지금 당장 지역 사회에 실용적인 도움을 줄 방법을 제시했다. 27km 길이의 거대과학 장치인 대형 강입자 충돌기를 가동하기 위해서는 막대한 에너지가 필요하다. 이 에너지는 결국 모두 열에너지 형태로 버려진다. 하지만 여기서 나온 폐열(waste heat)은 단순한 쓰레기가 아니라 훌륭한 자원이 될 수 있다. 이 열이 지역난방에 활용될 수 있기 때문이다. 유럽 입자물리 연구소는 프랑스 방면에 건설되는 신도시 지역 주민 8000명에게 난방을 제공할 수 있는 지역난방 시스템을 건설할 예정이다. 시스템을 항상 가동하지 않더라도 지하 50 – 150m 깊은 곳에 건설된 터널 자체가 겨울철에는 지상보다 온도가 높다. 일반적인 지열 난방 시스템을 약간 개조해 이 열을 활용할 수 있는 열교환 장치를 만들면 상당한 난방 에너지를 절약할 수 있다. 현재 난방 시스템 건설 예정 지역은 대형 강입자 충돌기에서 P8이라고 부르는 지역으로 그 효과가 입증되면 다른 인구 밀집 지대에 이 시스템을 도입할 예정이다. 난방 시스템 테스트는 2021년, 시스템 운영은 2022년을 목표로 하고 있다. 약간의 발상의 전환을 통해 버려지는 에너지를 자원으로 재활용한 경우인데, 친환경과 경제성의 두 마리 토끼를 잡을 수 있을지 결과가 주목된다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

국내 과학자가 주도하는 국제 공동연구진이 우주의 비밀을 품고 있는 것으로 알려진 암흑물질의 수수께끼를 푸는데 한 발 더 다가서는 연구결과를 내놔 화제다. 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단이 중심이 된 국제공동연구팀은 암흑물질 후보의 연간 신호를 분석하고 검증신뢰도를 1시그마(68.3%)로 높여 20년 전 이탈리아 연구진의 연구결과를 검증해냈다고 22일 밝혔다. 이번 연구결과는 물리학 분야 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스’ 최신호(17일자)에 실렸다. 시그마는 정규분포 평균 양쪽으로 표준편차 만큼 떨어진 곳 사이에 분포돼 있는 데이터 비율을 말한다. 보통 실험의 신뢰도가 3시그마(99.7%)이면 힌트를 얻었다고 하고 5시그마(99.99994%)면 ‘발견’한 것으로 본다. 노벨 물리학상 수상업적으로 우주 생성의 비밀을 풀어내는데 도움이 된 중력파는 5.1시그마, 힉스 입자는 5.9 시그마로 발견됐다. 육안으로 보이는 우주의 행성이나 별은 전체 우주의 4% 정도에 불과하고 우주 대부분은 암흑물질과 암흑에너지로 가득 차 있는 것으로 알려져 있다. 특히 암흑물질은 우주의 27% 정도를 차지하는 물질로 아직까지 명확히 그 흔적을 발견하지 못했다. 1998년 이탈리아 그랑사소 지하실험실 ‘다마’(DAMA) 실험팀이 암흑물질 후보인 ‘윔프’를 발견했다고 주장했지만 다른 연구진들에 의해 재현되지 않아 실험에 대한 의문이 제기돼 오고 있었다.연구팀은 강원도 양양에서 다마와 동일한 고순도 요오드화나트륨 결정 제작을 한 뒤 2016년 9월부터 ‘코사인-100’실험을 시작했다. 연구 착수 후 59.5일 동안 얻은 입자신호를 바탕으로 다마가 틀렸을 가능성이 있다는 논문을 지난해 세계적인 과학저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 그런데 이번에는 완벽한 검증을 위해 필요한 연간조변신호를 처음으로 분석한 결과 다마에서 20년간 축적한 입자신호가 이번에 실시된 재현실험의 관측 오차범위 내에 있는 것으로 확인됐다. 이탈리아에서 관측한 신호가 암흑물질일 가능성이 있다는 것이다. 연구팀은 이 같은 분석 추세라면 3년 내에 데이터 신뢰도 3시그마(99.7%)를 달성함으로써 다마 실험을 완벽하게 검증할 수 있을 것으로 보고 있다. 특히 3년 뒤 코사인 실험과 다마가 다른 관측 결과를 내놓는다면 다마 연구팀이 관측한 것은 암흑물질이 아니라는 설명이다. 이번 연구를 주도한 이현수 IBS 암흑물질연구단 부연구단장은 “이번 연구는 다마실험과 동일한 고순도 결정검출기에서 데이터를 얻어 동일한 분석방법을 적용한 최초의 실험이라는 점에서 의미가 크다”라며 “완벽한 검증까지는 3년이 걸릴 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

우주 생성의 비밀을 밝혀 줄 ‘힉스 입자’에 ‘신의 입자’라는 별명을 붙인 미국의 노벨 물리학상 수상자 리언 레더먼이 3일(현지시간) 세상을 떠났다. 96세.뉴욕타임스는 페르미 미 국립 가속기 연구소장이었던 실험물리학자 레더먼이 이날 오전 아이다호주 렉스버그의 요양원에서 노환으로 타계했다고 전했다. 니글 로키어 페르미 연구소장은 “레더먼이 입자 물리학계에 기여한 공로는 앞으로 수십년간 우리에게 영향을 미칠 것이나 우리 생애에 레더먼 같은 과학자를 또다시 보기는 힘들 것”이라고 애도했다. 미국 뉴욕 출신인 레더먼은 1962년 뮤온 중성미자를 발견한 업적으로 1988년 노벨 물리학상을 공동 수상했다. 그는 1979년부터 1989년까지 페르미 연구소장으로 재직하던 중에 역사상 최대 출력을 내는 가속기를 완성했다. 이후 1993년 출간된 힉스 입자 연구에 대한 저서 ‘신의 입자’로 과학계에서 큰 반향을 불러일으켰다. 하종훈 기자 artg@seoul.co.kr

영국의 저명한 우주학자이자 천체물리학자인 마틴 리스 경이 ‘입자가속기에 관한 최악의 시나리오’를 공개했다. 이는 말 그대로 지구 종말을 의미한다. 영국 일간 텔레그래프 등 외신은 1일(현지시간) 영국 왕립협회 회장을 역임한 마틴 리스 교수가 신간에서 만일 입자가속기 실험이 잘못되면 블랙홀이 생기거나 지구가 지름 100m짜리 구체로 압축될 수 있다고 경고했다고 밝혔다. 리스 교수는 ‘미래에: 인류에 대한 전망’(On The Future: Prospects for Humanity)이라는 제목의 이 책에 “입자가속기는 우주에 관한 우리 이해에 엄청난 돌파구를 마련했지만 큰 위험 역시 가져온다”면서 “어쩌면 블랙홀이 발생해 주변 모든 것을 빨아들일 수 있다”고 썼다. 또 그는 “두 번째 가능한 위험은 쿼크가 기묘체(strangelet)로 불리는 압축 물체로 재구성되는 것이다. 그 자체는 해가 없을 수 있다”고 밝혔다. 여기서 쿼크는 양성자, 중성자와 같은 소립자를 구성하고 있다고 여겨지는 기본적인 입자를 말한다. 하지만 그는 “몇몇 가설에 따르면, 기묘체는 전염에 의해 접촉하는 다른 모든 물질을 새로운 형태로 바뀌어 지구 전체를 지름이 100m 정도 되는 초밀도 구체로 압축될 수 있다”면서 “이는 축구장 2개분을 합친 길이”라고 설명했다. 리즈 교수에 따르면, 입자가속기가 지구를 파괴할 수 있는 세 번째 방법은 “공간 자체를 집어삼키는 재앙”에 따른 것이다. 우선 그는 “물리학자들이 ‘진공’이라고 부르는 빈 공간은 단순한 공허 이상이다. 그곳은 모든 일이 일어나는 경기장”이라면서 “그 안에 물리적 세계를 지배하는 모든 힘과 입자가 잠재돼 있다”고 설명했다. 이어 “현재의 진공 상태는 깨지기 쉽고 불안정할 수 있다. 어떤 이들은 입자가 충돌할 때 발생하는 응축된 에너지가 우주 구조를 찢는 ‘단계 전환’을 유발할 수 있다고 추측한다”면서 “이는 단순히 지구만의 재앙이 아닌 우주 대재앙이 될 것”이라고 적었다. 하지만 그는 입자가속기의 필요성 역시 언급했다. 그는 “예를 들어, 대형강입자충돌기(LHC·Large Hadron Collider)는 과학자들이 힉스입자라는 가상 입자를 발견하도록 했다. 혁신은 종종 위험하지만 위험을 감수하지 않으면 이득을 잃을 수 있다”면서 “그런데도 물리학자들은 우주에서도 전례 없는 상황을 만드는 실험을 수행하는 데 신중해야 한다”고 지적했다. 이어 “많은 사람이 이런 위험을 SF 소설로 무시하는 경향이 있지만 가능성이 매우 적다고 해서 큰 위험을 무시할 수는 없다”고 덧붙였다. 하지만 얼마 전 세상을 떠난 스티븐 호킹 박사를 비롯해 많은 저망한 학자들은 입자가속기를 축복한다. 호킹 박사는 생전에 “LHC를 가동할 때 세상은 끝나지 않을 것이다. LHC는 절대적으로 안전하다”면서 “지구의 대기에서는 더 큰 에너지가 방출되는 충돌이 하루에도 수백만 번씩 일어나고 있지만 어떤 끔찍한 일도 일어나지 않았다”고 말했다. 실제로 LHC는 2009년부터 가동에 들어갔지만 우려는 그야말로 우려로 끝났다. 유럽입자물리연구소(CERN) 역시 홈페이지를 통해 “LHC는 안전평가그룹(LSAG)을 통해 LHC 충돌 실험이 위험하지 않으며 우려할 이유가 없다는 2003년 보고서의 결론을 재확인하고 확대했다”고 밝혔다. 사진=BBC/ATLAS Experiment/CERN 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

‘힉스 입자’를 발견한 것으로 유명한 유럽핵입자물리연구소(CERN)에서 초청 강연자가 여성은 물리학에 적합하지 않다는 식의 성차별적 발언을 한 사실이 밝혀져 논란이 일고 있다. 1일(현지시간) AFP 통신에 따르면 이탈리아 피사 대학의 알렉산드로 스트루미아 교수는 지난달 28일 고에너지 이론과 젠더의 관계를 주제로 한 연구소 워크숍에서 물리학이 남성에 의해 만들어졌으며 여성은 적절한 자격 없이 전문직을 요구하고 있다는 취지로 발언했다. 그는 다양한 슬라이드와 차트, 그래픽 자료를 제시하면서 남성이 물리학 분야에서 차별받는 것처럼 얘기했다. 한 슬라이드에는 “물리학은 남자에 의해 발명되고 만들어졌다. 초청장으로 만들어진 게 아니다”라며 여성을 비꼬는 내용을 담았다. 연구소는 성명을 내고 “워크숍 기간 초청 과학자의 프레젠테이션은 모욕적이었다”면서 “개인적 공격, 모욕을 금지하는 행동 강령에 따라 온라인 데이터에서 이 강연 자료를 삭제하기로 했다”고 밝혔다. 연구소는 또한 “지난주 사건에 대한 조사가 이뤄지는 동안 스트루미아 교수의 CERN 관련 모든 활동을 즉각 정지한다”고 했다. 스트루미아 교수는 이번 워크숍에는 38명의 강연자 중 한 명으로 참여했다. 그는 이후 기자회견에서 물리학에서 남성이 여성보다 뛰어나다고 믿는 것은 아니라고 해명했다. CERN은 유럽 12개국이 핵과 입자물리학 연구를 목적으로 1954년 스위스 제네바에 설립한 연구기관으로 노벨물리학상 수상자 8명을 배출했다. 2012년에는 우주 탄생 원리의 키를 쥔 힉스 입자를 발견한 곳으로도 유명하다. 연구소 측은 “성 격차를 없애려는 노력에도 불구하고 전체 직원 중 여성 비율은 20%가 안 된다”면서 “CERN은 모든 영역에서 다양성과 평등을 향상하는 데 헌신하고 있다”고 밝혔다. 하종훈 기자 artg@seoul.co.kr

그래핀 등 물리학 분야도 상용화 성과 노벨과학상은 자연 원리를 탐구하는 기초과학에만 관심을 갖는 것으로 알려져 있다. 그렇지만 산업적으로 전혀 상관없어 보이는 양자역학이 정보통신기술(ICT)의 근간을 이루는 등 과거 노벨과학상 수상 업적들이 시간이 지나면서 우리의 삶에 직간접적으로 활용되는 일이 잦아지고 있다. 노벨과학상 수상자의 1인당 평균 논문수와 관련 업적의 인용 특허수를 분석해 보면 이를 알 수 있다. 분야별로는 화학 분야가 1인당 논문 평균 건수는 물론 인용 특허 평균 건수가 가장 많은 것으로 나타나 학술활동뿐만 아니라 산업활동이 활발히 이뤄지고 있음을 알 수 있다. 생리의학 분야 역시 화학 분야와 마찬가지로 산업계에서 곧바로 활용되는 연구들이 많은 것으로 조사됐다. 특히 1993년부터 2005년 사이 미국 국적의 화학 및 생리의학상 수상자 36명 중 3분의1가량인 13명은 14개의 기술투자 기업을 설립한 것으로 나타났다. 이들은 노벨상 수상 전에 이미 자신의 주요 업적을 이용해 기술투자를 실시, 기초연구를 상용화하는 등 기초과학이 인류에게 얼마나 도움을 주는지 보여 줌으로써 노벨상 수상을 견인한 셈이다. 물리학 분야는 자연의 근본 원리를 탐구한다는 학문적 특성상 해당 연구가 산업적으로 활용되기까지는 좀더 많은 기술 적용 단계를 거쳐야 한다. 이 때문에 화학이나 생리의학 분야와는 달리 학술논문을 곧바로 응용한 특허는 많지 않은 것으로 알려졌다. 그렇지만 2010년 물리학상 수상 업적인 2차원 물질 ‘그래핀’ 분리와 2014년 수상 업적인 청색 발광다이오드(LED) 등 최근 들어 물리학 분야에서도 산업화에 곧바로 응용될 수 있는 연구 성과들이 노벨상을 수상하는 사례가 점점 늘고 있다. 노벨과학상이 주는 시사점 중 하나는 기초과학이면서 응용과학인 ‘연구장비 개발’이 중요하게 평가받고 있다는 것이다. 현대 생물학에서 빼놓고 이야기할 수 없는 DNA의 구조도 ‘X선 회절분석’ 장비와 기술이 없었다면 밝혀내기가 어려웠을 것이다. 또 2013년 물리학상을 수상한 힉스입자나 지난해 물리학상을 수상한 중력파도 입자가속기, 중력파검출기 같은 첨단 장비 없이는 발견이 사실상 불가능했을 것이라는 평가다. 노벨과학상 수상 국가 세계 5위, 아시아 1위인 일본은 “노벨과학상의 85%가 연구장비 고도화를 통한 새로운 발견과 연결돼 있다”는 분석 보고서를 내고 문부과학성 주도로 2005년부터 ‘첨단계측분석기술 및 기기개발사업’을 추진하고 있다. 그러나 한국은 분석기술이나 장비에 대해서는 기초과학 연구에 직접적인 공헌을 하지 못한다고 보고 과학기술 투자 우선 순위에서도 한참 밀리고 있는 상황이다. 실제로 국내 과학계에서는 “기초과학을 포함한 과학정책은 ICT 분야의 개발 정책과 전혀 성격이 다른데도 정부는 이 둘을 구분하지 못하고 있다”고 지적하고 있다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

아무것도 보이지 않고 만져지지 않지만 어떤 존재가 강하게 느껴진다면 그것은 있는 것일까, 없는 것일까.빛 공해가 없는 시골에서 맑은 밤하늘을 바라보면 수많은 별들이 눈 안으로 한가득 쏟아져 들어온다. 그런데 공기가 없는 우주에서 별과 별 사이는 무엇으로 채워져 있을까. 실제 우주에는 있는 듯 없는 듯한 유령 같은 존재가 별과 별 사이를 가득 채우고 있다. 밤하늘의 별처럼 우주에서 우리 눈에 보이는 ‘일반 물질’은 약 4~5% 정도에 불과하고 나머지 95~96%는 베일에 감춰진 수수께끼 같은 존재인 암흑물질과 암흑에너지로 채워져 있다. 암흑물질의 존재 가능성은 1933년 프리츠 츠비키(1898~1974) 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 교수가 처음 제기했다. 츠비키의 주장은 당시 과학자들에게 무시돼 20년 이상 잠들어 있다가 1950년대 말 미국의 천문학자 베라 쿠퍼 루빈 박사가 애리조나 키트피크 천문대에서 은하 내부 별의 회전속도를 측정한 결과를 발표하면서 재조명됐다.은하를 이루고 있는 별들은 은하 중심을 공전하고 있는데 기존 중력 법칙에 따르면 별들의 속도가 중심에서 멀어질수록 느려져야 한다. 그런데 루빈 박사의 관측에 따르면 은하 중심부 별들과 바깥쪽 별들의 속도가 거의 같았다. 일부 과학자들은 중력 법칙을 수정해 이런 현상을 설명하려고 시도했으나 모두 실패했다. 중력 법칙을 수정하기 위해서는 기존 중력 법칙이 부분적으로라도 틀렸다는 증거가 있어야 하는데 그런 증거를 찾지 못했기 때문이다. 결국 새로운 물질의 존재를 가정할 수밖에 없었다. 그것이 바로 암흑물질과 암흑에너지다. 레이저 간섭계 중력파 관측소(라이고) 연구단이 2016년 2월 중력파 관측 성공을 선언함으로써 알베르트 아인슈타인이 1915년 발표한 일반상대성이론이 예측한 현상 중 마지막까지 남아 있던 숙제가 풀렸다. 중력파 발견 이후 과학계는 암흑물질과 암흑에너지 탐색을 위한 실험에 박차를 가하고 있다. 2012년 ‘신의 입자’라고 불리는 힉스입자를 발견한 유럽핵입자물리연구소(CERN)도 향후 연구 대상으로 암흑물질을 지목했다. 지난 3일 이탈리아 국립핵물리연구소 산하 프라스카티 국립실험실은 암흑물질 탐색을 위한 ‘파드메’(PADME) 실험을 시작했다고 밝혔다. ‘파드메’ 실험은 ‘양전자 소멸을 통한 암흑물질 실험’의 준말이다. 연구팀은 암흑물질이 현재 물리학에서 통용되고 있는 4가지 힘인 중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력이 아닌 ‘제5의 힘’에 민감하게 작용할 것이라는 가설에서 실험을 시작했다. 제5의 힘은 ‘암흑광자’(Dark photon)에 의해 전달된다. 그렇기 때문에 암흑광자를 찾게 되면 암흑물질의 존재를 간접적으로 파악할 수 있다는 설명이다. 암흑물질의 직접 검출이 쉽지 않기 때문에 암흑물질들 사이의 힘을 매개하는 물질을 찾는 것으로 전략을 바꾼 것이라 할 수 있다. 이탈리아 사피엔자대 마우로 라지 박사는 “현대 과학으로도 우주의 90% 이상이 어떤 것으로 구성돼 있는지 정확하게 모른다”며 “우주의 90%를 좌우하는 제5의 힘을 발견한다면 우주를 보는 관점을 완전히 바꿔야 할 것”이라고 설명했다. 국내에서도 암흑물질 검출을 위해 분주하게 움직이고 있다. 기초과학연구원(IBS) 지하실험연구단은 암흑물질의 유력 후보로 알려진 중성미자 연구를 위해 강원도 정선 신동읍 한덕철광 부지 일대 지하 1100m 깊이에 2000㎡ 규모의 실험공간을 건설 중이다. 지하실험연구단은 ‘약하게 상호작용하는 무거운 입자’라는 뜻의 암흑물질인 ‘윔프’의 신호를 찾기 위해 강원도 양양 양수발전소 지하 700m에서 윔프 검출 실험도 진행 중이다. IBS 지하실험연구단 관계자는 “지하 깊숙이 들어갈수록 실험에 방해가 되는 물질이 줄어 검출기 민감도가 높아지게 되고 그렇게 되면 우주의 비밀을 간직한 물질을 예상치 못하게 발견할 가능성도 커진다”고 말했다. IBS 액시온 및 극한상호작용연구단도 CERN과 함께 또 다른 암흑물질 후보인 액시온 검출을 위한 공동 연구를 진행하고 있다. 이들은 9테슬라(자기장 세기의 단위)급의 강력한 자석을 개발 중이다. 액시온은 강한 자기장을 만나면 빛을 내는 광자로 바뀐다고 예측되고 있어 9테슬라급 자석으로 태양에서 날아오는 액시온을 검출하겠다는 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

물질의 탐구/짐 배것 지음/배지은 옮김/반니/384쪽/2만원 “바윗돌 깨뜨려 돌덩이, 돌덩이 깨뜨려 돌멩이, 돌멩이 깨뜨려 자갈돌, 자갈돌 깨뜨려 모래알.”아이들은 동요 ‘돌과 물’을 신나게 부르다가도 “모래알이 깨지면 뭐가 되는 거야”라는 질문을 던져 어른들을 당황스럽게 만드는 경우가 종종 있다. 아이들의 이런 질문은 인류 역사와 함께 시작됐다고 해도 과언이 아니다. 고대 그리스 자연철학자 중 데모크리토스, 에피쿠로스 같은 원자론자들부터 현대 입자물리학자들까지도 ‘물질을 한없이 쪼개다 보면 뭐가 나오고 어떻게 될까’라는 의문을 끊임없이 던져 왔다. 물리학의 발전사를 살펴보면 물질이 무엇인지를 제대로 이해하기 위한 긴 여정이었다고 볼 수 있다. 특히 뉴턴 이후 ‘가장 작은 입자’ 존재를 찾는 것은 우리 세계를 만들어 낸 질량의 속성을 찾는 것과 맞물려 왔다. 그래서 이 책의 원제도 ‘질량: 그리스 원자부터 양자장까지 물질을 이해하기 위한 질문’이다. 사실 현대 물리학의 난해성도 입자의 존재와 질량이 연결되면서 나타난 현상이라고 할 수 있다. 2012년 발견돼 2013년 노벨 물리학상 수상 업적인 ‘힉스 입자 발견’이 대표적인 사례다. 과학자들은 힉스 입자가 없다면 우주는 질량이 없는 상태가 되기 때문에 모든 입자에 질량을 부여하는 힉스 입자를 ‘신의 입자’라고 불렀던 것이다. 저자는 고대 그리스 원자 개념부터 현대 물리학 양자장 개념까지 이 모든 것들을 능숙하게 엮어 독자들을 입자물리학의 세계로 이끌어 나간다. 영국 레딩대 화학과 교수 출신이면서 석유화학제품을 다루는 다국적 기업 ‘셸’의 비즈니스 컨설턴트로, 다시 과학커뮤니케이터로 변신한 저자의 독특한 경력 때문에 가능한 일이라고 할 수 있을 것이다. 저자는 과학을 잘 모르는 일반인을 대상으로 한 교양과학서라도 자연법칙과 물질의 특성을 설명하는 가장 강력한 언어인 수학을 완전히 제외한다는 것은 ‘허세와 가식’일 뿐이라고 꼬집으며 자신은 변수와 상수를 포함해 3개 이상의 기호가 등장하는 수식을 사용하지 않고도 멋지게 글을 풀어나갈 수 있다고 너스레를 떨기도 한다. 또 하나, 이 책의 장점을 꼽자면 매 장의 끝부분에 ‘이 장에서 배운 다섯 가지’를 배치했다는 점이다. 과학책을 호기롭게 집어든 사람들도 책을 다 읽고 나면 ‘무슨 내용인지 잘 모르겠다’는 반응을 보이는 경우가 많다. 이 책은 그런 사람들을 위해 해당 장에서 중요한 부분만을 콕콕 집어내 마지막에 정리해 놨다. 물론 중·고등학교 과학 교과서나 참고서를 보는 것 같아 거부감이 드는 이들도 있겠지만 말이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

고백할 것이 있다. 필자를 포함해 우주 기원을 연구하는 입자물리학자들은 수지를 만나고 싶어 한다. 수지를 만나기만 하면 많은 일들이 풀릴 것으로 생각되기 때문이다.우주의 기원을 알기 위해서 필요한 것은 무엇일까. ‘요리’를 생각하면 쉽다. 요리에는 재료가 가장 중요하다. 우주에는 비어 있는 시공간뿐만 아니라 온갖 물질과 물질을 구성하는 기본입자들이 있다. 지난 100년 동안 물리학자들은 전자, 중성미자를 포함한 렙톤들, 핵을 구성하는 쿼크들을 발견했다. 이런 물질과 입자들의 다양한 상호작용은 우주의 거대한 구조에서부터 생명현상에 이르기까지 모든 현상을 만들어 낸다.이런 상호작용들도 모두 발견됐다. 더군다나 힉스 입자의 발견으로 긴 여정이 일단락된 상태다. 이런 입자들의 역할을 알기 위해서는 빅뱅 초기처럼 매우 높은 에너지가 필요하다. ‘거대강입자충돌장치’(LHC)가 이 환경을 재현하고 있다. 이런 재료만으로 우주를 설명하기는 부자연스럽다. 특히 이론물리학자들은 오래전부터 힉스 입자의 질량이 지나치게 작다는 점을 지적해 왔다. 정신없이 뛰놀고 있는 아이들이 가득한 방에 비싸고 깨지기 쉬운 꽃병을 방바닥 한가운데 놓아두었다고 하자. 한 시간 뒤 방에 들어갔더니 아이들은 여전히 뛰어놀고 있는데 꽃병이 원래 자리에 그대로 있다면 어떤 생각이 들까. 가능성은 있지만 그런 일이 어떻게 생겼는지 설명하기는 어렵다. 이처럼 힉스 입자의 질량과 상호작용력은 부자연스러울 정도로 작다. 수지만 있으면 이런 부자연스러움도 자연스럽게 설명할 수 있다. 우주에는 기본입자들 외에 암흑물질이라는 것도 있다. 관측을 통해 간접적으로 존재가 알려져 있지만 직접 발견하지는 못했다. 우주에는 일반물질보다 암흑물질이 더 많은데도 말이다. 암흑물질의 정체도 수지의 도움으로 해결할 수 있을 것이다. 또 물리법칙의 아름다움을 완성하기 위해서는 복잡해 보이는 여러 입자들과 상호작용이 통일된 하나의 법칙으로 표현될 수 있어야 한다. 여러 다른 힘들을 통일하는 데도 수지가 결정적 역할을 한다. 전자기력, 약력, 강력을 통일하는 대통일이론에 수지만 있으면 힘의 크기가 우주 초기와 같아져서 통일할 수 있고, 중력까지 통일할 수 있는 끈이론에도 수지가 필요하다. 지난 수년간 LHC에서 실험을 했지만 수지는 모습을 드러내지 않았다. ‘자연스러움’이라는 물리학의 기본 철학을 포기해야 하는 것 아닌가라는 논의까지 진행되고 있다. 어쩌면 물리학이 완전히 새로운 국면에 들어가기 직전의 상태라는 징조일 수 있다. 19세기 말 거의 완성된 듯한 물리학에서 몇 가지 빈틈이 보이기 시작했던 것처럼 말이다. 당시 물리학은 전자가 원자핵 주위를 돌면 전자기파를 방출해 원자들이 불안정해진다는 문제에 직면했다. 이 문제 해결 과정에서 양자역학이라는 혁명적인 패러다임이 등장했다. 양자역학은 세계관만 변화시킨 것이 아니고 반도체, 레이저 등의 발명을 통해 인류의 삶을 완전히 바꿔 놓았다. 또다시 물리학에서 새로운 전환이 필요할 때다. 수년간 공을 들였지만 수지를 만나지 못할 경우에는 당혹감과 함께 이전 생각을 과감히 버리고 새로운 물리학을 하게 될 것이다. 이런 변화는 끈기를 가지고 추구할 때만 온다. 지금까지 이야기한 수지(SUSY)는 ‘초대칭성’(supersymmetry)의 준말이다. 모든 기본입자에 짝이 있다는 이론이다. 짝 입자 중 일부는 암흑물질로 우주에 남아 있고 대다수는 질량이 더 낮은 것으로 붕괴할 것으로 생각하고 있다. 초대칭성이 있으면 짝입자의 역할로 힉스 입자의 질량이 자연스레 낮게 유지될 수 있다. 초대칭성이 없는 끈이론은 불안정성을 가지고 있으나 초대칭성이 있는 초끈이론은 이 불안정성이 없어진다. 이런 이유들 때문에 수지를 간절히 찾고 있는 것이다.

‘심슨의 예지력’은 어디까지? 1990년 이후 2010년까지 총 23편의 시리즈로 제작돼 인기를 끌었던 애니메이션 ‘심슨 가족’의 예언이 또 다시 현실로 나타났다. AP통신, CBS 방송 등 미국 현지 언론은 14일, 월트디즈니가 21세기 폭스 영화 및 TV사업 부문을 524억 달러(약 57조 1000억 원)에 인수한다고 보도했다. 디즈니의 폭스 인수가 ‘심슨 가족’에 등장한 것은 1998년 11월 에피소드에서였다. 당시 에피소드에서는 ‘21세기 폭스’ 로고가 그려진 간판 아래에 ‘월트 디즈니 공동 사업부’(A Division of Walt Disney Co)라고 적혀 있는 장면이 나온다. ‘심슨 가족’의 예언이 적중한 것은 이번이 처음이 아니다. 2000년에 방영된 에피소드에서는 도널드 트럼프가 대통령이 된 시대를 그렸는데, 지난해 트럼프가 실제로 대통령으로 당선되면서 ‘심슨의 예지력’이 또 한 번 주목받았다. 1998년에 방영된 에피소드에서는 힉스 입자의 질량을 예측하는 방정식이 등장한다. 힉스 입자는 1964년 영국의 한 물리학자가 우주상에 존재할 것으로 예견한 입자인데, 이 입자의 존재는 2012년이 되어서야 사실로 입증됐다. 이밖에도 2015년 아프리카를 휩쓴 에볼라 바이러스 사태는 1997년에 방영된 에피소드에서, 손목에 착용하는 시계 형태의 휴대전화는 1995년 방영된 에피소드에서 등장했었다. 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

좋은 과학자가 가져야 하는 소양은 어떤 것일까.과학을 좋아하고 남보다 앞선 생각을 하며 창의적 아이디어가 샘솟아 시간 가는 줄 모르고 실험이나 계산을 하는 사람을 떠올릴 것이다. 과학적 아이디어로 사업을 해서 많은 돈을 벌면 금상첨화라고도 생각할 것이다. 아이가 과학에 소양이 있다고 하면 위와 같은 사람이 되게 하려고 부모들은 물심양면으로 과학에 몰입하게 만들어 주고 싶어 한다. ‘과학에서 리더십’을 말하면 ‘과학자에게 그런 것이 필요할까’라고 되묻는 사람이 많다. 연구만 열심히 하면 되지 다른 사람들과의 관계인 리더십이 중요하느냐는 것이다. 그러나 21세기를 살아가는 과학자들에게 리더십은 점점 더 필요한 덕목이 되고 있다. 첫째 집단 연구에 의한 과학 실험이 많아지고 있다. 2015년 힉스입자 관련 논문은 저자 수가 무려 5154명에 달했다. 저자 이름만 나열한 분량이 전체 33쪽의 논문 중 24쪽에 이른다. 생물학에서도 초파리 유전자 논문 하나에 1014명의 저자가 등장하기도 했다. 이런 거대 집단 연구에는 반드시 리더가 필요하다.필자가 지난주 참가한 국제우주선학회에서는 여러 실험 그룹에서 발표했는데 대부분이 수백명의 연구자가 참여하는 실험이다. 한 연구에 참여하는 국가도 5~10개국이 대부분이다. 이런 실험들에서는 각자 맡은 역할을 충실히 하는 것도 중요하나 실험에 대한 비전을 제시하고 미래를 내다보는 계획을 하는 리더 학자들이 있어야 한다. 과학 리더십은 어떻게 나타나는 것일까. 많은 연구자가 과학자로서의 소양은 잘 갖추고 있다. 그러나 리더십에는 몇 가지 덕목이 더 필요하다. 리더는 보다 긴 안목에서 더 중요한 것을 볼 수 있어야 한다. 여러 분야의 사람들과 충분한 소통을 통해 큰 비전을 공통의 관심사로 도출할 능력이 있어야 한다. 또 개인적 호기심에 기반을 둔 과학 연구가 사회에 어떤 영향을 줄 수 있을 것인지 성찰해야 한다. 과학에서 중요한 업적이 사회적 변화를 이끌어 내기 위해서는 반드시 후속 세대로 연결돼야 하는 만큼 멘토링 능력도 필요하다. 이를 위해서는 자신의 업적을 넘어서서 보다 창의적인 일을 할 수 있도록 후속 세대에 대한 배려와 존중하는 마음이 무엇보다 중요하다. 한국의 과학 리더들은 어떻게 길러지고 있을까. 약 35년 전 과학고가 처음 만들어진 뒤 현재 20여개 영재고와 과학고에서 좋은 시설과 훌륭한 교사진이 우수한 학생들을 교육하고 있다. 문제는 선행학습에 의해 선발된 학생들이 협업보다는 경쟁을 하는 환경, 자신의 호기심에 기반한 도전보다는 잘 짜여진 탐구 활동에 의해 각각 교육받고 있다는 것이다. 답이 나올 수 있는 것들만 경험하는 것이다. 또 교수들의 양적 연구실적을 강조하는 우리나라 대학의 현실에서는 리더십을 발휘할 후속 세대에 대한 멘토링보다는 말 잘 듣고 시키는 일 열심히 하는 조직의 부품이 양산되고 있다. 리더십을 가진 과학자는 글을 잘 쓰고 말도 잘해야 하며 인문학적 소양도 두루 가질 수 있는 눈과 독서력을 가져야 한다. 미국에서 유명한 브롱크스과학고는 1938년 개교해 지금까지 8명의 노벨상 수상자를 배출했다. 개교 34년이던 1972년 졸업생 중 첫 노벨상 수상자인 리언 쿠퍼가 나왔다. 좀더 자세히 들여다보면 6명이 개인 연구가 중요한 이론물리학으로 노벨상을 받았다. 1960~70년대 인기를 끌었던 이론물리학에 최고의 인재들이 몰릴 때 발군의 실력을 발휘한 것이다. 그런데 이 학교 출신 중 7명이나 퓰리처상을 받았다는 것도 우리에게 시사하는 바가 크다. 교육계와 과학계 차원에서 과학에서 리더십을 발휘할 인재를 어떻게 만들고 있는지 우리의 모습에 대한 철저한 반성이 필요하고 국가 차원에서도 앞으로 100년 동안 과학계를 이끌 리더를 어떤 식으로 배출할 것인가 고민해야 할 때다.

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.

공학을 생각한다/헨리 페트로스키 지음/박중서 옮김/반니/400쪽/1만 8000원사람들은 대부분 과학과 공학을 제대로 구분하지 못한다. 그러면서도 공학을 과학에 비해 낮춰 보는 경우가 많다. 공학자의 작업은 보이지 않는 곳에서나, 다른 전문가와 공조해 이뤄지기 때문에 수많은 공학적 업적이 독자적으로 인정받는 경우가 드물다. 또 과학적 추구는 고상하고, 공학적 업적은 실용적이라는 선입견 때문에 과학이 상대적으로 높게 평가되는 것이다. 과연 그럴까? 세계적인 공학자인 헨리 페트로스키 미국 듀크대 교수의 저서 ‘공학을 생각한다’는 과학의 뒤에 가려져 제대로 평가받지 못하고 주목받지 못하는 공학의 역할과 의미를 조명한다. 미항공우주국 산하 제트추진연구소 탄생의 주역인 로켓과학자 시어도어 폰 카르만은 “과학자는 이미 있는 것을 연구하는 사람이고, 공학자는 결코 없었던 것을 창조하는 사람”이라고 규정했다. 지금은 과학이 공학보다 우월하다는 고정관념이 있지만 과학과 공학의 경계는 늘 모호했다. 현대물리학의 선구자 아인슈타인은 과학자인 동시에 열성적인 발명가였다. 아인슈타인은 후배 과학자 레오 실라르트와 함께 열역학 원리를 이용해 1926년 부탄을 냉매로 사용하는 비기계식 냉장고를 개발해 독일 특허를 받았고, 1930년엔 영어권 국가에서도 특허를 받았다. 그는 기술과 과학을 가르는 뚜렷한 선은 결코 존재하지 않는다고 믿었다. 과학자의 임무가 문제를 확인하는 것이라면 공학자는 그 문제를 해결하는 임무를 부여받는다. 연구와 개발은 과학과 공학의 또 다른 이름이다. 과학은 연구하고, 공학은 개발한다. R&D는 토머스 에디슨이 최초의 산업적 연구 실험실을 세운 데서 비롯됐다. 초기의 실험실은 기초 과학 혹은 기초 연구에는 별 관심이 없었고 제품 개발과 재료 실험을 선호했다. 책은 우리의 삶과 세상을 변화시키고 문제를 해결하는 것은 공학이라고 강조한다. 또한 공학적 문제 해결에 과학이 응용되는 경우가 많지만 반드시 공학이 과학에서 도출되는 것은 아니며 오히려 많은 기술의 진보가 순수하게 공학적 업적에서 비롯된 것이라고 밝힌다.컴퓨터와 같은 공학적 도구의 발명은 과학의 발전을 이끌었으며 증기기관은 열역학이 정립되기 전에 사용됐다. 마르코니는 물리학자들이 불가능하다고 했던 무선통신을 거듭된 실험을 통해 발명했고, 라이트 형제는 항공역학이 나오기 전에 비행기를 발명했다. 로켓 과학은 로켓의 설계와 성공적인 비행이 이뤄진 이후에 나왔다. 2차대전 당시 원자폭탄을 개발한 맨해튼 프로젝트와 소련의 인공위성 기술을 따라잡기 위한 미국의 아폴로 계획도 엄밀하게 말하면 공학적 노력의 결과라고 책은 주장한다. 실험물리학의 성과인 유럽입자물리학연구소의 입자가속기를 이용한 힉스입자의 발견이나 인체게놈프로젝트도 수천명의 공학자가 참여한 덕분에 이뤄진 결과로 볼 수 있다. 과학과 공학의 우열을 가리는 것이 이 책의 목적은 결코 아니다. 환경파괴나 기후변화, 소행성 충돌과 같은 전 지구적 문제가 대두된 오늘날 이를 해결하는 과정에서 과학과 공학은 서로의 중요성을 이해하고 존중하고 협력해야 한다는 게 책의 핵심이다. 저자는 “과학과 공학, 과학자와 공학자 간의 차이를 명확히 하기 위한 것”이라고 밝히면서 “그 차이를 충분히 이해하고 나면 전 지구적으로 처한 위험의 관리라든지 연구와 개발을 위한 자원의 배분 같은 공공 정책의 문제를 더 현명하게 판단하고 결정할 수 있을 것”이라고 강조한다. 함혜리 선임기자 lotus@seoul.co.kr