[21세기 과학 대탐험](17)21세기 과학 향방
과학이란 진리에 접근하는 한 방식이다.과학자들은 생명체,사물,우주 등 모든 자연현상에 대해 세밀하게 관찰한 뒤 이를 토대로 새로운 이론을 만든다.
이론에 앞서 가설이 만들어질 수 있으며,이 가설이 입증되면 기존의 이론을대체,진리(혹은 지식)를 바꿔 나간다. 과거 코페르니쿠스가 그랬고,다윈이그랬듯이 많은 과학자들의 선구자적인 노력은 우리의 사고에 새로운 세계를열어줬고 발전의 시금석이 됐다.앞으로의 과학은 어떤 방향으로 전개될까? 21세기에는 최근 과학분야에서 나타나기 시작한 변화의 조짐들이 가속화되면서 전통적인 지식분야가 상호 결합,새로운 ‘통합 과학’이 탄생할 것으로예상된다.학문 분야별 경계가 서로 모호해지면서 새로운 연구분야를 연결하는 시도가 각광받고,다른 한편으로는 각 부문별 자율성을 강조하는 과학이두각을 나타내는 등 다원화된 형태로 발전할 것이다.
최근 과학계에는 원자 물리학과 소립자 물리학의 영향력이 다소 쇠퇴하고,대신 복합적인 현상을 다루는 생명 현상,응집 현상,복잡계 등에 관한 과학이서서히 두각을 나타내고 있다.
1970년초부터 과학계에서는 반(反)환원주의적 과학관을 선호하는 입장이 급속히 부상했다.예를 들어 미국의 대표적인 고체물리학자인 필립 앤더슨은 입자물리학에서 오랜 세월을 두고 줄기차게 추구하고 있는 ‘통일이론’이 완성되면 자연과학의 모든 부분이 한꺼번에 이해될 수 있다는 환원주의적 입장을 정면으로 반박하고 있다.고체 물리학 분야가 기존의 입자물리학 분야에대해 보여주고 있는 이런 반란의 분위기는 기존의 가설을 뒤집는 이론들이러시를 이루며 앞으로 더욱 심화될 것으로 전망되고 있다.
자연계의 모든 현상을 단일한 관점,즉 ‘통일이론’으로 이해하려는 움직임은 커다란 어려움에 봉착했다.하지만,통일이론은 초기 우주의 생성과 밀접한관련이 있기 때문에 과학자들은 앞으로도 자연계에 존재하는 모든 힘과 수많은 입자들의 구조를 통일하려는 노력을 계속할 것이다.
우주에 대한 연구도 지속적으로 진행될 것이다.특히 대폭발 이후 우주가 생성되고 생명체와 더 나아가 인간이 등장하게 되는 과정에 관한 연구는 이분야의 중요한 연구 테마가 될 것이며,천문 우주 분야에서도 우주 속의 생명체존재여부를 탐사하는 것이 중요한 과제가 될 것이다.
20세기가 상대성이론과 양자역학으로 대변되는 물리과학의 세기였다면 21세기는 유전자에 의해 대변되는 생명과학의 시대가 될 것이라고 많은 사람들이전망하고 있다.
농업 분야에서 유전공학의 응용이 지속적으로 확대되고 있으며,1990년부터시작된 인간게놈 프로젝트는 인간 유전체의 구조 뿐아니라 그 기능을 해명하는 야심찬 연구로 발전해 가고 있다.21세기에는 노화에 대한 비밀이 밝혀져영원한 젊음을 유지하려는 인류의 오랜 꿈이 실현될 것이다.또한 장기 이식이 보편화되고 인공 장기도 개발되며,각종 첨단 진단장비가 개발돼 인간의수명 연장에 기여할 것이 확실시된다.
과학기술의 발전은 과학의 객관성 및 가치중립성에 대한 전통적인 신념을다소 약화시키면서 과학의 사회적 성격에 대한 논의에 불을 당겼다.인간 복제를 둘러싼 생명복제 문제,국가 및 기업의 연구개발의 방향,환경 문제 등에대한 논의는 과학기술의사회적 영향력이 커지면서 과학기술에 대한 대중의관심이 더욱 높아졌음을 보여준다.과학 분야에서도 대중의 영향력은 점점 커지고 있는 것이다.
20세기 중반 이후 소립자 물리학이나 고에너지 물리학이 과학을 주도했던데에는 전후 냉전 체계와 미·소간의 무기 개발경쟁이 결정적인 역할을 했다.하지만 1990년대 이후 냉전이 종식되면서 과학기술 분야에도 엄청난 변화의 바람이 몰아쳤다.이제는 과거처럼 군사력 우위로 세계를 통제하려는 방식보다는 반도체,정보통신,생명공학 등 앞으로 우리 삶의 핵심을 차지할 기술을선점하고 이런 첨단 지식을 바탕으로 세계의 주도권을 잡으려는 움직임이 나타나고 있다.21세기 새로운 지식기반 사회에서는 정부 주도형의 연구개발보다는 민간이 연구개발에서 더욱 중요한 위치를 차지할 것이라는 전망이 나오는 것은 이런 시대적 변화를 반영한 것이다.
결론적으로 21세기 과학은 이론과 실제가 결합되고 기초과학과 응용공학이밀접하게 연결되는 방식으로 발전할 것이다.과거 확립된 기초과학,응용과학,공학의 구분이 모호해지면서 이들 분야들이 서로 결합된 새로운 통합적 지식이 등장하게 된다.또한 단순히 물질의 궁극적인 실체를 탐구하는 식의 과학이 아니라 실제 생활과 연결되어 정신적,물질적으로 우리의 삶과 문화를 살찌울 수 있는 분야가 각광을 받게 될 것이다.
생명기술 및 정보통신이 미래를 선도할 기술분야로 급속히 부상하고 있는것도 우리의 생활과 밀접하기 때문이다.이 분야도 앞으로는 수학·화학·물리학·기계공학·재료공학·화학공학 등 다양한 전통적인 과학기술 분야와결합해 완전히 새로운 통합적 기술로 각광받게 될 것이다.이미 중요한 분야로 부상하고 있는 신소재,광기술,나노테크놀로지,환경 및 에너지 기술,극초소형 전자기계체계(MEMS),첨단 의공학,노화 방지술 등도 모두 전통적 지식을통합한 새로운 학문 분야에서 발전한 분야들이다.
20세기 과학기술이 우리에게 항상 밝은 모습만을 보여주지 않았듯이,21세기에 나타날 과학기술도 인류를 위해 공헌할 것인지 아니면 인류를 파멸로 몰아 넣을지는 아무도 모른다.무엇보다도 미래 과학기술은 전쟁의 도구라는 오명과 인류 멸망의 시나리오와 결합된 부정적인 이미지에서 벗어나 인류의 평화와 번영을 위한 참된 동반자로 거듭나야 할 것이다.또한 과학기술이 이룩한 성과가 특정계층의 전유물이 아니라 인류 모두에게 혜택이 가는 ‘분배적정의’로 실현돼야 할 것이다.
이를 위해서는 과학자들의 사회적 위치를 높이고,과학기술을 올바르게 활용하는 사회적 가치관을 분명하게 확립하며,과학자들 스스로도 사회적 책임 의식을 제고하는 일이 무엇보다도 시급하다.
任敬淳 포항공대 인문사회학부교수.
[필자 약력] ▲46세 ▲서울대 자연대 물리학과 학사·석사(과학사 및 과학철학 협동과정) ▲독일 함부르크 대학 박사(과학사) ▲한국브리태니커 과학담당 책임연구원 ▲미국 버클리대학 박사후연구원 ▲포항공대 인문사회학부 교수,물리학과및 환경공학부 겸임교수(gsim@postech.ac.kr).
*'뉴트리노'실체규명 경쟁 치열.
‘뉴트리노의 정체를 파악하라’ 우주탄생의 비밀과 우주의 미래에 대한 수수께끼에 해답을 줄 지도 모르는중성미자(中性微子·neutrino)의 실체를 규명하기 위한 과학자들간의 경쟁이치열하다.
1930년 파울리가 제안한 중성미자는 물질을 구성하는 가장 작은 입자의 일종.다른 물질이나 입자와 아주 약하게 상호 작용하고,아무런 방해를 받지 않고 모든 물질을 그대로 통과하기 때문에 관측하기가 극히 어렵다.
중성미자 연구의 핵심은 질량 유무를 알아내는 것.지금까지 많은 물리학자들로부터 지지받아 온 입자물리학의 ‘표준이론’은 중성미자의 질량이 ‘제로’라는 것을 전제로 한다.따라서 중성미자의 질량이 있다는 것을 입증하면 표준이론의 한계를 증명하는 셈이 된다.
중성미자의 성질을 탐구하는 가장 큰 실험은 일본 문부성 고에너지가속기연구기구(KEK)가 지원하는 국제연구 프로젝트 ‘KEK’.10여개국 300여명의 연구원이 참가한 이 실험에는 서울대 고려대 등 우리나라 교수 10여명과 대학원생들도 포함돼 있다.
국제공동연구팀은 98년 기후현 가미오카 광산의 지하 1㎞에 설치된 뉴트리노 검출장치 ‘슈퍼 가미오칸데’를 통해 우주선(線)이 지구대기와 충돌해생긴 대기 중성미자가 미소한 질량을 가지고 있다는 데이터를 세계 최초로포착했다.슈퍼 가미오칸데는 5만t의 순수(純水)로 채워져 있으며 1만여개의개별 검출기로 둘러싸여 있다.중성미자는 흙이나 암석을 관통할 수 있으나물 원자와 반응할 때 빛을 발한다.
지난 3월 이 연구팀은 이바라키현의 고에너지가속기연구기구에서 양자싱크로트론 가속기로 발생시킨 양자빔을 250㎞ 떨어진 슈퍼 가미오칸데로 발사,뮤온 뉴트리노의 수와 에너지를 측정했다.실험결과 중성미자가 질량을 갖지않을 확률은 5%에 불과하다는 결론을 얻었다.
콜로라도대학의 물리학자 롱글리 박사팀도 옥스포드,하버드 대학의 연구자들과 공동으로 2개의 주와 미국에서 가장 큰 호수 밑을 통과하는 뉴트리노빔을 이용해 뉴트리노의 진동을 확인하는 계획을 추진 중이다.
캐나다의 서드베리 니켈광산 아래에도 거대한 뉴트리노 관측소(SNO)가 설치돼 있다.캐나다 원자력회사 지원으로 지난해 4월 완성된 이 관측소는 물 대신 1,000t의 중수로 채워져 있다.외부의 간섭을 차단하기 위해 지하에 설치됐다.보통 물은오로지 한 종류의 중성미자만을 검출할 수 있는데 비해 중수는 이론상 밝혀진 3가지 중성미자(전자·뮤온·타우) 모두에 민감하다고 한다.스위스 제네바에 있는 유럽입자물리연구소(CERN)는 중성미자 빔을 728㎞떨어진 이탈리아의 그랑사소 검출기까지 쏘아보내는 프로젝트를 추진 중이다.
중성미자가 형태의 변화를 일으키려면 중성미자에 질량이 있어야 한다는 주장은 이미 50년대에 제기됐지만 입증할 수 없었다.
이같은 노력을 통해 중성미자의 실체를 알게 된다면 우리는 다시 새로운 과제를 안게 된다.기존의 물리학을 대체할 새로운 이론을 정립해야 하며 우주의 탄생이나 미래,물질의 근원에 관해서도 새로운 모색이 필요해 지는 것이다.
함혜리기자 lotus@
