우리가 잘 알고 있는 ‘알리바바와 40인의 도적’이라는 동화에서는 ‘열려라 참깨’ 하면 바위 문이 열린다. 요즘에는 음성인식 기술이 개발돼 현실감 있는 소재가 됐지만 예전에는 현실감이 없어도 동화이니까 하면서 재미있게 읽었던 기억이 난다. 동화 속 이야기 중에는 비현실적인 것이 얼마나 있을까. 앞으로 현실이 될 수 있는 소재는 어떠한 것이 있을까. 미국에서는 아이들에게 동화 속 이야기를 현대 사회에 맞게 각색할 수 있는지 질문하면서 아이들의 관심을 과학으로 이끌어 낸다. 과학이 무엇이길래 어린아이들의 동화 속 상상세계와도 연계시키려고 할까.최근 무인자동차 연구가 많이 진행되고 있다. 지금과 같은 수동 자동차가 아니고 진정한 의미의 자동차를 탈 수 있는 날이 멀지 않았다. 자율적으로 운행되는 자동차가 실용화되면 거동이 불편하고 운전이 어려운 이들이 혜택을 본다. 또 이동하는 시간을 보다 여유롭게 활용할 수 있다. 이와 같이 과학은 우리가 고마워해야 하는 대상이다. 일반적으로 과학은 우리에게 먹거리를 제공하고, 건강한 삶을 살 수 있도록 도와주는 우리의 생활이다. 또 과학은 테러집단으로부터 우리를 지켜주고 국가 안보를 담보하는 수단이다. 그리고 우리에게 새로운 성장동력과 일자리를 제공해 주는 꿈이고 미래이다. 앞으로는 치매를 어떻게 조기에 발견하고 치료할 수 있을까, 지구온난화를 어떻게 줄일 수 있을까, 가난한 이들에게 어떻게 물·에너지· 먹거리를 제공할 수 있을까 등 우리 사회를 발전시키기 위한 고민에 대해 과학이 답을 줄 것이다. 우리는 과학이 주는 혜택을 받는다.  유영제 서울대 교수·화학생물공학우리 주위에서 많이 볼 수 있는 주목나무는 어떻게 세균과 벌레의 공격을 막아내고 있는가라는 질문에서 출발해 주목은 특정 대사산물을 합성해 자기를 방어한다는 것을 알았다, 그러한 결과로부터 암을 치료할 수 있는 항암제가 개발됐다. 그것은 새로운 산업이 됐다. 이와 같이 과학기술의 발전에 따라 새로운 산업이 탄생하고 우리에게 일자리로 다가온다. 컴퓨터, 휴대전화 등의 개발이 그러한 예이다. 앞으로는 로봇기술, 3D프린터 등이 우리에게 새로운 일자리를 제공할 것이다. 로봇에 대해 많은 연구개발이 이루어지고 있다. 로봇은 계속적으로 활용이 증가될 것인데, 여기에 인공지능이 더해지면 그 역할이 크게 변화될 것이다. 그런데 이 로봇이 감성까지 가지면 우리 사회는 어떻게 변화할까. 이런 것들이 대중화되는 사회는 많은 변화가 예상된다. 동시에 우리에게는 많은 기회와 도전으로 다가온다. 과학에 대한 이해가 없으면 미래를 예측하는데 어려움을 겪을 것이며, 이것은 미래 변화에 대한 대응력을 떨어뜨려 우리를 힘들게 할 것이다. 과학적 지식은 우리의 미래를 결정하는 중요한 요소이다. 따라서 과학기술의 발전에 관심을 갖고 과학기술이 주는 메시지를 경청해야 한다. 21세기 지식기반 사회, 융복합 시대에는 과학이 우리의 미래이다. 과학은 딱딱하고 어렵게만 여겨질 수 있는 이론과 실험이 전부가 아니다. 과학은 자연과 일상생활의 문제를 다룬다. 과학을 순수과학만이 아닌 기술, 공학, 예술, 수학과 연계시키는 스팀(STEAM)이라는 새로운 교육 방식은 과학이란 우리의 생활이요 우리가 관심을 가져야 하는 대상이고, 쓸모 있다는 생각을 갖게 한다. 그러다보면 과학은 제3자를 위한 것이 아니라 나와 연결된다는 것을 깨닫게 된다. 과학은 호기심 많은 과학자의 전유물도 아니고, 기업의 경쟁력만을 위해 필요한 것도 아니다. 얼마 전 미국에서는 ‘모든 미국인을 위한 과학(Science for All Americans)’이라는 보고서가 나와 과학은 모든 이들을 위한 것이어야 한다고 하면서 초·중등 교육과정을 개편하고 있다. 우리도 과학이 고마워해야 하는 대상이 되고 과학에 관심을 갖는 학생과 국민이 많아질 때, 그래서 우리가 과학을 즐길 때 우리의 과학은 발전하는 것이고 국가 발전으로 연결될 것이다.유영제 서울대 교수·화학생물공학

요즘 사물인터넷(IoT)에 대한 관심이 뜨겁다. 사물인터넷은 간단히 말해 사물과 사물, 사람과 사물을 인터넷처럼 유무선 네트워크로 연결하여 서로 정보를 주고받도록 하는 기술이다. 사물과 사물의 의사소통, 사람과 사물의 의사소통을 통한 공유를 지향하는 것이다. 기존 인터넷이 컴퓨터 내의 디지털 사이버공간에서 작동한다면, 사물인터넷은 실제의 물리공간에서 구현된 일종의 아날로그 인터넷인 셈이다. 두 공간의 네트워크는 사실상 기술적으로 연결가능하기에 사물인터넷은 결국 사이버공간과 물리공간을 연결하여 인간의 모든 삶의 공간을 통합 네트워크화하는 데 결정적 역할을 한다.그렇다면 왜 사물을 인터넷으로 연결하려 하는가. 그것은 인터넷 연결을 통해 사물을 지능화하여 그 가치를 증대시키고, 인간의 개입 없이도 스스로 작동하도록 자동화하며, 사물로부터 다양한 정보를 수집·공유하고 이를 분석·융합하여 이전엔 불가능했던 새로운 서비스를 구현하기 위함이다. 그러면 어떻게 이를 구현할 수 있는가. 이를 위해 주변의 정보를 수집하기 위한 각종 감각 센서나 상황인지 칩, 그리고 이 정보를 보내거나 받기 위한 송수신 장치를 각 사물에 심는 것이 중요하다. 그런 다음 인터넷처럼 사물을 네트워크로 서로 연결하고 개개 사물에 고유한 아이피 주소를 부여하는 것이 필요하다. 나아가 이렇게 생성된 정보를 수집하고 분석 처리하기 위한 지능형 플랫폼 기술, 클라우드 기술, 빅데이터 기술 등이 필요하다. 실제로 정보통신 분야의 대표적인 컨설팅 회사인 가트너의 분석에 따르면, 이렇게 상호 연결된 사물인터넷 기기가 2015년에 64억개인데 2020년에는 208억개로 대폭 늘어날 전망이다. 이중원 서울시립대 교수·과학철학사물인터넷 기술은 이미 개인의 삶의 질 향상이나 사회의 공공 문제 해결, 나아가 산업 경쟁력의 강화를 위해 우리의 생활 곳곳에서 유용하게 사용되고 있다. 일례를 들어 보면 최근 개발되고 있는 수많은 웨어러블 기기 가운데 하나인 스마트 워치의 경우, 개인의 체온이나 심장 박동수 또는 보행수를 측정하는 장치 등을 심어 지능화하고 인터넷을 통해 사람과 대화토록 함으로써 개인의 건강상태를 수시로 체크하고 관리할 수 있도록 해준다. 또한 사회의 대표적인 공공 문제인 교통문제와 관련하여 가령, 다양한 센서와 카메라 등으로 고속도로를 지능화함으로써 차량의 통행 소요시간, 교통사고, 대기오염 등을 상당 부분 줄일 수 있다. 한편 산업의 경쟁력 강화에도 유용한데, 건설회사의 경우 건설 현장 노동자가 착용하는 장갑, 작업모, 신발, 안경 등에 각종 센서를 부착하여 지능화함으로써 건설 현장에서 발생할 수 있는 위험 요인을 실시간으로 관찰하고 분석·예측하여 위험요소를 대폭 감소시킬 수 있다. 여기에는 각종 사물로부터 수집된 수많은 정보의 공유가 전제돼 있다.이런 유용성에도 불구하고 사물인터넷 기술에는 해결해야 할 심각한 문제가 존재한다. 바로 정보 자체가 보안성이 취약하다는 점과 개인의 프라이버시가 침해될 위험성이 매우 높다는 점이다. 사물의 복잡한 네트워크 구조로 인해 침투 경로가 다양하고 어디서 어떻게 해킹을 당했는지를 확인하기조차 쉽지 않아 보안성이 취약할 수밖에 없다. 더불어 나의 일거수일투족을 감지할 수 있는 센서를 장착한 수많은 사물이 네트워크상에서 수많은 사람과 연결되어 있는 까닭에, 나도 모르게 언제 어디서 내 개인 정보가 수집되어 공유됨으로써 프라이버시가 침해될 소지가 다분히 높다. 새로운 가치를 창출하고 있는 공유 개념이 역으로 감시의 확산이라는 부작용을 낳고 있는 것이다.하지만 사물인터넷 기술이 우리의 삶을 근본적으로 바꿀 혁신적인 기술임은 분명하다. 개인의 삶의 양식은 물론 생산 및 노동시장의 구조 그리고 산업 구조를 공유에 기반하여 근본적으로 변화시킬 것이다. 이는 이전에 경험하지 못한 새로운 유형의 사회이기에 실용적 유용성을 넘어서서 보다 근본적인 사회변화에 대해서도 이제 깊이 고민할 때가 아닌가 생각한다.이중원 서울시립대 교수·과학철학

차량 정체로 고속도로 터널 속에 갇혀 버린 여행길, 터널 속 공간을 채우던 조명등의 은은한 황색 빛 속으로 갑자기 구급차가 요란한 소리를 내며 쏜살같이 내달렸다. 구급차의 사이렌 소리는 여느 때처럼 나를 스쳐지나가며 높은 톤에서 낮은 톤으로 변했다. 그 순간 얼마 전 읽었던 천체물리학 저널에 실린 논문 한 편이 떠올랐다. 논문의 내용은 터널등의 황색과 구급차의 소리 변화에 관한 물리학이 외계행성의 대기를 조사하는 데 이용될 수 있다는 것이었다. 전혀 연관성이 없어 보이는 이 세 가지 현상 사이의 관계는 무엇일까. 나트륨등이라 불리는 터널등은 방전관 내 함유된 나트륨(소금을 구성하는 원소 중 하나)이 에너지를 받아 들뜨며 내는 고유한 황색 빛을 이용한다. 원소마다 방출하는 색이 달라서 원소들의 특유한 발광색은 이들을 구분하는 ‘지문’으로 이용된다. 고재현 한림대 교수·물리학달궈진 나트륨이 황색을 내는 반면 차가운 나트륨 기체는 같은 색깔의 빛을 흡수할 수 있다. 태양 대기에 존재하는 나트륨 원소는 태양 스펙트럼의 황색 부분에 검은 두 줄의 흡수선을 만든다. 바로 나트륨이 내는 발광색과 동일한 위치에서 말이다. 구급차의 소리 변화는 흔히 도플러 효과라 불리는 파동 현상과 관계된다. 구급차가 다가오면 사이렌 소리가 만드는 공기 밀도의 주기적 변화가 압축되며 높은 톤의 소리로 변한다. 반면 차가 멀어지면 밀도 주기의 간격이 벌어지며 낮은 톤의 소리가 된다. 이러한 도플러 효과는 빛과 같은 전자기 파동에도 그대로 적용된다. 나트륨등이 우리를 향해 빠른 속도로 다가오면 나트륨 원소가 방출하는 노란 빛의 파장이 짧아지며 청색 쪽으로 치우치게 되고(청색편이) 반대로 우리와 나트륨등의 거리가 멀어지면 빛은 파장이 긴 빨간색으로 치우치게 된다(적색편이). 이를 이용해 광원과 관찰자 사이의 상대속도를 정밀히 측정할 수 있다. 이제 무대를 터널에서 남반구 여우자리 방향을 따라 63광년 떨어진 한 별로 옮겨보자. 그곳에는 태양-수성 거리보다 훨씬 가까운 거리에서 약 이틀 만에 한 번씩 모성을 돌고 있는 목성형 행성 ‘HD 189733b’가 있다. 2005년에 발견된 이 행성은 높은 일조량과 두꺼운 대기층으로 집중적인 연구 대상이 돼 왔다. 이 행성의 대기층을 통과해 지구로 오는 별빛에는 대기를 구성하는 원자와 분자의 지문, 즉 흡수선들이 들어 있기 때문이다. 그동안 물을 포함한 다양한 성분이 확인됐지만, 이 행성의 기상현상을 밝히는 데 공을 세운 원소는 바로 나트륨이다. 최근 영국 워릭대학교의 연구팀은 칠레에 위치한 유럽 남부천문대의 망원경을 이용해 측정된 이 행성의 나트륨 흡수선을 집중적으로 분석한 후 행성 표면에 엄청난 속도의 동풍이 불고 있음을 밝힌 바 있다. 동풍이 불면 행성 대기의 서쪽 껍질에서는 지구를 향하는 바람이 불게 돼 나트륨의 흡수선이 청색편이를 보이는 반면 반대로 바람이 부는 동쪽 끝 대기층에서는 적색편이가 관측될 것이다. 행성이 모성 앞을 지나가는 동안 시간에 따라 변하는 도플러 효과를 분석한 이들의 계산에 의하면 풍속은 무려 시속 8600㎞ 정도에 달했다. 마하 7에 해당하는 엄청난 속도다. 높은 일조량에다 조석 고정 현상으로 밤낮이 고정돼 발생하는 막대한 온도 차이가 지구에서는 상상할 수 없는 기상 현상을 만드는 것이다. 1990년대 최초로 외계행성이 발견된 이래 그동안 수천 개의 외계행성이 확인됐다. 그간의 연구가 외계행성의 발견에 치중했다면 이제는 외계행성의 기상과 같은 구체적 특징을 정밀하게 파악해 나가는 단계로 발전하고 있다. 그러나 아직은 모성에 근접한 목성형 행성처럼 측정이 용이한 행성이 주 연구대상이다. 언제쯤 돼야 골드록스 지역에 위치한 지구형 행성의 대기를 엿볼 수 있을까. 그런 외계행성의 표면으로부터 엽록소와 같은 생명체의 지표를 알려주는 신호를 확인할 날이 올까. 꼬리를 무는 즐거운 상상은 터널 속 정체가 풀리며 끝났다. 나트륨등의 아늑한 황색 불빛을 벗어나 다시 여행을 시작할 때이다.고재현 한림대 교수·물리학

역사에 대한 시각차 때문에 우리 사회의 갈등이 이어지고 있다. 역사는 어떠한 사물이나 사실이 현재에 이르기까지를 인류 사회의 변천과 흥망 과정을 기록한 것으로 사실에 기초해 객관성을 유지할 때 의미를 갖는다. 자연사는 인류 탄생 이전을 중심으로 동물, 식물, 광물의 종류와 분포, 생태, 변화 등 자연계의 역사를 말한다. 자연사박물관은 자연에 대한 호기심을 키우고 궁금증을 풀어주는 공간으로 과학적 지식뿐만 아니라 자연에 대한 바른 시각을 배우는 곳이다. 외국학자들이 한반도의 자연사를 알고 싶다면서 자연사박물관을 찾을 때면 경제협력개발기구(OECD) 회원국 가운데 대한민국만이 국립자연사박물관이 없다는 사실이 한없이 부끄럽다. 선진국들은 19세기부터 국립자연사박물관을 건립해 교육과 탐구에 활용하고 있으니 우리가 과학분야에서 노벨상을 논할 수준인지 되묻게 된다. 공우석 경희대 교수·지리학영국 스코틀랜드의 제임스 허턴은 1788년에 지구의 암석에는 퇴적암, 화성암, 변성암이 있고 암석은 다양하게 모습을 바꾸면서 순환하고 있다면서 “현재는 과거를 푸는 열쇠이다”라고 했다. 현재를 이해하려면 과거를 알아야 하고, 그래야만 미래를 바르게 예측할 수 있다는 뜻이다.우리가 당면한 기후변화, 생물다양성 문제를 이해하고 미래에 대응하려면 과거를 알려주는 다양한 대용자료를 바탕으로 자연생태사를 알아야 한다. 육지에서는 퇴적층의 꽃가루, 포자 등 미세화석과 잎, 열매, 줄기, 나이테 등 식물 거대화석과 뼈, 이빨, 곤충 사체 등 동물 거대화석 등을 활용해 과거를 복원한다. 바다에서는 규조, 유공충, 산호, 패류, 어류 등에 기초해 해양생태계를 복원한다. 화석 가운데 분포범위가 좁고 특이한 생태적 특성을 가진 생물은 과거 환경변화를 알려주는 좋은 지표이다. 식물이 생산한 꽃가루는 바람이나 빗물에 옮겨져 호수나 강바닥에 쌓이며, 공기와 만나 썩지 않으면 퇴적층에 보존된다. 토양에서 분리한 꽃가루를 현미경을 이용해 종류와 숫자를 헤아리고 시기별로 출현한 식물의 종류와 양을 분석해 자연식생사를 복원한다. 화분 분석 결과는 환경 변화에 따라 이동한 종, 사라진 종, 적응한 종 등 생물의 역사를 알려준다. 아울러 인류의 활동에 따라 감소, 멸종, 등장한 생물종을 바탕으로 인간의 자연간섭사를 알 수 있다.나무의 나이테도 과거 기후와 생태 변화를 알려주는 타임머신이다. 나무의 세포는 봄부터 여름까지 물을 충분히 흡수하므로 부피가 커지나 세포를 늘리느라 두껍고 튼튼한 세포벽을 만들지 못한다. 그러나 늦여름에서 가을로 접어들면 물의 공급이 적어지면서 세포가 전보다 늘지 않는 대신 세포벽이 두꺼워지면서 나이테가 생겨난다. 과학자들은 나이테의 굵기, 촘촘한 정도를 비교해 기후와 환경변화를 알아낸다.역사시대에 기록된 고문헌에는 시대별 생태와 기후 상황을 묘사하는 기록이 있고, 간접적으로 당시 환경을 추정할 수 있는 기록도 있다. 이러한 문헌자료를 이용하면 연대별로 상세한 생태와 고기후의 변화도 복원이 가능하다. 주변에 살아 있는 동물과 식물도 자연생태계를 복원하는 중요한 단서가 될 수 있다. 설악산과 한라산 정상에 분포하는 빙하기 유존종은 북방의 식물이 어떻게 이 땅에 정착했는지 자연사를 밝히는 열쇠가 된다. 대용자료를 이용해 고환경을 복원하면 기후변화가 자연생태계에 어떤 영향을 미쳤는지를 알 수 있다. 과거 기후변화에 따라 자연생태계에 어떠한 변화가 나타났는지를 알면 기후 시스템과 생태계 사이의 관계를 이해할 수 있고, 미래에 기후변화에 따라 자연생태계에 어떠한 일이 발생할지를 예측할 수 있다. 자연생태계의 과거를 올바르게 보는 눈이 없다면 미래에 어떤 일이 나타날지를 예측하는 것은 쉽지 않다.공우석 경희대 교수·지리학

화성에 대한 과학적 발견이 이렇게 대중의 관심을 받은 적은 그리 많지 않을 것이다. 뉴스에 오르내린 기사 중 하나는 화성에 소금물이 흐른다는 증거를 발견한 것이고, 다른 하나는 화성의 대기가 오래전 태양풍에 의해 외계로 날려 갔다는 발표가 그것이다. 발견의 중요성도 있지만, 아마도 최근에 성공을 거둔 ‘마션 (the Martian)’이라는 영화도 한몫을 했을 것이다. 그러나 비슷한 시기에 발표된 미생물에 관한 논문 한 편은 그리 널리 알려져 있지 않다. 미국국립과학원회보(PNAS)에 발표된 ‘화성에서 살 수도 있는’ 미생물에 대한 것이다.화성에 생물체가 살고 있을 것인가에 대한 질문은 사람들의 궁금증을 오랫동안 자극해왔다. 그 상상력의 끝은 문어처럼 생긴 외계 생물체를 만들어 냈고, 결국에는 지구를 침공하고 이를 격퇴하는 이야기로 마무리를 짓는다. 그러나 현실은 이와 완전히 다르다. 화성에서 소금물이 발견됐지만, 화성에 고유한 생물체가 살고 있을 가능성은 거의 없다. 일단 소금물에는 세균도 살기가 어렵다. 소금 양치질 하면 충치가 예방되는 이유다. 또 화성 대기 중에는 산소의 농도도 너무 낮을 뿐 아니라, 식물이 광합성을 할 이산화탄소도 너무 적다. 더 큰 이유는 생물이 살아가는 데 필요한 유기물이 거의 없기 때문이다. 영화 마션에서도 감자를 키우기 위해서 주인공이 선택한 방법은 화성 토양에 인간의 분변을 섞어주는 방식이었다. 해서 문어처럼 생긴 동물은커녕 지구상에서 발견된 대부분의 세균도 살아갈 수 없다. 강호정 연세대 교수·사회환경시스템공학하지만 지구상에 존재하는 미생물 중에는 아주 독특한 방식으로 자신에게 필요한 에너지를 얻는 놈들이 있는데, 이들에게서 한 가닥 가능성을 찾을 수 있다. 인간을 포함한 보통의 생물은 유기물을 태워서 에너지를 얻는다. 우리가 밥을 매일 먹어야 하는 이유다. 그렇지만 미생물 중에는 연탄가스 중독을 일으키는 일산화탄소(CO)를 태워서 에너지를 얻는 녀석들이 있다. 최근의 논문에서는 화산 부근이나 소금이 잔뜩 쌓여 있는 지역에서 일산화탄소를 태워서 에너지를 얻는 미생물이 새로이 보고됐다. 이들의 생존이 가능한 환경 조건을 조사해 보니 바로 혹독한 화성에서도 번성이 가능하다는 것이 밝혀졌다.그럼, 이런 발견이 화성에 생물체가 존재할 것이라는 것을 의미하는가. 그렇지는 않다. 이 연구의 중요성은 우리가 장래에 화성에 인간이 살 수 있는 조건을 만들 때 이 미생물을 이용할 수 있다는 점에 있다. 외부와 차단된 캡슐 안에서 지구에서 운송한 자원으로 생존하는 데에는 한계가 있다. 장기적으로 ‘지속가능한’ 정주가 가능하려면 화성의 대기와 환경을 바꾸어야 한다. 이렇게 하려면 먼저 화성의 자연 상태에서 생존할 수 있는 미생물을 접종해 유기물이 축적되게 해야 하고, 점차적으로 광합성을 하는 미생물을 이식해 대기에 산소를 만들어야 한다. 이렇게 생물체가 살기 적합하도록 만드는 과정을 ‘테라포밍’ 이라 하는데, 이는 지구와 같은 땅을 형성한다는 뜻이다. 이 과정은 아주 천천히 그리고 조심스럽게 진행돼야 하고, 이미 알려진 정보도 많지 않기 때문에 지금은 거의 공상과학 소설처럼 들릴 수도 있다. 그렇지만 100년 후에는 지구의 극한 지역에서 발견된 미생물을 활용해 화성 위에서 테라포밍 프로젝트가 시작될지도 모른다. 나는 지금 태평양을 건너서 지구 반대편으로 날아가는 중에 이 글을 쓰고 있다. 110여 년 전 라이트 형제의 비행기가 12초 동안 공중에 잠시 떠 있었을 때 누가 이런 장거리 비행이 가능이나 하겠다고 상상했겠는가.오늘도 극한 지역에 사는 미생물에 대한 연구는 계속 진행되고 있다. 1년 내내 얼어붙어 있는 북극의 땅속에서, 마그마가 끓어오르고 있는 깊은 바닷속 열구에서, 몇 년 동안 비 한 방울 내리지 않는 소금사막에서 발견되는 희한한 미생물이 어쩌면 수백년 후의 인간에게 제2의 고향을 만들어주는 열쇠가 될지도 모르는 일이다.강호정 연세대 교수·사회환경시스템공학

우리는 산에 오르는 것을 좋아한다. 가을이 깊어지면 산에 아름다운 단풍이 들고 우리는 그것을 보며 아름다움에 감탄하고 여러 생각에 잠긴다. 왜 가을이 되면 단풍이 드는가. 단풍은 왜 빨강, 노랑 등의 색깔을 띨까. 또 산에 가면 위에서부터 내려오는 계곡의 물줄기를 보며 시원함을 느끼고, 그 물이 강으로 흘러가 우리의 식수원이 되고 농업용수가 되는 것에 대해 고마워한다. 그러면서 자연의 이치는 물이 위에서 아래로 흐르는 것이라고 이야기한다. 산꼭대기에는 빗물이 모이는 저수지도 없는데 왜 물은 일 년 내내 산 위에서 아래로 흐를까. 자연 현상에 대해 왜 그럴까라고 질문을 하는 것이 과학의 시작이다. 과학적 발견의 시작은 호기심이다. 과학자가 자연 현상에 대해 궁금하게 생각하는 것이 연구의 시작이다. 왜 이런 현상이 생길까. 이런 일이 생기는 것을 어떻게 설명할 수 있을까. 오래전 오스트리아의 수도사 멘델은 수도원에 있는 완두콩을 보며 왜 키가 큰 것도 있고 작은 것도 있을까라는 질문을 했다. 당연한, 자연적인 현상이라고 넘겨버리지 않았다. 또 신을 믿는 수도사는 모든 것은 신의 뜻이라고 하고 넘어갈 수 있었지만, 그냥 넘기지 않았다. 신의 창조라면 어떤 과정을 거쳤을까 궁금해했다. 그러면서 꼼꼼히 따지다 보니 유전의 법칙을 알아 낸 것이다. 얼마 전, 세계에서 투입된 연구비에 비해 성과가 가장 좋다는 이스라엘의 바이스만 연구소를 방문했을 때, 그 연구소에서는 호기심이 모든 것의 시작이라는 것을 강조한다고, 그래서 연구자는 호기심이 있는 과제에 대해 집중 연구한다는 이야기를 들었다. 호기심은 상상으로 연결돼 창의적인 결과를 만들어 낸다. 그러다 보니 세계 최고 수준의 벤처기업이 만들어지고 세계에서 기술이전이 가장 많이 이루어지고 있는 것이다.  유영제 서울대 교수·화학생물공학호기심은 인문과학, 사회과학에도 마찬가지로 적용된다. 미국의 여류 시인 메리 올리버는 ‘휘파람부는 사람’이라는 책에서 우주가 우리에게 준 선물은 질문하는 능력과 사랑하는 힘이라고 하며 질문의 중요성을 강조했다. 우리 인간의 가치란, 행복이란 무엇인가. 우리 사회는 발전하고 있는가. 우리 사회의 문제는 무엇인가. 이런 질문을 하다 보면 거기에 대한 답을 찾고자 노력하는데, 그 모든 것의 시작은 인간, 사회 그리고 자연에 대한 호기심이다. 이러한 호기심은 우리의 사고가 과학적인지 묻게 한다. 논리가 비약하든가, 합리적이라는 생각이 들지 않으면 비과학적이라고 한다. 우리 주위를 보면, 말도 안 되는 억지를 부려도 그 말이 통하는 사례를 자주 접한다. 그러나 호기심은 합리적이고 논리적인지를 질문하게 해 건전한 상식이 통하는 사회, 합리성이 통하는 사회를 만드는 밑바탕 역할을 한다.그러한 호기심은 또 우리 사회의 미래가 어떻게 될 것인지 예측하는 것에도 관심을 갖게 한다. 과학적 관찰과 사고를 통해 얻은 교훈은 과거와 현재를 설명하는 데 그치지 않고, 미래를 예측하는 수단이 되는 것이다. 봄이 돼 날씨가 따뜻해지면 산과 들에 꽃이 핀다는 자연 현상에 대한 관찰로부터, 내년에 다시 봄이 오고 날씨가 따뜻해지면 꽃이 필 것이라고 기대를 갖게 해준다. 그러므로 자연 현상에 대한 호기심은 미래를 예측하는 원동력이 되는 것이다. 우리는 우리 국민들이 과학적으로 사고하기를 기대한다. 우리 학생들이 과학마인드를 갖기를 바란다. 과학적인 사고, 과학마인드가 우리에게 있기를 갈망한다. 우리 사회가 한 단계 더 발전하고 성숙해지는 것은 우리의 과학마인드에 달려 있다. 이러한 과학마인드는 어떻게 길러질까. 당연히 공교육이 중요하고 가정과 사회에서 우리의 생활에 과학적 사고와 습관이 녹아 들어가도록 노력해야 한다. 그것은 우리 주위의 현상에 대해 왜 그럴까, 그것은 합리적이고 논리적인가 등 호기심을 갖고 질문하는 것으로부터 시작하는 것이다. 호기심은, 과학마인드는 우리 사회 발전의 시작이다.유영제 서울대 교수·화학생물공학

이른 아침 상쾌한 기분으로 출근한 사무실, 적당히 갈린 커피 원두 위로 끓은 물을 붓는다. 원두 사이로 난 물길을 따라 흘러가며 사이사이 숨어 있는 은은한 향을 캐내고 커피색으로 물들어 떨어지는 물방울들. 그 속의 카페인이 전해줄 각성과 활력을 기대하며 커피의 완성을 기다리는 일은 각박한 삶을 사는 우리들이 누릴 수 있는 소중한 경험 중 하나일 것이다. 그런데 커피를 기다리는 물리학자들의 머릿속은 가끔 엉뚱한 상상으로 채워지곤 한다. 원두 사이를 흐르는 물이 붙어버린 커피 알갱이로 인해 막힌 통로를 만나면 어떻게 될까. 막힌 통로가 늘어나도 물이 원두 더미를 통과해 끝까지 흘러갈 수 있을까. 다공성 암석 속으로 물이 스며드는 상황과 흡사한 이 문제는 물리학에서 스미기(percolation) 현상으로 알려져 있다. 가령 그물 모양 철망의 여기저기를 마구 잘라낸다면 몇 군데나 잘라야 양 끝을 연결하는 철선이 없어지는지를 알아보는 것은 전형적인 스미기 문제 중 하나다.  고재현 한림대 교수·물리학스미기 문제는 실용적인 측면에서도 중요한 의미를 지닌다. 예를 들어 균에 전염된 사람이 있다고 하자. 균의 종류와 보건위생 정도, 사람들의 면역 정도에 따라 감염자로부터 주변 사람으로 병이 전파될 확률이 결정될 것이다. 이 확률이 낮을수록 감염자를 중심으로 병이 퍼져나가는 범위는 제한될 것이다. 커피 원두를 힘으로 눌러 물길을 막을수록 물이 원두 사이로 흘러가기가 더 힘들어지는 것과 비슷한 현상이다. 감염자와 그 이웃처럼 개체와 개체 사이의 관계에 어떤 사건이 발생할 일정한 확률을 부여하고 이 확률 변화에 따라 네트워크로 연결된 전체의 상태가 어떻게 변하는지를 분석하는 것이 스미기 문제에 대한 물리학의 접근법이다. 이 방법을 화학결합에 적용함으로써 과학자들은 계란이 삶아지는 과정이나 고분자 합성과정을 더 잘 이해하게 되었고 산불이나 대규모 정전 현상 등 실용적인 문제의 해결책 모색에도 기여하고 있다. 이러한 스미기 문제가 최근 의식과 무의식의 경계를 파헤치는 도전에도 활용되었다. 미국 피츠버그 대학 연구팀은 뇌 속 정보전달과정을 스미기 문제로 접근해 마취로 인한 무의식 상태를 컴퓨터로 재현할 수 있다는 결과를 발표했다. 이들은 뇌의 시상에서 대뇌피질로 각종 감각 신호가 전달되는 과정을 나무 형상의 네트워크 모델로 치환한 후 나무 줄기에서 가지를 거쳐 가지 끝단으로 정보가 퍼져나가는 과정을 확률을 바꿔가며 살펴보았다. 이 확률이 50%라면 가지의 분기점과 분기점 사이의 정보 전달은 두 번의 시도 중 한 번만 발생한다. 이 확률이 높을수록 시상에 대응하는 나무줄기에 입력된 정보가 대뇌피질에 해당하는 가지 끝으로 잘 전달될 것이다. 연구팀은 컴퓨터 전산모사로 이 확률을 줄이며 정보전달 신호를 분석, 실험으로 구한 마취환자의 뇌파도와 비교해 보았다. 그 결과 확률이 약 0.3 이하로 줄어들자 마취 전의 뇌파가 마취 후의 뇌파로 바뀌는 과정이 컴퓨터상에 정확히 재현되었다. 뇌가 가지는 복잡한 생물학적 특징이 포함되지 않은 비교적 단순한 스미기 모델이 인간의 마취 과정, 즉 의식에서 무의식으로 넘어가는 과정에 동반되는 주요 특징을 설명했다는 점에서 본 연구 결과는 매우 흥미롭다. 과학에서 가장 미지의 영역이자 극도로 복잡한 인간의 뇌 활동에 비교적 단순한 작용 원리가 포함되어 있을지도 모른다는 시사점을 던지고 있기 때문이다. 물론 이런 모델을 기반으로 인간의 의식활동이 명확히 해명되기를 바라는 것은 우물에서 숭늉 찾는 꼴이겠지만, 이런 연구 성과들이 쌓이면 적어도 숭늉을 만들 재료들이 하나씩 확보될 것이다. 여하튼 이제 커피메이커 앞에서 커피 한 잔 들고 끝없는 잡담과 토론을 즐기는 과학자들을 보더라도 비난하지 말자. 당장 돈 되는 연구를 하지 않는다고 나무라지도 말자. 커피 원두 속으로 들어간 그들의 상상력이 번져나가는 산불 속으로, 의식과 무의식의 경계로, 그리고 다양한 미지의 영역으로 끝없이 뻗어나가길 기원하자. 노벨상의 맹아가 그곳에서 싹트고 있을지도 모르는 일이니 말이다.고재현 한림대 교수·물리학

이제는 빅데이터 시대다. 빅데이터란 기존 방식으로는 수집·저장·검색·분석이 매우 어려운 규모도 크고 형태도 다양한 방대한 데이터를 가리킨다. 그동안 인류의 지성사를 보면 문서나 서적과 같은 잘 정형화된 이성적인 지식정보가 주로 축적되고 활용돼 왔다. 하지만 21세기 모바일 시대에 들어서면서 과거와는 전혀 다른 정보가 생성됐는데, 소셜네트워크상에서 주고받는 문자·이미지·사진·영상 같은 감성 데이터와 사물인터넷의 발달로 실시간으로 수집되는 개인의 위치 정보와 같은 비정형화된 다양한 정보가 그것이다.이런 데이터는 오늘날 폭발적으로 증가하고 있다. 정보기술( IT) 전문 온라인 미디어인 ‘ITWorld’의 2012년 분석자료에 따르면, 소셜네트워크서비스와 관련 유튜브에서는 매시간 35시간 분량의 비디오가 업로드 되고 트위터에서는 매일 14억개의 트윗이 전송되며, 페이스북에서는 매달 300억개 이상의 새로운 콘텐츠가 생성되고 있다. 사실 이런 데이터는 과거에는 아무도 관심을 갖지 않았지만, 요즘 들어 생산적 가치를 창출하는 자원으로 급부상하면서 빅데이터 분석 기술에 관심이 모아지고 있다.  이중원 서울시립대 교수·과학철학대표적인 몇몇 사례를 보자. 우선 미국 샌프란시스코시에서 과거 범죄가 발생한 지역 및 범죄 유형과 발생 시간에 관한 기록을 분석해 후속 범죄의 가능성을 예측하는 시스템을 도입했는데, 6개월간의 시험 결과 범죄 예상지역 10곳 가운데 7곳에서 실제로 범죄가 발생함으로써 범죄를 효율적으로 예방할 수 있게 됐다. 미국 국세청의 탈세 방지 시스템은 탈세자의 과거 행동 정보를 분석해 탈세 패턴을 예측해 내고, 특히 소셜네트워크를 통해 범죄 행태를 분석하여 이에 대한 감시 시스템을 구축함으로써 연간 수천억달러 규모의 세금을 환수하는 놀라운 성과를 거두었다. 덴마크의 풍력 에너지를 관리하는 ‘베스타드 윈드 시스템’도 해당 지역의 지형과 풍향·풍속, 조수 간만의 차, 기타 날씨 관련 정보 등 방대한 데이터를 분석해 지형과 기후 환경에 맞게 터빈을 설치함으로써 풍력발전의 효율성을 높였다.구글은 구글 검색 사이트에 사용자가 남긴 독감 검색어의 빈도와 독감 환자의 분포 및 확산에 관한 정보를 분석해 시간·지역별로 ‘구글 독감 동향’이라는 독감유행 예측정보를 제공했다. 도로에서 자동차의 주행 상황 및 교통신호 정보를 분석해 가장 효율적으로 길을 안내하는 자동차 내비게이션 시스템도 아주 좋은 예다. 이외에도 패션업계나 영화계에서처럼 소셜네트워크를 통해 드러난 소비자의 다양한 기호와 관심사를 분석해 선호 제품을 생산하거나, 온라인 쇼핑몰처럼 고객의 상품 검색기록 정보를 분석해 고객별 맞춤 정보를 제공할 수도 있다. 이처럼 빅데이터가 활용될 수 있는 영역은 무궁무진하다. 빅데이터 분석이 주는 가장 큰 장점은 현대 사회를 보다 정확하게 분석·예측하고 이를 근거로 업무활동의 효율성을 한층 높이며 개인이 선호하는 맞춤형 정보를 제공할 수 있다는 것이다. 하지만 문제점도 만만치 않다. 우선 개인의 프라이버시 침해와 보안 문제가 가장 심각하다. 자연히 개인의 사생활에 관한 정보가 대량으로 수집되어 관리될 텐데 취약한 보안으로 유출된다면 개인 프라이버시가 침해될 것이다. 또 빅브러더에 의한 개인의 감시 및 통제 가능성도 개인의 성향과 행동패턴, 사고방식이 낱낱이 드러날수록 더욱 높아질 것이다. 한편 어떤 분석틀을 사용했는가에 따라 서로 다른 분석 결과가 나올 수 있고, 빅데이터 내에 너무 많은 상관관계가 존재해 핵심적인 것을 찾기가 어렵다는 분석의 신뢰성도 문제가 되고 있다. 더 근본적인 문제는 인간을 위한 것임에도 과거에 기반을 둔 데이터다 보니 미래지향적 변화나 자유의지와 같은 인간적 가치가 제대로 반영되지 못한다는 점이다. 빅데이터에 대한 보다 인문적인 보완이 필요해 보인다.이중원 서울시립대 교수·과학철학

얼마 전 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC) 차기 의장으로 이회성 교수가 당선되면서 국제사회에서 대한민국에 대한 기대도 커졌다. IPCC는 1988년에 세계기상기구(WMO)와 유엔환경계획(UNEP)이 기후변화 문제에 대처하기 위해 설립한 국제기구로 회원국은 195개국이다. 전 세계 과학자가 참여해 발간하는 IPCC의 평가보고서는 기후변화에 관한 과학적 근거와 정책 방향을 제시하며, 유엔기후변화협약(UNFCCC)에서 정부 간 협상에 활용된다. 1990년에 발간된 제1차 평가보고서는 92년 유엔기후변화협약 체결에, 95년 제2차 평가보고서는 97년 교토의정서 채택에 기여했다. 2014년 제5차 평가보고서는 포스트2020 신기후체제 협상의 과학적 근거로 채택된다. IPCC는 기후변화의 과학적 규명에 크게 기여한 공로로 2007년 노벨평화상을 공동 수상했다.기후변화의 원인 규명과 예측 등 기후변화에 관한 과학적인 정보 생산, 기후변화로 인한 분야별 영향평가와 기후변화 대응정책 기술의 개발 사항 등 사회경제적 영향에 관한 업무 등은 국제기후변화협약에도 중요한 의제이나 기후변화에 대한 인식은 사람마다 다르다. 기상은 날씨와 같은 뜻으로 그날의 기온·강수·바람 등 대기의 상태이다. 기후는 어떤 지역에서 오랜 기간 반복되는 평균적인 기상 현상으로, 보통 30년 이상 기상 관측 결과를 바탕으로 얻는다. 기상이 사람의 그날 기분이고 일기라면 기후는 사람의 성격이며 전기와 같다. 기후변화는 기후가 평균적인 상태에 비해 크게 다른 것으로, 짧은 기간 동안의 비정상적인 날씨를 이르는 기상이변과는 다르다.  공우석 경희대 교수·지리학기후변화는 자연적인 요인과 인위적인 요인이 서로 뒤섞여 나타난다. 기후변화의 자연적인 요인에는 태양 활동, 태양과 지구의 천문학적 변화 등 외부적인 요인과 함께 화산 분출에 따른 에어로졸 증가, 산불 등 지구 내부적인 요인도 있다. 인위적인 요인으로는 산업혁명 이래 화석연료 소비와 산업활동의 부산물인 이산화탄소, 염화불화탄소, 메탄 등을 포함한 온실기체의 발생원 증가의 몫이 크다. 아울러 삼림 벌채 등에 따른 이산화탄소 흡수원의 감소 등도 인위적인 기후변화의 원인이다.18세기 중반 산업혁명 이전에 대기 중 이산화탄소 농도는 270ppm(1ppm은 100만분의1) 정도였다. 그러나 산업화, 도시화, 삼림 파괴에 따라 온실기체 양이 크게 늘어나 대기 중 온실기체 농도가 400ppm까지 증가하면서 지구온난화가 가파르게 진행되고 있다. 1912년부터 1970년까지 약 60년 동안 우리나라의 연평균기온은 섭씨 0.5도 상승했으나 1971년부터 2005년까지 35년 동안은 1도 상승했다. 1970년대 약 12.6도이던 연평균기온은 2000년에 13.6도 높아졌다. 기온 1도 상승에 35년이 걸리던 것이 앞으로 10년 정도밖에 걸리지 않는 점이 문제이다. 지구온난화 속도가 빨라져 과거 30년간 있었던 변화가 앞으로는 10년 내에 일어난다는 것이 과학자들의 주장이다.지구온난화 못지않은 문제는 미국 캘리포니아에 몇 년째 계속되는 가뭄처럼 우리나라에서도 가뭄 피해가 커지고 있다. 강수량이 감소하는 것을 막을 수 없다면 빗물을 저장하고 물을 효율적으로 이용하기 위한 국가적인 대응이 필요하다. 세계적인 보험회사가 태풍과 물을 관리하지 못하면 서울은 큰 재앙을 피할 수 없다고 평가한 것에 주목해야 한다.사람들은 기후변화에 따라 자신이 어떠한 피해를 받을지에 대해 관심이 많다. 하지만, 정작 나로 인해 기후가 어떻게 바뀌고 있고 그에 따라 자연과 생태계에 어떤 영향을 주는지에 대해서는 관심이 적다. 내가 먼저 지구온난화와 물부족을 막는 일을 실천하면 기후변화의 속도와 정도를 늦출 수 있다. 미래 세대를 위해 지구온난화를 막는 일은 지금 나부터 일상에서 친환경적인 의식주와 문화생활을 실천하면서 시작된다.공우석 경희대 교수·지리학

입이 방정이라고 노벨상 발표 전날 수업 중에 “만일 일본 학자가 또 노벨상을 받으면 한국 사람들이 얼마나 자극을 받을까. 그런데 만일 중국 과학자가 받으면 아마 멘붕에 빠지겠지”라고 농담을 했는데, 다음날 실제로 그 일이 벌어지고 말았다. 중국학자 얘기는 미국에서 활동 중인 유력한 노벨상 후보를 염두에 두고 한 말이었는데 중국 본토의 무명 생물학자가 수상할 줄은 정말 몰랐다.우리 이웃인 중국과 일본은 전혀 다른 방식을 통해 과학기술을 발전시키고 있다. 일본은 이미 오래전부터 자국 내 연구 인프라를 강조해왔다. 그래서 학부를 미국이나 유럽의 대학으로 진학하는 학생은 소수고 오히려 국내 대학 진학이 불가능한 실패자로 치부하기도 한다. 교수 선발에도 자국 내 박사 학위자를 선호하고, 박사학위 취득 후 해외에서 몇 년 경험을 쌓는 것이 전부다. 이와 달리 중국은 여전히 해외 박사나 경력자를 우대한다. 워낙 인구가 많은 탓도 있지만 지금도 상당수 중국 학생의 꿈은 미국 아이비리그 대학 진학이며, 중국의 대학과 연구소도 북미나 유럽에서 활동 중인 과학자를 적극 유치하려고 노력 중이다. 또 미국의 주요 대학 이공계 학과에는 중국 출신 교수 한두 명 없는 곳이 없다. 이웃이 어떻게 하는가를 살펴보는 것도 중요하지만, 역시 핵심 질문은 우리는 어떻게 할 것인가이다.강호정 연세대 교수·사회 환경시스템공학많은 분이 노벨상을 거론하며 우리 과학계의 문제점에 대해 지적했다. 연구비 부족, 창의성의 부재, 주입식 교육 방법, 일천한 현대 과학의 역사 등 말이다. 그런데 거창한 논의 중에 실제 과학자가 현장에서 느끼는 중요한 문제점 하나가 빠져 있다. 바로 한국의 과학자들은 글쓰기를 너무 못한다는 점이다. ‘과학 글쓰기’라고 하면 두 가지 극단적인 반응이 나온다. 필자는 이것을 ‘도구적’ 글쓰기와 ‘낭만적’ 글쓰기라고 부른다. 전자는 과학자는 논문을 많이 써야 하니 자신의 결과를 잘 요약하는 기술적 글쓰기만 잘하면 된다는 생각이고, 후자는 과학기술자에게 인문학과의 융합교육이 필요하고 대중적 글쓰기 연습이 필요하다는 주장이다. 둘 다 부분적으로 맞는 말이지만 근본적인 문제제기는 아니다. 과학의 시작과 끝은 모두 글쓰기로 진행된다. 과학자는 연구제안서를 통해 흥미로운 질문을 던져야 하고 최종적으로는 논문이나 책을 통해 결과를 세상에 내놓아야 한다. 그런데 우리 교육 과정은 이에 대한 이해도 없고 당연히 훈련도 없다. 글을 잘 쓰려면 먼저 많이 읽어야 한다. 그런데 우리의 초·중·고 교육 과정에서는 책 한 권을 강제로라도 다 읽게 하는 교과목이 없다. 필독서 숙제가 있긴 하지만 인터넷에서 요약문 찾아 읽는 것이 전부다. 대학에 오면 이는 더욱 심해진다. 특히 이공계 학생의 경우 자기가 찾아서 특별한 과목을 듣지 않는 한 책을 처음부터 끝까지 읽기를 요구하는 교과목은 찾아보기 어렵다. 쓰기는 더욱 심하다. 이공계 학생들에게 있어서 문제 풀이 숙제 이외에 자신의 머리를 짜내어 써보는 첫 번째 글이 취업을 위한 자기소개서인 경우도 드물지 않다.글쓰기는 타이핑하는 과정이 아니라 정보를 취합하고 가공하는 매우 고도의 논리적 사고 과정이다. 이 훈련이 돼 있지 않으면 새로운 연구 주제를 제안하는 것은 애초에 불가능하며, 연구결과를 더욱 흥미로운 방향으로 발전시키는 것도 요원한 일이다. 초등학생에게 컴퓨터 프로그램을 고등학생에게 미적분학을 가르쳐야 하는가 하는 문제보다, 어떻게 책을 많이 읽게 하고 글을 많이 쓰게 하는가가 과학기술 발전에 더 중요한 질문이라 생각한다.방정맞은 말을 몇 마디 더 해보려 한다. 향후 10년 이내에 노벨상 수상자의 명단에서 일본은 물론 상당수의 중국학자 이름을 보게 될 것이다. 10년 후에도 똑같은 한탄을 하고 있지 않으려면 초·중·고 학생에게, 그리고 이공계 대학생들에게 글쓰기 교육을 어떻게 시킬지 당장 고민을 시작해야 한다.강호정 연세대 교수·사회 환경시스템공학