양자역학에서 11차원 우주론까지
쥘 베른의 과학 소설에서 일론 머스크의 스페이스X까지
우리 시대의 가장 뜨거운 과학 이슈 총집합
이 책은 청소년을 위한 과학 입문서로, 마이크로파 물리학을 연구하는 저자가 학생들을 가르치고 연구하는 자신의 이야기 속에 현대과학의 주요한 사건들과 시시각각 업데이트되는 새로운 발견을 엮어 들려준다. 양자역학에서 시동을 걸고 출발하는 이 책은 나노 단위의 집적 회로를 갖춘 반도체, 가도에 오른 인공지능과 사물인터넷을 거쳐 머지않아 실현될 우주 호텔, 탐사선들의 근황, 블랙홀과 웜홀에 대한 새로운 발견, 우주의 차원 구조에 관한 초끈 이론과 M-이론 등 과학계의 분주한 움직임을 실어 나른다. 그 속에는 우리나라 충주에 세워질 방사광 가속기나 무궁화위성 6호에 대한 기대도 엿보이고, 기초 과학에 대한 지원을 호소하는 목소리도 간절하다.
독자들은 가볍게 책장을 넘기며 현대과학이라는 드넓은 분야에서 어떤 연구들이 이루어져 왔는지 훑어볼 수 있다. 자세한 이론 설명보다는 그 발견이 지닌 의미와 과학사적 맥락을 비춰본다. 예를 들어 우리가 매운맛을 느끼고 땀을 흘리는 이유는 세포의 이온 채널 단백질에 전기 신호가 전달되기 때문이다. 노벨 생리의학상 수상자인 데이비드 줄리어스 교수는 매운 고추와 덜 매운 고추를 가지고 실험하며 이 사실을 증명해냈다. 이 결과는 9,000회가 넘게 다른 학자의 논문에 인용되며 후속 연구가 이루어졌다.
1860년대에 쥘 베른은 《지구에서 달까지》를 발표했다. 이 소설이 품은 상상은 그로부터 약 100년 후 아폴로 11호와 국제우주정거장을 거쳐, 현재 중국의 화성 탐사선 톈원1이나 스페이스X의 크루드래곤에 이르렀다. 현재 이루어지는 우주 탐사는 수많은 이들이 상상하고 탐구하며 성공과 실패를 겪은 경험의 누적이다. 최근 댄 윌킨스가 X선 관측으로 블랙홀의 경계를 밝혀내기까지도 무수한 과학자의 업적이 있었다. 저자는 과학과 기술 진보의 다양한 사례들을 망라하며 그것들을 우리 삶과 생활에 연결 지어 풀어낸다. 짧고 간결한 챕터들을 자유롭게 읽어나가다 보면 독자들은 넘실거리는 과학의 물결에 올라탄 듯 설렘과 뿌듯함을 함께 느낄 것이다.

관성과 금기를 깬 RNA 바이러스
코로나 이후의 세상은 보다 정교하고 투명해질 것이다
코로나바이러스로 몸살을 앓고 있는 현시대의 가장 큰 화두는 코로나 이후의 미래 사회이다. 저자는 현재의 코로나 시국을 우리 사회의 관성이 깨진 상황이라고 말하며, 하워드 테민 박사와 데이비드 볼티모어 박사가 ‘금기를 깬’ 사례에 비유한다.
1970년대 생물학에서는 DNA에서 RNA가 생성되며 그 역과정은 없다는 게 굳건한 중심 원리(센트럴 도그마)였다. 그러나 테민과 볼티모어 박사는 RNA 바이러스의 경우 RNA에서 DNA가 생성된다며 중심 원리를 거스르는 주장을 발표했다. 발표 당시엔 아무도 그들을 지지하지 않았지만 두 과학자는 결국 합성 단백질의 존재를 입증해 노벨 생리학상을 수상했고, 이는 바이러스 연구와 암 연구에 새로운 창을 열었다.
코로나바이러스는 RNA 바이러스의 일종이다. 이 점을 보면 RNA 바이러스가 과학 분야의 금기도, 우리가 사는 세계의 관성도 모두 깨버린 셈이다. 과학은 늘 모두가 당연하게 생각하는 중심 원리에 반기를 든 과학자들에 의해 발전을 거듭해왔다. 양자역학에서 닐스 보어가 자신의 스승인 슈뢰딩거랄지 당시 절대적인 존재였던 아인슈타인과 상보성에 관해 논쟁을 벌인 것도 그러한 사례이다.
코로나바이러스로 급변화를 겪는 상황에서 우린 그간 세상이 여전히 관성적으로 흘러오고 있었음을 깨닫는다. 사회적 거리두기로 인해 개별화된 사람들의 좌표가 3차원 인터넷 공간에 기록되고, 교수는 학생들의 출결과 수업 상황을 온라인상에서 실시간으로 파악할 수 있다. 이러한 변화 속에서 저자는 코로나 이후의 사회가 보다 정교하고 투명해질 거라고 예측한다. 이를 위해 젊은이들도 주어진 삶과 눈앞의 과제들을 ‘다른 생각’으로 바라보며, 기존의 가설과 이론에 대한 발전적 대안을 함께 찾아 나가자고 이야기한다.

“전파, 이건 아무 데도 쓸모가 없을 것 같다!”라고 말한 헤르츠
발견한 지 190년이 지나서야 태양 전지에 쓰이게 된 광물 페로브스카이트
무한한 가능성을 가진 젊음을 응원하며
이 책은 다양한 과학 주제를 녹여서 풀어낸 세상살이에 관한 이야기로 가득 차 있다. 책을 읽다 보면 문단과 문단, 단어와 단어 틈새로 젊은이들에 대한 저자의 각별한 애정을 느낄 수 있다. 대학에서 학생을 가르치는 저자는 젊은이들과 가까운 거리에서 그들의 삶과 현실을 지켜본다. 때론 학생들과 삼겹살을 먹으며 사진을 찍고, 때론 백지로 제출된 시험지를 보며 자신의 강의가 부족했음을 반성한다. 자신의 젊은 시절보다 더 많은 일을 해내는 에너지에 감탄하는가 하면, 취업난 때문에 졸업 후에도 아르바이트 자리로 내몰리는 청년들의 가혹한 현실을 안타까워한다. 저자가 지하철 안에서 마주하는 각자 핸드폰만 보는 사람들의 풍경 속에는 젊은이들의 지친 자화상도 포함되어 있을 것이다.
저자는 책 전반에서 기초 과학에 대한 투자를 강조한다. 또한 같은 맥락에서 젊은 과학자들을 지원해주길 호소한다. 기초 과학의 발견들은 아무 가치가 없어 보여도 그 자체로 무한한 가능성을 가진다. 헤르츠는 전파를 발견할 당시 이렇게 말했다. “전파, 이건 아무 데도 쓸모가 없을 것 같다!” 여기서 저자는 묻는다. 그가 오늘날 전파가 이처럼 광범위하게 이용될 줄 알았을까? 1839년 러시아의 광물학자 레프 페로브스키는 페로브스카이트라는 광물을 발견했다. 그 광물은 190여 년이 지난 1970년대에 이르러서야 태양 전지의 소재로 쓰이게 되었다. 저자는 여기서도 묻는다. 페로브스키는 페로브스카이트 태양 전지의 존재를 꿈이나 꿀 수 있었을까?
어디에 쓰일지 예측할 수 없는 발견들은 마치 젊음이 지닌 예측 불가의 에너지와도 같다. 빠르게 움직이는 전자의 위치를 확정할 수 없는 것처럼 젊은이의 미래는 늘 변화의 가능성 위에 놓여있다. 기초 과학은 산 정상에 오르기 위한 베이스캠프와도 같다. ‘언제 필요할지 모르지만 어렵고 필요한’ 일을 꾸준히 하는 이들이 세상에 반드시 필요하며, 미래 과학의 토대인 젊은 과학자들에 대한 지원을 요청하는 목소리가 책 전반에 깔려있다.

슬기로운 물리학자 생활
이 책은 물리학과 교수인 저자의 일상을 통해 과학자들의 생활을 엿보는 재미도 있다. 그는 새벽 공기를 마시며 한적한 교정에 출근해 커피와 참치김밥으로 하루를 시작한다. 동료 교수인 생명과학과 이 교수의 실험 개구리 탈출 소식을 듣는가 하면, 국가사업에 참여하는 동료 교수와 점심을 먹으며 불만을 들어주고, 세상에서 제일 쉬운 게 공부라는 옆방 이론물리학 교수에게 블랙홀에 관한 새로운 이론을 듣기도 한다.
시험 기간이면 문제 출제와 채점을 하느라 스트레스를 받고, 육상 경기하듯 논문을 준비하고, 연구비 걱정에 푸념하며, 프로젝트에 참여하던 대학원생이 그만두어 실의에 빠지기도 한다. 코로나 시국으로 인해 학생 없는 학교를 지키며 온라인으로 강의하게 된 건 가장 큰 변화일 것이다. 연필과 노트를 즐겨 쓰던 저자가 전자식 노트패드로 완전히 바꾼 것도 그러한 변화의 일부이다. 책을 읽다 보면 코로나바이러스가 일으킨 새로운 관성에 슬기롭게 적응해 나가는 저자의 모습이 그려진다.
집에서는 딸들의 고양이를 임시로 보살피고, 주말에는 단골 중국집에서 간짜장에 맥주 한 잔으로 여유를 즐긴다. 화상 회의로 친구들과 술 한잔을 하는가 하면, 별일 없을 거라고 자신했다가 백신을 맞고 이틀간 꼼짝없이 집에서 앓아눕기도 한다. 유머러스한 그림만큼이나 유쾌한 일상사를 읽다 보면 그가 연구하는 마이크로파가 무엇인지 궁금해진다. 그는 사람들이 종종 마이크로파와 혈당에 관해 물어봐서 난감하다고 심정을 토로하면서도, 마지막이라며 친절하게 설명하는 츤데레의 면모를 보여준다.
시간을 되돌릴 수 있다 해도 20대 젊은 시절로 돌아가고 싶지 않다는 저자의 말에서 독자들은 과학자로, 교수로, 동료와 선후배로, 두 딸의 아버지로 현재의 삶을 충실하게 살아가는 그의 모습을 엿볼 수 있다. 과학 교양을 쌓기 위해 이 책을 펼쳐 든 독자들은 현대과학의 흐름 전반을 훑는 것은 물론, 이 시대를 살아가는 멋진 물리학자를 한 명 발견하게 될 것이다.


■ 들어가는 말

학교에 일찍 가는 것을 좋아한다. 조용한 이른 새벽길을 걷다 보면 소리가 들린다. 심장에서 똑 똑 똑. 그 소리를 듣는 것은 흥분되는 일이다. 그 소리 속엔 적당한 습도와 적당한 온기가 있다. 이런 느낌은 해가 뜨면 이내 증발해 버리지만, 여기에 쓴 글들은 그 온기와 습기가 사라지기 전에 쓴 글들이다.
“무슨 과예요?” “물리학과인데요.” 하면 먹히던 20대 시절이 있었다. 당시 물리학은 내가 믿는 동네 형님과 같은 존재였다. 자존심, 배경, 뭐 이런 멋진 구석이 있었다. 그 형님이 좋아 그 형님을 믿고 물리학을 시작했다. 내가 본격적으로 실험실 바닥에 침낭을 깔고 실험을 하면서 밤을 새우기 시작한 시기다.
그 후엔 물리학이라는 멋진 단어가 블랙홀처럼 사라졌다. 일순간. 물리학에서 벗어나지 않기 위해, 멀어지지 않기 위해 하루하루 치열하게 살았던 시기가 30대였다. 한치라도 벗어나면 지구의 끝일 것 같은 긴장감. 내 주위에 존재하는 것들을 지키기 위해, 뭐 이런 책임감으로. 그 중심엔 물리가 있었다. 치열함이란 단어가 그 어딘가에 파편처럼 떨어져 있을 것 같은 시기였다.
“물리학자 스타일이시네요.” 서울로 돌아와 다림질하지 않은 후줄근한 티셔츠를 입고 모임에 가면 자주 듣는 이야기였다. 학생들과 멋진 시간을 보냈다. 아주 멋진 시간. 똘망똘망한 눈동자와 말을 안 해도 말귀를 알아듣는 젊은 친구들과 함께 일했던 시간은 삶에서 최고로 행복한 시간이었다. 지금도 마찬가지지만, 작은 차이가 있다면 그땐 심장의 소리가 더 컸다는 것 정도!
이 책을 읽는 사람들이 어떤 느낌으로 읽을까 궁금하다. 책을 내면 항상 드는 생각이다. 경기장 안에서 경기를 하고 있는 사람 입장에서. 이 책도 마찬가지다. 바라건대 이 책에서는 문단과 문단, 단어와 단어 사이에 존재하는 이야기를 봐주셨으면 하는 바람이다. 무리일지도 모른다. 내 의도한 뜻대로 되지 않을 수도 있겠지만 일개의 물리학자가 어떻게 하겠는가? 이 책에서 처음 시도해본 3컷 만화는 이런 문단과 문단, 단어와 단어가 만들어낸 틈 사이로 불어오는 바람 정도로 봐주셨으면 한다. 만화에 남아 있는 지우개 자국과 거친 선들도 이 바람의 흔적이다. 다른 걸 다 떠나 이 책을 다 읽고 나면 재미난 물리학자네! 하고 피식 웃고 나서 이 책을 가볍게 톡톡 두드리고 난 다음 조용히 덮어줬으면 한다. 어려운 부탁일까?