미래엔 어떤 일이 생길까?

과학동아 2011.4
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2011년 3월

구제역, 스마트 패러독스, 상온 초전도, 일본 대지진 등 올해에는 벌써 다양한 일들이 발생하였다. 특히 일본 대지진에서도 후쿠시마 원전 폭파 사건은 원자력 발전소가 얼마나 위험성이 큰 것인지를 보여주고 있다. 건물의 벽이 갈라져서 폐기물을 더 이상 수용할 수 없게 되었으며, 핵 연료봉의 온도를 제어하지 못해 시급히 냉각수를 필요로 하는 상황이다. 붕소 등을 보내어 냉각수의 재료로 사용해 보지만, 이미 방사능 오염은 세계로 번져나가기 시작했다. 우리나라에도 극미량의 세슘이 도착했지만, 최대 흡입치의 30만 분의 1이어서 과민반응이라는 의견도 나오고 있지만, 이것도 결국 원전 폭발의 영향인 것은 마찬가지다. 원자력 발전은 양면의 모습을 지니고 있고, 이번에 무서운 뒷면의 모습을 잔혹하게 보여준 셈이다. 체르노빌 원전 폭발 사건의 참상이, 일본에서 다시 발생할 예정이다. 

스마트 패러독스는 어떠한가? 이제 스마트폰이 우리나라에 상륙하여 자리잡은지도 상당히 되었다. 안드로이드 등의 시스템을 이용하여, 거의 모든 종류의 어플리케이션이 가능해진 스마트의 시대로 인해 우리는 기기를 원하는 방향으로 진화시킬 수가 있다. 하지만, 문제는 항상 존재한다. 그 중 하나가 스마트폰이 우리의 역할 대부분을 대신한다는 점이다. 스마트폰으로 멀티 태스킹이 가능하다는 것은 기정 사실인데, 이 멀티 태스킹을 대신해줌으로써 인간의 뇌 구조는 변화된다, 실제로 독서를 많이 하는 사람의 경우, 청각 등의 기능을 담당하는 대뇌가 책 읽을때 대신 사용됨으로써 실제 청력은 떨어진다. 이와 같이, 스마트폰은 우리 뇌 구조를 변화시켜서 기존의 사고 방식이 적용될 수 없을 것이라 예측하고 있다. 

구제역도 현재 상당히 위험하다고 보고 있다. 가장 위험한 부분은 바로 살처분한 가축의 상태이다. 살처분하면서 함께 묻은 생석회는 pH 10의 염기성 물질로 구제역 바이러스가 활동하지 못하도록 하기 위해 넣은 것이다. 문제는, 가축을 분해하는 미생물도 활동하지 못하게 했다는 점이다. 이로 인해 지금쯤 썩고 있을 것이라 예상되었던 가축은 아직도 썩지 않고, 침출액이라 예상되었던 것도 동물의 사체속의 혈액이 굳은 것으로 보인다. 결국, 3년 후에 정상적인 반응이 시작되며, 그 때는 한꺼번에 침출액이 나와 주체할 수 없는 위기에 빠질 것으로 보고 있다. 

역동적인 과학의 세계 속에서, 우리는 다양한 모습을 볼 수 있다. 어떤 분야에서 위기가 발생하면 그에 대한 분야가 발달할 것이고, 또 항상 새로운 발견이 지속되고 있다. 단지 이것이 미래의 향상일지, 미래의 적이 될지는 아무도 알 수 없다는 점이 문제다.

거미의 몸속 들여다보기

놀라운 거미, 타란툴라 ㅣ 눈높이 모형 과학실 5
데이비드 조지 고든 지음, 이충호 옮김 / 대교출판 / 2007년 5월

거미의 몸속을 들여다보면, 정말 놀랍다고밖에 말할 수 없는 구조들로 가득 차 있다. 곤충 같아 보이면서도 곤충이 아닌 이 동물은, 그 독특한 생김새가 어떤 이에게는 거미 공포증을 불러 일으키지만, 어떤 이들은 이 거미들을 애완용으로 쓰고 싶어하기도 한다. 

거미들 중에서도 거미를 대표하는 거미를 뽑으라면, 당연히 타란툴라가 뽑혀 마땅하다. 온 몸에 나 있는 털과, 거미들 중에서도 특히나 크기가 크다고 할 수 있는 타란툴라가 바로 애완용으로도 키워지는 거미이다. 이들은 보통 꽤 강한 독을 가지고 있지만, 사람을 물 때에는 독을 주입하지 않는 경우가 많다. 이로 인하여 거미에 물려 죽었다는 사람은 거의 등장하지 않았다. 

타란툴라는 늑대 거미라고도 불리며, 이들은 위장이나 집을 짓고서 기습을 하는 일에 매우 익숙하다. 옆에 먹이가 지나갈 때까지 은신하고 있다가, 기회가 포착되는 순간 달려나가 먹이를 움켜쥔다. 이것이 바로 타란툴라의 사냥 방법이다. 

비록 강력하게 보이는 생김새를 가진 타란툴라이지만, 이 거미에게도 엄연히 천적이 존재한다. 거미말벌은 타란툴라를 보면 몸에 독을 주입하고, 얕은 무덤에 밀어넣어 거미의 몸속에 자신의 알을 집어넣는다. 거미는 계속 살아았지만, 부화한 말벌의 새끼들이 자신의 몸을 갉아먹는 것을 견뎌내야만 한다. 그리고 그렇게 말벌이 다 성장해 있을 때에는, 타란툴라는 말벌의 뱃속에 들어가 있게 된다. 

타란툴라는 먹이를 액체로 만들어 먹는다고 한다. 이빨이 있긴 하지만, 이것은 그저 먹이를 물고 고정시키는 용도일 뿐이다. 이로 인해 먹이를 돌돌 말아 소화액으로 액체로 만든 후, 그 즙을 들이키는 것이 거미의 식사 방식이다. 

이 특이한 동물의 삶에 대하여 의외로 밝혀지지 않은 점이 많을지도 모른다. 물론 그것은 모든 생물들에 대하여 해당되는 말이다. 이들은 계속 새로운 종이 발견될 정도로 다양한 삶들을 살고 있다. 거미에 대한 진짜 비밀이 무엇인지를 앞으로도 알고 싶다.

기상학자들, 기후의 비밀을 밝혀내다

천재들의 과학노트 6 - 대기과학, 과학사 밖으로 뛰쳐나온 대기과학자들 ㅣ 천재들의 과학노트 6
캐서린 쿨렌 지음, 윤일희 옮김 / 일출봉 / 2007년 3월

지구는 항상 다양한 날씨의 변화로 이루어져 있다. 우리는 이 기후란 것에 상당히 많은 영향을 받는다. 만약 이상 기후 현상이 발생하면, 농촌이나 어업에서 맥 없이 피해를 고스란히 받아야만 하고, 심지어는 인명 피해까지 발생할 수가 있다. 하지만, 이러한 기후들도 그 비밀을 자세히 파헤쳐보면, 결국엔 일종의 법칙에 의해 움직이고 있다는 사실을 알 수 있다. 비록 불규칙하게 움직이는 것처럼 보이지만, 모두 원인과 결과를 가지고 움직이는 일종의 함수와 같은 것이 기상 현상이다. 

이러한 기상 현상을 밝혀내는 데 한 몫 한 위대한 과학자들이 여기 있다. 10명의 천재 대기 과학자들은 그들이 알고 있는 것들을 이용하여 자연의 비밀을 밝히는데 커다란 공헌을 했다. 그렇다면, 이들은 어떤 방식으로, 무엇을 우리에게 도움을 주었을까? 

에반젤리스타 토리첼리는 화학을 공부하면서 꽤 많이 들어볼 수 있는 이름이었다. 화학에서 torr이라는 단위를 사용하는데, 이것은 토리첼리가 발견한 수은 기둥의 높이로 대기압을 측정한 것을 기리는 것이다. 토리첼리는 매우 궁금해 했었다. 그의 주위를 둘러싼 기체라는 것도 무게를 가지고 있지 않을까? 결국 상당한 밀도를 가진 수은을 이용해 실험했고, 결국 공기도 어느 수준에 이르면 무게를 가지고 있으므로 수은을 눌러서 올라오지 못하도록 막는다는 것이다. 이것이 펌프를 이용해도 물을 15m남짓밖에 뽑아 올릴 수 없는 이유였다. 

루크 하워드와 프랜시스 보퍼트 경이 없었다면, 아마도 지금쯤 기상청에서는 꽤 고전을 면치 못했을 것이다. 루크 하워드는 구름을 그려서 그 형태를 만들고, 또한 이 형태에 따라서 구름을 분류했다. 구름 분류법이 등장하지 않았더라면, 복잡한 기상 사진속에서 체계적으로 어떤 구름이 어떤 영향을 미칠지를 알 수 없었던 것이다. 프렌시스 모퍼트도 마찬가지다. 바람을 사랑했던 그는 풍력 계급을 확립하여 지금의 기상학의 거장이라고 할 수 있겠다. 

파울 크루첸은, 어쩌면 지금쯤 자외선을 맞고 위기 의식을 느끼고 살아가게 될 인류를 구원한 사람일지도 모른다. 자외선의 영향이 우리에게 강하지 않던 이유는, 오존층 때문이었다. 그러나 인체에 무해한 프레온 가스가, 막상 대기 위로 올라가니 의외의 장소에서 속을 썩이고 있던 것이다. 그는 고난의 과정을 거치면서 오존 구멍에 대한 사실을 알게 되었고, 결국 그로 인해 미리 대비를 해서 지금도 크게 뚫린 구멍이 더 커지지 않도록 해주었다. 

과학자들은 어쩌면 스스로의 일에 자부심을 느낄지도 모른다. 그것은 당연한 것이다. 어떠한 업적은, 수많은 생명을 살린 기적의 발견, 정리였다. 특히 대기과학자들은, 우리 주변을 둘러싼 대기가 얼마나 중요한 지 알고 연구했기에 지금의 기상 연구가 확립되었다고 생각한다.

새로운 과학!

과학동아 2011.3
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2011년 2월

과학에 있어서, 어쩌면 지금은 새로운 국면을 맞이한 시기일지도 모른다. 지금까지 사람들은 새로운 기술을 위한 이론을 정립하는 데 힘써왔다. 물론 날아다니는 자동차를 만드는 것은 지금도 실현 불가능에 가깝다. 자동차가 하늘에 떠 다니려면 중력을 무시해야만 하는데, 만유인력이 발생하는 원인도 제대로 해명하지 못하는 상황에서 인력을 없앤다는 것은 실현하지 못한다. 하지만, 비행 기술은 점점 발전을 거듭하고 있다. 지금까지 틀에 박힌, 기다란 몸체에 커다란 날개 두 개가 달린 것에서 전혀 색다른 디자인을 시도한 것이다. 해저 동물들의 유선형 몸을 디자인 해보기도 하고, 스텔스 모형을 따라해 보기도 한다. 개인용 비행기도 개발중이며, 결국 이제는 비행 쿄통의 시대가 곧 올 것이다. 

화성 프로젝트는 지금도 계속되고 있다. 지구에 머물면서 인공적으로 화성으로 향하는 우주선 내부의 환경을 조성해준다. 점점 시간이 지나면서 음식이 부족해지는 극한 상황에 몰리고, 이러한 상황에서 인간은 어떠한 심리 반응을 보이는지 연구하는 것이 바로 이 실험의 목적이다. 중간에 우주인이 미쳐서 한번 기계를 흔들어 버리기라도 한다면, 어떤 결과가 나올지 예측할 수가 없다. 물론 이를 위해서 냉동 보존 기술이 개발되고 있기는 하지만, 화성 여행도 결국은 극한 상황을 버텨내야만 가능할 것이다. 

다양한 이야기들이 있었지만, 아마도 가장 인상적이었던 것은 127시간에 관한 영화 평론이었던 것 같다. 127시간 동안 극한의 상황에서 생존한 한 남자의 이야기. 127시간은 짧은 이야기로 보일지도 모르지만, 바위에 팔이 끼어 한쪽 팔밖에 쓸 수 없고, 구조 요청도 하지 못한채 매우 적은 양의 물과 음식으로 살아남은 남자의 이야기. 그는 그가 가진 지식을 최대한 활용해 살아남았다. 결국 극단적인 방법을 택할지라도, 냉철한 판단으로 최소한의 손실로 최대한의 효과를 노리려 한 것이다. 

과학도 쓰이는 나름에 따라서 그 활용도가 전혀 달라진다. 앞으로 우리에게 신기술이 생기더라도, 이를 어떻게 활용하는지가 관건이다.

우주를 바라보는 것

자연과 우주의 신비 ㅣ DAMI 이야기백과 10
DAMI 이야기백과 편찬위원회 엮음 / 중앙출판사(중앙미디어) / 2004년 11월

천문대에서 밤이 되었을 때 밤하늘을 올려다본 적이 있다. 내가 상상하던 것만큼은 아니었지만, 적어도 네온 싸인이 반짝거리는 대도시의 밤보다는 더 많은 별들을 볼 수 있었다. 하늘에서 반짝거리는 더 별들은 어디서부터 그 반짝거림을 빛내는 것이었을까? 

우주에 대해 먼저 알려면, 가장 가까운 곳에 있는 것들부터 살펴보자. 밤마다 뜨는, 우리가 볼 수 있는 가장 큰 존재는 바로 달이다. 물론 달은 실제로 가장 큰 것은 아니다. 단지, 지구로부터 가장 가까운 거리에 있어 커 보이는 것일 뿐이다. 달의 생성 원인에 대해서는 지금도 다양한 설들이 있는데, 운석 충돌로 지구로부터 떨어져 나간 덩어리들이 달을 이루었다는 설이 가장 유력하다. 

지구는 태양계라는 거대한 집합 안에 속해있다. 태양계는 8개의 행성과 태양으로 구성되어있는데, 물론 이 책은 명왕성 퇴출 전에 써졌으므로 명왕성에 대한 이야기도 포함되어 있다. 수성, 금성, 지구, 화성은 지구형 행성이라 부르며, 크기가 작은 대신 밀도가 높은 고체로 되어 있다. 목성, 토성, 천왕성, 해왕성은 감히 비교를 할 수 없을 정도로 크기가 크다. 이들은 속이 기체로 되어 있지만, 크기를 무시할 수 없고 기체도 농축되어 있기 때문에 지구보다 질량은 더 크다. 이들은 비슷한 특징을 지니고 있으므로 목성형 행성이라고 부른다. 

블랙홀은 어떤 존재일까? 매우 거대한 항성이 수명을 다하면, 보통 별들과는 다른 운명을 겪게 된다. 중심의 밀도가 매우 높아져서, 결국 주변의 모든 것들을 끌어들이는 강한 중력장을 형성하는 것이다. 블랙홀은 빛조차 끌어들여서 이 블랙홀로부터 나오는 빛은 존재하지 않는다. 결국 이 주변에는 검은 암흑만이 존재한다. 이것이 블랙홀이라 불리는 이유이다. 

우리 주변을 둘러싼 자연은 물론, 이 우주를 하나의 신체라 생각했을 때 그 작은 세포를 이루는 미립자조차 되지 않는 존재로써는 이 거대한 구조를 알아내기는 정말 하늘의 별따기일 것이다. 하지만, 더 많은 비밀이 이 세상에 숨어 있지 않을까?