과학의 새로운 세계에 빠져보다

과학동아 2010.11
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2010년 10월

이번 과학 동아에서도 흥미로운 주제들을 많이 다루었다. 극한 상황에서 살아남은 33인의 칠레 광부 이야기는 그간 매우 알고 싶었던 소재이다. 어떻게 해서 그 긴 시간동안 단 한명도 죽지 않고 모두 탈출할 수 있었는가? 

사람들은 이것이 갱도 내의 비상식량, 풍부한 수자원 등이 생존의 이유라고 한다. 하지만, 과연 그것이 전부일까? 정말 물도, 음식도 없이 가장 오랫동안 생존했던 사람은 오스트레일리아의 소년으로, 경찰이 감옥에 넣고서 그가 수감된 사실을 잊어버려 14일간 굶주렸다고 한다. 이들은 정말로 극한의 상황이었다면, 아마도 이들중 일부만이 살아나갈 수도 있었다. 

현재 지구는 상당히 위험한 상태다. 아마 인류가 대규모로 이주를 하여서, 새로운 별에서 번식을 하여 종을 이어나가는 것이 필요할지도 모른다. 이것은 이미 베르나르 베르베르의 소설 파피용에 의해서 그 이론이 정립되었다. 아주 커다란 우주 범선에서, 하나의 작은 지구를 만들어, 그 안에서 에너지가 계속 순환되어 살아갈 수 있다는 것. 외계 이주 프로그램은 바로 이러한 이론으로부터 시작된다. 

이제는 새로운 종류의 과일들이 개발되고 있다는 사실이 내 가슴을 뛰게 한다. 식물을 교배시키면 양쪽의 장점을 이어받은 것, 어느 한쪽만 이어받은 것, 양쪽의 단점을 이어받은 것등이 생길 텐데, 이 때 양쪽의 장점을 이어받은 종만 교배시켜서 우리가 필요한 과일을 얻어낸다는 것이다. 과거엔 노란 수박도 탄생했었지만, 수박은 빨개야 달다는 편견으로 인해 상용화되지 못하고 사라졌다. 보통 사과는 껍질의 색소가 가장 영양가가 많은 부분이지만, 많은 사람들이 껍질을 깎아내어 먹기 때문에 이 영양소를 놓친다고 한다. 그래서 속까지 빨간 종과 과육이 맛있는 종을 교배시켜, 속까지 빨간 색소로 들어차서 몸에 좋은 천연 보약을 만들 수가 있다고 한다. 

이번 과학동아도 매우 흥미진진했다. 다양한 이론과 연구, 실험을 통하여 내가 과학의 어느 부분에 흥미가 있는지 알아보고 내 꿈을 성찰할 기회를 제공한다고 생각된다.

완벽하게 개념잡는 화학

완벽하게 개념잡는 소문난 교과서 화학 ㅣ 완소 과학 시리즈 4
손영운 지음, 원혜진 그림 / 글담출판 / 2007년 8월

중학교 과학성적을 잡는다는 완소 과학 시리즈. 그래서 먼저 내가 좋아하는 화학편을 읽어 보았다. 과연 어떻게 하면 중학교 내신을 철저히 잡는 완벽하게 개념잡는 소문난 교과서가 될 수 있는 것인지, 그 내용을 살펴보았다. 

책은 7가지 부분으로 나뉜다. 물질의 세가지 상태, 분자 운동, 상태 변화와 그 에너지, 물질의 특성, 혼합물 분리, 물질의 구성, 물질 변화와 규칙성이 그것이다. 7가지 부분에서는 중학교 1학년부터 중학교 3학년 개념까지 통합하여 골고루 나온다. 중학 화학을 이렇게 다양한 지식을 통합하여 읽었기에, 화학 개념을 쉽게 이해할 수가 있었다. 

책은 본문 편과 이 본문의 개념을 이용한 서술형 문제를 통하여 지금까지의 지식을 얼마나 잘 응용하는가를 시험한다. 보고서 이해하기만 하면 될 게 아니라, 그것을 응용할 수 있어야만 진정한 자신의 지식이라고 말할 수가 있다. 이렇게 쌓은 화학 지식은 앞으로의 커다란 도움이 될 것이다. 

그 개념들을 간단히 살펴보자면 대충 이러하다. 물질의 상태에서는 고체, 액체, 기체 이외의 네 번째 상태라 불리는 플라즈마 상태의 개념에 대해 설명한다. 기체에 고온의 열이나 높은 전극을 가하면 전류가 흐르는 특수한 상태가 되는데, 이를 플라즈마라고 한다. 번개가 치는 것도 플라즈마 상태이며, 아마 구슬 안에 전기같은 것이 흐르면서 손을 대면 손을 댄 방향으로 전기가 모이는 것을 본 적이 있을 것이다. 이것이 바로 플라즈마를 이용한 간단한 장치이다. 

혼합물 분리에서, 콘플레이크에 철분이 들어있을 시 강력 자석을 대면 시리얼 조각이 따라 온다는 사실을 처음 알았다. 소량이라도 철이 들어있다는 것을 과연 확인한 후, 매우 신기하다는 생각이 들었다. 

이렇게 완벽하게 개념을 잡은 덕분에, 중학교 화학 내신은 크게 신경쓰지 않아도 될 것 같은 기분이 든다. 앞으로도 완소 시리즈를 애용해야겠다.

과학동아 10월호

과학동아 2010.10
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2010년 9월

사랑의 매. 그간 맞아오면서도 도저히 그 효과를 모르겠지만, 부모님, 선생님이 말씀하시는 바에 따르면 항상 매가 따를 때에만 아이를 바꿀 수가 있었다고 한다. 믿지 못할 이야기였지만, 믿어야 했다. 때림으로써 명령에 복종하는 나의 모습의 변화를 나조차도 알았으니까. 

그런데, 사랑의 매를 과학적으로 분석해보자면 정말 효과가 있을지 궁금하다. 스키너는 동물 실험을 통해서 네 가지 갈래로 나뉜 이론을 쌓았는데, 이는 좋아하는 것을 주거나, 싫어하는 것을 없애는 것을 강화라 하고, 좋아하는 것을 없애거나, 싫어하는 것을 주는 것을 처벌이라 했다. 이는 인간에게도 그대로 적용이 되는데, 이 처벌이란 것은 현대 심리학에서도 교육 효과가 없다는 이론이 정설이라는 것이다. 

이는 오용되거나 남용되기가 쉽고, 처벌을 받는 이들이 이 방법을 다른 사람에게 그대로 쓸 수도 있으며, 특히 가장 강한 혐오 자극인 체벌은 잘못된 행동을 일시적으로 억제할 뿐 바람직한 행동이나 태도를 이끌어내지 못한다고 한다. 교사가 체벌을 효과적인 교육이라 생각한 이유는, 본보기 체벌을 한 교사 앞에선 아이들이 떠들지 않는 것이 처벌의 효과라 생각하는데, 이는 강화에 해당한다고 한다. 즉, 떠들지 않으면 처벌을 받지 않는다는 보상을 준 셈이다. 체벌은 내면적인 도덕성까지 키워주지는 않는다는 것은, 곧 아이의 잘못된 행동을 매로 다스리는 것이 올바르지 않다고 말한 것이다. 

지금 한국인의 정신력은 어떠할까? 자살률이 매우 높고, 청소년의 9%가 최소 자살을 생각해 본 적이 있다고 말한 시점에서, 이들이 어떤 고통을 겪는지 알아보아야 한다. 정신 건강의 폐해로 화병, 우울증, 알코올 중독, 불면증, 트라우마를 들었다. 이들은 다양한 조건에서 다양하게 정신적인 고통을 겪고 있다고 한다. 

벌써부터 지구가 위험을 맞이하기 시작했다. 태양풍이 2013년에는 엄청난 양으로 몰려와 광범위한 정전 사태가 일어날 수도 있고, 대기권의 가장 바깥인 열권의 양이 줄어들고 있어 걱정이라고 한다. 위기를 예측했다면 이 문제를 어떻게 해결할지 빨리 알아보아야할 것이다.

전쟁, 이제는 로봇 시대

과학동아 2010.9
과학동아 편집부 엮음 / 동아사이언스(잡지) / 2010년 8월

영화 터미네이터 등의 것들이 점점 현실이 되어가는 것 같다. 이제는 로봇군단이 연구, 개발되면서 부분적으로 실용화되기까지 했다. 무인용 전투기는 이미 현실에서 쓰이고 있고, 이라크 전쟁에 참전한 미군은 미국 본토에서 무인 항공기를 조종해 적군을 사격하고, 차를 타고 집으로 돌아와 가족과 저녁을 식사하는 하루를 보낸다고 한다. 이렇게 발달한 로봇은 이제 점점 실제 전쟁에서도 그 위력을 발휘하고 있다. 풍향의 방향, 총소리를 통해 저격수의 위치를 알아내고, 부상자를 호송하는 등 다양한 역할을 한다. 아직 전투로봇다운 모양새를 갖추진 못했지만, 총을 들고 무장을 할 정도까지 이르렀다고 한다. 

모나리자에 대한 비밀이 풀렸다. 그간 사람들이 모나리자에 대하여 다양한 추측을 했는데, 막상 모나리자를 실제 두상으로 만들어보니 반은 여자, 반은 남자의 두상을 가진 있을 수 없는 얼굴이라고 한다. 이로 인해, 전문가들은 모나리자가 다 빈치가 다른 사람의 얼굴을 그린 것이 아니라 그가 독자적으로 상상해내어 그린, 그만의 작품이라고 여긴다. 

헬륨 위기가 온다고 한다. 18족 원소에 속하는 이 안정한 물질이 지구 상에 거의 존재하지 않는 비싼 가스인 줄은 알았지만, 그토록 과학계에 커다란 영향을 끼치는 물질인 줄은 몰랐다. 반응성이 없고 무게가 가볍기 때문에 실험에서 압력 조절을 위해 쓰이는 이 물질은 주로 천연가스를 불태워서 얻는데, 앞으로 30년 후면 완전히 고갈되어 사라질 것이라고 한다. 

마지막으로 영화 인셉션에 관한 부분에서는, 평을 읽고서 정말 보고 싶다는 생각이 들었다. 꿈을 훔치거나 설계하고, 꿈을 마치 현실처럼 믿게 만들며 자기가 꿈을 꾸는지 현실속인지를 전혀 알지 못하는 그런 위험한 영화. 지금 내가 처해있는 이 상황도 꿈 속의 꿈 속의 꿈 속의 꿈 속의 꿈인지 그 누구도 알지 못한다. 

이번 과학동아를 통해서, 로봇의 중요성이 다시 부각된 것 같다. 특히 전쟁에 쓰이는 로봇은, 오직 로봇 끼리의 전쟁이라면 인명 피해를 줄이는 그런 수단이 될 것 같다. 단지 서로간의 자원만 소비하는 그런 양상을 띌 것 같다는 생각이 든다.

수많은 화학자들, 화학사에 한 획을 긋다

상위 5%로 가는 화학교실 4 - 화학사
구자옥 외 지음 / 스콜라(위즈덤하우스) / 2008년 9월

화학자들은 정말 많고, 이들 중에서는 다양한 업적을 남긴 사람들이 있다. 우연으로 만들어진 발명품으로 돈방석에 앉은 사람이 있는가 하면, 잘못된 이론을 가지고 끝까지 밀고 나가다가 낭패를 보는 경우도 있었다. 하지만 이들의 연구가 있었기에, 지금의 화학이 완성될 수가 있었다. 

화학이 본격적으로 연구가 되기 시작한 때는 언제인가? 바로 사람들이 금을 만들어 부자가 되겠다는 일념으로 시작한 연금술 덕분이었다. 그들의 목표는 금 만들기, 무엇이든 녹이는 용액 만들기, 불로장생약 만들기 등이었다. 이들은 사원소설을 바탕으로 금을 만들려고 했지만 실패했고, 그들이 실험을 하면서 남긴 기록, 자료, 실험 기구등이 근대 화학의 바탕이 되었다. 

근대 화학에서의 유명한 이론을 하나 말하자면, 플로지스톤설이다. 과거 과학자들은 물질의 연소를 설명하기 위해서 무언가 특별한 것이 필요했고, 그래서 그들이 만들어낸 것이 플로지스톤설이다. 하지만 이 플로지스톤 설은 셜례, 프리스트리등에 의해 발견된 산소에 의해서 그 존재가 위험해졌다. 프리스트리는 플로지스톤 설 신봉자였는데, 이 산소의 발견으로 인해 여러 이상한 현상을 발견하면서 제 무덤 판 꼴이 된 셈이다. 결국 그는 산소를 디플로지스톤이라 말했지만, 라부아지에는 이 산소의 존재를 명확히 해명해내는데 몰두해 플로지스톤 설을 폐기시켰다. 

화학에서는 실수란 것이 참으로 중요한 의미를 가진다. 어떤 실수는 사람을 죽음에 이르게 하지만, 새로운 성분비를 이룬다는 것은 곧 새로운 물질의 생성을 뜻하는 것이기 때문이다. 실제로 많은 화학자들이 실수로 만들어낸 물질, 예를 들면 지금의 수많은 종류의 플라스틱들이 존재하여 우리 생활에 커다란 도움을 주고 있기 때문이다. 이는 곧 화학은, 예상을 통해 나오는 결과가 아니라 수많은 시행착오를 통해 나오는 결과물들이 참으로 값지다는 것을 알 수 있었다.