임두원, 『과학으로 생각하기』

과학으로 생각하기 - 생각의 그릇을 키우는 42가지 과학 이야기
임두원 지음 / 포레스트북스 / 2022년 5월

『과학으로 생각하기』는 과학자인 저자가 평상시 또는 강연에서 받은 질문들을 선별, 과학자로서 답을 설명한 내용을 정리한 책이다. 이 책에는 총 42가지의 질문이 등장한다. 질문들은 단순한 것 같지만 깊숙이 파고들면 심오한 영역으로 연결되는 질문들이다. 인간은 모두 죽어야 하는 운명일까? 같은 철학적인 질문도 있고, 사람들은 왜 자신을 특별하게 여길까? 같은 심리학적인 질문도 있다. 이러한 질문들을, 저자는 ‘과학’으로 해석하고 설명한다.

저자가 받았던 수백 가지의 질문들 중에서 고른 것이라, 질문들이 우리가 한 번쯤 생각해봤던 것들로 구성되어 있다. 거울에 어떻게 내가 비치는가? 사람들이 복권을 왜 계속 살까? 같은 질문들은 엉뚱할 수 있겠지만, 설명을 듣다보면 사소한 일상, 사소한 행동에도 과학이 정밀하게 적용되고 있음을 알게 된다. 어렸을 때 한 번쯤 느꼈을 의문들이 이제야 비로소 풀리는 느낌이었다. 단순히 지나쳤던 과학적 사실들을 새롭게 알게 돼서 여러모로 유익했다. 친절하고 알기 쉬운 설명이라서 이해하기 쉬웠다. 그리고 이해에서 나아가 생각해볼 수 있는 여지를 제공해주는 것이 이 책의 장점이다. 관점의 전환, 사고력의 상승을 돕는다는 점에서, 청소년들이 읽기 좋은 책이란 생각이 들었다.

몇몇 흥미로웠던 부분들에 대해 메모를 남긴다.

1. 인간은 모두 죽어야 하는 운명일까? *마모이론* pp18~22

우리가 죽어야 할 운명인 것은 진화 과정에서의 선택 때문이다. 종의 존속을 위한다면, 우리에게 개인의 수명을 늘리거나 자손을 많이 낳거나 둘 중 한 가지를 선택해야 한다. 에너지 배분의 차원에서, 에너지의 한계가 있기 때문에 결국 우리의 수명은 필멸이 될 수밖에 없다. 가용 에너지를 자손 생산과 수명 보전, 두 부분에 나눠서 써야하기 때문이다.

2. 우리는 왜 지나간 일을 후회할까? *인과율* pp26~8

우주 전체에 공통으로 적용되는 법칙. 불균일한 것은 균일해지고, 질서 있는 것은 무질서해진다. 우주의 탄생과 팽창도 결국, 질서에서 무질서로, 불균일에서 균일로 가는 과정이다.

3. 균형 있는 삶을 살아야 하는 이유 *삼투압* p45

2와 비슷한 맥락에서 자연은 ‘다름’보다 ‘같음’을, 그리고 ‘불균형’보다 ‘균형’을 선호한다.

4. 영원히 사는 것이 과연 축복일까? *정신의 노화* p77

정신의 노화란 ‘인간의 정신이 시간이 지남에 따라 자연스럽게 변화를 겪는 과정’을 의미한다. 흔히 10대의 시간은 시속 10km, 30대의 시간은 시속 30km, 60대의 시간은 시속 60km이라 말한다. 그만큼 나이가 들수록 세상에 대한 흥미가 점차 줄어들어 시간이 빨리 흐르는 것처럼 느껴지기 때문이다.

5. 재미있을 때는 왜 시간이 빨리 갈까? *상대성이론*

4와 연계해서, 나이가 들수록 주변의 변화에 둔감해진다. 축적한 경험에 반비례해서 새로운 경험의 기회가 줄어들기 때문이다. 게다가 신체의 노화도 영향을 미친다. 정보를 처리하는 신경 네트워크의 처리 능력이 저하되므로, 신체적으로도 변화에 둔감해진다. 변화가 없으니 시간이 천천히 흐르는 것 같지만, 실제로 확인한 시간은 그렇지 않으니 체감 시간은 빠르다고 느껴지게 된다.

6. 사람들은 별을 왜 뾰족하게 그릴까? *빛의 회절* pp238~44

별은 동그란 구형이다. 그런데 하늘에서 보는 별 모양은 둥글지 않다. 여러 갈래 빛줄기를 내는, 뾰족한 다각형으로 보인다. 그것은 빛의 ‘회절 현상’로 설명할 수 있다. 빛은 파동의 일종이므로, 좁은 구멍을 통과하면 구멍 주위로 빛의 파동이 퍼져나간다. 한편 우리 눈이 빛을 인식할 때, 빛은 수정체라 불리는 일종의 렌즈를 거친다. 이 수정체를 구성한 섬유 세포는 다각형 구조로 이뤄졌다. 빛이 수정체를 통과할 때, 이 다각형 구조에서 회절을 일으킨다. 그래서 우리가 눈으로 보는 별빛은 다각형의 조리개를 통과한 빛처럼 빛이 갈라지는 현상을 일으킨다.

7. 별은 왜 반짝반짝 빛날까? *핵융합* pp302~3

별은 ‘스스로 빛을 내는 천체’를 의미한다. 그러므로 행성이나 소천체들은 엄밀히 말해 별이 아니다. 이 정의에 따른다면, 드라마 《별에서 온 그대》는 정확히 말해서 《행성에서 온 그대》가 맞을 것이고, 『어린 왕자』에서 어린 왕자가 사는 곳은 별이 아니라 행성 또는 소행성이 되어야 한다. 별은 너무 뜨거워서 생명이 살 수 없으므로.

8. 인간은 계속 생존할 수 있을까? *지구온난화* pp329~32

지구의 역사에서 대멸종은 현재까지 모두 다섯 번 일어났다. 대멸종 가운데 적어도 세 건은 지구 온난화와 관련이 있다고 추정하고 있다. 이산화탄소의 농도가 높아지면 기온이 오르고, 수온이 올라가고, 산소가 부족해진다. 산소가 없으면 생명을 유지할 수 없으니 결국 생물 종들의 70~80%가 멸종했다. 과거의 대멸종은 화산 분화 등으로 인한 천재지변이 불러일으켰다. 한데 현재 가속하는 지구온난화의 원인은 인간이다. 산업혁명 이전의 이산화탄소 농도가 280ppm이었다면, 현재는 410ppm 정도라고 한다. 이산화탄소 농도가 갈수록 증가하는 가운데, 지구의 기온도 점차 상승하고 있다. 페름기 대멸종 때와 유사한 수준의 온도 상승을 보이고 있는 것이다. 지금 같은 수준으로 멸종이 진행된다면, 과학자들은 조만간 지구상에 인간과 소수의 가축만이 남는 고립기가 도래할 수도 있음을 경고하고 있다.

9. 사람들이 복권을 계속 사는 이유 *확률의 법칙* pp338

윌리엄 페일리의 ‘지적설계론’에 따르면, 매우 복잡하기는 하지만 아주 정교하게 돌아가는 이 우주는 결코 저절로 생겨날 수 없다. 창조를 위한 어떤 지적인 설계자가 전제되어야 한다. 정교하고 복잡한 시계가 저절로 생겨난 것이 아닌 것처럼 말이다. 그래서 이 이론은 지적인 설계자, 즉 신의 존재를 인정하고 있다.

반면, 리처드 도킨스는 저서 『눈먼 시계공』을 통해, ‘만약 복잡한 물건에 반드시 설계자가 있다면, 그 설계자는 눈먼 시계공이 틀림없다.’고 주장했다. 아무리 복잡하다 해도 설계자의 수가 많고 (무한대에 가까운) 충분한 시간이 주어진다면, 완성할 확률이 희박하게라도 존재한다는 것이다. 그래서 이 이론의 경우, 생명은 확률과 우연의 법칙에 따라 탄생했다고 믿고 있다.

10. 밤하늘은 왜 깜깜할까? *팽창하는 우주* pp370-1

우주는 팽창하고 있다. 그리고 거리가 멀리 떨어질수록 멀어져가는 속도도 빠르다. 게다가 빛의 속도는 유한하기 때문에, 먼 곳의 빛은 더 멀 수밖에 없다. 우주의 나이는 138억 년이고 가장 멀리 떨어진 빛은 138억 년 전의 빛이지만, 팽창으로 거리가 더 멀어지고 있음을 감안할 때 가장 먼 빛의 거리는 465억 광년으로 계산할 수 있다. 심지어 그 빛은 아직도 지구에 도달하지도 못한 상태이며, 영영 도달하지 못할 것이다. 빛의 속도보다 빠르게 멀어지는 별들이 있고, 팽창할수록 그 별의 숫자들은 더 많아질 것이다. 그렇다면 미래가 될수록 우리가 볼 수 있는 별들의 숫자도 적어질 수밖에 없기 마련이다.

11. 거울에 어떻게 내가 비치는가? *빛의 반사* pp403

아지트 바르키, 데니 브라워의 『부정본능』에 따르면, 인간은 수면이나 거울을 통해 자신을 인식할뿐더러, 다른 개체들 또한 자신과 동일한 존재임임을 인식하는 단계로 진화했다. 한데 이 단계는 타 개체의 죽음 또한 자신의 경우와 동일시하기 때문에, 필멸의 공포가 생기게 된다. 이렇게 되면 종의 번식보다 자신의 생존에만 몰두하게 돼서, 점차 종이 쇠퇴하는 결과를 초래하게 된다.

그러나 인간은 애써 죽음을 외면하고 부정함으로써, 현재의 삶에 치중함으로써, 쇠퇴하지 않고 번성할 수 있었다. 이것이 인간만이 갖는 ‘부정 본능’이다.

12. 세상은 왜 다양한 것들로 넘쳐날까? *공유 결합* pp419-22

현재 우주는 팽창하고 있고, 점점 팽창 속도가 빨라지고 있다. 우주가 계속 팽창할수록, 별과 은하들도 멀어질 것이고 그렇게 된다면 별의 소멸만 있을 뿐 생성은 일어나지 않게 될 것이다. 우주는 차갑게 식을 것이고 결국 우주는 종말을 맞게 될 것이다.

한데 팽창을 막을 수 있는 한 가지 존재가 있다. ‘암흑물질’이다. 암흑물질의 밀도가 우주가 팽창하는 관성을 억제할 만큼 높다면, 우주는 팽창을 멈출지도 모른다. 그러나 지금까지 밝혀진 암흑물질의 양만으로는 우주의 팽창을 억제할 수 있는 정도는 아니라고 한다. 현재로선 팽창이 우주의 현재이자 미래인 셈이다.

덧.

저자는 <유퀴즈 온 더 블록>에 출연했을 때, ‘눈이 녹으면?’이란 질문에 ‘물이 된다.’라고 답변했다. 전형적인 이과의 답이었다. 그렇다면 나는? 나라면 어떻게 대답할까? 이 질문의 의도, 관점의 차이를 찾는다는 의도가 참신했다. 그런데 난 문과면서 저자처럼 ‘물이 된다.’라는 답변에 편승했다. 이런…….