이론들은 시간과 새로운 기술이 우리에게 준 증거를 반영하며 발전해야 한다. 미국의 위대한 물리학자 리처드 파인만은 "과학은 가능과 불가능을 증명하는 것이 아니라, 어떤 것이 더 가능성이 큰지를 확인하는 것"이라고 말했다. 예를 들어, 그는 미확인 비행물체의 존재에 대해서 이렇게 말했다. "내 주변 세계의 지식에 따르면, 비행접시와 관련한 보고는 알려지지 않은 외계 지식에 대한 이성적 노력이라기보다는, 잘 알려진 지상 지식에 대한 비이성적 노력의 결과일 가능성이 훨씬 높다."
제임스 왓슨과 프랜시스 크릭은 DNA의 분자구조 해명 및 유전정보 전달 연구로 모리스 윌킨스Maurice Wilkins와 함께 1962년 노벨생리의학상을 받았다. 내가 이 상을 함께 나누었으면 좋았을 거라 생각하는 사람이 있다. 바로 로절린드 프랭클린Rosalind Franklin이다. 그녀는 과학 역사상 가장 부당하게 대우를 받은 여성 중 한 명이었는데 상을 받기 4년 전에 사망했다. 영국의 생물 물리학자였던 그녀는 브래그 부자의 이론을 바탕으로 DNA 구조를 밝히기 위해 X선 촬영에 몰두했다. 이 작은 분자들에 반사된 X선은 사진판에 영원히 남게 되었는데, 그 당시 가장 정확하고 명확한 것이었다. 특히 그녀는 특별한 사진을 발견하고 51번이라는 숫자를 붙였다. 그러나 왓슨과 크릭은 그녀의 허락 없이 그것을 사용했다. 또한, 그 사진을 통해 인류 역사상 가장 위대한 발견 중 하나를 발전시켜나갈 중요한 영감을 얻었다고 고백했다.
그러니까 그 원자 자체는 영웅도 악당도 아니라는 뜻이다. 예를 들어, 사람들은 아무도 탄소나 질소 원소를 두려워하지 않는다. 이것들은 매일 우리가 먹는 음식 속에도 들어 있다. 그러나 이들을 조합하면 세상에서 가장 치명적인 시안화물cyanide이 될 수 있다. 삶과 죽음의 차이는 그 자체로는 악의가 없는 원자들 사이의 미묘한 재배치에 있다. 또한, 복용량도 중요하다. 카페인에도 독성이 있지만 이걸 마시고 죽으려면 24시간 이내에 커피 100잔 이상을 마셔야 한다.
티메로살의 경우에는 수은이 체내에서 제거될 수 있는 분자로 줄어든다는 명백한 증거가 있다. 물론 아이들에게 투여할 화합물에는 특별한 주의가 필요하다. 수십 년간의 독립적 연구 끝에 티메로살이 함유된 백신과 자폐증에는 연관성이 없다는 사실에 대한 과학적 합의가 이루어졌다. 그런데도 대부분 선진국의 의무 백신 접종 프로그램에서 티메로살을 제거하기 시작했다. 그러나 그 이유는 이 화합물에 대한 두려움 때문이 아니다. 수많은 사람이 여전히 이에 관해서 토론하고 있고, 부모가 자녀의 백신 접종을 거부할까 봐 두렵기 때문이었다. 영국의 경우 3가 백신을 맞은 아이들의 비율이 1996년에는 92%였는데, 2009년에는 73%로 감소했다. 그 결과 백신으로 보호할 수 있는 병들을 증가시켰다. 그리고 결국엔 티메로살을 제거할 수밖에 없었다.
그런데 이 방부제를 제거한 국가에서 자폐증 발병률이 떨어지지 않았다. 또한 자료들을 비교해 보면, 자녀의 몸속에 생선 섭취로 쌓인 수은의 양이 전체 예방 접종으로 쌓인 수은의 양보다 훨씬 클 가능성이 높다.
왜 국그릇은 사과 파이보다 훨씬 더 빨리 식을까?
그 해답은 바로 대류 작용에 있다. 상승하는 액체는 차가워져서 내려오고, 열기가 있으면 밖으로 열기를 내놓기 위해 다시 위로 올라간다. 그러나 반대로 속이 꽉 채워진 사과 파이는 점성 때문에 액체가 빨리 움직이지 못해서 겉 부분이 빨리 식는다. 또한, 내부에서 올라오는 열은 훨씬 느린 전달 방법인 열의 전도를 통해 겉으로 올라온다.
태풍도 대류의 좋은 예이다. 거대한 태풍이 불면, 구름의 왕이라고 부르는 적란운이 생기는데, 이것은 놀라운 자연 현상 중 하나이다. 작은 물방울과 빙정이 쌓여 거대한 층을 이루는데 높이가 무려 20km까지 나타난다. 이것은 그릇 바닥에서 장국이 올라가는 것과 비슷한 원리로 지상 근처의 따뜻하고 습한 공기가 상승할 때 형성된다. 뜨거워진 공기는 더 가볍기 때문에 상승하고 싶어 한다. 그럴 때 따뜻한 공기가 팽창하고 냉각되면서 올라가기 어려워진다.
하지만 공기 내에 충분한 습기가 있고 온도가 빨리 떨어지면 다른 현상이 발생한다. 즉, 습기가 응축되고 작은 물방울이 생기는데, 그 과정에서 열이 방출된다. 다시 잠열이 나왔다. 액체가 증발할 때 잠열을 흡수하고(주변 냉각), 반대 과정(응결)에서는 잠열을 방출한다. 그렇게 되면 공기가 열을 유지하면서 위로 올라가려는 새로운 힘을 얻게 된다. 그러면서 미소 입자와 같은 물방울들은 우리 앞에 기류를 드러낸다. 이것이 바로 우리가 보는 구름이다.
그는 1940년도에 MIT의 방사선 실험실에서 레이더 스크린 설계에 참여하며 "사람들이 할 수 있는 게임을 만들면 과학 관련 기업이 사회와 관련이 있다는 메시지를 전달할 수 있을 뿐만 아니라, 이 일에 생명력을 불어넣게 될 것이다"라고 글을 썼다. 그리고 이후 그는 제2차 세계대전 중에 이루어진 미국의 원자폭탄 제조 계획인 맨해튼 프로젝트에 참여해 원자탄용 타이머 시스템 전자 장치를 담당했다.
브룩헤이븐 계측 그룹에는 발사체 궤도와 튀어 오르는 물체를 시뮬레이션하도록 설계된 아날로그 컴퓨터가 있었다. 제2차 세계대전 중 비행기에서 폭탄이 떨어지는 위치를 계산하기 위해 개발한 것이다.
게임에 관한 히긴보덤의 생각 속에는 모든 것이 섞여 있었다. 이것은 제어 시스템과 전자 이미지, 이용 가능한 컴퓨터, 그 당시 대중화되기 시작한 독일 트랜지스터 및 화면 상의 오오실로스코프oscilloscope에 대한 엄청난 경험이었다. 3일 만에 그는 〈테니스 포 투〉의 디자인을 끝냈다.
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그러나 그 게임은 상업적 특허를 받지 못했다. 1958년에서 1959년 사이에 브룩헤이븐 국립연구소 방문객이 참여한 사람들에게만 알려졌다. 오늘날 비디오 게임은 우리 사회, 특히 어린이와 청소년들 사이에 가장 많이 침투한 발명품 중 하나이다.
다른 하나는 인터넷이다. 대부분의 네트워크 주소에 들어가는 약자인 ‘www’는 유럽 입자물리연구소CERN의 물리학자가 고안했다. 유럽 입자 물리학 연구소는 브라우-앙글레르-힉스의 보손을 발견한 유명한 대형 강입자 충돌기LHC로 세간에 화제를 뿌린 바로 그 실험실이다. 팀 버너스리Timothy John Berners-Lee는 세계 곳곳의 입자 물리학 실험실에서 생성된 많은 양의 정보를 자동으로 신속하게 공유해 달라는 과학자들의 요구를 충족시키기 위해 노력했다. 결국 그는 1989년에 www와 함께 컴퓨터가 서로 통신할 수 있게 해주는 프로토콜인 하이퍼텍스트 전송 규약Hypertext Transfer Pro-tocol(약자인 ‘http’는 즐겨 사용하는 검색 엔진에 쓰는 네트워크 주소 앞에 씀)과 그 외 오늘날 인터넷 검색을 하게 해준 기술들을 만들었다.
종종 위대한 혁신이 일어날 때처럼, 이 발명도 중대한 사건으로 엄청난 변화를 일으키겠다는 의도에서 나온 게 아니다. 그러나 결론적으로는 그 개발 덕분에 폭넓고 새로운 응용을 할 수 있게 되었던 것이 사실이다.
비디오 게임과 ‘www’는 물리학 연구소에서 전혀 새로운 발명을 의도하지 않았던 사람들에 의해서 탄생했다.
여기에서는 농약과 비료 및 유전 공학이 마치 악당처럼 보인다. 그리고 그런 악당을 물리치는 농업 덕분에 우리는 가공되지 않은 더 건강하고 맛있고 환경을 보호하는 자연산 유기농 제품을 얻는다. 그러나 정말 그런지에 대해서는 거의 아무도 설명하지 않는다. 그리고 이와 관련한 열띤 과학 토론을 보면 이런 제품들의 효과가 그렇게 크지 않아 보인다.
첫째, 비료와 살충제가 그렇게 나쁜 걸까? 분명 어떤 화학 물질에 독성이 많이 함유될 수는 있다. 따라서 엄격한 규제가 필요하다. 이것은 의약품과 세제, 음료수도 마찬가지이다. 그러나 이런 규제는 합성 제품뿐만 아니라 자연산 제품에도 똑같이 중요하다. 우리 밭에서 자란 버섯이 자연산이라고 해서 무조건 치약보다 더 치아에 좋은 건 아니다.
그리고 유전공학도 생각해 보자. 유전공학은 해충에 대한 내성이 강하고, 과일의 크기와 영양가를 높이고, 더 먹음직스러운 색과 맛 등 우리가 원하는 특징을 가진 새로운 종을 만들기 위해 식물의 DNA를 개량한다. 우리는 그렇게 얻은 제품이 건강이나 생태계에 해로울 수 있다는 두려움을 가지고 있다. 그러나 인류가 수천 년 동안 해온 품종 개량 역시 이와 비슷한 과정을 거쳤다. 단지 훨씬 천천히 진행되었을 뿐이다. 여기에선 우연히 돌연변이가 일어나길 바라고, 다음에 경작하는 생산물이 더 좋아지게 개량한다.
찰스 다윈은 이 과정에서 ‘자연 선택natural selection’에 대한 영감을 얻었다. 이것은 특수한 환경에서 더 잘 적응하는 형질을 지닌 돌연변이가 진화를 끌어낸다는 이론이다. 품종 개량에서는 그것을 원하는 대로 선택한다. 예를 들어, 옥수수는 천 년 전에는 존재하지 않았다. 단지 볼품없는 조상인 테오신테teosinte만 있었다. 이것은 키가 몇 센티미터 되지 않고 낱알도 얼마 붙어 있지 않는 옥수수의 근연종이다. 아메리카 원주민들이 수천 년간 그것을 길들여 오늘날의 옥수수로 변형시켰다. 즉, 인간은 약 만 년 동안 유전공학의 한 형태를 실행했다.
오늘날 식물이나 동물의 DNA에 원하는 유전자를 직접 넣을 수 있게 되면서 농산물을 개량하는 데 필요한 수천 년의 시간이 절약되었고, 이렇게 이 과정이 크게 발전했다. 다시 말하지만, 규제는 필요하다. 아직은 우리의 건강이나 환경을 위협할 정도로 기술이 발달한 건 아니지만, 몇몇 비양심적인 과학자들과 사업가들, 정치인들이나 조사관들의 관행에는 규제가 필요하다.
어느 한 시인이 "한 잔의 와인 속에 우주의 모든 것이 담겨 있다"라고 했다. 시인들은 이해받기 위해 글을 쓰는 게 아니기에, 아마도 우리는 이 말이 무슨 뜻인지 절대 모를 것이다. 그러나 와인이 담긴 잔을 자세히 들여다보면, 온 우주를 보게 될 것이다. 거기에는 물리적 요소들이 있다. 소용돌이치는 액체, 유리잔에서 일어나는 반사, 그리고 상상력이 추가시키는 원자들, 그리고 바람과 기온에 따른 증발. 유리잔은 지구의 암석을 정제시켜 만들었기에 그 원자 구조로 우주의 나이와 별들의 진화 비밀들을 알 수 있다. 와인에는 어떤 화학 성분이 들어 있을까? 어떻게 조합된 걸까? 여기에는 효모와 효소, 그리고 여기에 반응하는 물질들과 생성된 결과물이 들어 있다. 여기에서 우리는 매우 일반적 사실을 알게 된다. 즉, 모든 삶이 발효라는 것. 수많은 질병의 원인을 밝혀내야 와인의 화학도 발견할 수 있다. 이렇게 지켜보는 줄 알고 자신의 존재를 드러내는 와인의 이 생생한 검붉은 빛을 보라! 우리의 보잘것없는 지성으로 와인 한 잔을 놓고 이 우주를 물리학, 생물학, 지질학, 천문학, 심리학 등의 부분으로 나눈다고 해도, 자연은 그런 것에 관심이 없다는 걸 기억해라. 그러므로 이제 그것들을 다시 하나로 모으고, 이것이 무슨 의미인지 기억하자.
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