아인슈타인의 세 가지 실수

아인슈타인 일생 최대의 실수
데이비드 보더니스 지음, 이덕환 옮김 / 까치 / 2017년 9월

자녀가 똑똑해지기를 바라는 부모의 마음은 모두 한결같다. 부모는 학원에 놀고 싶어 하는 아이를 가둔다. 이 바람에 조기교육을 앞세운 얄팍한 상혼만 재미를 본다. 지능을 측정하는 척도로 가장 많이 쓰이는 것이 IQ(intelligence quotient)다. IQ 지수는 정신연령을 실제 연령으로 나눈 수치에 100을 곱한 값인데 150을 넘어야만 천재로 불릴 수 있다고 한다. 이 글에서 소개할 아인슈타인(Einstein)의 IQ는 180으로 나왔다. 그러나 IQ로만 천재성을 가늠하기 어렵다. 어렸을 때 ‘신동’으로 불리다가 성장하면서 보통사람으로 돌아가는 경우가 많기 때문이다. ‘천재’ 소리를 듣는 아이들은 보통 아이들보다 성장 과정에서 속병과 우울증을 많이 겪는다. 자신이 평범하다는 사실이 드러날까 두려워하며 항상 완벽해야 한다는 강박관념에 시달린다.

뇌과학이 발달하기 전까지 천재는 커다란 뇌를 가졌다는 설이 지배적이었다. 과학자들은 뇌의 구조와 지능의 함수관계를 밝히기 위해 유족의 동의 아래 아인슈타인의 뇌를 해부했다. 과학자들이 확인한 사실에 따르면 아인슈타인의 뇌 무게는 1.23kg으로 보통 사람과 차이가 없었다. 뇌의 크기와 지능은 아무 상관관계가 없음이 밝혀졌다. 천재라고 해서 뇌 속에 특별한 조직이 있는 것이 아니다. 아인슈타인의 천재적인 업적이 흥미로운 건 사실이지만 그보다는 이참에 자신의 이론을 증명하지 못해 쩔쩔매던 그를 세기의 과학자로 만든 노력과 실패, 사회적 배경에 더 많은 관심을 가져보면 어떨까 싶다. 인류 역사상 가장 위대한 공식이라 불리는 E=mc²의 발견 과정을 흥미진진하게 소개했던 데이비드 보더니스(David Bodanis)는 또 한 번 아인슈타인에 관한 책을 썼다. 이번에 그는 아인슈타인의 명성을 보호해준 ‘전설과 신화’를 모조리 벗겨내 ‘인간 아인슈타인’으로 다듬어 낸다. 책 제목이 도발적이다. 하지만 과장된 제목이 아니다. 아인슈타인 같은 천재도 실수한다. 노력 없는 천재가 없듯이 ‘실수 없는 천재’도 없다.

아인슈타인은 ‘사고 실험’의 달인이다. 그는 머릿속으로 실험을 했다. 그래서 그는 사고 실험의 결과를 동료들이 이해할 수 있도록 언어로 옮기는 작업을 어려워했다. 자신의 이론이 옳다는 확신을 동료에게 전달하려면 우선 학자 본인 스스로 확신을 해야 한다. 그러나 아인슈타인은 휘어진 시간과 공간에 대해서 끊임없이 의문을 품었다. 그는 물리학자 헨드릭 로런츠(Hendrik Lorentz)에게 보내는 편지에 자신의 고민을 털어놓았다. 뉴턴(Newton)의 중력 이론에 따르면 이 우주는 지금쯤 하나의 거대한 덩어리로 뭉쳐졌어야 한다. 하지만 우린 질량과 중력 에너지 때문에 시간과 공간이 변한다는 사실을 알고 있다. 아인슈타인은 일반상대성이론을 통해 우주의 구조를 증명하여 단 한 줄의 방정식으로 정리하고 싶었다.

그러나 20세기 초 과학자들은 우주는 영원히 고정되는 공간이라고 믿었다. 아인슈타인도 예외가 아니었다. 그는 일반상대성이론이 ‘고정된 우주’를 입증하는 데 적합하지 않은 것에 만족스러워하지 않았다. 그래서 아인슈타인은 원래 방정식(‘G=T’)에 ‘우주 상수(Λ, 람다)’를 추가했다. ‘G-Λ=T’는 아인슈타인의 첫 번째 실수에서 비롯된 방정식이다. 수학자 알렉산드르 프리드만(Alexander Friedmann)과 사제 출신의 과학자 조르주 르메트르(Georges Lemaître)는 우주가 팽창한다는 주장을 했으나 아인슈타인은 그들의 견해에 소극적으로 대응했다. 아인슈타인은 ‘고정된 우주’에 대한 미련을 버리지 못했다. 에드윈 허블(Edwin Hubble)이 우주가 팽창하고 있다는 사실을 밝혀내자 아인슈타인은 ‘우주상수는 최대 실수였다’며 우주상수를 철회했다.

아인슈타인은 또 한 번 ‘최대의 실수’를 저질렀다. 하이젠베르크(Heisenberg)의 ‘불확정성 원리’로 대표되는 양자역학의 등장을 죽을 때까지 인정하지 않았다. 닐스 보어(Niels Bohr)는 양자역학을 지지하면서도 아인슈타인과 가까이 지낸 절친한 동료였다. 양자역학을 지지하는 과학자들은 고집 부리는 아인슈타인을 멀리했다. 보어는 아인슈타인을 포기하지 않았고, 그를 위해 친절하게 양자역학의 중요성을 설명해줬다. 그러나 아인슈타인은 보어의 논리적인 설득마저 귀담아듣지 않았다. 그는 “신은 주사위 놀이를 하지 않는다”라는 유명한 실언을 남기면서 양자역학을 부정했다. 아인슈타인은 우주를 필연적인 현상으로 이루어진 세계로 인식했고, 모든 자연현상을 필연적인 법칙으로만 설명할 수 있다고 믿었다.

이 책에서 저자가 언급한 아인슈타인의 ‘최대 실수’는 두 가지이다. 하나가 ‘우주 상수’이고, 또 다른 하나가 바로 양자역학을 인정하지 않는 오만과 고집이다. 그렇지만 아인슈타인은 주변 인물을 힘들게 하는 실수를 저질렀다. 내가 생각하는 아인슈타인의 세 번째 실수는 첫 번째 부인 밀레바 마리치(Mileva Marić)를 과소평가한 점이다. 밀레바는 남편을 잘못 만나 자신의 능력을 제대로 발휘하지 못했다. 그녀는 아인슈타인과 함께 같은 학교에서 물리학과 수학을 공부했다. 당연히 그녀 역시 아인슈타인의 고뇌를 충분히 이해했으며 일반상대성이론을 정립하는 데 결정적인 역할을 할 수 있었다. 그런데 아인슈타인은 밀레바가 자신의 이론을 제대로 이해하지 못한다고 생각했고, 밀레바의 지적 호기심을 무시했다. 밀레바는 과학사에 길이 남을 명성을 얻을 수 있는 능력을 갖췄음에도 ‘아인슈타인의 아내’, ‘이혼한 여성’이라는 굴레 속에 쓸쓸히 여생을 보냈다.

인간의 능력이 그러하듯 과학도 비판 없이는 진보할 수 없다. 인류 역사상 위대한 과학적 발견은 모두 수많은 실수와 오류를 딛고 탄생했다. 저자가 이 책에 강조하고 싶은 것은 '천재의 실수'가 아닌 ‘실수에서 시작되는 과학의 진보’이다. 그리고 말년의 아인슈타인을 보여줌으로써 과학의 진보에 고집스럽게 눈과 귀를 막고 있는 과학자의 오만을 은근슬쩍 꼬집기도 한다. 나만이 옳고 나만이 할 수 있다는 독선과 독단은 오만이다. ‘오만이 가득한 세상’에서는 누구나 균형감각을 잃기 쉽다. 과학도 예외가 아니다. 인간의 사고는 유연성은 잃고 경직되기 마련이며 의문이 비집고 들어갈 여지가 없다. 상대를 인정할 수 있는 여유가 없다. 솔직한 자기검열은 기대할 수가 없다. 아인슈타인의 실수와 오만은 곧 불안정했던 그의 삶의 다른 모습인지도 모른다. 아인슈타인은 ‘천재’로 포장되는 자신의 명성이 흔들릴까 봐 불안했을 것이고, 우주뿐만 아니라 자신의 능력마저 완벽하길 바랐다. 그러나 그의 노력은 결국 무력해지고 만다. 그래서 천재는 괴롭다. 늘 명성이라는 무거운 짐을 양어깨에 짊어져야 하기 때문이다. 천재 소리를 들었던 아인슈타인도 결국에는 완벽할 수 없는 인간이자 허점이 많은 남자였다.

과학의 길을 거꾸로 걸으면

손에 쥐고 있는 물체를 놓아 보자. 당연히 물체는 땅 밑으로 떨어진다. 이 현상의 이유를 모르는 사람이 없을 것이다. 지구 중심으로 향하는 ‘중력’ 때문에 물체가 떨어진다. 그런데 이 ‘중력’이라는 이름만으로는 힘의 실체를 이해하는 데 도움이 되지 않는다. 게다가 중력은 눈에 보이지 않는다. 과학은 눈에 보이지 않는 힘을 보이게 만드는 학문이다. 중력의 실체를 어느 정도 이해한다면 밤하늘에 떠 있는 별들을 보면서 우주의 구조에 대해 생각할 수 있다.

* 오정근 《중력파, 아인슈타인의 마지막 선물》 (동아시아, 2016)

중력파의 실체를 규명하는 연구는 아인슈타인이 남긴 큰 숙제였다. 중력파는 아인슈타인의 일반상대성이론이 맞는지 아닌지를 판가름할 수 있는 아주 중요한 단서다. 아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면 빛조차도 빠져나갈 수 없을 정도로 밀도가 높은 블랙홀들이 충돌할 때 중력파가 방출된다. 이때 우주의 시공간이 연못의 물결처럼 일렁이는 현상이 일어난다. 즉 중력파는 중력과 관련된 파동이다. 그런데 중력은 세상에 존재하는 네 가지 힘(강력, 약력, 전자기력, 중력) 중에서 가장 약하다. 1916년에 아인슈타인이 중력파의 존재를 예견한 이후로 100년 동안 중력파가 검출되지 않았다. 이 긴 세월 동안 세계 각국의 과학자들은 최첨단 실험 장비를 총동원하여 중력파 검출을 위해 노력했다. 결국, 올해 노벨물리학상은 중력파 검출에 결정적인 공헌을 한 세 명의 과학자(라이너 바이스, 킵 손, 배리 배리시)들에게 돌아갔다.

마침내 아인슈타인의 숙제가 해결되는 역사적인 순간을 확인한 사람들은 아인슈타인의 생각에 경탄했다. 그러나 중력파를 예언한 아인슈타인만 치켜세울 수 없다. ‘중력파’를 알기 전에 ‘중력’을 먼저 이해하는 것은 당연한 일이며 ‘중력’의 실체를 확인한 과학자들도 경탄의 대상이 되어야 한다. 아인슈타인의 상대성 이론이 워낙 대단해서 그렇지 갈릴레오 갈릴레이(낙하운동)와 아이작 뉴턴(만유인력과 세 가지 운동 법칙)의 업적도 분명 위대한 발견이다. 아인슈타인은 이 두 명의 거인들의 어깨 위에 올라서서 더 넓은 시야로 광활한 과학의 세계를 볼 수 있었다.

* 《뉴턴 역학과 만유인력》 (뉴턴코리아, 2011)

* 《중력이란 무엇인가?》 (뉴턴코리아, 2013)

아리스토텔레스는 무거운 물체와 가벼운 물체를 동시에 떨어뜨리면 무거운 물체가 가벼운 것보다 먼저 땅에 떨어진다고 주장했다. 문제는 아리스토텔레스의 견해는 직관에 의존한 것이었다. 아리스토텔레스를 지지하는 학자들은 그의 주장이 무조건 옳다고 생각했고, 아리스토텔레스의 주장을 근거로 ‘진공’의 실체마저 부정했다. 그러나 갈릴레오는 복잡한 실험 장치를 준비하지 않고도 아리스토텔레스의 견해를 뒤집었다. 아리스토텔레스의 견해를 반증하는 일명 ‘피사의 사탑 실험’은 갈릴레오를 유명하게 만들어줬으나 실제로 진행되지 않았다. 갈릴레오는 기다란 판자를 비스듬히 세워 경사면을 만들어 공을 굴리는 실험을 했다. 그 결과, 무거운 공이든 가벼운 공이든 같은 속도로 굴러 떨어진다는 것을 확인했다. 그리고 갈릴레오는 진공 상태의 공간 속에 쇠공과 깃털을 동시에 떨어뜨리는 ‘사고 실험’을 했다. 그는 깃털이 공기 저항을 받아 천천히 떨어진다고 생각했고, 무거운 물체와 가벼운 물체 모두 같은 속도로 떨어진다는 것을 증명했다.

* 갈릴레오 갈릴레이 《새로운 두 과학》 (사이언스북스, 2016)

갈릴레오의 《새로운 두 과학》은 아리스토텔레스의 낙하 운동 이론을 반박한 책이다. 이 책에 세 명의 등장인물이 과학과 수학을 주제로 사흘 동안 진지한 대화를 나눈다. 필리포 살비아티와 조반니 프란체스코 사그레도는 갈릴레오의 친구로 갈릴레오의 이론을 소개한다. 심플리치오는 가공인물이다. 그는 아리스토텔레스의 낙하 운동 이론을 믿으며 진공의 실체를 받아들이지 못한다. 《새로운 두 과학》은 지금 보면 지루한 책이다. 인터넷 검색만 하면 이론에 대한 설명이 다 나오는 시대에 케케묵은 고전 이론들을 보는 것은 지루한 일일 수 있다. 게다가 이 책에 유클리드의 기하학 이론까지 나온다. 사실 과학 비전공 독자가 읽기엔 버겁다. 이해하기 힘든 내용은 넘어가면 된다. 하지만 이 책의 ‘첫째 날 토론’과 ‘셋째 날 토론’은 읽어볼 가치가 있다. 아리스토텔레스의 낙하 운동 이론을 반박하고, 진공과 중력의 존재를 주장한 내용이 있는 중요한 장이다.

뉴턴은 만유인력의 법칙을 적용하여 두 물체가 서로 끌어당기는 중력의 크기를 계산했다. 그는 갈릴레오와 케플러가 남긴 두 개의 숙제를 동시에 해결하는 데 성공했다. 갈릴레오는 땅 위에 떨어지는 물체의 운동을, 케플러는 행성의 궤도 운동을 연구했다. 그러나 이 두 사람은 지구와 우주에서 작용하는 중력의 영향력을 생각하지 못했다. 뉴턴은 두 사람의 생각을 하나로 묶어서 설명할 수 있는 이론을 제시했고, 그 이론은 ‘만유인력의 법칙’으로 알려지게 됐다. 힘의 원리를 증명한 뉴턴의 이론은 19세기 말까지 물리학을 지배한 ‘고전 역학’으로 자리 잡았다. 그러나 뉴턴의 고전역학은 시간과 공간, 즉 시공을 ‘절대적인 개념’으로 설정했다. 다시 말하면 절대 시간과 절대 공간은 평평한 상태이며 이곳을 지나는 빛은 오직 직선을 따라 일정하게 움직인다는 것이다. 하지만 아인슈타인은 중력의 영향을 받으면 시공이 휘어진다는 사실을 밝혀냈다. 그는 상대성이론을 통해 갈릴레오와 뉴턴이 미처 보지 못했던 중력의 존재, 즉 눈에 보이지 않는 힘을 볼 수 있게 했다.

* 조지 가모브 《조지 가모브 물리열차를 타다》 (승산, 2001)

* 리처드 파인만 《파인만의 여섯 가지 물리 이야기》 (승산, 2003)

* 리처드 파인만 《물리법칙의 특성》 (해나무, 2016)

* 알베르트 아인슈타인, 레오폴트 인펠트 《물리는 어떻게 진화했는가》 (서커스, 2017)

‘중력파’가 뭔지 알고 싶어서 ‘중력파’에 대해서 공부하다 보면, 자연스럽게 ‘중력’의 실체까지 공부하게 된다. 리처드 파인만의 《파인만의 여섯 가지 물리 이야기》, 《물리법칙의 특성》은 복잡한 수식 없이 뉴턴이 중력 이론을 증명해내는 과정을 어렵지 않게 설명한다. 공부할 시간이 부족한 독자는 조지 가모브의 《조지 가모브 물리열차를 타다》 80~81쪽을 참고하면 된다. 여기에 뉴턴과 아인슈타인의 중력 이론, 그리고 갈릴레오의 낙하 운동 법칙까지 세 가지 중요 이론을 한 번에 설명한 내용이 있다.

“무엇이 공간을 이처럼 휘게 해서 이런 이상한 효과를 일으키는 건가요?”

“질량을 가진 물질이 존재하기 때문이지. 뉴턴은 중력의 법칙을 발견했을 때, 중력이 그저 보통의 힘인 줄만 알았어. 예를 들어 두 물체가 고무줄 같은 것을 당기고 있을 때 작용하는 것과 같은 유형의 힘(만유인력의 법칙)인 줄 알았던 거야. 하지만 뉴턴이 간과한 신비한 사실이 있었지. 모든 물체는 그 무게나 크기에 상관없이 중력장 안에서 동일한 운동을 하고 동일한 가속도를 갖는다(낙하 운동에 대한 갈릴레오의 사고 실험)는 게 그거야. 물론 공기 마찰(좀 더 쉽게 말하면 ‘공기 저항’이다) 등을 배제했을 경우의 얘기지. 이걸 뉴턴은 몰랐던 거야. 질량을 가진 물질이 일차적으로 휘어진 공간을 만들어내고, 공간 자체가 휘어져 있기 때문에 중력장 안에서 움직이는 모든 물체의 궤도는 휘어질 수밖에 없어(일반상대성이론). 이런 사실을 최초로 밝혀낸 사람이 바로 아인슈타인이지.”

※ 괄호 속 문장은 책의 저자(가모브)가 아닌 글쓴이(cyrus)가 쓴 것이다.

아인슈타인과 절친한 동료 레오폴트 인펠트가 같이 쓴 《물리는 어떻게 진화했는가》는 물리학의 역사를 정리한 책이 아니다. 세상을 지배한 과학 법칙들이 과학자들의 도전을 받는 굵직한 투쟁의 과정을 보여준다. 아인슈타인은 이 책의 서문에서 ‘물리학 교과서를 쓰려 한 것이 아니다’라고 밝혔지만, 읽어 보면 ‘교과서 같은 느낌’을 지울 수 없다. 조지 가모브와 파인먼의 책과 비교하면 아인슈타인의 책은 재미가 떨어진다.

우리나라 과학 교육은 과학 이론이 증명되는 ‘과정’을 생략한 채 바로 ‘결과’로 나온 과학 이론을 가르친다. 그러니까 과학 이론의 탄생 과정을 알지 못한 채 그냥 과학 이론 그 자체를 외운다. ‘결과’ 중심의 과학 학습에 익숙한 독자는 하나의 과학 이론이 과거의 과학 이론을 넘어서는 ‘과정’을 설명한 내용을 진득하게 읽지 못한다. 아무리 잘 쓴 과학책이 재미없게 느껴지는 이유가 있다. 그리고 과거 이론을 배울 필요가 없다고 생각하는 얕은 독서는 과학책을 읽는 데 단점이 될 수 있다. 과학은 최신 이론만 알면 그만이다? 나는 이 생각에 동의하지 않는다 ‘이론’ 위에 또 하나의 ‘이론’이 얹어지는 과학의 역사도 알아야 한다. 과거 이론은 쓸모없으면 버리는 쓰레기가 아니라 현재의 과학을 견고하게 세워주는 주춧돌이다.

‘중력파’에서 ‘중력’으로 거꾸로 이해하면서 공부하는 방식은 ‘현재’에서 ‘과거’로 향하는 과학의 길을 되돌아가는 여행과 같다. 과학의 길은 갈릴레오, 뉴턴, 아인슈타인 등 과학의 거인들이 산책했던 곳이다. 과학의 길을 거꾸로 걷다 보면 오늘날 이룩한 과학의 진보가 언젠가는 ‘과거’가 될 수 있다는 것을 알게 된다. 아무리 훌륭한 이론이 나와도 과학에는 절대적인 이론이라는 것은 없다.

앞만 보고 뛰는 경주마가 된 과학자들

과학이 말하는 윤리 - 옳은 일을 행하라 ㅣ 한림 SA: 사이언티픽 아메리칸 14
사이언티픽 아메리칸 편집부 지음, 이동훈 옮김 / 한림출판사 / 2017년 6월

인류는 보다 ‘인간다운 삶’을 살기 위한 길고 긴 노력 끝에 오늘날과 같은 문명을 이루었다. 이 말은 현재의 인류가 원시성의 외피를 훌훌 벗어 버리고 문명만을 살아간다는 뜻이 아니다. 시행착오를 겪으면서도 이 정도나마 좀 더 인간적인 모습을 갖추게 됐다는 것이다. 인류는 과학기술 문명이 새로운 시대를 열고 장밋빛 미래를 열어줄 것을 기대한다. 그러나 그 어느 때보다도 인류는 지금 불확실성의 시대에 살고 있다. 지금까지의 과학은 인간의 욕구를 충족시키기 위한 도구로 주로 사용됐다. 그 결과 과학발전과 인간의 욕구는 서로 상승효과를 일으키면서 결과적으로 해결하기 곤란한 문제들을 만들어내고 있다. 인류는 과학기술이라는 긍정적 가능성을 지니고 있으면서 과학의 장점을 의심한다. 그 이유는 변화하는 시대에 적합한 가치관을 토대로 한 윤리적 기반이 제대로 갖추지 못했기 때문이다.

시대에 맞는 가치관을 토대로 한 삶의 방향설정이 무엇보다 필요로 하는 현시점에서 우리는 윤리와 마주치는 과학의 역할에 대해 진지하게 고민할 필요가 있다. 미국의 대중과학 전문 잡지 <사이언티픽 아메리칸>에 기고된 칼럼들을 모은 《과학이 말하는 윤리》(한림출판사, 2017)는 ‘과학과 윤리의 관계 문제’ 같은 고전적 화두를 다시금 이끌어낸다. 과학기술의 개발 단계가 윤리와 무관하여 자유로울 수는 없다. 그래서 대부분의 사람은 과학자들의 윤리의식이 계속해서 과학기술 발전을 검토해야 한다고 생각한다. 그러나 윤리의식이 새로운 과학기술을 창조하려고 하는 과학자들, 그리고 이윤과 성과를 내려는 사회구조를 적절히 통제할 수 있을까. 『의사는 제약회사에서 얼마나 돈을 받는가?』라는 제목의 글을 읽어보면 거대자본이 투입되지 않은 과학의 발전이 현실적으로 불가능하다는 것을 확인할 수 있다. 의료인이 제약회사로부터 받은 비용 금액을 조사해서 데이터베이스로 정리하는 탐사 보도 기구 소속 기자의 말에 따르면, 특정 제약회사가 특정 의료인에게 돈을 준다고 해서 그 의사가 도덕적으로 문제 있다고 보기 어렵다. 따라서 제약회사의 재정적 지원을 받은 의사들이 제약회사의 이윤을 올려주는 처방을 한다고 단언할 수 없다. 물론, 의료인이 제약회사의 제품 판촉에 지나치게 동원되면 과학자의 역할이 위축될 수 있고(『의약품 연구는 믿을 만한가?』 참조), 전문 자격이 없는 의료인이 제약회사의 지원을 받는 문제가 생기기도 한다. 그러므로 제약회사가 의료인에게 지급한 금액을 공개하는 법이 필요하다. 미국은 2013년 8월 1일부터 의사 지급금 공개법이 발효되었다.

『개인 게놈 스캔은 의학적으로 불필요한가?』, 『소비자용 게놈 테스트』는 개인 유전자 정보를 이용한 사업의 현황을 소개하고, 이 현상의 문제점을 진단하는 글이다. 사람의 DNA에는 그 사람의 모든 것을 알려줄 정보가 들어 있다. 그렇기 때문에 유전자 정보 서비스를 제공하는 회사들은 유전자 검사를 통해 잠재적인 건강 가능성, 유전자 돌연변이 가능성 등을 알아볼 수 있다고 주장한다. 그들의 말이 맞으면 우린 병원에 가지 않고도 단 한 번의 유전자 분석으로 질병 발생 가능성을 미리 파악할 수 있고, 이를 대비한 건강관리를 체계적으로 시작할 수 있다. 그러나 일부 전문가들은 유전자 정보 서비스를 구축하는 연구 자료가 불완전하며, 실용적이지 않다고 주장한다.

『부정행위의 비용』, 『왜 부정행위를 하는가』는 과학자의 연구 부정 행위, 학술논문의 데이터 위조 등을 거시적인 관점으로 분석한다. 부정행위는 과학자 개인의 단순한 범죄 행위로 볼 문제가 아니다. 부정행위를 묵인하는 학계의 관행이 이어질수록 연구비용이 추가 발생한다. 즉 부정행위를 대대적으로 조사하는 데 드는 비용은 과학자 연구비로 충당되기 때문에 경제적 손실이 불가피하다. 이렇다 보니 연구 부정행위로 판명되어 정부에 반납해야 할 연구비를 회수하지 못 하는 일이 발생한다. 『스테로이드를 대체할지도 모르는 유전자 약물 세트』, 『유전자 도핑』은 금지약물의 시대를 넘어선 ‘유전자 도핑’ 시대가 열렸음을 시사하고 있다. 과학자들은 운동선수들이 유전자를 주입해 근력을 향상할 가능성이 있다고 우려한다.

대부분 과학자는 자신의 연구 결과에 대한 학문적 성과에 많은 비중을 두기 때문에 상대적으로 윤리적 가치에 대한 중요성을 외면할 가능성이 높다. 이런 과학자들은 두 눈을 안대로 가린 채 앞만 보고 뛰는 경주마처럼 살게 된다. 연구에 집중하기 위해, 더 나아가 명예를 얻기 위해 좌우를 살필 겨를 없이 앞만 보게 되는 것이다. 과학자들의 건전한 사회 참여 의식과 윤리관이 연구보다 더 우선돼야 할 필요가 있다. 그래야만 일반인들에게 자신의 연구 결과를 제대로 알리고 그 사회적 유용성을 높이는 것이 가능해진다. 그리고 여론을 형성하는 대중 역시 사회에서 필요한 방향으로 과학 연구들이 이뤄지도록 관심을 가져야 한다. 과학의 발전은 학자와 대중 모두의 노력에 달려 있고, 모두 그 책임이 있다.

빌어먹을 우주의 물결

중력파, 아인슈타인의 마지막 선물 - 중력파를 찾는 LIGO와 인류의 아름다운 도전과 열정의 기록
오정근 지음 / 동아시아 / 2016년 2월

아인슈타인의 명성에도 불구하고 상대성이론을 이해하고 있는 일반인은 거의 없다. 나도 그중 한 사람이다. 우주를 지나가는 빛이 중력의 영향을 받아 휜다는 사실(일반상대성이론)만 알고 있을 뿐이다. 사람들이 관심 있는 것은 상대성이론을 이용한 시간여행의 가능성 유무다. 물론 시간여행이 가능한 시대가 온다고 해도 사람들이 상대성이론을 이해하리라고 기대하지 않는다. 특수, 일반을 막론하고 상대성이론을 모른다면 우리는 절대로 우주를 이해할 수 없다. 우주의 기원을 설명해주는 빅뱅 우주론, 시간여행을 할 수 있는 통로라 할 수 있는 벌레 구멍(worm hole) 등이 상대성이론에 기반을 두고 있다.

상대성이론이 맞는지 아닌지를 판가름할 수 있는 ‘빌어먹을(goddamn) 우주의 물결’이 있다. 그것은 바로 ‘중력파(gravitational wave)’다. 아인슈타인이 끝내 찾지 못한 우주에 흐르는 미세한 물결. 세계의 과학자들은 지난 백여 년 동안 중력파를 검출하려 최첨단 장비를 통해 노력했으니 과학자들이 중력파를 ‘빌어먹을 물결’이라고 말해도 충분히 이해할 수 있다. 이제는 중력파의 존재가 확인되었으니 기쁨을 감추지 못한 과학자들은 ‘신의 물결’을 찾았다면서 쾌재를 부를 것이다.[1] 중력파의 발견 소식을 접한 사람들은 아인슈타인을 ‘갓(god)인슈타인’이라고 부르면서 그의 천재성에 감탄한다. ‘아인슈타인 빠(극성 지지자)’, 줄여서 ‘아빠’는 아인슈타인이 다시 나오기 힘든 천재라고 생각한다. 아인슈타인이 위대한 과학자임이 틀림없다. 또 상대성이론의 위대성이 입증된 것도 사실이다. 그러나 ‘아빠’가 놓치고 있는 중요한 사실 하나가 있다. 아인슈타인의 상대성이론을 공부하기 전에 반드시 뉴턴의 중력 이론을 알아야 한다.

뉴턴은 땅바닥으로 추락하는 사과에 작용하는 힘, 즉 중력의 실체를 과학적으로 증명했다. 그는 태양계를 비롯한 천체에 작용하는 중력을 설명하기 위해 ‘만유인력의 법칙’을 도출했다. 그러나 뉴턴의 중력 이론은 한계가 있었다. 아인슈타인은 뉴턴의 중력 이론으로 설명할 수 없는 물체와 중력의 관계를 ‘시공간’ 개념을 도입하여 해석했다. 일반성대성이론은 물체와 중력 그리고 시공간 사이의 관계를 정립한 이론이다. 아인슈타인이 해석한 중력은 물체 주위의 시간과 공간을 결정하며, 그 결과로 물체 주위의 시공간은 굽어지고 휘어진다. 물체가 중력을 받아 운동하는 현상은 휘어진 시공간을 따라 움직이는 것이다. 1920년 중력의 영향으로 빛이 휘어지는 사실이 알려졌을 때 전 세계 과학자와 언론들은 아인슈타인이 불가침의 영역이었던 뉴턴 물리학을 밀어냈다면서 호들갑을 떨었다. 아인슈타인의 업적을 뉴턴보다 높게 띄우려는 ‘아빠’들뿐만 아니라 뉴턴의 중력이론과 상대성이론의 기초 지식이 잡히지 않은 사람들도 아인슈타인이 뉴턴이 구축한 고전물리학의 시대를 종식했다고 생각한다. 그러나 《중력파, 아인슈타인의 마지막 선물》(동아시아, 2016)을 펴낸 오정근 씨는 상대성이론의 의의를 뉴턴의 이론의 장점을 포함하는 동시에 그것의 한계를 넘어선 새로운 이론이라고 설명한다.[2] 저자는 21세기인 지금도 뉴턴 물리학을 공부해야 하는 이유를 넌지시 알려준다. 뉴턴이 발견한 ‘중력’이 있었기에 아인슈타인은 ‘중력파’를 예측하려고 했다. 중력파는 시공간을 변화시킬 수 있는 에너지이기 때문이다. 따라서 아인슈타인의 업적은 완벽함에 있는 것이 아니라 끊임없는 호기심과 탐구 정신에 있다. 아인슈타인은 ‘거인’ 뉴턴의 머리 위에 함부로 올라가 있었던 것이 아니라 어깨 위에 올라섰다.

인간이라면 누구나 상승 열망이 있다. 즉, 내가 목표하는 어느 지점으론가 무조건 오르고 싶은 감정 표현이다. 성공을 향한 열망을 적당히 가진다면 별문제 없으나 명예를 얻고 싶다는 열망이 더해지면 상대방의 비판을 무시하거나 자성의 기회를 놓치고 만다. 자신이 처음으로 중력파를 발견했다고 주장한 조지프 웨버(Joseph Weber)가 그런 인물이다. 1969년 웨버는 자신이 고안한 중력파 검출기, 일명 ‘웨버 바(Weber Bar)’를 이용해 중력파를 검출했다고 주장했다. 그러나 검증 결과는 사실이 아니었다. 과학자들은 웨버의 실패를 교훈 삼아 웨버 바보다 성능이 좋은 중력파 검출기를 설치, 가동하기 시작했다. 여기에 레이저를 이용한 중력파 관측소 ‘라이고(LIGO)’가 설치되었다. 그러나 라이고 설치에 투입되는 어마어마한 정부 예산 금액에 불만을 가진 천문학자들은 라이고 설치에 회의적인 입장을 보였고, 여기에 웨버도 가세했다. 웨버는 ‘웨버 바’에 대한 믿음을 끝까지 버리지 않았다.

《중력파, 아인슈타인의 마지막 선물》은 혼자 보기 아까운 책이다. 뉴턴의 중력이론, 아인슈타인의 일반상대성이론 그리고 중력파까지 쉽게 설명한 이 책보다 더 좋은 과학책이 있을까. 인터넷에 ‘중력파’를 검색해보면 찾기 쉬울 정도로 관련 자료가 수두룩하다. 현시대를 사는 사람들은 축복을 받았다. 아인슈타인도 보지 못했던 중력파를 며칠 만에 이해할 수 있는 시대에 살고 있기 때문이다. 과학자들은 중력파의 실체를 확인하기 위해 2002년부터 2010년까지 중력파 검출기를 가동했다. 8년 동안 중력파 검출기는 총 아홉 차례 가동되었고 기계가 작동된 일수를 모두 합하면 1,378일이다. 천 일 동안 찾기 못했던 중력파는 우리는 책 한 두 권만 읽어도 이해할 수 있다. 중력파 검출기 근처에 살다시피 한 전 세계 과학자들의 노고를 생각해서라도 중력파를 알아두자. 중력파를 이해하는 데 며칠 안 걸린다.

[1] ‘빌어먹을 물결’, ‘신의 물결’이라는 단어를 보자마자 눈치를 챈 과학 덕후 독자들이 있을 것이다. 힉스 입자를 증명하기 위해 노력한 과학자들의 여정을 정리한 어느 책 제목의 탄생 비화를 빌려왔다. 책 제목이 《신의 입자》(휴머니스트, 2017). 처음에 책 제목을 ‘빌어먹을 입자(Goddamn particle)’라고 정해졌으나 출판사 편집자가 ‘damn’을 빼는 바람에 ‘신의 입자’로 최종 확정되었다. 이거야말로 ‘신의 한수’다.

[2] 《중력파, 아인슈타인의 마지막 선물》 32쪽

붉은 군대 불개미

중국에는 안 먹는 게 없다고 할 만큼 다양한 종류의 음식들이 있다. 별난 음식 재료들이 많은데, 그중 하나가 개미다. 특히 불개미가 중국에서는 정력제로 알려져 있다. MBN <천기누설>에서 건조 상태의 불개미가 정력제로 소개된 적이 있다.[1] 하지만 불개미가 성욕 증진에 효과가 있는지는 과학적으로 검증되지 않았다.

오랜 옛날부터 중국인들은 개미를 정력 강장에 도움이 되는 식품으로 여겼다. 내 기억이 정확하다면 이연걸 주연의 영화 <영웅>(1995년 작)에 불개미탕이 나오는 장면이 나온다. 이연걸의 부인은 불치병에 걸려 투병 생활을 하고 있는데, 아픈 엄마를 위해 아들(얘도 아버지를 닮아서 무술 실력이 뛰어나다)이 불개미탕을 만들어주는 장면이었다. 아주 잠깐 지나갔지만, 탕이 담긴 그릇에 죽은 불개미 떼가 둥둥 떠다니는 것을 볼 수 있었다. 아들이 지극 정성으로 간호했지만 끝내 그녀는 세상을 떠나고 말았다. 그녀의 병세가 심각해서 회복이 불가능한 것도 있었지만, 불개미에 들어있는 산성 성분의 물질이 그녀의 죽음을 이르게 한 원인일 수도 있다. 불개미의 산성 물질은 위나 소화기관이 약한 사람에게는 해롭기 때문이다.

* 최재천 《개미제국의 발견》 (사이언스북스, 1999)

* 로랑 켈러, 엘리자베스 고르동 《지구의 작은 지배자, 개미》 (작은책방, 2009)

* 에드워드 오스본 윌슨, 베르트 휠도블러 《개미세계여행》 (범양사, 2015)

몇 주 전 붉은 불개미(red imported fire ant)[2]의 등장에 사람들이 한동안 불안에 떨었다. 지금은 소강 국면에 들어섰지만, 여왕개미의 행방이 오리무중이다. 정부는 붉은 불개미 여왕개미가 죽었을 것이라고 판단, 공식 입장을 발표했다. 그렇지만 최재천 교수를 비롯한 개미 전문가들은 정부의 공식 입장이 ‘섣부른 추정’이라고 비판했다. 여왕개미는 하루 천 개 이상의 알을 낳으며 환경 적응력이 높은 여왕개미는 수명이 비교적 길다. 일반적으로 여왕개미의 평균 수명은 10~15년이다. 붉은 불개미 여왕개미가 죽지 않고 살아 있으면 어디선가 숨어서 새로운 일개미들로 구성된 군락(colony)을 만들 수 있다.

만약 붉은 불개미가 도시에 살게 되면 인명 피해뿐만 아니라 재산 피해도 난다. 미국은 불개미를 ‘테러리스트’로 비유한다. 불개미가 전자제품 단전 또는 화재를 일으킨 주범이 되기 때문이다. 개미는 가장 대표적인 초개체(super-individual) 생물이다. 개미 떼는 고도로 분업화된 사회집단이다. 자기가 맡은 역할이 있는 일개미들은 집단 전체의 생존을 위해(좀 더 정확히 말하면 번식 능력이 있는 여왕개미를 보호하기 위해) 이타적으로 자기 몸을 던져 희생한다.

개미 떼는 척박한 환경 속에서 살아남기 위해 ‘협동’이라는 전략을 선택한다. 불개미 떼는 홍수를 만나면 서로 다리와 입을 무는 방식으로 거대한 뗏목을 만든다. 허리케인이 휩쓸고 지나간 미국 동남부 지역에 물 위로 둥둥 떠다니는 ‘불개미 뗏목’이 발견되기도 했다.[3]

사실 붉은 불개미보다 더 무서운 녀석이 있다. 아프리카, 라틴아메리카 등 열대 지방에 서식하는 군대개미다. 《개미제국의 발견》, 《지구의 작은 지배자, 개미》에 군대개미의 위력을 설명한 내용이 나온다. 군대개미는 붉은 불개미보다 호전적이며 일반 개미보다 크고 튼튼한 턱을 가지고 있다. 군대개미가 좋아하는 먹이는 바퀴벌레다. 심지어 군대개미 떼는 자신보다 몸집이 큰 전갈도 공격한다. 군대개미는 유목민처럼 이곳저곳 이동하면서 생활한다. 그래서 개미집을 만들지 않는다. 이 녀석들은 전술도 사용할 줄 안다. 종대로 진군하는 군대개미 떼는 일사불란하게 부채꼴 형태로 진군하여 먹잇감을 공격한다. 군대개미 떼가 마을 근처에 오면 주민들은 집 주변에 석유를 뿌리고 난 뒤 서둘러 임시 피난처로 이동한다. 군대개미 떼의 이동을 피할 때 반려동물, 가축도 반드시 데리고 가야 한다. 줄에 묶여서 이동할 수 없는 동물도 군대개미 떼의 습격을 받으면 뼈를 못 추린다.

* 베르나르 베르베르 《개미》 (열린책들, 2001)

* 베르나르 베르베르 《제3인류》 (열린책들, 2013~2016)

군대개미의 호전성은 사람들에게 충격과 공포를 주는 적절한 소재가 된다. 영화에서 군대개미는 무차별로 사람을 공격하는 ‘식인 개미’로 등장한다. 영화 <인다아나 존스 : 크리스털 해골의 왕국>에 나오는 군대개미 떼는 무서울 만큼 빠른 속도로 목표물을 향해 달려든다. 하지만 개미의 느린 걸음속도를 생각하면 영화 속 군대개미의 모습은 과장된 것이다. 베르나르 베르베르의 《개미》 시리즈와 《제3인류》에 나오는 ‘마냥개미’는 군대개미의 또 다른 명칭이다. 그런데 소설에 나오는 마냥개미는 산성 물질도 사용할 줄 안다. 그렇다면 이 녀석의 정체는 ‘붉은 군대 불개미’인가?

* 가브리엘 가르시아 마르케스 《백년의 고독》 (민음사, 2000)

* 《세계 공포 문학 걸작선 : 고전 편》 (황금가지, 2003)

* 이탈로 칼비노 《힘겨운 사랑》 (민음사, 2016)

그밖에도 군대개미가 등장하는 소설은 칼 스티븐슨의 단편소설 『라이닝겐 대 개미 떼』(《세계 공포 문학 걸작선 : 고전 편》 수록), 이탈로 칼비노의 단편소설 『아르헨티나 개미』(《힘겨운 사랑》 수록) 그리고 가브리엘 가르시아 마르케스의 《백년의 고독》이다. 칼 스티븐슨의 단편소설은 찰턴 해스턴 주연의 영화 <벌거벗은 정글(The Naked Jungle, 1954년 작)>의 원작이다.

영화나 소설에 나오는 군대개미는 다소 과장된 면이 있다. 무서워하지 않아도 된다. 다가오고 있는 군대개미 떼를 발견하면 최대한 멀리 달아나면 된다. 앞서 언급했듯이 군대개미의 걸음속도는 빠르지 않다. 군대개미는 좀비가 아니다. 동물이나 인간에게 달려들어 공격하지 않는다. 군대개미는 포식하기 위해 이동하는 것이 아니라 먹잇감이 있을 만한 장소를 찾기 위해 이동한다.

[1] [‘천기누설’ 불개미가 최고의 정력제라고?] (매일경제, 2012년 8월 16일)

[2] 최재천 교수는 언론이 보도하면서 사용한 ‘붉은 불개미’라는 명칭이 와전됐으며 분류상 정확한 명칭이 ‘붉은 열다미개미’라고 했다. ([최재천 교수가 말하는 ‘붉은 불개미’… “‘살인 개미’는 과장… 최대 골칫덩이”] 국민일보, 2017년 10월 9일)

[3] [美불개미떼의 하비 생존전략은 '뗏목'같은 부유체 만들기] (연합뉴스, 2017년 8월 30일)