수학으로 배우는 양자역학을 둘러싼 모험!

양자역학의 법칙 - 수학으로 배우는 ㅣ 법칙 시리즈 2
Transnational College of LEX 지음, 강현정 옮김, 곽영직 감수 / Gbrain(지브레인) / 2011년 11월

이 책을 만든 '트랜스내셔널 칼리지 렉스(transnational college of lex)'는 내게 무척 낯설다. 이게 뭔가 싶어 골똘히 들여다본다. 다행히 머리말에 상세히 소개되어 있다.

도쿄 시부야 소토에 있는 7층 짜리 건물 2층에 히포 패밀리클럽 본부가 있다. 이 클럽은 일본어, 영어, 한국어, 스페인어, 불어, 중국어, 독어 등 7개 언어와 최근 이탈리아어, 러시아어, 태국어와 말레이시아어 등을 자연스럽게 배우며 세계 사람들과 활발하게 교류하고 있다. 일본 전국에 클럽 지부가 있는 모양이다.

또한 클럽에는 연구 부문인 히포 대학, 트랜스내셔널 칼리지 렉스(일명 트래칼리)가 있다. 트래칼리에는 2011년 기준으로 50명 정도의 학생이 있고, 각 분야의 최고 선생님들이 강의한다. 말 그대로 '평생 학습'에 재미를 붙인 이들이 모인 곳이 아닐까 싶다. 이채롭기도 하고 흥미도 가는 그룹이 아닐 수 없다.

일본은 물리학, 화학, 의학 등 기초학문의 내공이 세계적 수준이다. 노벨상 수상자를 봐도 작년말 기준으로 물리학상 7명, 화학상 7명, 생리의학상 2명 등 16명이다. 세계적 석학들이 대중을 대상으로 알기쉽게 강의했다고 하니 얼마나 흥미진진했을까?

한편 히포 패밀리클럽 회원들은 ‘푸리에의 법칙’에 빠져 지적 모험에 나섰고, 그 결과를 정리하여 책으로 냈다. 일명 《수학으로 배우는 파동의 법칙》(원제 푸리에의 모험). 이 책은 지난 2010년 국내에도 소개되었다. 이번에는 그 후속 작업으로 ‘양자역학’을 파고들었으니.

'양자(量子)'란 모든 물질을 구성하는 최소 단위를 뜻한다. 가령 전자, 광자, 양자(陽子) 등을 일컫는다. ‘양자역학’이란 눈으로 볼 수 없는 양자가 자연 속에서 어떻게 움직이는지 수식이라는 언어를 통해 기술하는 것이다.

책은 '양자역학을 둘러싼 모험'에 관한 것이다. 복잡한 이론과 수식을 만화를 곁들여 간명하게 설명하고 있다. 책 이름 《수학으로 배우는 양자역학의 법칙》을 보면 제대로 방향을 잡았다는 느낌이 들게 한다.

물리학은 실험이 우선이고 그 결과를 이론적으로 설명한다. 이때 다양한 수식, 가령 하이젠베르크의 수식, 슈뢰딩거의 수식, 플랑크의 공식 같은 것이 사용된다. 이렇게 잘 만들어진 이론은 거꾸로 무엇을 관찰하고, 실험할 지 인도하는 등대 역할을 하게 된다. 실험-이론 사이에 뫼비우스의 띠 같은 선순환 구조가 형성되는 것이다. 이때 중요한 산파가 바로 수학이다.

1905년 아인슈타인은 플랑크의 공식(E=nhv)을 보고 '빛은 입자'라는 가설(광양자 가설)을 생각해 낸다. 이는 뉴턴의 고전역학을 뒤집어엎을 정도의 큰 번뜩임이었다. 이때 그는 스위스 소도시 특허청에서 일하던 26세 아마추어 물리학자였다.

이 일화를 보면 어떤 현상이나 실험 결과를 제대로 설명할 수 있는 멋진 공식은 또 다른 착상이나 발견으로 이끌 수 있는 힘을 갖고 있음을 알 수 있다. 그래서 공식이 만들어진 과정을 따라가거나 그 공식으로 정립된 이론을 파악하는 것은 묘한 설렘을 안겨준다.

대학원에서 경제학 공부를 하면서 기초가 되는 경제 수학을 공부하던 때가 있었다. 특히 미시 경제학에서 사용되는 다양한 함수와 미분 방정식을 이해하기 위해서는 수학 공부가 필수였다.

나는 이 책을 통해 양자역학 같은 물리학 분야도 마찬가지라는 생각이 들었다. 자연 현상이나 실험 결과를 이론으로 정립하기 위해서는 수학적 기법이 중요하다. 나는 그간 어렵게만 느껴지던 양자역학을 쉽게 이해할 수 있게 되어 어찌나 반갑고 좋았던지!

아쉬운 점이 있다면 양자역학의 발전에 기여한 과학자들의 일생에 대해서 좀 더 다루었으면 하는 것이다. 하지만 근 800여 쪽에 이르는 방대한 양을 줄이기 위해서는 가지치기를 할 필요도 있었겠다싶다.

말미에는 '히포 10주년 특별 대담'이 덧붙여져 있다. 이 자리에는 막스 플랑크, 아인슈타인, 닐스 보어, 하이젠베르크, 드브로이, 슈뢰딩거 등 양자역학의 발전에 크게 기여한 석학들이 가상으로 참여한다. 각자의 이론을 대담 형식으로 펼치는 향연이어서 읽는 재미를 더한다.

이제 나는 이 책을 아들에게 권하고 싶다. 히포 패밀리클럽이 작업한 다른 책들도 얼른 보고 싶어졌다!

우주에는 신이 있다? 없다!

우주에는 신이 없다
데이비드 밀스 지음, 권혁 옮김 / 돋을새김 / 2010년 4월

데이비드 밀스는 무신론자다. 즉 신이라는 개념을 받아들이지 않는 사람이다. 이는 곧 천국과 지옥, 악마와 천사, 기적과 성령 혹은 부활 같은 것들을 믿지 않는다는 말이다.

전체 미국인 중 약 95퍼센트가 신을 믿고 있다고 하니, 무신론자는 5퍼센트 남짓한 셈이다. 하지만 그는 당당하다.

밀스는 언제나 무신론을 매우 긍정적인 철학이라고 생각한다. 그에 따르면 존재하지도 않는 신의 노여움을 풀기 위해 짊어진 매우 부담스러운 의무를 없애주기 때문이다. 그런 의무에서 벗어나면 만족스런 삶을 위해 자신만의 목표와 이상을 선택할 최대한의 자유를 얻을 수 있다는 것.

저자는 창조론자의 주장에 대해 재치 있는 답변으로 일관한다. 오랫동안 숙고했음직한, 절로 무릎을 치게 만드는 답변이다.

가령 기독교는 세상의 모든 것에는 존재의 근거가 되는 원인이 있기에, 인관관계의 연결고리를 통해 우주 자체의 원리에 도달하게 되면 ‘제1원인’은 하느님 자체일 수밖에 없다고 주장한다.

이에 밀스는 그렇다면 모든 것에 존재의 근거가 되는 원인이 있다면 하느님은 누가 혹은 무엇이 창조했는지 의문이 남는다고 지적한다. 오히려 우주를 형성하고 있는 질량에너지는 언제나 존재하고 있으므로 이를 제1원인으로 삼으면 왜 안 되느냐고 반문한다.

우주에는 신이 있다?

또한 밀스는 기독교인들은 선택적 관찰, 다시 말해 ‘과녁에 적중한 것만 계산하고 빗나간 것은 무시하는’ 데에는 달인이라고 설파한다. 나아가 지구의 역사가 6천 년에 불과하다는 성서의 주장을 물리법칙과 진화론적 관점에서 조목조목 반박한다. 이는 내가 며칠 전에 읽는, 존 브록만이 엮은 《왜 종교는 과학이 되려 하는가》에서 16명의 과학자들이 창조론을 반박한 글들과 맥락을 같이 한다.

가령 성서에서 지구의 역사와 기원을 재구성할 때, 그들이 참고할 수 있었던 유일한 지식의 원천은 수메르 문명까지를 다룬 역사 기록 뿐이었다. 수메르인들은 기원전 4000년경 최초로 문자(쐐기문자)를 발명했다. 문자가 없었던 그 이전 역사는 정지해 있다. 밀스는 이를 근거로 문명의 역사가 그 시기 이전에 갑자기 중단되었기 때문에 지구와 인류가 그 무렵에 ‘발명’되었다고 결론지었던 것이 분명하다고 판단한다.

사실 1800년대 초반에야 지질학과 고생물학의 활약으로 화석 시대가 열렸다는 것을 상기하면, 성서 시대는 비문명 시대에 어쩔 수 없이 부여된 비과학적인 한계를 뛰어넘기 힘들었을 것이다. 그러니 그 당시 추론한 지구의 역사는 6천 년에 불과할 수밖에 없었다.

이제 우주로 눈을 돌려보자. 우주는 초자연적인 설계와 지배의 증거를 보여주고 있을까? 이 질문에 대한 대답도 ‘그렇지 않다’이다.

밀스는 ‘마술사’의 트릭을 들어 반증한다. 가령 마술사가 자신의 능력을 완벽하게 보이도록 관객의 주의를 딴 데로 돌리듯 창조론자들 역시 ‘기적’이 세속에서 만들어진 것이라는 사실을 밝혀줄 과학적 원인 결과의 상호작용을 의식적으로 무시하면서, 우리의 관심을 번쩍이며 눈길을 끄는 환상에 집중시키기 위해 노력한다는 것이다.

우주에는 신이 없다!

밀스는 끝으로 2004년 말 조지 부시의 재선으로 새롭게 활기를 띠기 시작한 ‘지적 설계(intelligent design)’에 대해서도 언급한다. 이 부분에서도 저자의 주장은 꽤나 명쾌하다.

가령 지적설계를 주장하는 창조론자들에 의하면 지구상의 생명체는 환경에 적응하기 위해 발달하고 진화하지 않았다. 우주 전체는 예수의 아버지가 미리 인간의 특징에 맞도록 손질해 놓은 것이다.

저자는 앞의 주장을 반복한다. 즉 우주가 인류의 생존에 필요한 모든 특징들을 다 갖추고 나중에 생겼다면, 이처럼 믿을 수 없을 만큼 운 좋은 우연에 대해 경탄하면서 우주에 있을 지적설계자를 찾아나서야 할 것이다.

대신에 우주가 먼저 있었고 생명체가 나중에 나타났다면, 그 생명체는 분명 어쩔 수 없이 자신을 만들어낸 환경에 적응해야만 한다는 것. 과학적 증거에 의하면 어느 쪽이 더 합리적인 논리인지는 자명하다.

창조론자들은 쉽게 받아들이기엔 너무나 커다란 우연 앞에서 ‘더욱 고상한 목적’을 찾는다. 우리의 선호와는 무관하게 우주의 원인과 결과에 대한 이해에 생긴 빈틈을 채우기 위해 마음속에 틈새의 신을 창조해낼 수는 있다. 하지만 이는 과학과는 거리가 멀다. 믿음의 문제인 것이다.

나는 이 책을 읽으며 저자의 논리적이고 합리적인 저술에 공감이 많이 갔다. 상대방의 주장을 터무니없다고 무시하는 대신 조목조목 반박하면서 자신의 입장을 전개하는 방식은 바로 과학하는 자세가 아닐까? 이런 맥락에서 진화론과 창조론을 둘러싼 논쟁에 관한 저자의 입장과 논리는 일독해볼 가치가 있다.

우리는 우주와 대자연을 이해하기에는 아직 너무나 무지하다. 아인슈타인이 그랬다. "오직 두 가지만이 영원하다. 그것은 우주와 인간의 멍청함이다."

뇌에 관한 거의 모든 이야기, 브레인 스토리!

브레인 스토리 - 뇌는 어떻게 감정과 의식을 만들어낼까?
수전 그린필드 지음, 정병선 옮김, 김종성 감수 / 지호 / 2004년 8월

이 책은 영국에서 2000년 7월과 8월에 걸쳐 BBC 2에서 6부작으로 방영된 다큐멘터리〈브레인 스토리〉의 컴패니언 북을 완역한 것이다. 동 다큐멘터리는 한국에서 2002년 2월에 EBS에서 방영된 바 있다.

그렇다고 이 책이 다큐의 단순한 후속 편만은 아니다. 저자 수전 그린필드가 서문에서 밝히고 있듯이 "프로그램에서 허용했던 것보다 훨씬 더 많은 사실, 임상 사례, 의견들을 포함시켜 그 자체로 독자적인 가치를 지니게 되었다."

저자는 여성 최초로 영국 왕립과학연구소장(1998~2010)을 역임했고, 옥스퍼드 링컨 칼리지 명예교수로 있다. 작년에는 뉴로 바이오(Neuro-bio)라는 BT 기업을 공동 설립했다. 뇌과학 발전에 관한 공로를 인정받아 2001년 기사 작위를 수여받았다.

그녀는 일찍이 알츠하이머병과 파킨슨병에 공통된 화학적 메커니즘이 존재한다는 사실을 밝혀내 학계의 큰 관심을 받았다.

노령 인구가 증가하면서 노인성 치매(알츠하이머병)와 파킨슨병이 급속히 증가할 것으로 예측되고 있다. 가령 70세 노인의 경우 알츠하이머병 발병 가능성은 12퍼센트, 파킨슨병 발병 가능성은 1퍼센트이다. 앞으로 노령 인구가 더 늘어날 것으로 예상되기에 이 질환의 발병도 증가하면서 의료비도 대폭 늘어날 전망이다.

이에 그린필드는 두 질환으로 야기된 장애에는 특정 신경전달물질, 즉 화학 성분이 공유된다는 것을 밝혀냈다. 이외에도 뇌 세포를 죽이는 기전과 그 인자를 발견하게 되면 우리는 뇌의 퇴행성 변화를 획기적으로 개선할 수 있을 것이다.

알츠하이머병은 아세틸콜린의 부족으로, 파킨슨병은 도파민의 부족으로 발생한다고 알려져 있다. 향후 연구가 더 진행되어 공통 원인 물질이 규명된다면 지금보다 훨씬 효과적인 신약이 개발될 수 있을 것이다. 현재는 서로 다른 약으로 치료하고 있다.

뉴런, 신경전달물질, 유전자 등 뇌에 관한 다채로운 이야기가 가득하다. 특히 뉴런의 정보처리 과정을 면밀히 연구하여 이를 모방한 인공 신경망 개발에 박차를 가하고 있다. 인공 뉴런은 전기 체계의 구성 부분이고 그 결합(수상돌기, 시냅스, 축삭)은 전선인 셈이다.

또한 기억과 감정에 대한 이야기도 좋았다. 찰스 다윈은 진화론 연구를 위해 세계 일주 여행을 다니면서 서로 다른 문화권의 사람들이 감정을 같은 얼굴 표정으로 전달한다는 사실을 발견했다.

폴 애크먼이 연구한 바에 따르면 21개 이상의 문화권에 속하는 사람들이 각각의 얼굴 표정에 동일한 감정 상태를 느꼈다고 답변했다. 놀람, 불안, 분노, 기쁨, 혐오, 슬픔 등 여섯 가지 기본 감정에서 다 같았다. 한국인이 분노할 때 짓는 표정은 지구촌 거의 모든 사람들이 알아볼 수 있다는 것이다.

여기서 캡그래스 증후군을 보자. 이 증후군에 걸린 환자는 가족이나 가까운 사람들이 사악한 협잡꾼에 의해 뒤바뀐 가짜라고 믿게 된다. 주위 사람들의 얼굴 표정에 나타난 감정을 제대로 인식할 수 없게 된다.

또 뇌과학과 관련하여 흥미로운 부분은 '픽병'이다. 픽병의 증상들은 일종의 사실 기억의 장애에 가깝다. 가령 오리를 더이상 기억해낼 수가 없다. 픽병을 앓는 환자들에게 오리를 그려 보라고 하면, 보통은 다리가 네 개 달린 오리를 그린다. 이들은 대부분의 동물이 다리가 네 개라는 사실에 기초해서 오리도 네 개 달렸을 것라고 추측하기 때문이다.

과학자들은 픽병 환자들의 사례를 연구하여 뇌에서 사실 기억을 담당하는 곳이 측두엽피질이라는 것을 밝혀냈다. 나아가 장기 기억을 담당하는 곳은 측두엽피질 아래쪽 깊숙한 곳에 위치한 해마다.

해마가 손상되면 우리는 자신의 인생사에 관한 느낌을 전혀 알 수 없게 된다. 가령 성인이 되어 어릴 때 찍은 사진을 보게 되더라도 별다른 감흥이 일지 않는다. 물론 사진 속의 인물이 자신이라는 것은 알고 있다. 가족들이 바로 자신이라는 것을 일러 주었을 테고, 이러한 사실 기억은 전혀 손상없이 저장할 수 있기 때문이다.

우리가 사건을 기억하는 능력을 발달시킬수록 해마가 커진다. 뇌는 경험을 통해 새로운 신경 결합을 형성하고 이를 바탕으로 일정하게 필요에 부합하는 물리적 구조를 생성, 발전시킨다.

가령 먹이를 숨겨두었다가 나중에 꺼내 먹는 습성이 있는 습지 박새를 보자. 이 박새를 가지고 재미로운 실험을 했다. 한 집단은 정상적인 방법으로 먹이를 숨겨두었다가 회수할 수 있도록 했고, 다른 집단은 이를 막아 버렸다. 그 결과, 겨우 며칠 동안만 저장과 회수를 했는데도 해마가 상당히 커졌다.

쥐를 대상으로 한 미로찾기 실험 결과도 마찬가지였다. 해마를 제거한 쥐의 경우는 길을 전혀 찾지 못했다.

이처럼 책에는 뇌와 관련된 흥미로운 이야기들이 가득하다. 그것도 쉬운 말로 되어 있고 다양한 실험이 소개되어 있어 읽는 재미를 더해 준다. 이 책이 나온 지도 어느덧 14년이 되었다. 그간 새로운 뇌 연구가 많이 진행되었을 것이다. 브레인 스토리 최신 버전이 나온다면 더없이 좋겠다!

한편 '브레인 스토리(Brain Story)' 6부작은 다음과 같이 구성되어 있다. 총 5시간에 걸친 풀 버전을 유튜브에서 감상할 수 있다.

1. All in the Mind
2. In the Heart of the Moment
3. The Mind's Eye
4. First Among Equals
5. Growing the Mind
6. The Final Mystery

*바로가기 : BBC2 Brain Story

편두통에 관한 거의 모든 것!

편두통 - 뚜렷한 절망과 은밀한 위로
올리버 색스 지음, 강창래 옮김, 안승철 감수 / 알마 / 2011년 10월

올리버 색스는 옥스퍼드대학교 퀸스칼리지 의과대학을 졸업했다. 이 책 초판을 낸 것이 1970년, 37세 때였다.

내가 보기에 색스는 자신이 지닌 전문성을 어떻게 확장하면 좋을지 잘 보여주는 증거라고 생각한다. 그는 호손덴 상, 포크 상, 구겐하임 상 등 여러 문학상을 받을 정도 뛰어난 필력을 보여 주었다.

관심을 가지는 분야도 다양해서 뇌과학, 인지과학, 여행기, 음악 등 광범위하다. 특히 그는 한 가지 주제나 특정 사례를 몰입해서 파고드는 데 일가견이 있다.

또한 뇌신경과 인지 장애를 앓는 환자들의 사례를 소개하면서 우리 삶의 대안적 존재방식, 낯설면서도 낯설지 않는 생활 모습, 또는 전혀 다른 인간으로 변화한 사람들의 이야기들을 거침없이 뿜어낸다. 재미있어 읽는 맛도 좋지만, 교양적 차원에서 배움의 무게도 적지 않다.

이 책 역시 그랬다. 아니, ‘편두통’이라는 주제로 500여 쪽이 넘는 대작을 써내다니 절로 입이 벌어질 판국이다. 이 책은 초판을 낸 시점에서 22년이 지나 편두통에 관한 새로운 매커니즘을 추가하고 편두통을 다루는 데 도움이 되는 약과 요법도 두루 섭렵했다.

편두통으로 인한 고통에 대한 묘사는 지난 2천 년 동안 계속되었다 한다. 그간 숱하게 임상적 증세를 기술 교과서는 물론이겠거니와 문학, 그림과 음악 등 다양한 인문학적 영역에서 서술되고 묘사되어 왔음을 어렵지 않게 짐작해 볼 수 있다.

책은 크게 5부로 구성되어 있다.

1부 편두통 증상

2부 편두통의 발생

3부 편두통의 기반

4부 편두통 치료법

5부 편두통이라는 보편적인 경향

저자에 의하면 전체 인구 중 대략 10분의 1이 일반 편두통으로, 50분의 1이 고전 편두통으로, 그리고 아주 적은 수의 사람들이 희귀한 편두통 변종으로 고통받고 있다. 또한 이보다 더 많은 사람들이 편두통 유사증상과 독립된 아우라에 시달리고 있을 것으로 추정되며, 오진되는 경우가 많아 그 수를 정확히 짐작하기 어렵다.

색스는 우선 두통과 욕지기가 대표적인 증상인 일반 편두통 증례로 시작한다. 이어 편두통의 일반적인 모습을 모두 갖고 있는데도, 특별히 두통이라는 요소가 없는 복합적인 증상을 보이는 ‘편두통 유사증상’을 소개한다. 다양한 문헌을 검토하고 폭넓은 환자 사례를 소개하고 있어 임상 교과서를 대하는 느낌이 들 정도다.

밖에서 찾아 헤대던 경이로움을 우리는 스스로 지니고 다닌다. 아프리카의 모든 것, 그리고 아프리카의 경이로움이 우리 안에 있다. - 111쪽

색스에 따르면 토머스 브라우니 경의 이 말이 편두통 아우라에 완벽하게 들어맞는 묘사다. 편두통 아우라에서 일어나는 감정적인 상태의 특징은 다음과 같다.

a. 갑작스럽게 시작한다.

b. 그 원인을 알 수 없는, 의식의 전면에 나타나는 내용들과 부조화를 이룰 때가 많다.

c. 너무나 강렬한 성질을 가지고 있다.

d. 수동적이며 ‘강제로’ 감정 변화가 일어난다.

e. 짧게 지속된다(몇 분 이상 지속되는 경우는 아주 드물다).

f. 정적이고 시간이 정지된 느낌을 준다. 이런 상태는 깊어지고 강렬해질 수도 있지만, 어떤 ‘일’이 일어났다는 느낌이 없는데도 생길 수 있다.

g. 적절하게 묘사하기가 불가능하거나 아주 어렵다.

위의 증상이 보이면 간혹 간질이나 인체에 다른 병이 있음을 암시할 수도 있지만. 분명히 편두통 자체로 수많은 복합적인 뇌증상이 나타날 수 있다. 높은 수준의 뇌 기능 변화는 대부분의 편두통 아우라에서 발생한다.

편두통으로 인한 중요한 장애의 범주는 다음과 같다.

a. 시각 인식의 복합적인 장애 : 줌, 모자이크, 시네마토그래픽 비전 등

b. 몸을 사용할 때와 인지할 때의 복합적인 어려움

c. 모든 범위의 말하기나 언어 장애

d. 두 개나 여러 개의 의식이 있는 상태. 종종 기시감이나 미시감

이런 심각한 편두통 증상들은 서로 배타적으로 일어나지 않고 여러 수준에서 겹친다. 여기서 모자이크 비전이라는 용어는 시각저인 이미지가 조각나서 만들어진 비규칙적인 면과 수정 같은 다각형 면들이 모자이크처럼 잘 맞춰진 것으로 보인다는 뜻이다.

다음 그림을 보면 편두통으로 인한 모자이크 비전이 어떻게 보이는지 알 수 있다. 저자에 따르면 아래 그림들은 직업적인 화가 아닌 편두통 아우라를 경험한 사람들이 시각적인 현상을 그린 것이다 (영국편두통협회 제공).

이어 색스는 편두통성 신경통, 반신마비 편두통, 눈마비 편두통, 가성 편두통 등 다양한 편두통의 증상과 사례를 소개한다. 그에 따르면 편두통은 정서적으로 강한 스트레스와 요구가 있을 때 나타날 수 있으며, 심할 경우 정기적으로 발작을 일으키기도 한다. 편두통은 ’정신-신체적 질병‘에 속한다고 볼 수 있다.

따라서 편두통을 관리하는 일반적인 방법 중에 발작을 촉발하는 상황을 피하는 것이 도움이 된다. 또한 편두통 환자나 증상을 호소하는 사람들에게 귀를 기울여 주는 것이 중요하다. 좋은 관계를 시작하면서 의사소통을 제대로 해야 완화되거나 치유될 수 있다.

발작 초기에 진한 차와 커피를 연달아 마시는 것은 언제나 추천할 만하다고 하니 참고하자. 골치가 아픈 일이 있으면 ‘커피 한 잔!’하고 외쳐볼 일이다. 전문적인 치료가 필요할 경우에는 의사를 찾아야 할 것이다.

옮긴이 강창래 선생은 《편두통》 원문이 색스의 다른 책과는 달리 명료하지 않아 번역하는 동안 어려움이 많았고, 용어를 이해하기 위해 의학 전문 사이트를 끝없이 뒤져야 했다고 토로한다. 가히 전문 서적에 가까운 원서를 우리말로 옮기는 고충이 어떠했을지 어림하기 어렵겠다.

선생은 비록 비전공자이지만 뇌 과학에 공부할 기회도 있었고, 평소 관심도 많아 선뜻 번역을 맡았다고 하니, 그 직업 정신에 박수를 보내고 싶다. 뇌 전문가 안승철 교수의 감수를 거치고, 편집부의 수개월에 걸친 노고 덕분에 수려한 미문으로 탄생했다. 올리버 색스의 열정과 필력의 진면목을 제대로 맛볼 수 있는 좋은 기회였다!

올해 2판이 나온 지 꼭 22년이 되는 해이니 3판을 기대해도 좋을까? 하지만 벌써 그의 나이 80세를 넘겼으니 좀 어렵지 싶다. 내심 후학들이 색스의 노고를 이어주었으면 하는 바람도 크다.

창조론-진화론, 종교와 과학 간의 논쟁의 핵심!

왜 종교는 과학이 되려 하는가 - 창조론이 과학이 될 수 없는 16가지 이유
리처드 도킨스 외 지음, 존 브록만 엮음, 김명주 옮김 / 바다출판사 / 2012년 1월

‘지적 설계(intelligent design)'는 성서에 쓰인 창조론을 신봉하는 미국 기독교 근본주의가 주장하는 이론이다. 그들은 '창조론'을 학교에서 가르쳐야 한다고 주장한다.

이 책은 이러한 지적 설계 운동이 세계를 선도하는 미국 과학을 위기에 몰아넣고, 그럼으로써 과학발전과 이에 따른 기술발전에 의해 추동되는 미국 경제에 엄청난 위협을 가하고 있다고 주장한다.

물론 이것이 책에서 말하고자 하는 전부가 아니다. 더 큰 문제는 지적 설계를 주장하는 사람들이 미 헌법에서 명시하고 있는 '정교분리주의'를 걷어차 버리려는 것이다.

"국회는 한 종교를 국교로 정하거나 혹은 자유로운 신앙 생활을 제약하는 어떤 법률도 만들지 못한다." - 미 헌법수정조항 제1조

엮은이 존 브록만은 각 분야의 진화론관련 최고 과학자 16인이 쓴 지적 설계 운동의 주장을 반박하는 열여섯 편의 에세이를 모았다.

그는 굳이 이들이 나서지 않아도 과학과 이성이 진화론 편이기 때문에 별 문제가 없다고 전제한다. 이어 '창조론-진화론' 논쟁에서 특정 질문들이 계속 고개를 들고 있어 자연선택이 어떻게 답을 줄 수 있는지 공개 발언대를 마련할 필요가 있다고 토로한다. 이 책이 나오게 된 배경이 여기에 있다.

창조론을 지지하는 학자들이 주장하는 바는 다음과 같다.

1. 생물의 주요 집단들은 조상 없이 갑자기 생겨났다.
이 주장은 약 5억 4천만 년 전에 수많은 다세포 생명 형태가 비교적 갑자기 출현한 캄브리아기 대폭발을 말한다. 화석기록에 의하면 이전에 더 단순한 형태가 있었고, 다른 주요 집단들은 훨씬 나중에 점진적으로 출현했다.

또한 토끼나 박쥐 같은 일부 집단이 조상 화석 없이 완전히 새로운 유형으로 화석기록에 출현한다는 것이다. 사실 이 부분은 다윈 조차 곤혹스러워했던 문제였다. 다윈 시대 당시 중간 화석이 거의 발견되지 않아 창조론자의 이런 류의 반박에 적절하게 대응하기 어려웠다.

2. 자연선택에 의한 진화는 일어나지만, 오직 '같은 종류'내에서만 일어난다. '종류들' 사이의 진화적 이행은 일어나지 않는다.
진화론을 지지하는 학자들은 공통조상을 보여주는 수많은 증거를 갖고 있다. 그 증거로는 중간 형태의 화석들뿐 아니라, 발생학, 유전체 비교 그리고 흔적 기관의 존재 등이 있다.

3. 우리는 지구가 젊은지 늙었는지 모른다.
창조론에서 지구 역사 6000년이다. 하지만 오래된 지구설을 뒷받침ㅂ하는 과학적 증거는 상당하고, 이 증거들은 여러 연대추정 방법들로 부터 나온다. 지구 역사가 6천 년에 불과하다는 것은 성경에서 이야기하는 것이다. 그리고 탄소연대추정법 등을 사용하면 오래된 역사도 밝혀낼 수 있는 시대가 되었다.

4. 자연선택은 복잡한 생물을 만들 만큼 충분히 강력하지 않다.
종의 분화와 자연선택은 다르다. 단순 생물에서 고등 생물로 진화하는 것은 일방향성 측면에서 그렇지, 다양한 고등 생물로 분화하듯이 진화하는 것은 아니다. 단 단일 종의 생물에서 눈과 같은 복잡한 기관이 생기거나 심해에서 퇴화하는 것에 관해 창조론은 설명하지 못한다.

스탠퍼드대 이론물리학 레너드 서스킨드 교수는 "근본적인 창조주의자들은 설득해봐야 소용없다"면서, "상충하는 논쟁 앞에서 쩔쩔매며 어쩔 줄 모르는 대다수 지각 있는 사람들에게 다가가라"고 조언한다.

캘리포니아대 고생물학자 팀 D. 화이트 교수는 아프리카에서 발견된 15만 5천 년 전 헤로토 남성을 통해서 진화론에 대한 지론을 피력한다.

성서의 창조 이야기는 수백 년 동안 전해 내려왔다. 성서를 문자 그대로 해석하면, 인간은 창조된 이래 기본적으로 변하지 않았다. 하지만 자신이 연구한 바에 따르면 우리와 비슷했던 두발보행 영장류들이 지난 6백만 년 동안 반복적으로 멸종했다는 사실을 보여준다.

과거는 일부가 비어 있는 현재가 아니다. 증거를 바탕으로 하는 진화적 관점은 과거 세계들이 매우 다르고 복잡하고 매혹적이었음을 알려준다. 증거에 대한 연구는 진화를 우리를 위한 세상을 창조하기 위한 과정으로 보기보다는, 그 결과에 우연히 우리가 포함된 현재 진행 중인 거대한 실험으로 이해하게 만든다. - 109쪽

이기적 유전자의 저자 리처드 도킨스는 "지구가 1000억 개의 은하로 이루어진 우주에서 생명이 살고 있는 유일한 곳이라는 생각은 무모하고 자만심에 찬 것이라는 경각심이 들지 않는가?"라고 반문하면서, 다른 행성에 생명체가 존재할 가능성을 제기한다.

하지만 도킨스가 주장하고자 하는 바는 정작 다른 곳에 있다. 그는 우리가 지구 생명의 어떤 측면이 너무나 복잡해서 그것이 설계된 것이 분명하다는 증거를 발견한다면, 외계의 지적 존재에 의해 설계되었을 가능성을 생각할 수 있다. 이때 초자연적 설명은 설명에 실패할 수밖에 없다. 왜냐하면 자기 자신을 설명해야 하는 책임을 회피하기 때문이다.

지적 설계를 주장하는 창조론자들이 주장하는 대표적인 논증은 다음과 같다.

1. 눈은 환원 불가능하게 복잡하다.
2. 그러므로 눈은 점진적으로 진화할 수 없었다.
3. 그러므로 눈은 설계된 것이 틀림없다.

이와 관련하여 부록에 첨부된 존 E. 존스 판사가 내린〈펜실베이나 중부 미국 연방 지방법원 판결문〉(2005. 12)을 보면 명쾌한 판결이 내려져 있다.

"환원 불가능하게 복잡한" 체계들은 다원주의, 혹은 어떤 자연적 메커니즘을 통해서도 생산될 수 없다는논증이 예증하듯이, 지적 설계 옹호자들은 주로 진화론을 부정하는 논증을 통해 설계론을 주장한다. 하지만 우리는 진화론에 대한 반론이 설계를 지지하는 논증이라고는 생각하지 않는다. 전문가 증언이 밝혔듯이, 생물학적 체계들이 어떻게 진화했는지 지금 설명할 수 없다고 해서 그것이 앞으로도 설명할 수 없음을 뜻하지는 않는다. - 304쪽

종교(믿음)와 과학(이성) 사이의 논쟁 핵심은 창조론-진화론을 둘러싼 것이다. 믿음은 이성적으로 판단하지 않고, 또한 왜 그러한 지 그 이유를 따지지 않는다. 그냥 온-오프의 문제지 않을까?

이런 맥락에서 하버드대 물리학 리사 랜들 교수의 지적은 과학을 대하는 우리의 모습을 깊이 성찰하게 해 준다.

한 이론의 발전 과정을 보면, 그것은 처음에는 불확실하다가 이후 해결되거나 더 포괄적인 이론으로 흡수된다. 과학적 곤경과 모순은 어떤 이론이 불완전하다는 표시이지 꼭 그것이 틀렸다는 표시가 아닌 경우가 많다. 우리의 이해에 뚫린 구멍들은 과학을 포기하게 만드는 것이 아니라 질문과 과학 진보를 이끌어내는 유인으로 작용한다. - 250~251쪽

스티븐 J. 굴드 역시 창조론이 창조과학이라고 지칭하는 것을 단호히 거부한다. 그는 《힘내라 브론토사우르스》에서 창조론에 맞선 60년 동안의 논쟁이 1987년 대법원 판결에서 최종 승리를 거두게 되는 과정을 다룬다.

굴드는 한 때 대선에 세 번이나 출마했던 윌리엄 재닝스 브라이언의 진화론 반대 투장에 대해서도 상세히 고찰한다. 사실 백여 년 전인 20세기 초반까지만 해도 진화론과 창조론, 두 진영은 사활을 건 논쟁을 벌이곤 했었다. 굴드나 도킨스 같은 진화생물학자들은 지적 설계를 도저히 수용할 수 없을 것이다.

다윈의 자연 선택 등 진화론도 완벽하지 않다. 아직 충분히 설명되지 않는 빈틈도 많다. 한편 창조론을 내세우는 지적 설계는 단순지 진화론에 반대를 위한 반론에만 머무를 것이 아니라 과학적으로 납득할 수 있는 증거를 제시해야 하는 과제를 안고 있다.

나는 이 책을 읽으면서 창조론과 진화론을 지지하는 각각의 핵심 쟁점들을 잘 이해할 수 있었다. 서로의 입장에 대해 논리적 사고와 과학적 증거를 통해 논쟁을 진행해 간다면 진화론을 둘러싼 과학계도 이로운 측면이 많을 것이다.