인류의 100대 과학 사건(81-100)

81. 라이트 형제의 최초의 비행

하늘을 자유자재로 날아다니는 것은 고대의 신화나 설화에서부터 찾아볼 수 있는 인류의 오랜 꿈이자 숙원이었다. 이러한 꿈을 최초로 실현시킨 것은 1783년 프랑스의 몽골피에 형제에 의해 발명된 뜨거운 공기를 이용하는 기구(balloon)였다.

그러나 기구는 마음먹은 대로 방향을 바꾸기 힘들고 속도가 느리다는 등의 한계를 안고 있었다. 이 때문에 19세기의 발명가와 과학자들은 공기보다 무거운 탈것을 이용해 하늘을 나는 문제를 해결하기 위해 노력하였다. 그러나 단순한 상상의 수준을 넘어 '조종이 가능한 동력 비행기'를 실제로 만드는 것에는 숱한 어려움이 도사리고 있었다.

이 문제를 결국 해결한 이들이 미국의 윌버 라이트(1867-1912)와 오빌 라이트(1871-1948) 형제였다. 독일의 발명가인 오토 릴리엔탈의 실험 기사를 읽고 비행에 관심을 갖게 된 그들은 1896년부터 본격적으로 연구를 시작하였고, 1903년 12월 17일에 노스캐롤라이나 주의 키티 호크에서 최초의 동력 비행을 성공시켰다.

라이트 형제의 발명은 곧 유럽으로 건너가 주목을 끌었다. 특히 1909년에 프랑스의 루이 블레리오가 자신이 만든 비행기로 영국 해협 횡단을 성공시킨 것이 계기가 되어 관심이 폭발적으로 증가하게 되자, 이내 승객과 화물을 실어나르는 상용 비행이 생겨났다. 본격적인 항공 시대가 시작된 것이었다.

 

82. 상대성 이론 등장

아인슈타인의 상대성 이론 이전에는 시간과 공간은 서로 독립적이고, 이 둘은 원래부터 우주에 존재했고 앞으로도 똑같이 존재할 것이라고 믿었다. 또 질량을 가진 물체는 시간이나 공간에 독립적으로 존재하고 물체들 사이에는 중력법칙에 따르는 인력이 존재한다고 믿었다. 고전 물리학은 이러한 믿음을 바탕으로 했고, 천체나 대포알 같은 거시 세계의 운동을 성공적으로 설명했다.

그러나 상대성 이론은 시간과 공간에 대한 인간의 인식을 완전히 바꾸는 계기가 되었다. 상대성 이론에 따르면 시간과 공간의 근원은 관측자 자신에게 있고, '3차원 공간과 시간'이 아니라 시간과 공간이 서로 연관을 맺고 있는 4차원 시공간을 형성한다. 이러한 상대성 이론의 여러 개념들을 이해하기란 쉽지 않다. 왜냐하면 인간의 일상이 이루어지는 거시세계에서는 4차원 시공간의 효과가 잘 드러나지 않기 때문이다.

상대성 이론의 큰 매력은 여러 물리 법칙을 간단명료하게 정리해 준다는 데 있다. 시간과 공간의 물리적 근원에 대해 설명할 뿐 아니라, 우주 팽창같은 거시 현상에서 극미의 원자 세계를 아우르는 통일된 이해 방식을 제공한다. 이런 이론은 매우 추상적으로 보이지만, 원자탄이 터질 때 나오는 에너지의 양과 같은 실질적인 문제에도 응용된다.

 

83. 라디오 방송의 시작

인간의 말소리를 전파에 실어보낸다는 생각은 마르코니에 의해 무선 전신이 상용화된 후 여러 과학자와 공학자들의 꿈이었다. 단순히 모스 부호를 통해 통신을 하는 것보다는 인간의 음성을 그대로 전달할 수 있다는 것은 정말로 매력적인 일이었기 때문이다. 그러한 꿈을 달성한 것이 바로 벨에 의한 전화의 실용화와 라디오 방송의 실용화였다.

라디오 방송은 1906년 크리스마스 이브에 미국 매사추세츠주 브랜트로크의 해변에 위치한 연구소에서 물리학자 겸 발명가였던 레지날드 페센덴에 의해 시작되었다. 라디오 방송은 전파를 스파크에 의존하지 않고 연속적으로 발생시킬 수 있는 연속파(continuous wave) 기술과 전파를 증폭할 수 있는 삼극 진공관이 발명되면서 가능해졌다. 이 두 기술은 20세기 초반에 이루어진 기술적 성과에서 가장 주목할 만한 것 중의 하나였다.

1906년의 역사적인 첫 방송이 있은 후 여러 해 동안 라디오 방송은 고작 무선 통신의 한 분야에 머물고 있었다. 하지만 1920년 11월 2일 KDKA 방송국에서 최초의 상업 방송이 시작되면서 비로소 세상은 급격하게 바뀌기 시작했다. 라디오는 사람들의 귀와 상상력을 사로잡았고 지방 문화를 변화시켰으며 가정을 비롯한 주요한 삶의 터전에서 새로운 문화적 욕구를 충족시켰다.

이후 라디오 방송은 화상을 함께 전하는 텔레비전의 강력한 도전에 직면했으나, 여전히 인류의 주요한 문화이자 대중 매체로서 위력을 발휘하고 있다.

 

84. 모건의 초파리 돌연변이 실험

1910년 미국 컬럼비아 대학의 한 실험실에서 흰눈을 가진 수컷 초파리 한 마리가 태어났다. 당시에는 돋보기로 보아야 겨우 구분이 가능한 이 초파리의 탄생이 무슨 의미를 갖고 있는지 아무도 알 수 없었다. 유전학은 발생학 연구의 한 갈래 정도로만 인식되어 모건조차 발생과정의 돌연변이를 연구하기 위해 초파리를 도입했을 뿐이었다. 그러나 초파리를 키울 빈 우유병과 먹이인 바나나가 뒹구는 모건(Thomas Hunt Morgan, 1866∼1945)의 실험실에서는 날마다 새로운 돌연변이 초파리가 탄생하였고, 모건은 암수에 따라 다르게 나타나는 여러 돌연변이를 성을 결정하는 염색체와 흰눈 유전자와의 연관으로 설명하였다. 모건은 그해 유전자가 염색체에 존재한다는 '염색체이론(Chromosome theory)'을 <사이언스> 지에 3페이지 짜리 논문으로 발표하였다. 염색체 속에 유전자가 있다는 것이 밝혀지자 이후 유전학 연구는 염색체의 구조와 복제에 집중되었으며, 결국 DNA 구조 발견으로 이어지는 현대 생물학의 혁명이 시작되었다.

성 연관 돌연변이 초파리가 발견되자 모건은 제자인 스터트반트(Sturtevant)와 함께 염색체 상의 유전자들의 상대적 위치를 나타내는 유전자 지도를 만들었다. 오늘날 유전자 연구에서 사용하는 유전자 지도가 바로 그것이며 이 업적을 기려 유전자의 상대적 거리를 나타내는 단위를 모건이라 부른다. '파리 방'이라 불린 당시 모건의 연구실에서 연구하던 스터트반트와 뮬러(Muller), 브리지(Bridges)는 현대 유전학을 이끌어갔다. 모건은 염색체 이론 정립의 공으로 1945년 유전학자로는 최초로 노벨 생리 의학상을 받았다.

 

85. 초전도 현상의 발견

초전도 현상은 어떤 조건 하에서 도체의 전기 저항이 0이 되는 현상으로, 1911년 카메를링 오네스에 의해 발견되었다. 저항이 없는 초전도체는 전류가 흘러도 열을 전혀 발생시키지 않는다.

초전도체를 이용하면 적은 에너지로도 많은 일을 할 수 있다. 백금, 구리같이 전도성이 큰 도체도 저항이 0은 아니기 때문에, 이를 이용한 현재의 송전에서는 에너지 손실을 피할 수 없다. 그러나 초전도체를 송전에 이용한다면 아무리 먼 곳이라도 에너지 손실 전혀 없이 전기를 보낼 수 있다.

또 초전도체로 전자석을 만들면 작은 양의 전기로도 강한 자기장을 얻을 수 있다. 철로에 전자석, 기차 바닥에는 초전도 코일을 장착하면 한 번의 전류 공급으로도 충분히 강한 자기장을 만들어 기차가 뜨게 할 수 있다. 기차가 뜨면 선로와의 마찰이 없으므로 빠른 속도로 달릴 수 있는데, 이것이 자기부상 열차의 원리다.

문제는 초전도 현상이 주로 -256∼-245℃ 정도의 극저온에서 일어나기 때문에 이를 이용하기가 매우 어렵다는 것이다. 그런데 1986년, -260℃에서 초전도 현상이 관찰되었고 그후 -175℃까지 임계온도가 올라갔다. 이러한 고온 초전도체에 관한 연구 덕분에 초전도 현상을 현실에 응용할 수 있는 가능성은 점점 더 높아지고 있다.

 

86. 대륙 이동설 등장

대륙이동설은 독일의 기상학자인 알프레드 베게너(Alfred Wegener, 1880∼1930)가 1912년 경에 제안한 가설이다. 그것은 당시의 상식으로는 도저히 생각할 수 없는 기발한 세계상을 그려내고 있다.

그에 의하면, 아메리카 대륙과 아프리카, 유럽 대륙은 원래 하나의 거대한 대륙이었다. 이 초대륙을 판게아라고 하고 북쪽을 러시아 대륙, 남쪽을 곤드와나라고 부른다. 뿐만 아니라 대륙이동설은 인도, 오스트레일리아, 남극 등의 대륙까지도 연결되어 있었다고 주장한다. 즉, 전세계는 하나의 거대 대륙과 그것을 둘러싼 바다로 이루어져 있었지만 오랜 세월이 흐르는 동안 분열하여 현재의 세계가 만들어졌다는 것이 바로 대륙이동설이다.

현재 세계지도를 잘 보면 남아메리카 대륙 북부의 동쪽의 돌출부와 아프리카 대륙 적도 부근의 움푹 들어간 부분은 이상할 정도로 유사한 형태를 취하고 있다. 베게너는 이것에 착안하여 대담한 새로운 설을 제창한 것이다. 마치 그림 맞추기 퍼즐과 같은 것이라고 할 수 있을 것이다.

그러나 유감스럽게도 당시에 그는 대륙이동설에 대한 확실한 증거를 찾아내지 못하였다. 남미, 아프리카 양 대륙에서 동일한 종류의 고대 생물의 화석이 발견되었다는 것 등으로 이것이 대륙이 연결되었던 증거라고 그는 주장하였다. 그러나 그것도 결국은 결정적인 것이 되지 못하고 끝나 버렸다.

대륙이동설은 1920년대 말까지 활발하게 논의되었지만 그 후 1930년대에는 거의 잊혀졌다가 고지자기학(古地磁氣學)의 덕분으로 1950년 말에 새롭게 되살아나 오늘에 이르고 있다.

 

87. 냉장술의 발달

19세기 중엽부터 기계적 냉장에 대한 요구가 증가하면서 각 기업들은 경쟁적으로 냉장고 사업에 뛰어들었고 1920년대에는 가정용 냉장고가 시판되기에 이르렀다.

당시의 가정용 냉장고는 가스 흡수식과 전기 압축식이라는 두 가지 형태를 띠고 있었다. 전기 압축식에서는 압축기라는 별도의 전기 펌프가 냉매의 기화와 응고를 조절하였던 반면, 가스 흡수식은 냉매가 가스 불꽃에 의해 가열되고 물에 흡수되면서 농축되는 매우 간단한 구조를 가지고 있었다. 압축기로 인하여 윙윙하는 소리가 심하게 났던 전기 냉장고에 비해 가스 냉장고는 매우 조용하였고, 가스 흡수식에는 작동 부품이 거의 없어서 작동 비용도 저렴하였으며 유지 및 정비도 용이하였다.

이처럼 가스 흡수식이 매우 간단하고 편리한 기술인데도 불구하고 전기 압축식이 냉장고 시장을 석권한 것은 무슨 까닭일까? 제너럴 일렉트릭이나 웨스팅하우스와 같은 대기업으로 대표되는 충분한 자본을 바탕으로 전기 냉장고 제조업체들은 냉장고의 개발에 막대한 물적·인적 자원을 투자하였으며 적극적이고 기발한 광고 및 판촉 활동을 벌였다. 반면 가스 냉장고 제조업체들은 대부분 중소기업이어서 막대한 개발비를 적시에 공급하지 못했고, 도중에 사업을 포기하는 업체가 많아서 건전한 경쟁이 유발되지 않았다. 이러한 과정을 통해 등장한 전기 압축식은 지금도 지배적인 냉장고 패러다임으로 군림하고 있다.

 

88. 텔레비전의 개발

움직이는 영상을 전자기파를 이용해 먼 곳으로 전송하는 아이디어는 19세기부터 이론적으로 논의되기 시작했고, 정지 화상을 전송하는 장치는 실제로 제작되었다. 움직이는 영상을 전기 신호로 바꾸는 데는 셀레늄의 성질이 이용되었다. 셀레늄은 1817년에 발견된 화학 원소로, 사진에서 은 화합물이 빛에 민감하듯이 이 물질의 전기 저항은 빛에 민감하게 변한다.

1884년에는 독일의 파울 니프코브가 영상을 여러 가지 강도의 평행한 선으로 바꾸는 방법을 발전시켰다. 초기의 텔레비전은 영상을 셀레늄 셀을 통하여 기록하고 전송하는 과정이었다. 러시아 태생의 미국인 블라디미르 코스마 조르킨이 1924년에 발명한 이코노스코프도 텔레비전의 발전에서 중요한 위치를 차지한다. 스코프는 영상을 캐소드 튜브의 광전지 셀에 투사하는 역할을 한다. 그러면 셀에서는 빛의 세기에 비례하는 전류가 발생하는데, 이것을 주사하면 비디오 신호가 되는 것이다. 이러한 방식의 이코노스코프는 요즘 볼 수 있는 텔레비전 수상관의 직접적인 조상이다.

니프코브의 발견을 기초로 한 여러 가지 실험이 있었지만, 최초의 실용적인 텔레비전을 만든 것은 스코틀랜드의 기술자 존 로지 베이드였다. 그는 1923년 주사선이 8개인 텔레비전의 특허를 얻었고, 1926년에는 송수신기를 선보였다. 이것은 최초의 영국 공영 방송에 사용되었다. 1927년 벨 전화 회사는 전화선을 이용하여 워싱턴에서 뉴욕으로 미국 최초의 텔레비전 방송을 하였다. 1928년 베이드는 단파를 이용하여 런던에서 뉴욕으로 최초의 대서양 횡단 방송을 하였다. 영국 방송사는 1930년 베이드의 텔레비전이 개선되어 시장에 나오자 정기적인 텔레비전 방송을 시작했다.

베이드의 발명은 즉각 상업적으로 성공하지는 못했지만, 1939년까지는 영국에서 2만 명이 텔레비전을 시청하게 되었다. 프랑스에서는 1935년 에펠탑 위에 텔레비젼 송신기가 설치되었고, 미국에서는 1936년 RCA가 뉴욕의 엠파이어 스테이트 빌딩 옥상에 송신소를 설치하였다. 그러나 2차대전으로 인해 텔레비전의 보급이 늦어져, 온 가정에 텔레비전이 보급되기 시작한 것은 1940년대 후반과 1950년대 초반에 이르러서였다.

 

89. 양자역학의 성립

미시 세계의 소립자들은 입자-파동의 이중성을 띠고 있으며, 에너지는 양자화되어 불연속적인 값만 가질 수 있다. 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger, 1887~1961)가 체계화시킨 양자역학은 이러한 대상의 운동을 기술하는 이론이다. 이는 우리에게 미시 세계를 이해할 이론적 틀을 제공하는 동시에 우리가 오랫동안 믿어온 생각을 수정하게 만들었다.

고전역학의 체계에서는 운동방정식을 알면 그 물체의 과거와 미래를 정확하고 결정적으로 기술할 수 있다. 예를 들어 자동차가 어떤 속도로 어떤 조건에서 출발했는지 알면, 어느 시각에 어디를 지나게 될 지 정확하게 말할 수 있는 것이다.

그러나 양자역학에 따르면 우리는 파동방정식을 풀더라도 특정한 시각에 특정한 위치에서 소립자를 관찰할 확률만을 알 수 있을 뿐이다. 우리가 관찰을 시도한다 해도, 불확정성 원리에 의해 입자의 운동량과 위치를 동시에 정확하게 측정할 수는 없다. 또한 양자역학에서 물질의 본성은 관찰 방법에 의존한다. 즉 빛과 입자는 입자-파동 이중성을 가지지만, 현실에서는 관찰 방법에 따라 입자나 파동 중 한가지로만 나타난다.

이와 같은 양자역학의 결론을 이해하기란 쉽지 않다. 그러나 양자역학을 통해 우리는 미시 세계를 이해하고 이용할 수 있다. 대표적인 예가 원자핵 에너지나 반도체의 전기적 성질에 관한 연구이다.

 

90. 플레밍의 페니실린 발견

약은 인류가 숙명적으로 받아들여왔던 질병의 예방과 치료를 위해 탄생한 귀중한 산물이다. 과학기술이 발달하면서 20세기에 앞다투어 쏟아져 나온 수많은 약들 중에서도 페니실린은 단연 최고라는 평가를 받고 있으며, 수많은 사람들의 생명을 구하고 희망을 안겨 준 '기적의 약'이라고 불린다.

페니실린은 영국의 세균학자 플레밍(Alexander Fleming, 1881-1955)이 우연히 발견하였다. 1928년, 그는 포도상구균 계통의 화농균을 배양하다가 우연히 한 개의 배양접시에서 세균무리가 죽어있는 것을 발견하고, 이는 배양접시에 곰팡이가 자라면서 세균이 자라지 못한 결과라는 사실을 깨달았다. 플레밍은 실험 끝에 페니실리움속에 속하는 곰팡이가 생산하는 물질이 여러 종류의 세균에 대해 항균작용을 나타냄을 확인하고 이 물질에 페니실린이라는 이름을 붙였다.

몇 년뒤 플로리(Howard Walter Florey, 1898-1968)와 체인(Ernst Boris Chain, 1906-1979)은 페니실린을 정제하여 결정 형태로 생산하였으며, 몇 차례의 동물실험을 통해 페니실린의 강력한 항균작용을 입증하였다.

이후 대량생산되기 시작한 페니실린은 2차대전 때 상처의 염증으로 전장의 이슬로 사라질 운명에 처했던 수많은 부상병들의 생명을 구해냈다. 페니실린의 개발로 인류는 항생제의 시대를 열었고 세균과의 싸움에서 강력한 무기를 얻게 되었다.

 

91. 우주의 팽창 발견

오랫동안 사람들은 우주를 질서정연하고 안정된 것이라고 생각했다. 아득한 고대부터 지금까지 별들은 늘 그 자리에 그 모습대로 있었고, 앞으로도 그러할 것이라는 믿음이 있었던 것이다.

이 믿음은 너무나 강해서 알버트 아인슈타인같은 물리학자도 '우주상수'를 도입하는 실수를 할 정도였다. 그는 일반 상대성 이론을 바탕으로 한 우주론에서 우주가 팽창한다는 결론이 나자, 그럴 리 없다며 우주가 팽창하지 않도록 우주상수를 도입했던 것이다. 그러나 다른 많은 학자들이 팽창 우주론을 주장했다. 마침내 1929년 에드윈 허블이 관측을 통해 증거를 찾아내자 아인슈타인도 자기의 실수를 인정하고 말았다.

우주가 팽창하고 있다면 먼 과거에는 지금보다 별들이 더 가까이 있었고 더 거슬러 올라가면 거의 한 점에 모여 있었을 것이다. 우주의 시작, 즉 시간의 시작이 있음을 뜻하는 이 이론이 바로 빅뱅이론이다. 그렇다면 우주의 미래는 어떨까? 우주는 무한히 계속 팽창할까? 아니면 대파국이론이 주장하는 대로 언젠가는 팽창을 멈추고 수축하여 다시 한 점으로 모일까?

지금까지 알려진 바로는 대파국이 일어날 가능성은 거의 없다고 한다. 팽창우주론 연구는 근본물질에 대한 이해, 자연에 존재하는 여러 힘들에 대한 이해를 한차원 높여 주었다.

 

92. 입자가속기 건설

입자가속기는 입자를 높은 속도 또는 에너지를 갖도록 가속하는 장치이다. 가속기 건설은 자연 상태보다 고에너지 입자를 보다 더 많이 얻을 수 있다는 것에서 비롯되었다. 또 자연방사능 원소에서 얻는 입자는 전자, 감마선, 알파 입자에 한정되어 있고, 양성자와 중성자가 1932년 이후로 점점 더 중요해져 가고 있다는 것에도 이유가 있다. 러더퍼드의 실험 이후에 입자의 가속이 핵변환에 가장 좋은 방법이라는 것이 확실해졌다.

최초의 가속기는 미국에서 1925년경 만들어졌다. 가속기는 가속시키는 입자가 전자인지 양성자인지, 또는 다른 입자인지에 따라 구별하기도 한다. 양성자 가속기의 대표적인 예는 미국 페르미연구소의 테바트론을 들 수 있다. 테바트론은 1983년에 가속빔의 에너지를 1TeV로 증가시켰으며, 86년에는 양성자-반양성자 충돌형 가속기로 개조하여 충돌에너지를 2TeV로 증가시켜 운영하고 있다. 페르미 가속기 연구소는 이를 이용하여 여섯 종류의 쿼크 중 아직 실체를 확인하지 못한 톱쿼크를 찾는 노력을 게속하고 있다.

우주를 이해하고 또 입자들의 본성을 이해하기 위하여 물리학자들은 입자들을 더 강하게 충돌시켜 높은 에너지 상태에서 입자들을 연구하려고 한다. 이 중의 하나는 힉스보존을 찾아내는 일이다. 미국의 초전도 수퍼 충돌기[Superconducting Super Collider] 프로젝트는 취소되었고, 현재로서는 유럽의 대형 하드론 충돌기[Large Hardron Collider]가 최선의 방법이다. LHC 프로젝트에는 45개국의 4,000명의 과학자와 공학자가 참가한다. 클린턴 대통령의 과학자문은 이것은 공전의 국제적인 협동작업이라고 언급했다.

 

93. 컴퓨터 발명

인류는 오랜 옛날부터 계산을 편리하게 해주는 다양한 도구들을 사용하고 있었다. 그러다가 17세기의 과학자 파스칼이 최초의 계산기를 발명하게 되는데, 이것이 현대적인 의미에서의 컴퓨터의 시조이다.

파스칼의 계산기는 주판과 그 원리가 비슷했지만, 톱니바퀴 열에 의해 수학적 조작을 했다는 점이 근본적인 차이이다. 그러다가 19세기 말에 타자기가 개발되자 계산기도 그 영향을 받아 자판을 붙여 제작되기 시작했다. 그리하여 제작된 것이 펠트가 1887년 시장에 내놓은 자판형의 '컴프토미터'였다. 컴퓨터의 개발에 획기적인 계기가 마련된 것은 정보 처리 능력을 갖춘 기계를 제작할 수 있게 되면서부터였다. 이것은 원래 19세기 초의 배버지라는 사람이 처음 고안한 아이디어인데, 1930년에 아이킨이라는 미국인에 의해 재발견된다. 아이킨은 배버지의 기계식 대신 전기 기계식의 방식을 도입하여 실용화에 성공을 거두었을 뿐 아니라, 이를 펀치 카드 원리 체계와 결합함으로써 현대식 컴퓨터의 원형을 개발하기에 이른다.

이후 컴퓨터는 하버드 마크Ⅰ, 에니악과 유니박, 집적 회로 등의 발명으로 비약적으로 발전하게 된다. 이것은 여러 개의 트랜지스터를 단일 결정에 연결 회로와 함께 집어넣은 것으로서 이후 반도체 기술은 비약적인 성장을 거듭하였다.

 

94. 원자로 건설

우라늄 핵과 같이 핵분열이 가능한 물질에 중성자가 충돌했을 때 물질은 붕괴하여 2개의 서로 다른 원자를 생성하고 많은 열을 생성한다. 이를 핵분열 과정이라 하는데, 이 과정에서 중성자들이 새로 발생하게 되고, 이들 중성자는 다른 원자들이 연쇄적으로 분열하도록 할 수 있다. 원자로의 기본 원리는 원자폭탄과 같다. 다른 점은 원자폭탄의 경우 이러한 연쇄 반응이 제어되지 않는 반면, 원자로의 경우에는 그것이 매우 조심스럽게 제어된다는 것이다. 핵분열 과정에서는 엄청난 양의 열이 발생한다. 1파운드(0.45kg)의 우라늄이 핵분열을 할 때 생성되는 열은 석탄 1,500t을 태우는 것과 맞먹는다. 이러한 현상은 주로 전력 생산을 위한 원자로에서 많은 양의 열을 생산하는 데 이용된다.

최초의 원자로는 이탈리아의 물리학자 페르미에 의해 건설되었다. 제2차 세계대전 중 미국에서는 원자폭탄 제조계획인 소위 '맨해튼 계획'이 수립되었다. 그리고 맨해튼 계획의 일환으로 1942년에 엔리코 페르미가 이끄는 물리학자 팀이 시카고 대학교의 스태그 경기장 콘크리트 관중석의 지하에 세계 최초의 원자로인 '시카고 파일'을 제작한 것이다. 그 후 1954년에는 소련에서 최초로 실용 원자력 발전소가 건설되었고, 그에 뒤이어 영국과 미국에 공업적 규모의 원자력 발전소가 건설되었다.

 

95. 최초의 원자탄 폭발

1905년 아인슈타인이 질량-에너지 등가법칙(E=mc²)에 의해 예언한 원자폭탄은 독일의 한과 슈트라스만이 연쇄반응을 발견하고, 페르미가 미국 시카고대학 축구장 지하의 비밀 실험장에서 세계 최초의 원자로를 만듦으로써 가시화되었다. 급기야 '맨해턴 계획'을 통해 미국이 1945년 7월 16일 네바다의 한 사막에서 핵폭발 실험에 성공하자 새로운 '프로메테우스의 불'이 인류의 손에 쥐어지게 되었다.

1950년대에 들어서 '평화를 위한 원자력(atom for peace)'이라는 기치를 내걸고 세계 각국은 원자력 발전이라는 전혀 새로운 형태의 발전소를 대거 건설하였다. 우리나라의 경우 전체 발전량의 거의 50%를 원자력에 의존하고 있다. 하지만 원자력 발전은 이산화탄소의 발생량을 줄이는 효과는 있지만 필연적으로 발생하는 치명적인 핵폐기물 때문에 인류에게는 여전히 위협적인 존재로 남아있다.

더욱이 1945년 8월 6일 원자폭탄이 일본 히로시마에 떨어짐으로써 인류는 전혀 새로운 위험에 직면하게 되었다. 전쟁에서 군인은 물론 민간인도 무차별적으로 살상하게 되었으며, 방사능으로 인해 유전적 변이가 생겨 부모 세대의 전쟁의 상처가 그 자손들에게까지 이어졌다. 뿐만 아니라 이후 지속된 핵무기 경쟁으로 인간은 지구를 70번이나 초토화시킬 수 있는 파괴력을 가지게 되었다. 전면적인 핵전쟁이 발발하면 인간도 한 때 지구를 지배하다 멸종한 공룡의 전철을 밟게 될지도 모른다.

 

96. DNA구조 규명

한 생물체가 지니는 모든 형질을 다음 세대에 물려주는 유전현상에 대해 처음으로 체계적인 연구를 진행한 사람은 멘델이었으나 그의 연구결과는 다른 학자들의 관심을 끌지 못했다. 30여 년이 지난 1900년 몇 명의 학자들에 의해 멘델의 연구가 재발견됨으로써 유전은 생물학계의 중심적인 탐구주제가 되었다.

이후 50여 년의 연구를 통해 유전자가 DNA라는 사실이 입증되었고, 이에 따라 일군의 학자들이 DNA의 구조와 기능을 밝히는데 주력하였다. 그 결과 1953년 케임브리지대학 캐번디시연구소의 왓슨과 크릭에 의해 DNA가 염기들의 상보적 결합으로 이루어진 이중나선 구조라는 사실이 밝혀지게 되었다. 왓슨과 크릭의 발견은 단순히 DNA의 구조를 보여주는데 그치지 않고 다음 세대에 유전자를 전달하기 위해서 필요한 DNA의 복제 기제까지 이해할 수 있게 만들었다.

생물이 한 개체 또는 한 종으로서 나타내는 형질들을 결정하는 유전자의 실체가 규명되고, 크릭이 분자생물학의 중심원리라 부른 'DNA의 유전정보는 RNA를 거쳐 단백질로 발현된다'는 사실이 확립되면서 생물학은 새로운 시대를 맞이하게 되었다. 분자생물학이라는 분야가 새로이 탄생하였으며, 이후 DNA를 조작할 수 있게 되면서 생명공학의 시대가 열리게 된 것이다.

 

97. 최초의 인공위성 발사

1957년 10월 4일에 소련이 쏘아 올린 인류 최초의 인공위성 스푸트니크는 미국에 커다란 충격을 안겨 주었다. 과학 기술의 우위를 믿고 있었던 미국으로서는 미사일 격차라는 참담한 현실을 수용하지 않을 수 없었다. 같은 해 11월 아이젠하워 대통령은 대통령 직속으로 과학기술 특별 보좌관을 임명하고 기존의 과학 자문 위원회를 대통령 직속으로 격상시켰다. 또한, 1958년에는 연방 과학 기술 회의가 설립되어 산업계, 행정부, 대학의 핵심 인물들이 과학 기술 정책의 주요 이슈를 토론하게 되었다. 이러한 기구들은 소련과의 미사일 격차를 줄이고 더 나아가 소련을 추월하기 위한 항공 우주 기술의 개발을 크게 고무시켰다.

스푸트니크의 충격은 미국이 과학 교육 체제를 정비하는 계기로도 활용되었다. 미국의 많은 언론들은 소련에 뒤진 주된 이유를 미국의 체계적이지 못한 과학 교육에서 찾았고 급기야 미국 의회는 1958년에 국가 방위 교육법을 통과시켰다. 이 법률을 통하여 미국 정부는 과학교육의 진흥을 위하여 10억 달러라는 거금을 지출하였다. 그 결과 고등 교육 기관에 입학한 학생의 수는 1957년에 300만 명 정도에 불과했던 것이 1968년에는 700만 명 정도로 급격히 증가하였다. 또한, 초등 교육 기관에서 고등 교육 기관에 이르는 전 교육 과정에서 과학 교과목의 중요성이 강조되었고 교과 과정을 개편하기 위한 노력이 잇따랐다.

 

98. 인류의 달 착륙

1958년 소련이 지구 둘레의 궤도를 선회하는 최초의 인공위성 스푸트니크 1호를 발사 성공시키며 우주 경쟁 시대를 선포하자, 이에 자극 받은 미국의 존 F. 케네디 대통령은 60년대가 지나기 전에 인간을 달에 착륙시킨 후 무사히 귀환시키겠다는 약속을 내걸었다.

1969년 7월 20일 미국 동부 시간으로 오후 4시 17분, 인류 역사상 최초로 유인 달착륙선 이글호가 달에 착륙했다. 미국 우주선 아폴로 11호의 사령선에서 떨어져 나온 이글 호는 선장 닐 암스트롱과 조종사 에드윈 앨드린에 의해 달 표면의 '고요의 바다'에 무사히 착륙했다. 오후 10시 56분 암스트롱은 4개의 연동 바퀴가 달린 착륙선의 문을 열고, 황량하고 가루처럼 흙이 뒤덮힌 달 표면 위에 조심스레 첫발을 내디뎠다. 인류가 달나라에 첫발을 내딛는 순간이었다.

암스트롱은 텔레비전을 통해 이 장면을 시청하고 있던 약 6억 명의 지구인들에게 "오늘 나는 나의 자그마한 발걸음을 내디뎠을 뿐이지만 전 인류에게는 위대한 도약"이라고 말했다. 마이클 콜린스가 사령선을 타고 달 주위를 궤도 비행하고 있는 동안 19분 후에 조종사 앨드린이 암스트롱과 합류했다. 그는 물 한 줄기, 공기 한 줌도 없는 '고요의 바다'의 달 표면에 내디디며 '장엄하고 황량한' 기분을 표현했다.

아폴로 11호의 달 착륙 성공은 1971년 화성 궤도로 발사된 마리너 9호, 1976년 무인 우주선 바이킹 1호에 의한 화성 탐사를 촉진시킴으로써 우주의 보다 먼 곳에 대한 탐사를 활발하게 했으며, 영구히 궤도를 도는 우주 정거장을 경유하여 지구와 달 사이에서 인간과 장비를 운반하는 스페이스 셔틀 체제의 개발을 구상하게 했다. 실제 셔틀 체제가 구축되면 달이나 기타 행성을 거주지로 삼거나 태양계 밖으로의 우주 탐사 여행이 더 이상 공상과학소설 속의 이야기가 아닌 현실로 가능해 질 것이다.

 

99. 시험관 아기 탄생

1978년 7월 25일 영국에서 세계 최초로 어머니의 몸밖에서 수정된 아기가 태어났다. 어머니의 난자와 아버지의 정자가 시험관에서 수정되었다고 해서 '시험관 아기'라 불린 루이스 브라운은 현대 의학의 기적이라는 칭송을 받으며 세계적인 주목을 끌었다.

결혼한 부부 10쌍 가운데 보통 1쌍은 아기를 갖지 못하고 있다. 불임의 원인으로는 우선 정자의 수와 운동성이 정상, 즉 1ml 안에 2천만 개 이상이어야 하고 이 가운데 60% 이상이 운동능력이 있는 것에 미치지 못할 때를 들 수 있다. 정자가 정상이더라도 남성이나 여성 어느 쪽의 문제로 난자가 생성되는 나팔관까지 가지 못하면 수정이 되지 않는다. 그래서 정자를 가느다란 관으로 여성의 자궁에 주입하는 인공수정이나, 정자와 난자를 나팔관 끝 부분에 넣어 수정을 유도하는 나팔관수정이 발달되었다. 그러나 이것도 나팔관으로 가는 길이 막혀 있거나 나팔관이 아예 없는 경우에는 무용지물이다. 시험관 아기는 이런 경우에 정자와 난자를 2∼3일 동안 아예 시험관에서 키워 수정시킨 후 어머니의 자궁에 직접 주입하는 방법이다. 생명의 수정이 시험관 속에서 이루어졌다는 의미에서 엄청난 충격을 준 것이다.

이후 최초의 시험관 아기 루이스 브라운은 어머니의 몸 속에서 자라 제왕절개로 세상에 나왔다. 그로부터 20년이 지난 1998년 그녀는 어엿한 숙녀로 언론에 나와 유치원 보모나 간호사가 되고 싶다는 꿈을 이야기했다. 우리 나라도 1985년 서울대병원에서 처음 시험관 아기가 탄생하였으며 세계적으로 20여 년 동안 약 30만여 명이 시험관 아기로 탄생하였다.

 

100. 복제양 돌리 탄생

영국 로슬린 연구소의 이안 읠머트 박사와 케이스 켐벨 박사는 성장한 양을 복제시키는데 성공해 그 결과를 1997년 2월 27일자 <네이처> 지에 게재했다. 1930년대 독일의 발생학자 스페만이 핵 속에 생명체 형성을 위한 모든 정보가 들어 있다고 주장한 이래 복제에 대한 연구는 꾸준히 진행되어 개구리나 소, 양 등을 복제해 왔다. 그러나 윌머트 박사팀의 복제는 발생초기의 수정란을 나누는 기존의 복제와는 달리 다 자란 양의 체세포를 이용한 것이어서 더욱 충격적이었다. 만화에서나 있을 법한 이야기였던 나와 똑같은 사람을 만드는 일이 가능해진 것이다. 성급한 언론들은 누구를 먼저 복제할 것인지에 대한 인기투표까지 하는 웃지 못할 일까지 생겼다.

윌머트 박사는 6살된 양의 유방으로부터 얻은 유선 세포를 배양하고 이로부터 핵을 추출한 뒤 미리 핵이 제거된 미수정란에 이식했다. 이때 다 자란 세포에서는 수정란 세포를 발생시키는 유전 정보가 발현되지 않으므로 체세포 핵의 세포분열주기와 핵을 받을 난자의 주기를 맞추는 과정이 중요하다. 수정란은 대리모 자궁에 이식되어 돌리(Dolly)라는 복제양으로 태어났다. 윌머트 박사의 성공 이후 전세계적으로 복제 연구가 붐을 이루었으며 우리나라에서도 복제소가 탄생하였다. 또한 인간의 체세포를 복제하여 여벌의 장기를 만들어내어 필요할 때 이식한다는 연구도 시작되었다. 그러나 인간을 대상으로 한 복제연구는 사회의 거센 반발을 낳았으며 생명공학 전반에 대한 윤리적인 검토가 시작되었다.