사이언스 브런치

괜찮다고 말하지만 괜찮지 않은 너와 나, 우리가 안고 사는 우울. 그리고 그 감정이 가져온 마음의 병 우울증. 화제의 채널



대통령 선거를 과학으로 예측한다?

북한은 정말 핵을 가지고 있는 걸까

한화의 김태균은 왜 4할 대 타자가 못되는 걸까

타임슬립은 정말 가능한 걸까



브런치를 먹으며 이해하는 일상 속 물리학 이야기,

사이언스 브런치!





추천의 글

“세상 모든 것의 이치”를 시사 문제와 엮어 이야기해줄 사람, 이 어려운 걸 해낼 사람은 바로 이종필 교수다!”_서화숙 언론인·헌집트러스트 대표)



오늘, 과학이라는 메뉴의 브런치 어때요?

대통령을 뽑는 데도 과학적 지식이 필요하다? 물리학자나 수학자들은 카지노에서 더 유리하다? 한국 프로야구에서 더 이상 3할대 타자가 나오지 않는 이유는? 이세돌이 알파고에 질 수 밖에 없었던 이유는? 드라마가 아닌 현실에서 타임슬립은 가능할까? 중력파가 발견되면 아인슈타인의 이론은 틀린 걸까? 한국에서 노벨상이 나오기 어려운 이유는 뭘까? 북한은 정말 핵폭탄을 가지고 있는 걸까? 4대강 공사는 우리에게 얼마나 위험한 것일까?

양자역학, 알파고, 중력파, 우라늄 실험, 블랙홀…… 명칭도 생소하고 책을 읽어가며 공부해도 도무지 이해하기 어려운 것이 바로 과학적 지식이다. 그래서 대부분 물리학은 고등학교 교과서가 마지막이라고 생각하곤 한다. 그러나 기본적인 과학지식이 아니고서는 우리 세상에 설명될 수 없는 것이 많다. 『대통령을 위한 과학 에세이』 『상대성 이론』 『물리학 클래식』 등의 저서를 통해 어렵다고만 생각된 과학을 쉽게 설명해온 저자는 이 책에서도 생활 속 에피소드를 통해 어려운 물리학적 지식에 좀더 쉽게 접근할 수 있도록 풀어나간다. 저자는 “생존에 유리한 (그래서 익숙한) 사고방식이 자연의 근본 질서와는 다르다는 사실을 처음 알게 된 것이 겨우 100여 년 전”이라면서 그래서 현대 물리학은 어렵게 느껴질 수밖에 없다고 말한다. 다른 한편 일상과 뗄 수 없는 관계가 또 물리학이므로 그것이 진정으로 자연이 작동하는 방식이라면, 엄청난 지적 고통이 따르더라도 한번쯤은 알아볼 만한 가치가 있지 않겠느냐고 반문한다.

이 책은 저자가 라디오 프로그램의 과학 코너를 통해 다루었던, 일상에서 쉽게 접할 수 있는 물리학에 관해 대담으로 엮은 것이다. 당시 제작진이 “초등학생조차 이해할 수 있는 과학 이야기”로 풀어달라고 주문한 터라 과학에 문외한인 사람에게 적합할뿐더러, 인문학과 정치학·사회학을 과학과 접목시키고 있기에 과학의 쓸모를 고민하는 모든 이에게 안성맞춤이다. 대통령 선거 결과를 과학적으로 예측하는 방법, 북한의 핵 위협에 대한 과학적 진실, 4대강 사업에 대한 위험성과 같은 정치적 이슈부터 타임슬립 드라마가 가능할 것인지에 대한 접근과 같은 흥미로운 이야기까지 연령과 성별을 불문하고 누구나 쉽게 읽을 수 있는, 말 그대로 브런치를 먹으며 물리학에 대해 논의할 수 있는 책이다.





주요 내용



MB가 한방에 훅 가지 않은 이유

―대통령 후보에 대한 지지층의 변화는 과학적 원리와 관련이 있다. 일반 지지층은 후보의 결점이 발견되면 논리적인 판단을 하지만 적극 지지층은 오히려 결집한다는 것! 무수한 결점에도 MB가 대통령이 되었던 까닭을 과학적으로 분석했다. 또한 당시(2012년) 박근혜의 지지층도 결집할 것이라는 예측을 하기도 했다.

평행우주, 무한개의 우주

―우리 시공간은 여러 개 겹쳐져 있을 가능성이 있다? 과거의 내가 다른 선택을 하며 다른 시공간에서 살아갈 수 있다는 것, 그것이 바로 평행우주이며 이는 곧 양자역학으로 설명이 가능하다. 과거 텔레비전 프로그램에서 개그맨 이휘재가 인생을 선택했던 것이 과학적으로 가능하다는 것!

신의 입자를 발견하다

―신의 입자라고 불리는 힉스 입자의 발견에 얽힌 이야기. 힉스 입자가 신의 입자인 이유는 소립자들의 대칭관계를 깨는데 이 입자가 반드시 필요하기 때문이다. 2012년 당시 힉스 입자를 발견했다는 소식에 온 과학계가 떠들썩했던 이유와 힉스 입자에 대해 설명하고 있다.

핵폭탄의 과학적 원리

―일본과 북한에 둘러싸여 있는 한국은 언제나 핵위협에 시달린다. 그렇다면 핵폭탄의 원리는 무엇일까? 그것은 바로 핵분열에 있다. 연쇄 핵분열 과정에서 막대한 에너지가 방출되는 데 그것을 핵폭탄이라고 하는 것. 그렇다면 우라늄이니 플루토늄이니 하는 것들은 이와 또 어떤 관련이 있는 걸까? 간단히 말해서 일본에 떨어진 핵폭탄은 우라늄이었다. 이 섹션에서는 국제적으로 핵폭탄 보유에 대한 치열한 경쟁이 있으며 한국정부의 대비를 촉구하고 있다.

물리 법칙과 ‘석궁 교수’ 그리고 대통령 후보의 발언

―대한민국에 헌법이 있듯이 자연에는 물리학 법칙이 존재한다. 이를 두고 실정법과 자연법이라고 나눌 수 있을 것이다. 법률로 정해진 것이 실정법, 그 이상의 인간세계를 지배하는 보편 윤리 같은 것이 자연법이다. 그런데 물리학 법칙에서 가장 중요한 건 바로 ‘보편성’. 물리학자들은 인간세계에도 보편적으로 지켜져야 할 법칙이 있다고 생각해서 이 자연법을 믿는 사람들이 많다. 이러한 과정을 ‘석궁 교수’ 사건과 관련하여 분석했다. 석궁 교수가 자신의 판결을 내린 판사에게 수학 법칙을 적용해서 법의 허점에 대해 논쟁한 사건을 분석한 것.

추4할 타자가 사라진 이유

―한국 프로야구에서 4할 타자는 더 이상 없을까? 은퇴한 이종범 선수가 1994년 3할 9푼 9리의 타율을 기록한 것이 4할에 근접한 마지막 기록이 되었다. 시즌 초반에 좋은 성적을 유지하던 김태균 같은 선수도 시즌 마지막엔 어김없이 3할 대에 멈추고 마는데, 그 이유는 바로 진화론에 있다. 바로 ‘상향평준화에 의한 변이의 감소’라는 것이다. 한마디로 모든 선수들의 실력이 상승하면서 그만큼 독보적인 기록이 나올 확률이 줄어들었다는 것이다. 다만 역시나 진화론의 관점에서 ‘돌연변이’가 등장하면 4할 타자도 곧 나올 수 있다는 것!

올림픽 체조가 보여준 과학의 힘

―2012년 국제체조연맹에서 체점 기준으로 등재됐던 ‘양학선 기술!’ 세계에서 최초로 ‘7.4’ 난도로 등재된 이 기술에도 과학적 법칙이 존재한다. 이 양학선 기술을 분석하려면 회전운동의 물리학을 알아야 하는데 한마디로 양학선 선수는 회전의 반경을 최대한 크게 하는 기술로 회전 반경을 넓여서 효과를 극대화 시킨 것이다. 이런 현상은 비단 양학선 선수의 경우만은 아니다. 헬리콥터의 날개나 오토바이의 뒷바퀴의 경우도 이러한 회전 운동으로 설명이 가능하다.

맨해튼 프로젝트의 비밀

―맨해튼 프로젝트란 1942년 미국의 과학자들이 핵폭탄을 만들기 위해 결성된 프로젝트를 일컫는다. 오펜하이머가 그 대표적인 인물. 최초의 핵폭탄이 완성된 것은 1945년 7월 16일이다. 그리고 모두가 알다시피 ‘에놀라 게이’라고 불렸던 이 ‘꼬맹이’ 폭탄은 히로시마에 투하되면서 엄청난 사상자를 내고 일본의 패전을 확정 짓는다.

과학계의 얼룩, 데이터 조작의 역사

―어느 분야와 다름없이 자신의 명성을 위해 업적을 조작하는 경우는 과학계에서도 많다. 1923년 전자의 전하량을 측정한 실험이 성공하면서 노벨물리상을 받은 ‘밀리컨’도 그런 경우. 그는 자신의 실험 업적을 위해 제자의 아이디어를 빼앗았다는 혐의를 받았다. 이런 경우가 종종 있다보니 2005년 황우석 사태가 터졌을 때 한국에서도 그의 지지자들이 밀리컨의 예를 들며 황우석을 인정해달라는 소동이 벌어지기도 했다고 한다.

일본은 왜 기초과학 분야에서 뛰어난가

―데이터 면에서도 업적 면에서도 한국은 기초과학 분야에서 일본에 한참 떨어진다. 노벨상 수상자만 해도 일본은 2016년까지 총 22명이나 배출한 기초과학 강국이다. 그에 비해 한국은 노벨상은커녕 대학원에서 물리학을 전공하고 공부하기도 힘든 실정이다. 이러한 이유는 국가적 지원의 문제뿐 아니라 지도교수들의 교육방식에도 있다. 일본의 경우는 일대일 교육 방식은 물론이고 제자의 앞날까지 책임지는 상황이라고 한다. 정부의 지원이 절대적으로 부족한 지금의 상황에서 한국의 노벨상 수상자 배출은 힘들지도 모르겠다고.

과학계의 떠오르는 혜성, 중국

―그런가하면 중국은 정부의 막대한 지원을 바탕으로 새로운 과학 강국으로 떠오르고 있다. 중국은 이미 기초과학으로 노벨상을 총 5명 수상한 전적을 가지고 있다. 중국에게 큰 업적을 빼앗긴 안타까운 일화가 하나 있는데, 바로 2011년 서울대 김수봉 교수가 중성미자 검출 성공을 중국의 다야 베이 연구진에게 며칠 차이로 빼앗긴 것이다. 압도적인 정부의 지원과 인적 자원 활용으로 짧은 시간 안에 엄청난 결과를 도출할 수 있었던 것이다. 역시 정부의 지원이 없는 지금의 상황이라면 한국의 기초과학 발전은 요원해보인다는 설명이다.

갈릴레오와 종교재판

―1822년 9월 11일은 지동설이 처음으로 가톨릭교회의 인정을 받은 날이다. 1633년 자택 연금이 확정되며 지동설이 전면 부인된 후 많은 시간이 흐른 뒤에야 겨우 인정을 받은 것이다. 물론 논란은 계속됐다. 1990년 추기경 라트징거, 지금의 교황 베네딕토 16세가 갈릴레오에 대한 교회의 판결이 정당했다고 말하면서 논란은 극에 달한다. 결국 2008년 이탈리아의 사피엔자 대학을 방문했을 때 교황 베네틱토 16세는 학생들의 엄청난 비난을 받고 그해 12월에는 갈릴레오의 업적을 찬양하기에 이르렀다고.

북한의 수소폭탄시험, 어떻게 될 것인가

―2016년 1월 6일 북한은 소형화된 수소폭탄 실험에 성공했다고 밝혀서 국제사회를 충격에 빠트린다. 그렇다면 북한이 정말 수소폭탄 개발에 성공한 것으로 봐야할까? 핵폭탄의 상용화까지는 사실 여러 단계가 필요한 작업이다. 정보가 제한적이기는 하지만 정부와 학계는 현재 2단계 핵융합까지 성공한 것으로 보고 있다. 그러므로 아직 본격적인 핵폭탄의 수준이라고 말하기는 어렵다는 것이다. 그러나 이러한 기술을 보유한 것으로 과시한 것만으로도 이미 핵을 상대 국가에 대한 보복이 가능하다는 것에서 큰 위협이다.

스타워즈 광선검은 과학적으로 가능한가

―영화 스타워즈에서 나오는 광선검은 가능할까? 과학적으로 그것은 ‘불가능하다’고 한다. 왜냐하면 광선검 모양대로 만들면 빛을 접어야 가능한데 그 접힌 부분의 중력이 어마어마해서 아마 모든 것을 다 빨아들이게 되기 때문이다. 물론 광선검과 비슷한 물체를 만들 순 있다. 플라즈마라고 기체에서 핵과 전자가 분리돼 이온화된 상태가 있는데, 이 플라즈마에 아주 높은 열을 가해주거나 전기를 흘려주면 이런 상태를 만들 수 있다고 한다.

당연히 외계인은 존재하지 않겠는가

―우리 은하에는 구상성단이라고 별이 수천 개에서 수백만 개가 모여있는 천체가 있다. 이런 천체가 150개나 존재한다. 이렇게 많은 별들이 있는데 외계인의 존재란 어쩌면 당연한 것이라고 할 수 있다. 그렇다면 왜 만나지 못했을까? 여기서는 그것을 두고 ‘페르미의 역설’로 설명한다. 간단히 말해서 외계인은 이미 우리 곁에 있는데 우리가 인지하지 못하거나 그들이 존재를 감추고 있을 확률이 높다는 것이다.

사주팔자와 고전역학

―매해 보게 되는 토정비결과 사주. 그런데 생각해보면 생년월일시가 일생을 좌우한다는 이야기인데 과학적으로 봤을 때 이게 타당할까? 그런데 놀랍게도 뉴턴의 고전역학이 이와 비슷한 구조다. 초기 조건을 정확하게 알면 미래를 정확하게 예측할 수 있다는 논리이다. 이러한 세계를 결정론적 세계관이라고 하는데 이런 논리는 생년월일시만 알면 한 사람의 미리 정해진 일생을 정확히 예측할 수 있다는 사주와 매우 유사하다고 할 수 있는 것이다.

중력파의 발견

―2016년 2월 12일 전세계를 놀라게 했던 소식, 바로 중력파의 발견이다. 중력파란 한마디로 시공간의 출렁임을 의미한다. 일반상대성이론에 나온 것인데 일반상대성이론에서는 중력을 시공간의 뒤틀림, 곡률로 해석한다. 그런데 이것이 블랙홀 같은 것과 충돌하면 시공간이 뒤틀리게 된다. 이것이 바로 중력파다. 그렇다면 중력파가 중요한 건 알겠는데 우리와 무슨 상관일까? 아직은 초기 단계라서 일상 깊숙하게 들어오진 않았다. 다만 앞으로 우리가 만약 중력을 제어하게 되는 날이 온다면 어떨까? 사람들은 그 출발점을 중력파의 발견이라고 할 것이다.

미니 블랙홀의 위력

―블랙홀은 표면 중력이 매우 강해서 모든 물체를 빨아들이는 것을 의미한다. 블랙홀이 에너지원으로 활용될 수 있음을 주장한 사람은 스티븐 호킹인데 1974년 그가 발표한 것에 따르면, 블랙홀이 빛이나 다른 소립자들을 방출하면서 에너지를 낸다고 한다. 그렇다면 미니블랙홀은 뭘까? 미니블랙홀은 보통 소립자 수준의 블랙홀을 의미하는데, 호킹에 따르면 이런 미니블랙홀도 앞으로는 에너지원으로 쓸 수 있다고 한다.

추상현실 기술이 바꾸는 실제 세계

―가상현실을 한마디로 정의하자면 컴퓨터가 만든 가짜 현실이다. 영화 매트릭스를 보면 쉽게 알 수 있다. 우리 일상에서도 비행 훈련 시뮬레이션, 3D 영화 같은 것이 바로 가상 현실이다, 그런가하면 석굴암 3차원 영상을 가상현실로 관람할 수 있다고 한다.

세기의 대결: 이세돌과 알파고

―세기의 대결로 화제를 모았던 이세돌과 알파고의 바둑 대결. 알파고란 바둑을 잘 두는 인공지능 컴퓨터를 말한다. 알파는 최고를 뜻하는 말이고 go는 바둑의 일본어다. 결국 이 대결에서 이세돌이 패하고 말았는데 사람들은 이것으로 인해 터미네이터와 같은 인류를 위협하는 존재가 나오지 않을까 걱정한다. 그러나 과학적으로 보았을 때 로봇과 인공지능은 별개다. 인간을 능가하는 인공지능이 나오려면 아직 수십 년은 흘러야 한다는 게 학계의 정설이라고 한다.

인공지능, 너무나 가까운 미래

―그렇다면 알파고가 이세돌을 이길 수 있었던 이유는 뭘까? 알파고는 자체 대국과정에서 자신의 인공신경망 연결 고리 강도를 스스로적절하게 조절한다. 이걸 강화 학습이라고 하는데 스스로 학습이 가능하다는 뜻이다. 컴퓨터라는 장점으로 천문학적인 강화학습이 가능했다는 이야기다. 알파고가 우리에게 상기시키는 것은, 우리에게는 이제 인간과의 대결을 넘어서 인공지능과도 대결할 인재를 양성해야 한다는 과제가 주어졌다는 점이다.

쌍둥이 모순

―특수상대성이론에는 ‘쌍둥이 모순’이라는 것이 있다. 예를 들어 쌍둥이 중 한명이 우주여행을 간다고 하면 우주여행을 다녀온 쪽이 나이를 덜 먹게 되는 것이다. 영화 ‘인터스텔라’에서는 서로가 서로를