인간의 모든 가능성에 답하는 과학의 핵심 개념 35가지
과학 탐구의 다양성과 실제 모습을 한눈에 보여주는 청소년 과학교양서. 한국출판문화산업진흥원 ‘청소년 권장도서’, 월간 《과학동아》 ‘이달의 책’에 선정되며 학교 현장과 전문가 평가에서 호평을 받고 있는 사이언스 씽킹 시리즈의 제3탄이다.
빅뱅에서 1초가 지났을 무렵에는 어떤 일이 일어났을까? 생명과학이 고도로 발달하면 인간은 영원히 살 수 있을까? 저 밤하늘 너머 우주에는 인간처럼 지능을 가진 생명체가 존재할까? 이런 의문들은 쓸데없는 공상이 아니다. 인간이 오래전부터 품어온 의문이며, 과학을 통해 해답을 찾으려고 노력하는 과제들이다. 이 책은 과학이 어떻게 인간의 의문에 답하고, 상상을 현실로 만들어가는지 잘 보여준다. 또 35가지 과학의 핵심 개념을 알기 쉽게 설명하는 동시에 과학의 참맛을 느끼게 해준다.
국내에서도 인기를 끌었던 1970년대 미국 드라마 〈600만 불의 사나이〉를 기억하는가? 사고로 엉망이 된 팔과 다리, 한쪽 눈을 최첨단 과학 장치로 교체한 주인공은 괴력을 지닌 무적의 사나이였다. 그런데 이것은 더 이상 상상 속에서만 가능한 일이 아니다. 미국 캘리포니아주립대(버클리) 기계공학과 연구팀이 개발한 로봇 장비 블릭스(Bleex)를 착용하면, 90kg의 짐을 짊어지고도 하중을 거의 느끼지 않는다. 『해리포터』에 나오는 투명망토는 어떨까? 과학자들은 메타 물질과 빛의 굴절 현상을 이용하는 투명 기술을 연구한다. 실제로 지난해 CNN은 캐나다의 한 군수업체가 투명망토를 개발했다고 보도했다. 공개된 투명망토는 완벽한 것은 아니었지만, 기술 보완을 통해 얼마든지 상용 가능한 형태로 내놓을 수 있는 것이었다.
이러한 사례는 특이한 것으로 보일 수도 있지만, 우리 주위에는 불과 200~300년 전만 해도 상상 속에서만 가능했던 것들이 많다. 그리고 그것들을 현실로 만든 것이 바로 과학이다. 이 책은 지금껏 이루어온 과학의 성과들을 여러 분야에서 조망하고, 앞으로 과학이 펼쳐낼 변화된 삶의 모습을 소개한다. 예컨대 유전자 연구가 지금까지 어떻게 진행되어왔는지, 앞으로 유전자를 프로그래밍해서 원하는 신체 특성들을 마음대로 선택할 수 있는 수준에 이른다면 우리의 삶이 어떻게 바뀔지, 또 여기에 다른 문제가 없는지 설명한다.
그렇다고 이 책이 단순한 설명이나 전망에 그치는 것은 아니다. 과학적 원리들을 체계적으로 설명할 뿐만 아니라, 과학이 힘써야 할 일이나 경계해야 할 일들도 알려준다. 이 책의 저자 알록 자는 환경 문제에도 큰 관심을 갖고 있는데, 이 책에서도 지구 온난화 문제를 비중 있게 다루며, 파국적 결말을 막기 위해 과학계와 국제 사회가 취해야 할 행동들을 제시한다. 또 31장 ‘사이비 과학자를 간파하는 법’에서는 근거가 부족한 주장으로 사람들을 현혹시키는 사이비 과학의 허점을 고발하고, 진지한 과학 연구가 어떠한 방식으로 진행되는지 이야기한다. 과학은 기존 이론을 뒤엎는 증거가 나오면 새로운 이론을 찾으려고 노력하고, 철저한 동료 심사와 검증 작업을 거쳐 발표하는데, 사이비 과학은 검증 없이 과대 포장되고, 그 주장에 반하는 증거들을 무시한다는 것이다.
알록 자는 “과학은 문제를 푸는 방법을 연구하는 분야인데, 문제를 풀려면 제대로 된 질문이 필요한 경우가 많다. 이러한 질문들에 대한 답은 인류 역사에서 가장 놀랍고 창조적인 집단 노력을 통해 나왔다”고 말한다. 그의 말처럼 과학은 질문의 답을 찾는 학문이다. 그리고 끊임없이 질문을 던지고 해답을 찾는 과학 연구를 통해 인간의 가능성 역시 계속해서 확장되고 있다. 35가지 과학의 제대로 된 질문을 담고 있는 이 책은 그러한 과학의 진짜 모습을 잘 보여준다. 우리는 이 책을 통해 과학의 핵심 원리는 물론이고, 인간 스스로의 가능성까지 확인할 수 있다.
♣ 이 책에 등장하는 핵심 키워드들
강한 상호작용 / 겉씨식물 / 게놈 / 결합 / 고에너지 입자 / 골디락스 영역 / 공개 키 암호 / 공유 결합 / 광 에테르 / 광전 효과 / 광합성 / 구름 씨 뿌리기 / 굴절 / 끈 이론 / 나비 효과 / 나이테 / 노화 / 농축 우라늄 / 뇌 스캔 / 뇌 이식물 / 다중 우주 / 대류 세포 / 대형 강입자 충돌기 / 데저텍 계획 / 도그마 / 돌연변이 / 동료 심사 / 만유인력의 법칙 / 메타 물질 / 멕시코 만류 / 면역계 / 모든 것의 이론 / 무역풍 / 무중량 상태 / 바이러스 / 받은 대로 돌려주기 / 발전기의 원리 / 방사능 / 백신 / 범종설 / 베타 붕괴 / 병렬 주행 / 병원체 / 보호막 / 부작용 / 불확정성 원리 / 빅뱅 / 빛과 파동 / 뿌리, 줄기, 잎 / 산란 / 색 / 생물 벽돌 / 생물공학 / 세포 분열 / 세포 자멸사 / 소수 / 속씨식물 / 수용체 / 슈퍼박테리아 / 스키테일 / 스톰퓨리 계획 / 시각과 청각 / 시계 장치 세계 / 시냅스 / 신경 세포 / 신경계 / 신체 개조 / 쌍둥이 역설 / 아미노산 / 알칼리 금속 / 암흑 물질 / 암흑 에너지 / 액시온 / 약 / 약한 상호작용 / 양자 암호화 / 양자 얽힘 / 양자역학 / 에너지 보존 법칙 / 엔트로피 / 열대 저기압 / 열역학 / 온실 기체 / 온실 효과 / ‘와우!’ 신호 / 외재 지능 / 우주 배경 복사 / 우주 쓰레기 / 우주선(宇宙線) / 우주의 여섯 가지 기본 상수 / 원소 / 원자 번호 / 원자가 전자 / 원자력 발전 / 원자폭탄 / 원자핵 / 윔프 / 유전자 / 의식 / 이상 기체 법칙 / 이상한 끌개 / 이온 결합 / 이종 장기 이식 / 이중맹검법 / 인간 게놈 프로젝트 / 인공 생명체 / 인공 신체 / 인공 의식 / 인공 장기 / 인류 원리 / 인플레이션 / 일반 상대성 이론 / 임상 시험 / 자연 선택 / 자유 라디칼 / 자유 의지 / 적응계 / 전동기의 원리 / 전이 금속 원소 / 전자기 스펙트럼 / 전자기력 / 정크 DNA / 제트 기류 / 족 / 『종의 기원』 / 죄수의 딜레마 / 주기율표 / 줄기 세포 / 중력 / 중성미자 / 증기 기관 / 증산 작용 / 지각, 맨틀, 핵 / 지구 온난화 / 지구공학 / 지적 설계 / 지진 / 직류와 교류 / 질량수 / 질병의 병원체 이론 / 체세포 핵 이식 / 초개체 / 초대칭 / 초중성입자 / 치료 복제 / 치킨 게임 / 치환 암호 / 카오스 이론 / 클로닝 / 텔로미어 / 통일 이론 / 특수 상대성 이론 / 특이점 / 파동방정식 / 파칼라와 소콜로의 쐐기 / 판 구조론 / 판게아 / 페르몬 / 표준 모형 / 플라세보 효과 / 플랑크 시대 / 학습과 기억 / 할로겐 원소 / 합성 유전체 / 합성생물학 / 항생제 / 해류와 바람 / 핵분열 / 핵융합 / 허리케인 / 확증 편향 / 회절 / 후성유전학 / 힉스장 / DNA / E=mc2 / fMRI / M 이론 / RNA / RSA / SETI 계획
바이러스의 효과를 무력화시키는 면역 반응이나 어떤 세균을 죽이는 의약품이 개발되면, 병원체는 그런 공격에 저항력을 갖는 방향으로 진화한다. 병원체와 생물 사이에 벌어지는 이러한 진화 전쟁이 수억 년 전부터 계속 이어져오면서 양측의 게놈이 점점 더 발전했다.
세균이 증식할 때 무작위로 일어나는 돌연변이 때문에 그중 일부는 특정 항생제에 저항력을 지닌다. 일단 일부 병원체가 그런 저항력을 지니면, 그것은 무리 사이에서 금방 퍼져나가 결국 그 의약품은 효과가 사라진다. 항생제 남용은 저항력을 가진 병원체의 수를 크게 늘림으로써 사태를 악화시킬 수 있다. 조만간 어떤 항생제도 효과가 없는 슈퍼박테리아가 나타나지 않을까 하는 우려가 커지고 있다.
질병으로 전 세계를 멸망시키려고 계획하는 테러리스트는 야생에서 이전에 발견된 적이 없는, 그래서 자연 면역력을 가진 사람이 아무도 없는 슈퍼박테리아를 찾아내기만 하면 된다. 그리고 자신의 병원체가 모든 의약품에 저항력이 있는지, 즉 어떤 의약품으로도 그 질병을 막을 수 없는지 확인한 뒤에 그 병원체를 담은 병을 가지고 비행기에 올라타기만 하면 된다. 이제 질병이 스스로 전 세계로 퍼져나가는 건 시간문제일 뿐이다.
외계인이 보내온 신호는 전혀 발견되지 않았지만, 우주생물학자들은 외계인이 어떤 속성을 지녔을지 추측했다. 설사 다양한 촉수와 꼬리와 여분의 머리가 달렸다 하더라도, 〈스타워즈〉에 나오는 휴머노이드 외계인을 닮았을 것이라는 생각은 버리는 게 좋다.
태양계 밖에 존재하는 외계 행성을 찾으려는 노력은 지구와 조건이 비슷해야 우리와 같은 생명이 존재할 가능성이 높을 것이라는 이유로 ‘지구형’ 행성에 초점을 맞춰 진행되었다. 그런데 외계 생명체가 꼭 우리와 비슷해야 할 이유가 있을까?
사람은 산소와 물이 풍부한 행성에서 진화했는데, 지구에서는 탄소를 기반으로 한 DNA 분자가 생명을 복제하는 기구가 되었다. 우리의 관점에서 보면, 당연히 우리는 적절한 온도와 물과 영양분을 갖춘 세계에 존재하는 것처럼 보일 것이다. 하지만 외계인도 반드시 그러란 법은 없다. …… 지구에서는 생물이 물 속과 땅 위에서 살아가지만, 거대 기체 행성에 사는 생물은(만약 존재한다면) 대기권 높은 곳에 살면서 공기 중에서 영양분을 얻을지도 모른다. 이러한 다양성을 감안하면, 외계 생명체가 어떻게 생겼을지 근거 있는 추측을 하는 게 가능하다. 워릭 대학 수학연구소의 이언 스튜어트는 먼저 모든 생명체에 보편적인 생물학적 특징과 지구에 국한된 생명체의 특징을 구분해야 한다고 말한다.
