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1강

[강연] 분자미개학론 _ 이동환 교수 | 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (2) | 1강

화학이라고 하면 흔히 복잡한 반응식과 원소 기호가 가득한 교과서를 떠올리기 쉽습니다. 하지만 화학의 진정한 매력은 눈에 보이지 않는 미시 세계에서 원자들이 결합하여 만들어내는 정교하고 아름다운 모양에 있습니다. 단순한 식의 나열을 넘어 분자 속에 감추어진 기하학적 아름다움을 발견하는 과정은 마치 예술 작품을 감상하는 것과 같습니다. 화학자는 이 복잡한 구조 속에서 질서를 찾아내고, 그 형태가 지닌 고유한 가치를 탐구하며 보이지 않는 세계의 미학을 정립하는 사람입니다. 복잡함이란 무엇일까요? 수십 획에 달하는 한자처럼 단순히 얽혀 있는 상태를 넘어, 그 안에 숨겨진 규칙을 발견할 때 우리는 새로운 시각을 갖게 됩니다. 네덜란드의 판화가 에셔의 작품처럼 단순한 단위 구조가 반복되며 평면을 가득 채우는 테셀레이션은 복잡함 속의 질서를 잘 보여줍니다. 대칭성 또한 중요한 요소입니다. 어떤 물체를 회전시키거나 반사했을 때 변화를 느끼지 못하는 상태, 즉 완벽한 균형을 이루는 구조는 분자 세계에서도 가장 아름다운 형태로 꼽히며 과학적 탐구의 대상이 됩니다. 세상에서 가장 대칭적인 분자로 알려진 '풀러렌'은 탄소 60개가 모여 축구공 모양을 이루는 독특한 구조를 가집니다. 1985년 발견된 이 분자는 우주 공간의 성간 물질을 연구하는 과정에서 그 존재가 드러났으며, 이후 노벨 화학상의 영예를 안겨주었습니다. 자연이 설계한 이 완벽한 구형 구조는 탄소 원자들이 가장 안정적으로 존재할 수 있는 최적의 형태를 보여줍니다. 이는 우리가 자연의 섭리를 이해하고 미시 세계의 질서를 파악하는 과정에서 마주하는 가장 경이로운 모델 중 하나라고 할 수 있습니다. 화학자는 자연에 존재하는 분자를 발견하는 데 그치지 않고, 새로운 구조를 설계하고 만들어내는 건축가이기도 합니다. 육각형의 벤젠 고리를 이어 붙여 왕관 모양의 코로넨을 만들거나, 평면의 그래핀을 넘어 입체적인 구조를 구상합니다. 이 과정은 마치 정교한 설계도를 따라 건물을 짓거나 레고 블록을 조립하는 것과 비슷합니다. 비록 당장의 실용적인 용도가 눈에 보이지 않더라도, 복잡한 문제를 해결하며 새로운 합성 경로를 찾아내는 과정 자체가 과학적 진보를 이끄는 핵심적인 동력이 됩니다. 평면적인 구조를 넘어 오목한 사발 모양의 '수마넨'과 같은 분자를 만드는 것은 화학자들에게 큰 도전입니다. 탄소 원자들은 본래 평평하게 배열되려는 성질이 있지만, 오각형 구조를 적절히 배치하면 전체적인 모양이 구부러지며 입체감을 갖게 됩니다. 이러한 곡률을 완벽하게 제어하여 예쁜 그릇 모양의 분자를 합성하는 것은 고도의 정밀함이 요구되는 작업입니다. 이는 단순한 발견의 영역을 넘어 인간의 지성과 기술로 새로운 형태를 창조하는 발명의 영역으로 나아가는 화학의 창의적인 면모를 보여줍니다. 분자의 아름다움은 형태를 넘어 생명 현상을 유지하는 정교한 기능으로도 이어집니다. 우리 몸의 신경 신호를 전달하는 이온 통로 단백질이 대표적인 예입니다. 이 거대한 분자는 칼륨 이온과 나트륨 이온의 미세한 크기 차이를 감지하여 특정 이온만을 선택적으로 통과시킵니다. 단백질 내부의 산소 원자들이 물 분자의 역할을 대신하며 이온을 안내하는 과정은 자연이 설계한 정교한 밸브 시스템과 같습니다. 이러한 메커니즘은 분자의 구조가 곧 생명 활동의 핵심적인 기능임을 증명하는 사례입니다. 자연은 거대한 구조를 만들 때 효율적인 모듈화 방식을 선택합니다. 이온 통로 단백질이 네 개의 동일한 조각이 모여 완성되듯, 작은 단위체의 반복과 조합을 통해 복잡한 생명 시스템을 구축하는 것입니다. 이는 대량 생산과 유지 보수가 용이한 합리적인 설계 방식이기도 합니다. 결국 분자 세계의 복잡함 속에는 언제나 명확한 규칙과 질서가 숨어 있습니다. 그 규칙을 이해하고 새로운 질서를 창조해 나가는 과정이 바로 과학자가 꿈꾸는 끊임없는 도전이자 미시 세계에서 찾아내는 진정한 아름다움입니다.

이동환

화학

2강

[강연] 지구 내부 비정질 마그마의 숨겨진 질서 _ 이성근 교수| 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (3) | 2강

비정질 물질은 결정질과 달리 원자 배열에 반복되는 규칙이 없는 상태를 의미합니다. 우리가 흔히 보는 수정과 같은 결정질은 정교한 격자 구조를 가지지만, 비정질은 정보가 희석된 듯한 넓은 피크를 보여주어 그 구조를 파악하기가 매우 어렵습니다. 이러한 무질서함 때문에 비정질의 원자 구조를 규명하는 일은 현대 과학의 거대한 난제로 꼽혀왔습니다. 하지만 이 무질서해 보이는 상태 속에서도 원자들은 특정한 에너지 상태를 유지하며 존재하며, 그들만의 독특한 체계를 형성하고 있습니다. 원자 간의 상호작용은 에너지 준위로 나타나며, 이는 물질의 물리적 성질을 결정하는 가장 근본적인 요소가 됩니다. 입자들이 서로 가까워지거나 멀어짐에 따라 에너지가 변하고, 특정 조건에서 가장 안정적인 상태를 찾아가는 과정은 마치 복잡한 인간관계의 역동성과도 닮아 있습니다. 연구자들은 광자와 전자의 상호작용을 정밀하게 측정하여 이러한 미세한 에너지 변화를 분석합니다. 이를 통해 눈에 보이지 않는 원자 단위의 구조를 파악하고 물질이 가진 본질적인 특성을 이해하려는 노력을 지속하고 있습니다. 지구 형성 초기에는 표면 전체가 녹아 있는 거대한 마그마 바다가 존재했으며, 이는 현재의 지각과 맨틀, 핵으로 층상화되는 중요한 과정을 거쳤습니다. 지하 깊은 곳으로 내려갈수록 압력은 기하급수적으로 증가하며, 이러한 극한의 환경은 마그마의 성질을 근본적으로 변화시킵니다. 수백만 기압에 달하는 압력 아래에서 마그마를 구성하는 원자들은 지표면과는 전혀 다른 새로운 배열을 형성하게 됩니다. 이러한 미시적 변화는 결국 지구 전체의 밀도 분포와 행성의 진화라는 거시적인 결과로 이어지는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 모든 물질은 주어진 온도와 압력 조건에서 가장 안정적인 상태를 선택하며 자신의 형태를 바꿉니다. 우리가 일상에서 경험하는 물이 기압에 따라 끓는점이 변하는 것처럼, 지구 내부의 광물들도 깊이에 따라 원자 주변의 산소 개수가 변하는 배위수 변화를 겪게 됩니다. 예를 들어 규소 주변의 산소가 4개에서 6개로 늘어나는 현상은 고압 환경에서 살아남기 위한 물질의 본질적인 변신이라 할 수 있습니다. 이러한 상전이 과정은 지구 내부의 역동적인 변화를 이해하는 데 있어 매우 중요한 학술적 토대를 제공합니다. 비정질 마그마의 점성도는 압력이 높아짐에 따라 단순히 증가하거나 감소하지 않고 매우 복잡한 비선형적 양상을 보입니다. 이러한 이상 현상을 명확히 이해하기 위해서는 마그마의 원자 구조를 직접 관찰해야 하지만, 고압 환경에서 비정질 상태를 유지하며 데이터를 얻는 것은 기술적으로 매우 까다로운 작업입니다. 다이아몬드 앤빌 셀(DAC)과 같은 첨단 장비를 활용해 극한의 압력을 가하면서 빛의 산란이나 흡수를 측정하는 방식은 이 난제를 해결하는 중요한 도구가 됩니다. 이를 통해 우리는 베일에 싸인 지구 내부의 유체 거동을 파악할 수 있습니다. 다성분계로 이루어진 복잡한 마그마 연구에서 발견된 가장 놀라운 성과는 바로 '보편적 규칙'의 발견입니다. 압력이 증가함에 따라 마그마 내의 비가교 산소(NBO) 농도가 화학적 조성에 상관없이 일정한 곡선을 그리며 감소한다는 사실이 실험을 통해 증명되었습니다. 무질서하고 복잡해 보이던 비정질 마그마의 세계 속에도 압력이라는 외부 변수에 일정하게 반응하는 정교한 질서가 숨어 있었던 것입니다. 연구자들은 이 발견에 '찬란한 질서'라는 이름을 붙여 자연이 가진 조화로움과 과학적 발견의 기쁨을 동시에 표현하고자 했습니다. 원자 단위에서 발견한 이러한 작은 규칙들은 지구 맨틀의 규소 결핍 문제나 거대 마그마 저장소의 존재를 설명하는 강력한 과학적 근거가 됩니다. 미시적인 입자들의 정보가 하나둘 모여 행성 규모의 진화 과정을 이해하는 거대한 지도가 완성되는 셈입니다. 결국 지구라는 거대한 시스템의 근원을 이해하는 길은 가장 작은 원자들의 움직임과 그들이 맺고 있는 상호작용을 세밀하게 관찰하는 것에서 시작됩니다. 이러한 연구는 우리가 발을 딛고 있는 이 땅의 과거와 미래를 연결하는 소중한 학문적 자산이 될 것이며 과학적 탐구의 본질을 보여줍니다.

이성근

지구환경과학

3강

[강연] 지니에게 물어봐 _장원철 교수| 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (5) | 3강

우주는 끊임없이 무질서한 상태로 나아가려는 본질적인 경향을 가지고 있습니다. 이를 과학적으로는 열역학 제2법칙, 즉 엔트로피 증가의 법칙이라고 정의합니다. 뜨거운 커피가 식어 주변 온도와 같아지거나, 물속에 떨어진 잉크가 고르게 퍼져나가는 현상은 우리 주변에서 흔히 볼 수 있는 자연스러운 변화의 과정입니다. 이러한 변화는 결코 스스로 되돌아가지 않는 비가역적인 특성을 지닙니다. 한 번 흩어진 에너지는 외부의 개입 없이는 다시 모이지 않으며, 엔트로피는 단순한 혼란의 정도를 넘어 우주의 시간적 방향성을 결정짓는 중요한 척도가 됩니다. 루트비히 볼츠만은 눈에 보이지 않는 미시적 입자들의 배열 상태를 통해 엔트로피를 통계적으로 새롭게 정의했습니다. 그는 거시적인 상태가 가질 수 있는 미시적 상태의 가짓수가 많을수록 엔트로피가 높다는 사실을 수학적인 공식으로 증명해 냈습니다. 이는 무질서함이 단순히 인간의 주관적인 느낌이 아니라, 확률적으로 가장 일어날 법한 상태임을 과학적으로 입증한 것입니다. 볼츠만의 통계역학은 고전 물리학의 한계를 뛰어넘어 현대 물리학이 물질의 근본 원리를 이해하는 데 결정적인 토대를 마련해 주었으며, 원자의 존재를 확신하게 만든 계기가 되었습니다. 제임스 클러크 맥스웰은 엔트로피 법칙의 절대성에 도전하는 흥미로운 사고실험을 제안했습니다. 아주 작은 존재인 '맥스웰의 도깨비'가 기체 분자들의 속도를 하나하나 관찰하여 빠른 것과 느린 것을 분리할 수 있다면, 외부에서 에너지를 가하지 않고도 계의 엔트로피를 낮출 수 있다는 가설이었습니다. 이 도깨비의 존재는 오랫동안 물리학자들에게 거대한 지적 숙제를 안겨주었습니다. 만약 이 가설이 현실에서 가능하다면 열역학 제2법칙은 우주의 절대적인 진리가 아닌, 단지 확률적인 현상에 불과하게 되어 물리학의 근간이 흔들릴 수 있기 때문입니다. 맥스웰의 도깨비가 가진 모순은 20세기에 들어서 정보 이론과 열역학의 결합을 통해 명쾌하게 해결되었습니다. 도깨비가 분자를 선별하기 위해서는 반드시 정보를 수집하고 기억해야 하며, 이 정보를 지우는 과정에서 필연적으로 열이 발생한다는 사실이 밝혀진 것입니다. 즉, 정보를 처리하고 저장하는 과정 자체가 물리적인 비용을 수반하며, 전체 시스템의 엔트로피는 결과적으로 증가하게 됩니다. 이는 정보가 단순한 추상적 개념이 아니라 물리적인 실체와 긴밀하게 연결되어 있음을 시사하는 놀라운 발견이었으며, 현대 컴퓨터 공학의 기초 원리와도 맞닿아 있습니다. 생명체는 무질서로 향하는 우주의 거대한 흐름 속에서도 고도의 질서를 유지하고 만들어내는 경이로운 존재입니다. 우리는 외부로부터 끊임없이 에너지를 섭취하고 정교한 대사 과정을 거치며 스스로의 구조를 유지하고 복제합니다. 물리학자 슈뢰딩거는 생명이 '음의 엔트로피'를 섭취함으로써 생존한다고 표현하기도 했습니다. 비록 생명체 내부에서는 질서가 유지되는 것처럼 보이지만, 그 대가로 주변 환경의 엔트로피를 훨씬 더 크게 증가시킵니다. 결국 생명은 우주의 법칙을 거스르는 예외가 아니라, 그 법칙 안에서 에너지를 효율적으로 사용하여 꽃피운 정교한 결과물입니다. 엔트로피의 지속적인 증가는 왜 우리가 과거로 돌아갈 수 없는지, 즉 시간의 비가역성을 설명해 주는 유일한 물리적 근거가 됩니다. 우주의 초기 상태는 매우 낮은 엔트로피를 가지고 있었으며, 시간이 흐름에 따라 점차 높은 엔트로피 상태로 진화해 왔습니다. 이러한 변화의 흐름은 '시간의 화살'을 만들어내며, 우리가 과거와 미래를 명확히 구분 짓는 기준이 됩니다. 만약 엔트로피가 증가하지 않고 평형 상태에 머물러 있다면 세상은 어떠한 변화도 일어나지 않는 정적인 상태에 갇혔을 것입니다. 우리가 경험하는 모든 변화와 흐름은 무질서로 향하는 여정 그 자체입니다. 무질서 속에서 질서가 형성되는 원리를 이해하려는 노력은 현대 과학의 가장 본질적인 도전 중 하나입니다. 겉보기에 혼돈스러워 보이는 자연 현상 이면에는 정교한 물리 법칙이 숨어 있으며, 과학자들은 이를 통해 우주의 기원과 생명의 신비를 탐구해 왔습니다. 엔트로피 법칙은 우주의 종말을 예견하는 차가운 법칙처럼 느껴질 수 있지만, 동시에 복잡한 생명과 찬란한 문명이 탄생할 수 있었던 역동적인 배경이기도 합니다. 질서와 무질서가 끊임없이 상호작용하며 균형을 찾아가는 과정은 우주를 더욱 풍요롭고 아름답게 만드는 근원적인 원동력이라 할 수 있습니다.

장원철

수학

4강

[강연] 구글신은 모든 것을 알고있다 _정하웅 교수 | 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (6) | 4강

복잡계란 무엇일까요? 완벽한 질서는 예측 가능하지만 단조롭고, 완전한 무질서는 확률로 설명되지만 혼란스럽습니다. 우리가 살아가는 세상은 이 두 극단의 중간 지점인 '복잡계'에 위치합니다. 바둑판처럼 정교하지도, 주사위처럼 무작위적이지도 않은 이 모호한 영역 덕분에 세상은 흥미롭고 탐구할 가치가 생깁니다. 물리학은 이제 단순한 입자의 운동을 넘어, 이 복잡한 질서 속에서 새로운 규칙을 찾아내려 합니다. 우리 주변의 모든 것은 네트워크로 연결되어 있습니다. 사람과 사람 사이의 사회적 관계부터 고속도로, 철도, 심지어 우리 몸속의 신경망과 혈관까지도 거대한 연결망의 일부입니다. 이러한 네트워크 관점은 생물학, 경제학, 인터넷 등 다양한 분야를 관통하는 핵심 원리가 됩니다. 세상이 어떻게 연결되어 있는지 이해하는 것은 복잡한 현대 사회의 흐름을 읽는 첫걸음이며, 이를 통해 우리는 보이지 않는 거대한 구조를 파악할 수 있습니다. 데이터 과학은 이제 '빅데이터'라는 용어를 넘어 우리 삶의 깊숙한 곳을 파고들고 있습니다. 엄청난 양과 속도, 그리고 다양성을 갖춘 데이터는 때로 신비로운 예지력을 보여주기도 합니다. 실제로 구글의 검색 데이터나 웹페이지 노출 빈도는 선거 결과와 놀라울 정도로 일치하는 모습을 보였습니다. 이는 수많은 대중의 관심과 행동이 데이터라는 형태로 축적되었을 때, 개별적인 현상을 넘어 전체적인 흐름을 정확히 예측할 수 있음을 시사합니다. 사람들이 검색창에 입력하는 단어에는 거짓이 없습니다. 설문조사에서는 자신을 꾸밀 수 있지만, 정말 궁금하거나 필요한 정보를 찾을 때는 본능적이고 솔직한 데이터가 생성됩니다. 구글은 이러한 검색 트렌드를 분석해 질병관리본부보다 2주나 빨리 독감 유행을 예측하기도 했습니다. 시간과 장소 정보가 결합된 실시간 데이터는 현대 사회의 변화를 가장 빠르게 포착하는 도구가 되었으며, 이는 공공 보건과 경제 등 다양한 분야에서 혁신을 일으키고 있습니다. 하지만 데이터의 숫자만을 맹신하는 것은 위험할 수 있습니다. 2013년 구글 독감 트렌드가 실제 환자 수를 크게 빗나간 사례는 언론 보도와 같은 외부 요인이 데이터에 거품을 만들 수 있음을 보여주었습니다. 여기서 중요한 교훈은 '상관관계'와 '인과관계'를 혼동해서는 안 된다는 점입니다. 데이터가 보여주는 현상의 이면에 숨겨진 과학적 원리를 파악하지 못한 채 결과만을 수용한다면, 우리는 데이터가 만든 함정에 빠져 잘못된 결론에 도달할 수 있습니다. 데이터 과학은 인문학의 영역까지 확장되어 '컬처로믹스'라는 새로운 학문을 탄생시켰습니다. 수백만 권의 책을 디지털화하여 특정 단어의 사용 빈도를 분석하면, 시대별 문화적 관심사와 역사적 사건의 흐름을 읽어낼 수 있습니다. 노예 제도에 대한 관심이나 여권 신장의 역사, 심지어 과학과 종교의 위상 변화까지도 숫자로 증명됩니다. 이는 과거의 기록을 현대의 분석 도구로 재해석함으로써 인류 문명을 바라보는 새로운 시각을 제공합니다. 미래의 학문은 데이터를 유기적으로 연결하는 네트워크 과학과 결합하여 더욱 진화할 것입니다. 영문법의 규칙을 데이터 통계로 재정립하고, 경제학의 가격 이론을 실시간 거래 데이터로 분석하는 시도는 이미 현실이 되었습니다. 단순히 데이터를 모으는 것에 그치지 않고, 이를 어떻게 유기적으로 연결하여 가치 있는 정보를 추출하느냐가 핵심입니다. 데이터와 네트워크가 만날 때, 우리는 비로소 복잡한 세상의 진실에 한 걸음 더 다가갈 수 있습니다.

정하웅

물리학

그 외

[강극] 빛과 양자역학 | 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (4)

우리는 흔히 무질서 속에서 질서를 찾으려 노력하지만, 가장 단순한 것에서 어떻게 복잡한 존재가 탄생했는지를 살피는 과정 또한 매우 매력적입니다. 쿼크와 전자 같은 미세한 입자들이 모여 분자를 이루고, 마침내 생명체라는 경이로운 구조를 만들어내는 과정은 현대 과학의 핵심적인 질문 중 하나입니다. 이 거대한 여정의 중심에는 미시 세계와 거시 세계를 연결하는 신의 전령인 '빛'이 자리하고 있습니다. 빛은 아주 작은 세계의 가능성을 우리 눈앞의 찬란한 현실로 이어주는 중요한 역할을 수행합니다. 양자역학은 20세기 초에 등장하여 우리가 세상을 바라보는 방식을 완전히 뒤바꾸어 놓았습니다. 여기서 '양자'란 에너지가 무한히 나누어지는 것이 아니라, 더 이상 쪼갤 수 없는 최소 단위의 알갱이로 존재한다는 것을 의미합니다. 에너지는 매끄러운 비탈길이 아니라 계단처럼 불연속적인 형태로 존재하며, 이를 '양자화'되었다고 표현합니다. 이러한 발견은 고전 역학의 상식을 깨뜨리는 양자역학의 출발점이 되었으며, 미시 세계가 우리가 경험하는 거시 세계와는 전혀 다른 법칙으로 움직인다는 사실을 일깨워 주었습니다. 빛의 본질을 밝히기 위한 여정에서 가장 상징적인 실험은 바로 이중 슬릿 실험입니다. 1801년 토마스 영은 두 개의 틈을 통과한 빛이 스크린에 여러 개의 줄무늬, 즉 간섭무늬를 만드는 것을 확인하며 빛이 파동임을 증명했습니다. 파동은 서로 겹치거나 상쇄되면서 독특한 무늬를 만들어내는데, 이는 빛이 공간을 가로질러 퍼져나가는 성질을 가졌음을 보여주는 결정적인 증거였습니다. 이후 맥스웰 방정식이 더해지며 빛이 파동이라는 사실은 과학계의 확고한 정설로 받아들여지게 되었습니다. 하지만 아인슈타인이 광전 효과를 발표하면서 상황은 반전되었습니다. 금속판에 빛을 비추었을 때 전자가 튀어나오는 현상은 빛을 파동이 아닌 입자의 충돌로 해석해야만 설명이 가능했기 때문입니다. 결국 빛은 파동의 성질과 입자의 성질을 동시에 지닌 기묘한 존재임이 밝혀졌습니다. 이를 '빛의 이중성'이라 부르며, 파동(Wave)과 입자(Particle)를 합친 '웨이비클(Wavicle)'이라는 개념으로 설명하기도 합니다. 이러한 이중성은 자연의 배후에 숨겨진 강력하고도 오묘한 원리를 상징합니다. 놀랍게도 이중성은 빛에만 국한된 현상이 아닙니다. 드브로이는 빛뿐만 아니라 전자나 분자 같은 물질 또한 파동의 성질을 가질 수 있다는 '물질파' 이론을 제시했습니다. 실제로 전자를 하나씩 쏘아 보내는 이중 슬릿 실험에서도 간섭무늬가 나타났으며, 심지어 탄소 60개로 이루어진 거대 분자인 풀러렌조차 파동처럼 행동한다는 사실이 확인되었습니다. 이는 하나의 입자가 동시에 두 개의 슬릿을 통과하는 것과 같은 중첩 상태로 존재할 수 있음을 시사하며, 미시 세계의 물질이 우리의 상식을 초월하여 움직인다는 것을 보여줍니다. 양자역학의 가장 당혹스러운 지점은 관측이 대상의 상태를 결정한다는 사실입니다. 입자가 어느 슬릿을 통과하는지 관측하기 위해 측정기를 설치하는 순간, 신기하게도 파동의 증거인 간섭무늬가 사라지고 입자처럼 두 줄의 무늬만 남게 됩니다. 이는 우리가 자연을 있는 그대로 객관적으로 관측하는 것이 불가능하며, 관측 행위 자체가 미시 세계의 상태를 변화시킨다는 것을 의미합니다. 결국 우리는 입자가 어디에 존재할지를 확률적으로만 묘사할 수 있을 뿐이며, 자연의 맨얼굴은 관측이라는 장막 뒤에 숨어 있습니다. 아인슈타인은 신이 주사위 놀이를 하지 않는다며 이러한 확률적 해석을 거부했지만, 오늘날의 과학은 보어의 손을 들어주었습니다. 빛은 전하를 띤 입자가 가속 운동을 할 때 발생하는 전자기파이며, 전자의 춤이 빛을 만들고 빛이 다시 전자를 춤추게 함으로써 우리가 세상을 인식하게 합니다. 중력과 원자핵 내부의 사건을 제외한 거의 모든 자연 현상은 결국 빛과 전자의 상호작용으로 설명됩니다. 빛은 미시 세계의 정보를 거시 세계로 전달하는 전령으로서, 우주의 복잡한 질서를 유지하는 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.

물리학

[강연] 2016 서울대 자연과학대 공개강연 '무질서에서 질서로' (1)

서울대학교 자연과학대학은 1994년부터 기초과학의 대중화를 위해 20년이 넘는 시간 동안 공개 강연을 이어오고 있습니다. 특히 최근에는 청소년과 일반인까지 대상을 확대하며 단순한 지식 전달을 넘어 한 편의 공연과 같은 몰입감 넘치는 무대를 선보이고 있습니다. 미래의 과학자를 꿈꾸는 학생들과 기초과학에 열정을 가진 시민들이 한자리에 모여 지적 탐구를 공유하는 이 장은, 우리 사회에 과학적 소양을 뿌리내리게 하는 소중한 전통으로 자리 잡았습니다. 세계적인 연구소의 권위는 그곳을 거쳐 간 위대한 과학자의 이름으로 증명되곤 합니다. 찰스 다윈과 같은 인물이 영국의 과학적 위상을 높였듯, 우리나라도 세계를 빛낼 독보적인 과학자를 배출해야 한다는 사명감을 가지고 있습니다. 총장실에 걸린 다윈의 사진은 미래의 꿈나무들이 대한민국을 넘어 세계 무대에서 우뚝 서기를 바라는 간절한 염원을 상징합니다. 이러한 강연을 통해 청소년들이 원대한 꿈을 품고 과학의 미래를 밝히는 주인공으로 성장하기를 기대합니다. 과학 기술의 발전은 우리가 인지하지 못하는 사이 일상의 풍경을 획기적으로 바꾸어 놓았습니다. 드론은 이미 생활 곳곳에서 편리함을 제공하고 있으며, 무인 자동차 기술은 운전을 단순한 기술이 아닌 휴식과 독서의 시간으로 변화시키고 있습니다. 스마트워치와 같은 웨어러블 기기가 대중화되면서 기술은 더욱 개인의 삶에 밀착되었습니다. 이러한 변화의 이면에는 자연의 원리를 탐구하는 자연과학과 이를 실현하는 공학적 노력이 맞물려 있으며, 이는 인류의 삶을 더욱 윤택하게 만드는 근간이 됩니다. 자연과학자를 움직이는 가장 강력한 동력은 명예나 보상보다는 세상의 이치를 진정으로 알고 싶어 하는 순수한 호기심입니다. 우주와 자연이 어떤 법칙에 따라 움직이는지, 그리고 무질서 속에서 어떻게 질서가 형성되는지를 밝혀내는 과정은 그 자체로 숭고한 도전입니다. 과학은 단순히 정답을 찾는 과정이 아니라, 자연이 우리에게 던지는 약속과 법칙을 이해하려는 노력입니다. 이러한 탐구 정신은 개인의 지적 만족을 넘어 우리 사회가 나아갈 방향을 제시하는 중요한 지표가 됩니다. '과학자의 꿈과 도전'이라는 대주제는 꿈을 가진 이가 필연적으로 마주하게 될 도전의 과정을 상징하며, 이는 무질서한 세상 속에서 질서를 찾아가는 숭고한 여정입니다. 이번 강연을 통해 참가자들이 자연의 섭리를 이해하고 인류에 기여할 미래 과학자로서의 포부를 다지기를 기대합니다. 오늘 심은 지적 호기심의 씨앗이 훗날 세상을 바꾸는 거대한 혁신의 나무로 성장하기를 진심으로 응원하며, 지식의 습득을 넘어 새로운 탐구의 길로 나아가는 계기가 되기를 바랍니다.

성낙인

[강연] 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (8)

자연과학을 향한 여정은 대개 아주 사소하고 순수한 호기심에서 시작됩니다. 어린 시절 처음 접한 수학의 재미나 밤하늘의 별을 보며 느꼈던 신비로움은 한 아이를 과학의 세계로 이끄는 강력한 동기가 됩니다. 사물의 작동 원리와 현상 이면에 숨겨진 이유를 궁금해하는 마음은 과학자로서의 꿈을 키우는 밑거름이 됩니다. 이러한 호기심은 단순히 지식을 습득하는 단계를 넘어, 자연이 우리에게 던지는 질문에 답을 찾아가는 긴 여정의 출발점이 됩니다. 과학은 단순히 정답을 찾는 과정이 아니라, 인류를 위해 필요한 것을 발견하고 만들어가는 숭고한 도전입니다. 복잡한 수식을 통해 자연 현상이 기술로 변모하는 과정을 지켜보며, 과학자들은 선배 연구자들이 겪었던 고군분투의 시간을 배웁니다. 지식을 통해 인류의 삶을 개선하고자 하는 의지는 과학 연구의 핵심적인 가치입니다. 자연의 근본적인 성질을 탐구하는 과정은 우리가 아는 것이 빙산의 일각일 뿐임을 깨닫게 하며, 끊임없이 새로운 물음을 던지게 만듭니다. 연구의 과정은 항상 순탄하지만은 않으며, 때로는 예상치 못한 실패와 좌절을 마주하기도 합니다. 하지만 과학의 묘미는 바로 그 실패 속에서 발견되는 새로운 가능성에 있습니다. 목표했던 결과가 아니더라도 연구 과정에서 얻은 부산물들이 때로는 세상을 놀라게 할 새로운 발견으로 이어지기도 합니다. 좌절이 없으면 성취감도 없다는 말처럼, 독특한 방법으로 문제에 접근하고 이를 해결했을 때 느끼는 희미한 성취감은 과학자들이 다시 일어설 수 있는 원동력이 됩니다. 자연과학은 인류가 진리를 갈구하는 본능을 충족시켜 주는 학문입니다. 자연이 어떻게 구성되어 있고 어떤 원리로 작동하는지 이해하는 것은 현대 문명을 지탱하는 모든 기술과 산업의 근간이 됩니다. 기상 예보부터 첨단 기술에 이르기까지, 우리가 누리는 모든 진보는 자연에 대한 깊은 이해가 있었기에 가능했습니다. 인류가 던지는 수많은 궁금증에 대해 비록 시간은 걸릴지라도 가장 완벽하고 논리적인 답을 제시할 수 있는 유일한 길은 바로 자연과학입니다. 미래의 과학자들은 이제껏 누구도 가보지 않은 미지의 영역에 도전하며 인류의 발전에 기여하고자 합니다. 기후 변화나 식량 문제, 자연재해와 같은 전 지구적 과제를 해결하는 것은 현대 과학이 짊어진 중요한 사명입니다. 70억 인구 중 가장 먼저 새로운 진리를 발견하는 개척적인 연구는 세상을 바꾸는 힘이 됩니다. 끊임없는 질문과 호기심을 바탕으로 원대한 꿈을 꾸는 과학도들의 도전은 우리 사회의 미래를 더욱 밝고 풍요롭게 만드는 희망의 등불이 될 것입니다.

[강연] 패널토의 및 대담 | 2016 서울대 자연과학대학 공개강연 '무질서에서 질서로' (7)

2016년 서울대학교 자연과학 공개 강연의 대미를 장식한 대담은 '과학자의 꿈과 도전'이라는 주제로 진행되었습니다. 화학부 신석민 교수님의 사회 아래 물리천문학부 박혜윤 교수님, 수리과학부 이기헌 대학원생, 생명과학부 도경완 학부생이 한자리에 모여 과학에 대한 열정과 고민을 나누었습니다. 서로 다른 전공과 세대를 아우르는 이들은 과학이라는 공통분모를 통해 자신들의 삶과 학문적 지향점을 진솔하게 풀어내었습니다. 강연장의 열기는 마지막까지 식지 않았으며, 참석자들은 과학자들이 전하는 생생한 현장의 이야기에 깊이 공감하며 귀를 기울였습니다. 이번 강연의 핵심 키워드인 '무질서에서 질서로'에 대해 패널들은 각자의 학문적 관점을 제시했습니다. 수학은 복잡한 현상 속에서 단순한 패턴을 발견하고 이를 논리적인 언어로 서술하는 과정이며, 생명과학은 엔트로피 법칙 속에서도 질서를 유지하며 복잡성을 키워가는 생명체의 신비로움을 다룹니다. 무질서해 보이는 자연현상 이면에 숨겨진 아름다운 법칙을 찾아내는 과정이야말로 과학이 가진 진정한 매력임을 확인하는 시간이었습니다. 이러한 질서를 이해하려는 노력은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 자연의 본질에 다가가는 숭고한 여정입니다. 과학자의 길을 걷게 된 계기는 거창한 이론보다는 소소한 호기심에서 시작된 경우가 많았습니다. 밤하늘의 별을 보며 우주를 동경하거나, 뇌의 작동 원리에 의문을 품고, 집 옥상에서 위험천만한 화학 실험을 감행하던 어린 시절의 기억들이 그들을 과학의 세계로 이끌었습니다. 다큐멘터리를 보며 생명의 경이로움을 느꼈던 경험이나 수학이 가진 근원적인 설명력에 매료된 순간들은, 불확실한 미래 속에서도 과학자라는 꿈을 포기하지 않게 만드는 강력한 원동력이 되었습니다. 작은 호기심의 씨앗이 자라나 인류의 지식 지평을 넓히는 거대한 나무가 된 셈입니다. 과학자로 성장하는 과정은 결코 순탄치만은 않습니다. 여성 과학자로서 겪는 환경적 제약이나 대학원 과정에서의 학문적 고뇌, 그리고 학부생이 느끼는 진로에 대한 불안감은 모든 과학도가 마주하는 현실적인 도전입니다. 하지만 패널들은 다양성이 존중될 때 과학이 더욱 풍요로워질 수 있다고 강조합니다. 남성 중심적인 문화에서 벗어나 새로운 시각을 도입하고, 한국인으로서 특정 분야의 전문가가 되겠다는 자부심을 갖는 것은 과학계의 발전을 위해 매우 중요한 요소입니다. 어려움 속에서도 긍정적인 마음가짐을 유지하는 것이 과학자에게 필요한 덕목임을 시사합니다. 꿈에 대한 확신이 서지 않을 때 어떻게 해야 하느냐는 질문에 대해, 신석민 교수님은 '함께 꾸는 꿈'의 중요성을 역설했습니다. 혼자서 모든 짐을 짊어지기보다는 동료들과 함께 고민하고 힘을 합칠 때, 불확실성은 도전의 기회로 바뀔 수 있습니다. 과학은 단순히 지식을 습득하는 과정이 아니라, 끊임없이 질문을 던지고 그 해답을 찾아가는 긴 여정입니다. 이 과정에서 동료들과 나누는 유대감과 격려는 연구의 고단함을 잊게 하고 다시금 앞으로 나아갈 수 있는 에너지를 제공합니다. 혼자가 아닌 함께일 때 과학자의 꿈은 더욱 견고해지고 현실에 가까워집니다. 자연과학을 전공하면 경제적으로 어려울 것이라는 편견에 대해서도 심도 있는 논의가 이루어졌습니다. 물리학이나 수학 같은 기초과학은 금융, 게임, IT 등 다양한 산업 분야로 진출할 수 있는 탄탄한 사고의 기초가 됩니다. 100세 시대를 살아가는 현대인에게 과학적 사고방식은 변화하는 환경에 적응하고 문제를 해결하는 핵심 역량이 됩니다. 단순히 일자리를 구하는 수단을 넘어, 세상을 바라보는 논리적인 틀을 갖추는 것이 과학 교육이 지향해야 할 진정한 가치입니다. 과학은 굶주림의 길이 아니라, 세상을 더 넓고 깊게 이해하며 자아를 실현하는 풍요로운 길입니다. 대담의 마무리는 미래 과학이 해결해야 할 도전적인 과제들로 채워졌습니다. 상대성이론과 양자역학을 통합할 수 있는 새로운 수학적 언어의 개발, 뇌의 신비를 밝히는 신경세포 연구, 그리고 생태학과 동물 행동학 같은 거시적 생물학 분야의 개척 등은 다음 세대 과학자들이 짊어져야 할 몫입니다. 과학자의 꿈은 정체된 것이 아니라 시대의 흐름에 따라 계속해서 진화하며, 이러한 도전을 멈추지 않을 때 인류의 지식 지평은 더욱 넓어질 것입니다. 오늘 대담에 참여한 학생들의 눈빛에서 우리는 인류의 미래를 밝힐 새로운 과학의 희망을 발견할 수 있었습니다.

박혜윤, 신석민

물리학
화학
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제23회 서울대 자연과학 공개강연 과학자의 꿈과 도전: 무질서에서 질서로

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[강연] 2016 서울대 자연과학대 공개강연 '무질서에서 질서로' (1)

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