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도대체 양자 물리가 뭐야?

19세기 후반 인상주의 화가들은 빛의 변화를 포착하기 위해 끊임없이 노력했습니다. 클로드 모네는 건초더미와 성당 연작을 통해 빛의 역동적인 흐름과 파동을 화폭에 담아냈으며, 조르주 쇠라는 점묘법이라는 독창적인 기법을 창조하여 빛을 작은 입자들의 집합으로 묘사했습니다. 이처럼 예술가들이 각자의 방식으로 빛의 본질을 탐구했듯이, 물리학자들 또한 빛이 아주 작은 입자인지 혹은 잔물결 같은 파동인지를 두고 오랜 시간 치열한 논쟁을 이어왔습니다. 양자 물리의 핵심은 모든 물체가 입자와 파동의 성질을 동시에 가진다는 이중성에 있습니다. 입자는 원자나 전자처럼 당구공과 같은 작은 덩어리를 의미하며, 파동은 소리나 파도처럼 진동이 공간으로 퍼져 나가는 현상을 뜻합니다. 일상적인 상식으로는 전혀 연관성이 없어 보이는 두 단어가 하나의 물체를 설명하는 데 쓰인다는 사실이 당혹스러울 수 있습니다. 하지만 미시 세계의 진실을 마주하기 위해서는 우리가 알고 있던 고전적인 구분을 잠시 내려놓아야 합니다. 과학자들은 다양한 실험을 통해 이러한 이중성을 증명해 냈습니다. 광전 효과나 흑체 복사 실험은 파동으로 여겨졌던 빛이 입자처럼 행동한다는 사실을 보여주었으며, 이중 슬릿 실험은 입자인 전자가 파동의 간섭 현상을 일으킨다는 점을 확인시켜 주었습니다. 우리가 해변에서 햇볕을 쬐는 순간에도 빛은 연속적인 파도처럼 느껴지지만, 실제로는 불연속적인 에너지 덩어리들이 우리 몸을 때리는 것과 같습니다. 이처럼 빛은 관측 조건에 따라 상반된 특성을 보여주며 고전 역학의 경계를 허뭅니다. 닐스 보어와 리처드 파인만 같은 위대한 물리학자들조차 양자 물리를 완벽히 이해하는 것은 불가능에 가깝다고 말했습니다. 우리가 사는 거시 세계에서는 물체의 입자성이나 파동성 중 어느 한쪽만을 경험하기 때문에, 두 성질을 동시에 지닌 미시 세계의 모습을 표현할 적절한 단어와 개념이 부족한 것입니다. 마치 중력이 없는 행성에서 태어난 존재가 중력을 이해하기 힘든 것과 같습니다. 우리는 경험해 보지 못한 세계를 설명하려다 보니 필연적으로 논리적 한계에 부딪히게 됩니다. 오늘날 양자 기술은 슈퍼컴퓨터를 뛰어넘는 양자 컴퓨터와 도청이 불가능한 암호 통신 등 공상 과학 같은 현실을 만들어내고 있습니다. 비록 두 성질의 공존이라는 기본 가설이 직관적으로 이해되지 않더라도, 양자 물리의 예측은 단 한 번도 틀린 적이 없기에 우리는 이를 받아들여야 합니다. 이상한 나라의 앨리스를 보며 그 세계의 법칙을 즐기듯, 양자 물리 역시 미시 세계만의 독특한 질서로 인정하는 태도가 필요합니다. 보이지 않는 세계의 법칙은 이미 우리의 미래를 바꾸고 있습니다.

과학플랫폼 SOAK

물리학

이거.. 성공 가능..?! ☀️태양열로 끓이는 짜파게티🍜(feat. 조회수 1만 공약! 여러분의 힘이 필요합돠!) l 별별원정대

태양열을 이용한 요리는 친환경적이면서도 색다른 경험을 제공합니다. 이번에는 태양열 집열판을 활용해 짜장라면과 한우 등심을 동시에 조리하는 도전이 이루어졌습니다. 준비물로는 짜장라면 냄비, 물, 팬, 그리고 고급 한우 등심이 사용되었습니다. 맑은 날씨 덕분에 약 15분 정도면 조리가 가능할 것이라는 기대감 속에 실험이 시작되었습니다. 조리 과정에는 시식단과 조수도 함께 참여해 더욱 활기찬 분위기가 연출되었습니다. 짜장라면을 끓이는 과정에서는 물의 양과 순서, 그리고 고기 익힘 정도에 대한 다양한 의견이 오갔습니다. 태양열 집열판의 강한 빛으로 인해 물이 끓는 데 시간이 다소 걸렸고, 고기와 짜장라면을 동시에 익히는 데에도 고민이 많았습니다. 조리 중간중간 예상치 못한 변수들이 등장해, 실험의 긴장감을 더했습니다. 특히 뚜껑을 깜빡하고 챙기지 않은 점이 조리 시간을 늘리는 원인이 되었습니다. 조리 시간이 예상보다 길어지면서 참가자들은 조리 도구의 부족과 태양열 조리의 한계에 대해 논의했습니다. 고기는 미디엄 레어로 익히려 했으나, 태양열의 온도와 시간 조절이 쉽지 않아 덜 익는 부분도 있었습니다. 짜장라면 역시 물의 양이 부족해 스프가 뭉치는 등 어려움이 있었지만, 참가자들은 서로 의견을 나누며 문제를 해결해 나갔습니다. 실험의 과정에서 실수와 변명이 오가며 유쾌한 분위기가 이어졌습니다. 마침내 짜장라면과 고기가 완성되었고, 시식단은 직접 맛을 평가했습니다. 고기는 충분히 익었고, 짜장라면 역시 기대 이상의 맛을 보여주었습니다. 참가자들은 태양열로 조리한 음식의 맛에 감탄하며, 실험의 성공을 자축했습니다. 조리 과정에서의 우여곡절에도 불구하고, 결과적으로 모두가 만족할 만한 식사가 완성되었습니다. 태양열 조리의 가능성과 재미를 동시에 확인할 수 있는 시간이었습니다. 마지막으로 참가자들은 이번 실험의 경험을 바탕으로 다음 도전을 예고했습니다. 조회수가 일정 수준을 넘으면 통닭이나 볶음밥 등 다양한 요리에 도전하겠다는 공약도 내걸었습니다. 시청자들의 의견을 반영해 새로운 메뉴에 도전할 계획임을 밝히며, 앞으로도 태양열을 활용한 다양한 실험이 이어질 것임을 약속했습니다. 친환경 에너지와 요리의 만남이 앞으로 어떤 재미와 가능성을 보여줄지 기대를 모으고 있습니다.

국립과천과학관💫천문우주

지구환경과학
융합

🚀 과학관에 누리호가 떴다?!🔥 싸돌이·디노 이건 못 참지!｜월간싸돌이 2화

국립과천과학관에서는 매달 다양한 과학 행사가 열리며, 어린이날을 맞아 금속 탐지기 만들기, 천체 투영관 과학 마술쇼 등 가족이 함께 즐길 수 있는 체험 프로그램이 마련되었습니다. 또한, 미래 과학자 그림대회 시상식이 개최되어 참가자들의 창의적 아이디어와 과학적 상상력이 돋보이는 작품들이 전시되었습니다. 이처럼 과학관은 어린이와 청소년뿐 아니라 모든 연령층이 과학을 가까이에서 경험할 수 있는 기회를 제공하고 있습니다. 5월에는 우리나라 최초의 한국형 발사체인 누리호의 47m 실물 모형이 공개되어 방문객들에게 큰 감동을 선사했습니다. 또한, 마라톤 레전드 권은주 감독과 함께하는 야간 러닝 프로그램이 진행되어 과학관을 색다르게 즐길 수 있는 기회도 마련되었습니다. 과학을 사랑하는 성인을 위한 '과학과 愛' 프로그램도 준비되어, 예술과 과학의 융합, 기초 실험 등 다양한 주제로 과학적 탐구의 장을 넓히고 있습니다. 최근 인공지능 기술의 발전은 과학관 행사에서도 중요한 역할을 하고 있습니다. 2025 국제인공지능대전에서는 다양한 AI 기술이 소개되었으며, 특히 과학 지식 플랫폼 SOAK은 교수진이 직접 작성한 정확한 과학 콘텐츠와 AI가 생성한 이미지, 보이스 클로닝 기술을 결합해 새로운 과학 교육 경험을 제공합니다. 이러한 플랫폼은 어린이부터 성인까지 누구나 쉽게 접근할 수 있도록 설계되어 과학 교육의 대중화를 이끌고 있습니다. 박람회 현장에서는 AI 기술을 직접 체험할 수 있는 기회가 제공되었으며, 참가자들은 AI 작곡 프로그램 등 다양한 인공지능 응용 기술을 경험할 수 있었습니다. 특히, AI와 과학 교육의 결합은 학습의 흥미를 높이고, 과학 연구 현장을 간접적으로 체험할 수 있는 새로운 방식을 제시합니다. 이처럼 AI는 과학관의 교육 프로그램과 행사에 혁신을 불어넣고 있습니다. 경기도 교육청 미래과학 교육원에서는 '찾아가는 지역 학습장' 프로그램을 통해 과학 동아리 학생들을 대상으로 물리학, 생명과학, 화학 등 다양한 실험 수업을 진행하고 있습니다. 이러한 프로그램은 학생들에게 실질적인 과학 체험의 기회를 제공하며, 미래 과학 인재 양성에 기여하고 있습니다. 앞으로도 과학관과 교육 기관의 협력을 통해 더욱 풍성한 과학 체험과 교육의 장이 마련될 것으로 기대됩니다.

국립과천과학관💙싸돌이💙

물리학
화학
생명과학
천문학
융합

[인터뷰] 유종희_보이지 않는 우주를 탐험하다｜제32회 서울대 자연과학 공개강연_"과학의 탐험"

중성미자는 원자핵이 붕괴하거나 융합될 때 발생하는 아주 작은 입자로, 우주 초기부터 존재해 온 신비로운 존재입니다. 지금 이 순간에도 태양에서 생성된 수많은 중성미자가 우리 몸을 통과하고 있지만, 일반 물질과 거의 상호작용하지 않아 우리는 그 존재를 전혀 느끼지 못합니다. 1930년대에 처음 이론적으로 예측된 이후, 현대 과학은 이 보이지 않는 입자를 인공적으로 만들어내고 관측하는 수준에 도달했습니다. 특히 우리나라는 원자로가 많아 중성미자 연구에 최적의 환경을 갖추고 있으며, 이를 통해 세계적인 수준의 실험 성과를 거두고 있습니다. 우주에는 우리가 알고 있는 물질 외에도 중력으로만 그 존재를 드러내는 암흑물질이 존재합니다. 은하의 회전 속도를 관측해 보면 중심에서 멀어져도 속도가 줄어들지 않는데, 이는 보이지 않는 무언가가 강력한 중력으로 은하를 붙잡고 있음을 의미합니다. 지난 수십 년간 수많은 과학자가 이 실체를 규명하려 노력해 왔으나, 아직 우리가 아는 입자 중에는 이를 설명할 수 있는 대상이 없습니다. 현재는 암흑물질이 일반 물질과 어떤 상호작용을 하는지 밝혀내기 위한 정밀한 탐색 실험들이 전 세계적으로 활발히 진행되고 있습니다. 입자물리학의 역사에서 중성미자가 서로 다른 종류로 변신한다는 '중성미자 진동' 현상의 발견은 매우 중요한 전환점이었습니다. 전자, 뮤온, 타우 중성미자가 일정한 비율로 섞이며 상태가 변하는 이 과정은 우주의 근본 원리를 이해하는 핵심 열쇠입니다. 한국 연구진은 이 진동의 정도를 결정하는 변수 중 가장 측정하기 어려운 값을 찾아내며 국제 학계에 큰 기여를 했습니다. 이러한 정밀 측정은 단순히 입자의 성질을 파악하는 것을 넘어, 우주가 어떻게 지금과 같은 모습을 갖추게 되었는지에 대한 근원적인 질문에 답하는 과정이기도 합니다. 우주 탄생 초기에는 물질과 반물질이 같은 양으로 존재했으나, 어느 순간 균형이 깨지면서 물질이 아주 미세하게 더 많이 살아남게 되었습니다. 만약 이 대칭성이 깨지지 않았다면 물질과 반물질은 모두 소멸하여 현재의 인류와 우주는 존재할 수 없었을 것입니다. 과학자들은 이 미묘한 비대칭의 비밀이 중성미자에 숨겨져 있다고 믿고 있습니다. 현재 미국과 일본을 비롯한 전 세계 연구팀은 향후 수십 년을 내다보며 물질과 반물질의 비대칭 계수를 측정하기 위한 거대 프로젝트를 추진 중이며, 이는 인류의 기원을 밝히는 중요한 여정이 될 것입니다. 과학 연구는 단순히 지식을 쌓는 과정을 넘어, 미지의 세계를 향한 즐거운 탐험이자 일종의 몰입감 넘치는 취미와도 같습니다. 새로운 가설을 세우고 이를 증명해 나가는 과정에서 겪는 수많은 실패는 좌절의 이유가 아니라, 안 되는 방법을 하나씩 지워나가는 논리적인 진보의 과정입니다. 가능성이 없는 길을 빠르게 판단하고 전환하는 '빠른 실패'의 태도는 연구의 효율성을 높이는 중요한 전략이 됩니다. 시도조차 하지 않는 것이야말로 진정한 실패라는 마음가짐으로 끝까지 도전하는 자세가 현대 과학을 지탱하는 진정한 원동력이라 할 수 있습니다.

유종희

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물리학
천문학

[연구뭐하지?] 뇌는 어떻게 정보를 처리하는가? 수학으로 서술하는 뇌인지연구 _곽지현 교수 | 서울대학교 “신경계산 연구실”

우리 뇌는 외부 환경에서 받아들이는 감각 정보와 공간 정보를 전기 신호로 변환하여 처리합니다. 수많은 신경세포가 생성하는 전기 신호들이 합산되고 정교하게 계산됨으로써 정보가 기억으로 저장되는 것입니다. 이러한 뇌의 계산 원리를 밝혀내는 연구는 새로운 정보처리 이론을 정립하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 특히 주변 환경을 인지하고 길을 탐색하며 학습하는 과정에서 다양한 뇌세포들이 어떻게 상호작용하는지 이해하는 것이 이 연구의 주요 목적입니다. 컴퓨터 환경에 작은 뇌를 구현하는 시뮬레이션 연구는 뇌의 복잡한 정보처리 과정을 이해하는 중요한 도구입니다. 뇌 신경세포와 회로를 모사하여 인공신경망을 구축함으로써, 왜 특정 방식으로 세포들이 연결되어야 하는지 그 필연성을 유추할 수 있습니다. 뇌는 1,000억 개의 신경세포가 시공간적으로 끊임없이 신호를 주고받는 생물학적 컴퓨터와 같습니다. 최근 측정 기술의 발달로 확보된 방대한 데이터를 효율적으로 분석하기 위해서는 수리 모델을 통한 검증이 필수적입니다. 신경과학의 역사에서 수학적 접근은 노벨 생리의학상 수상으로 그 가치를 증명한 바 있습니다. 호지킨과 헉슬리는 신경세포의 전기 신호 생성 기전을 미분 방정식으로 수식화하여 생명 현상을 가장 완벽하게 모사했다는 평가를 받습니다. 이러한 선구적인 연구는 인간의 마음이 작동하는 원리까지도 수학적으로 규명할 수 있다는 희망을 줍니다. 개별 세포의 작동 기전이 수식으로 표현될 수 있다면, 시냅스로 연결된 거대한 신경회로망의 정보처리 과정 역시 수리적으로 모델링하여 뇌의 이론적 토대를 마련할 수 있습니다. 뇌 연구는 단순히 이론에 그치지 않고 인지 기능 향상과 질병 치료를 위한 실질적인 방안을 제시합니다. 약물을 이용한 일시적인 처방보다는 특정 신경세포를 직접 조절하여 기억력을 회복시키는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 예를 들어 알츠하이머 모델에서 특정 세포의 활성도를 조절함으로써 감소된 기억을 복원하는 성과를 거두기도 했습니다. 또한 실제 뇌의 복잡한 연결성을 모사하는 연구는 획일화된 구조를 가진 현재의 인공지능 알고리즘을 한 단계 진화시키는 데 중요한 영감을 제공합니다. 뇌의 공간 정보 계산 원리를 명확히 이해한다면 자율주행 자동차와 같은 첨단 산업 분야에도 혁신적인 기술을 적용할 수 있습니다. 과학 연구에서 가장 중요한 동력은 새로운 현상을 발견하고자 하는 재미와 열정입니다. 연구실은 다양한 테크닉과 연구 방법을 갖춘 뷔페와 같은 환경을 제공하여 학생들이 주도적으로 자신의 주제를 탐구할 수 있도록 돕습니다. 학부 과정에서 접하기 어려운 뇌과학의 특성상, 인턴십을 통해 실제 실험 기법을 익히고 학문적 적성을 확인하는 과정은 미래의 과학자로 성장하는 소중한 발판이 됩니다.

곽지현

카오스재단연구뭐하지

뇌인지과학

[연구뭐하지?] 에너지 저장고를 넘어서 대사성 질환의 핵심, 지방세포 연구_김재범 교수 | 서울대학교 “지방세포 및 에너지대사 연구실”

기초 과학을 연구하는 과학자에게 가장 필요한 덕목은 성실함과 꾸준함입니다. '진인사대천명'이라는 좌우명처럼, 매일의 관찰과 결과가 쌓여 비로소 하나의 성과가 만들어지기 때문입니다. 남들의 시선에 흔들리지 않고 자신이 가고자 하는 길을 묵묵히 걸어가는 태도는 연구자로서 삶을 배우는 소중한 과정이 됩니다. 이러한 마음가짐은 단순히 지식을 탐구하는 것을 넘어, 생명의 신비를 밝혀내기 위한 기초 과학의 단단한 토대가 됩니다. 지방 조직은 오랫동안 단순히 에너지를 저장하는 불필요한 기관으로 여겨져 왔습니다. 하지만 최근 연구에 따르면 지방 조직 안에는 지방 세포뿐만 아니라 면역 세포, 줄기 세포, 혈관 세포 등 다양한 세포들이 존재하며 서로 긴밀하게 소통합니다. 이러한 세포 간의 상호작용이 무너지면 비만, 당뇨, 고혈압과 같은 대사성 질환이 발생하게 됩니다. 따라서 지방 조직의 항상성 유지 기전을 밝히는 것은 현대인의 건강을 지키는 핵심적인 연구 분야입니다. 연구의 시작은 때로 우연한 기회에서 비롯되기도 합니다. 90년대 초반, 많은 이들이 근육이나 신경 세포 연구에 몰두할 때 상대적으로 관심이 적었던 지방 세포 분화 연구를 선택한 것은 일종의 행운이었습니다. 당시에는 블루오션이었던 이 분야가 현재는 비만과 당뇨에 대한 관심이 높아지며 치열한 레드오션으로 변모했습니다. 자신이 세운 가설을 실험을 통해 하나씩 검증해 나가는 과정에서 느끼는 성취감은 연구자가 계속해서 앞으로 나아갈 수 있게 하는 강력한 동력이 됩니다. 기초 과학의 원동력은 끝없는 지적 호기심에서 나옵니다. 생명 현상에 대한 궁금증은 남들이 가지 않은 험난한 길을 선택할 수 있는 용기를 줍니다. 하지만 이러한 난관을 혼자만의 힘으로 극복하기는 매우 어렵습니다. 동료들과 아이디어를 공유하고 건강한 비판을 주고받는 토론의 과정이 필수적입니다. "혼자 가면 빨리 가지만 함께 가면 멀리 간다"는 말처럼, 서로를 배려하고 협력하는 학문적 공동체 안에서 비로소 풀리지 않던 복잡한 문제의 실마리를 찾을 수 있습니다. 연구실의 가장 큰 특징은 학생들이 스스로 질문을 던지고 이를 해결해 나가는 독립적인 연구자로 성장하도록 돕는 것입니다. 교수님이 정해준 과제를 수행하는 것에 그치지 않고, 자신만의 논리를 개발하고 가설을 세우는 과정은 결코 쉽지 않습니다. 때로는 실험이 실패하기도 하지만, 수개월에서 수년 동안 질문을 숙성시키며 지혜를 모으는 시간은 박사 공부를 하는 데 있어 가장 중요한 시기입니다. 이러한 자율적인 연구 환경은 졸업 후에도 어디서든 인정받는 훌륭한 과학자로 성장하는 밑거름이 됩니다.

김재범

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[연구뭐하지?] 나만의 질문을 통해 새로운 분야를 개척하는 여정_박제근 교수 | 서울대학교 "양자물질 연구단"

물질의 자기적 성질을 탐구하는 연구는 현대 물리학의 핵심 과제 중 하나입니다. 특히 2010년 이후 세계 최초로 시작된 '2차원 자성체' 연구는 원자들이 평면 위에 배열된 나노미터 두께의 얇은 층에서 나타나는 새로운 물리적 현상을 다룹니다. 반데르발스 자성 물질이라 불리는 이 소재들은 기존 3차원 구조에서는 볼 수 없었던 독특한 상변화와 위상 현상을 보여주며, 연구자들에게 무궁무진한 탐구의 기회를 제공합니다. 원자 수준의 작은 나침반들이 만들어내는 새로운 응용 가능성은 저차원 물리 세계의 매력을 극대화하며 학계의 주목을 받고 있습니다. 연구자로서의 삶에서 가장 중요한 전환점은 남이 던진 질문에 답하는 것을 넘어 '나만의 질문'을 던지기 시작할 때 찾아옵니다. 오랜 시간 우수한 논문을 써왔음에도 불구하고, 근본적인 화두가 외국 연구자로부터 시작되었다는 사실은 때로 학문적 갈증을 유발합니다. 한국적인 정서가 담긴 불상이 인도나 일본의 것과 다르듯, 과학 연구 역시 우리만의 고유한 시각과 질문이 필요합니다. 석굴암의 미학에서 과학적 영감을 얻으려는 시도처럼, 자신만의 방향등을 찾아가는 과정은 연구자가 독립적인 개척자로 거듭나기 위한 필수적인 여정이라 할 수 있습니다. 창의적인 연구는 교수와 학생이 과학자로서 동등하게 질문을 마주하는 수평적인 문화에서 싹틉니다. 지위의 차이를 떠나 누구나 자유롭게 의견을 개진하고, 교수의 생각에 반론을 제기할 수 있는 환경은 연구의 질을 높이는 원동력이 됩니다. 특히 학생들에게 개별 프로젝트를 맡겨 초기 단계부터 끝까지 책임지게 하는 방식은 연구자로서의 독립성을 키워줍니다. 수산시장에서 자신의 좌판을 책임지는 상인처럼, 스스로 연구를 이끌어가는 과정은 다소 느릴지라도 결국 어디서든 제 몫을 다하는 독자적인 연구자를 길러내는 소중한 밑거름이 됩니다. 새로운 분야를 개척하는 연구는 마치 해독할 수 없는 이집트 상형문자로 가득한 '로제타 스톤'을 마주하는 것과 같습니다. 초기 단계에서는 방향을 잡지 못해 당혹스러울 때가 많지만, 끊임없는 실험과 분석을 통해 우리가 이해할 수 있는 언어로 지식을 변환해 나가는 과정이 바로 과학입니다. 아인슈타인이 말했듯 실패가 없다는 것은 새로운 시도를 하지 않았다는 증거이기도 합니다. 실패는 연구의 과정에서 피할 수 없는 일부이며, 이를 대범하게 받아들이는 태도가 필요합니다. 예상치 못한 결과 속에서 답을 찾아가는 인내야말로 과학적 진보를 이끄는 핵심입니다. 2차원 자성체와 같은 첨단 분야의 연구는 단기적인 성과보다는 장기적인 호흡과 끈기가 요구됩니다. 수많은 시행착오와 트러블슈팅 과정을 거쳐야 하기에 연구자는 실패에 무뎌질 수 있는 용기를 가져야 합니다. 비록 성과가 나오기까지의 과정은 고되고 심리적으로 힘들 수 있지만, 오랜 시간 몰입하여 얻어낸 결과물을 세상에 내놓는 순간의 보람은 무엇과도 바꿀 수 없습니다. 돌멩이를 연구한다는 소박한 설명 뒤에는 자연의 신비를 밝히려는 거대한 열망이 숨어 있으며, 이러한 몰입의 즐거움이 모여 결국 우리만의 독창적인 과학 기술을 완성하게 됩니다.

박제근

카오스재단연구뭐하지

물리학

[연구뭐하지?] 사람을 정의하는 핵심, 장기기억 연구_김형 교수 | 서울대학교 "뇌인지회로 연구실"

뇌는 수많은 인지 행동을 구현하기 위해 정교하게 조직된 복잡한 회로망을 가지고 있습니다. 마치 스마트폰의 다양한 기능이 내부의 미세한 회로를 통해 작동하듯, 인간의 사고와 행동 역시 뇌 회로의 유기적인 상호작용의 결과입니다. 뇌인지회로 연구실에서는 이러한 메커니즘을 규명하기 위해 분자 세포 수준부터 시냅스, 해부학적 회로, 그리고 전기생리학과 인지 행동학에 이르기까지 다각적인 연구를 수행하며 뇌의 신비를 종합적으로 이해하고자 노력하고 있습니다. 연구의 핵심 주제 중 하나는 인간의 정체성을 형성하는 장기 기억, 그중에서도 '시각 습관'입니다. 우리가 백화점에서 선호하는 물건을 무의식적으로 바라보는 행위는 과거의 긍정적인 경험이 축적되어 나타나는 자동화된 반응입니다. 이러한 시각 습관이 형성되는 뇌 회로의 원리를 파악하는 것은 매우 중요합니다. 이는 단순히 인간 행동의 이해를 넘어, 습관이 잘못 형성된 중독 질환의 원인을 밝히고 이를 치료할 수 있는 새로운 의학적 실마리를 제공할 수 있기 때문입니다. 인간을 인간답게 만드는 또 다른 요소는 정교한 손의 사용과 그에 따른 촉각 기억입니다. 보이지 않는 곳에서 물체를 만져보고 그것이 무엇인지 인지하며, 그 가치를 판단해 선택하는 과정은 매우 복잡한 의사 결정 회로를 거칩니다. 영장류 모델을 활용한 촉각 기억 연구는 뇌가 정보를 어떻게 표상하고 가치를 평가하는지 밝혀내는 데 중점을 둡니다. 이러한 연구 성과는 향후 생각만으로 기기를 제어하는 브레인-머신 인터페이스(BMI) 기술의 비약적인 발전을 이끌 기초 지식이 될 것입니다. 현재 연구실에서는 뇌의 미상핵이 가치 기억을 처리하는 방식과 도파민 뉴런으로 전달되는 신호 체계를 집중적으로 탐구하고 있습니다. 특히 미상핵의 머리와 꼬리 부분이 서로 다른 가치 정보를 처리한다는 점에 주목하여 관련 유전자를 분석하고 있습니다. 연구의 본질은 단순히 실험 기술을 습득하는 것이 아니라, 현상을 깊이 있게 고찰하고 문제를 해결하는 사고방식을 기르는 데 있습니다. 미시적인 세포 차원에서 시작해 거시적인 선택의 원리를 풀어가는 과정은 뇌과학만이 가진 매력입니다. 창의적인 연구를 위해서는 경직된 틀에서 벗어나 자유롭게 생각하는 환경이 필수적입니다. 이를 위해 연구실에서는 등산이나 아쿠아리움 방문 같은 'H-Day(리프레시 데이)'를 통해 자연 속에서 질문을 던지는 문화를 장려합니다. 미래의 뇌과학자에게는 생물학적 지식뿐만 아니라 프로그래밍, 선형대수, 심리학 등 다양한 학문을 융합하여 문제를 해결하려는 강한 동기가 요구됩니다. 복잡한 뇌 회로의 비밀을 풀기 위해 모든 지식과 기술을 동원하는 종합적인 자세가 연구의 성패를 결정짓는 핵심입니다.

김형

카오스재단연구뭐하지

뇌인지과학

[강연] 양자역학의 두 역설이 우리에게 주는 의미_by 정현석 / 2023 가을 카오스강연 'INCREDIBLE QUANTUM' 7강 | 7강

고전역학은 초기 조건만 완벽히 안다면 미래를 정확히 예측할 수 있다는 결정론적 세계관을 바탕으로 합니다. 하지만 양자역학의 등장은 이러한 상식을 뒤흔들었습니다. 동일한 조건에서도 실험 결과가 확률적으로 나타나며, 측정이라는 행위가 결과에 결정적인 영향을 미치기 때문입니다. 이는 자연의 본질이 비결정론적인지, 아니면 우리가 아직 모르는 숨은 변수가 존재하는지에 대한 심오한 철학적 논쟁을 불러일으켰습니다. 양자역학의 핵심 원리 중 하나는 양자 중첩입니다. 미시 세계의 입자는 관측되기 전까지 여러 상태가 동시에 존재하는 양자 중첩 상태에 머물 수 있습니다. 전자의 이중 슬릿 실험은 이를 극명하게 보여줍니다. 전자가 어느 슬릿을 통과했는지 확인하지 않을 때, 전자는 마치 두 경로를 동시에 지난 것처럼 스크린에 간섭 무늬를 남깁니다. 이는 입자가 파동의 성질을 동시에 지니고 있음을 의미하며, 고전적인 직관으로는 이해하기 어려운 현상입니다. 흥미로운 점은 우리가 전자의 경로를 확인하려 시도하는 순간 간섭 무늬가 사라진다는 사실입니다. 직접적인 관측뿐만 아니라, 양자 얽힘 상태의 입자를 이용해 간접적으로 경로 정보를 얻으려 해도 양자 중첩 상태는 붕괴됩니다. 우주의 그 누구라도 경로 정보를 알 수 있는 상태가 되면 양자적 간섭은 사라지고 고전적인 통계 분포만 남게 됩니다. 이는 정보의 유출 자체가 양자 상태에 물리적인 변화를 일으킨다는 것을 시사하며 측정의 특별한 지위를 보여줍니다. 양자 얽힘은 두 입자가 공간적으로 멀리 떨어져 있어도 하나의 상태처럼 연결되어 있는 현상을 말합니다. 아인슈타인은 이를 '유령 같은 원거리 상호작용'이라 부르며 비판했습니다. 그는 물리적 실재가 측정과 독립적으로 존재해야 하며, 빛보다 빠른 영향력은 불가능하다는 국소적 실재론을 고수했습니다. EPR 역설은 양자역학이 이러한 상식적인 가정을 만족하지 못하므로 불완전한 이론일 수 있다는 의구심에서 제기된 사고 실험이었습니다. 존 벨은 국소적 실재론이 맞다면 반드시 지켜져야 하는 수학적 부등식을 제안하며 이 논쟁을 실험의 영역으로 끌어들였습니다. 이후 클라우저, 아스페, 차일링거 등의 물리학자들은 정교한 실험을 통해 벨의 부등식이 위배됨을 증명했습니다. 이는 아인슈타인의 믿음과 달리 자연이 국소적 실재론을 따르지 않음을 보여준 기념비적인 사건이었습니다. 이들의 공로는 2022년 노벨 물리학상으로 인정받으며 양자역학의 비국소성을 확고히 했습니다. 양자역학의 기묘한 현상을 이해하기 위해 다세계 해석이나 드브로이-봄 이론 같은 다양한 해석들이 존재합니다. 다세계 해석은 측정이 일어날 때마다 우주가 여러 갈래로 갈라진다고 보며 결정론을 복원하려 합니다. 반면 드브로이-봄 이론은 비국소적인 숨은 변수를 도입하여 국소적 실재론을 유지합니다. 이러한 해석들은 양자역학의 수학적 결과는 동일하게 예측하지만, 우리가 사는 세계의 근본적인 구조를 바라보는 방식에서 커다란 차이를 보입니다. 과거에는 철학적 논쟁에 머물렀던 양자 역설은 오늘날 첨단 기술의 핵심 자원이 되고 있습니다. 양자 얽힘과 양자 중첩 원리는 도청이 불가능한 양자 암호 통신과 기존 컴퓨터의 한계를 뛰어넘는 양자 컴퓨팅 구현의 토대가 됩니다. 벨의 부등식은 이제 실험실에서 도청 여부를 확인하는 실용적인 도구로 활용되기도 합니다. 자연에 대한 근본적인 질문에서 시작된 탐구가 인류의 기술 문명을 혁신하는 강력한 동력으로 진화하고 있는 것입니다.

정현석

카오스재단카오스강연

물리학

[인터뷰] 우주는 왜 존재할까? l 스페이스오페라_릴레이 인터뷰 | 우가궁1

우주의 기원에 대한 질문은 인류가 마주한 가장 거대하고도 난해한 수수께끼 중 하나입니다. 과학자들은 우주가 어떻게 시작되었는지 설명하기 위해 다양한 물리적, 수학적 모델을 제시하지만, 정직하게 말하자면 그 근원적인 '이유'에 대해서는 여전히 명확한 답을 내놓지 못하고 있습니다. 우주의 시작은 단순히 과학의 영역을 넘어 신학이나 철학의 탐구 대상이 되기도 합니다. 현대 과학이 밝혀낸 사실들은 우주가 탄생한 이후 어떻게 진화해 왔는지를 보여줄 뿐, 그 이전의 완전한 무(無)의 상태에서 무엇이 존재를 촉발했는지는 여전히 미지의 영역으로 남아 있습니다. 학술적인 관점에서 우주의 탄생은 양자역학적인 확률 사건으로 설명되곤 합니다. 아무것도 없는 상태, 즉 총 에너지가 0인 '무(無)'의 상태에서 양자 요동에 의해 우주가 우연히 발생했다는 가설입니다. 이는 우주가 필연적인 계획에 의해 만들어진 것이 아니라, 극히 낮은 확률이 실현된 결과일 수 있음을 시사합니다. 과학자들은 이러한 현상을 증명하기 위해 강입자 충돌기와 같은 거대 장치를 이용해 물질을 쪼개고 미니 빅뱅의 순간을 재현하려는 노력을 기울이고 있습니다. 이러한 도전은 우리가 목격하는 이 거대한 우주가 아주 작은 미시 세계의 법칙에서 시작되었음을 밝혀내려는 시도입니다. 우주의 유일성에 의문을 제기하는 다중우주론은 우리가 처한 상황을 보다 넓은 시각에서 바라보게 합니다. 과거 지구가 우주의 중심이라고 믿었던 인식이 깨졌듯이, 우리 우주 역시 무한히 존재하는 수많은 우주 중 하나에 불과할 수 있다는 생각입니다. 다중우주론은 단순히 존재를 설명하기 위한 도피성 가설이 아니라, 현대 물리학의 법칙들이 합리적으로 예측하는 이론적 결과물이기도 합니다. 만약 무한한 우주가 존재한다면, 우리가 지금 이 우주에 살고 있다는 사실은 더 이상 기적이 아닌 자연스러운 통계적 결과가 됩니다. 이는 인류의 인식 지평을 우리 우주 너머로 확장하는 중요한 전환점이 됩니다. 천문학자들은 이론적 추론에만 의존하지 않고 관측된 증거를 바탕으로 우주의 역사를 재구성합니다. '룩백 타임'이라는 개념 덕분에 우리는 멀리 떨어진 천체를 관측함으로써 과거의 우주를 직접 들여다볼 수 있습니다. 관측 결과 우주는 시간에 따라 끊임없이 변화하고 진화해 왔으며, 이를 역으로 추적하면 모든 것이 한 점에 모여 있었던 빅뱅의 순간에 도달하게 됩니다. 비록 우주 배경 복사 이전의 아주 초기 순간까지는 직접 관측할 수 없지만, 지금까지 축적된 데이터는 우주가 매우 작고 뜨거운 상태에서 출발했다는 사실을 강력하게 뒷받침하고 있습니다. 최근의 우주론은 우주의 완전한 시작점보다는 그 직후에 일어난 '급팽창(인플레이션)' 현상에 주목하고 있습니다. 우주가 탄생한 직후 상상할 수 없는 속도로 팽창하면서 초기 조건들이 재설정되었기 때문에, 그 이전의 상태를 파악하는 것은 더욱 어려운 과제가 되었습니다. 이제 과학자들에게 중요한 것은 뜨거운 빅뱅의 정체가 무엇인지, 그리고 급팽창(인플레이션)이 어떤 메커니즘을 통해 지금의 우주 구조를 형성했는지를 밝혀내는 일입니다. 비록 궁극적인 시작에 대한 해답은 여전히 멀리 있을지라도, 인류는 과학적 데이터를 토대로 우주의 신비에 그 어느 때보다 가까이 다가가고 있습니다.

권우진, 김용철, 박성찬, 박창범, 신지혜, 윤성철, 이명현, 이석영, 이성재, 이영욱, 임명신, 임채호, 정애리, 조중현, 최기운

카오스재단릴레이 인터뷰

물리학
지구환경과학
천문학
융합

[강연] CERNprise!: CERN에서는 대체 무슨 일이? _ by윤진희ㅣ 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열' 1강 | 1강

인간은 주변 현상에 대해 끊임없이 의문을 품습니다. 지구가 왜 도는지, 밤하늘의 별은 몇 개인지와 같은 원초적인 호기심은 인류 역사의 시작과 함께해 왔습니다. 이러한 궁금증에 답을 찾아가는 과정이 자연스럽게 과학이라는 학문으로 연결되었습니다. 물리학은 우리가 가보지 못한 먼 우주부터 눈에 보이지 않는 아주 작은 세계까지, 인간이 인지할 수 있는 모든 대상을 탐구하며 지식의 지평을 넓혀가는 경이로운 여정입니다. 특히 보이지 않는 세계를 향한 탐구는 물질의 본질을 이해하는 핵심이 됩니다. 물리학이 다루는 규모는 상상을 초월할 정도로 방대합니다. 10의 29승 미터에 달하는 거대한 우주를 다루는 거시 세계부터, 10의 -15승 미터 규모의 초미시 세계까지 모두 물리학의 연구 대상입니다. 이는 10분의 1로 나누는 과정을 무려 15번이나 반복해야 도달할 수 있는 극미의 영역입니다. 인간의 감각으로는 도저히 가늠할 수 없는 이 넓은 범위를 실험과 이론을 통해 하나씩 밝혀내고 있다는 점은 물리학이 가진 가장 큰 매력 중 하나라고 할 수 있습니다. 우리가 흔히 알고 있는 물질은 쪼개고 쪼개다 보면 원자에 도달합니다. 하지만 과학의 발전은 원자 너머의 세계를 보여주었습니다. 원자는 다시 전자와 핵으로 나뉘고, 핵은 양성자와 중성자로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다. 여기서 멈추지 않고 현대 물리학은 양성자와 중성자 내부에서 '쿼크'라는 더 기본적인 입자를 찾아냈습니다. 현재 우리는 쿼크를 더 이상 쪼갤 수 없는 기본 입자로 믿고 있으며, 이들이 어떻게 결합하여 물질을 형성하는지 연구하고 있습니다. 초미시 세계를 관찰하기 위해서는 특별한 도구가 필요합니다. 아주 작은 입자들은 일반적인 현미경으로는 볼 수 없기 때문에 가속기와 검출기를 사용합니다. 가속기는 입자를 높은 에너지로 가속하여 충돌시키는 역할을 하며, 이는 마치 호두 내부를 보기 위해 껍질을 깨는 망치와 같습니다. 입자가 충돌하며 발생하는 신호를 포착하여 내부 구조를 분석함으로써, 우리는 직접 볼 수 없는 극미의 세계에서 어떤 일이 벌어지고 있는지 간접적으로 확인할 수 있습니다. 가속기 기술의 정점은 유럽핵입자물리연구소인 CERN의 거대 강입자 가속기입니다. 지하 100미터 깊이에 설치된 이 장치는 둘레가 무려 27km에 달하며, 빛에 가까운 속도로 입자를 가속합니다. 과거에는 안개 상자나 거품 상자를 이용해 입자의 궤적을 눈으로 직접 확인하며 분석했지만, 오늘날의 실험은 거대한 격납고 규모의 검출기를 통해 이루어집니다. 여기서 쏟아지는 방대한 데이터는 컴퓨터 분석을 거쳐 우주와 물질의 비밀을 푸는 열쇠가 됩니다. 현대 입자 물리학의 근간인 표준 모형은 물질을 구성하는 입자들과 이들 사이의 상호작용을 설명합니다. 여섯 종류의 쿼크와 경입자, 그리고 이들 사이에서 힘을 전달하는 매개 입자들이 정교한 가계도를 이룹니다. 특히 2013년에 발견된 힉스 보존은 다른 입자들에게 질량을 부여하는 중요한 역할을 수행합니다. 자연계의 네 가지 기본 힘인 중력, 전자기력, 강력, 약력 중 초미시 세계에서 결정적인 역할을 하는 강력을 이해하는 것은 물질의 탄생 원리를 밝히는 핵심 과제입니다. CERN에서 진행되는 앨리스 실험은 납 이온을 충돌시켜 우주 탄생 직후의 상태를 재현합니다. 이는 약 138억 년 전 빅뱅 직후의 뜨거웠던 우주 역사를 거슬러 올라가는 과정과 같습니다. 수천 명의 과학자가 협력하여 찰나의 순간에 벌어지는 입자들의 변화를 추적하며 인류 지식의 최전선을 확장하고 있습니다. 이러한 연구는 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리가 어디에서 왔으며 우주는 어떻게 형성되었는지에 대한 근원적인 질문에 답을 제시하려는 숭고한 노력입니다.

윤진희

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물리학

[연구뭐하지] 김근수 교수_연세대학교 '밴드구조제어연구단' | 실험과 이론 어느 것도 놓치고 싶지 않아! 모멘텀 공간의 전자 구조를 가장 정밀하게 측정할 수 있는 곳

고체 물리학은 우리 주변 물질의 다양한 성질을 과학적으로 분석하고 제어하는 학문입니다. 연세대학교 밴드구조제어연구단은 고체 내 전자들이 실제 공간이 아닌 운동량 공간에서 형성하는 구조를 정밀하게 측정하는 데 집중합니다. 이러한 전자 구조는 물질의 투명도나 전기 전도성 같은 기본적인 물성부터 초전도 현상과 같은 신비로운 물리적 특성까지 결정하는 핵심적인 틀이 됩니다. 연구진은 이를 통해 물질의 메커니즘을 파악하고 인류에게 유용한 방식으로 제어하는 것을 궁극적인 목표로 삼고 있습니다. 기초 과학의 연구 성과는 세상에 미치는 파급 효과가 매우 넓고 깊습니다. 특히 상온 초전도체의 구현은 현대 물리학이 추구하는 거대한 목표 중 하나로, 이것이 실현된다면 인류의 에너지 문제는 획기적인 전환점을 맞이하게 될 것입니다. 전력 수송 과정에서의 에너지 손실을 거의 완벽하게 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 자기 부상 열차와 같은 효율적인 교통 시스템을 통해 사회 전반의 비용을 획기적으로 절감할 수 있기 때문입니다. 이러한 변화는 단순한 기술 발전을 넘어 우리 삶의 방식을 근본적으로 바꾸는 계기가 될 것입니다. 물질의 성질을 깊이 있게 이해하기 위해 연구실에서는 각분해 광전자 분광기(ARPES)라는 첨단 장비를 활용합니다. 이 장비는 물질 내부 전자의 에너지와 운동량 관계를 직접적으로 측정하여 전자 구조를 시각화하는 역할을 합니다. 흥미로운 점은 이러한 실험 과정이 단순히 데이터를 얻는 것에 그치지 않고 이론적인 계산과 밀접하게 연결되어 있다는 것입니다. 학생들은 직접 전자 구조를 계산하고 이를 실험 결과와 비교하며, 이론과 실험이 결합된 입체적인 연구를 수행함으로써 물리학자로서의 역량을 다각도로 성장시킬 수 있습니다. 연구의 지평을 넓히기 위해 연구진은 국내외의 다양한 방사광 가속기 연구소를 적극적으로 활용하고 있습니다. 포항 방사광 가속기를 비롯하여 미국 UC 버클리의 ALS, 영국의 다이아몬드 라이트 소스 등 세계적인 연구 시설을 방문하여 실험을 진행합니다. 이러한 해외 출장은 단순히 연구 장비를 사용하는 기회를 넘어, 24시간 넘게 이어지는 치열한 실험 과정 속에서 선후배 간의 노하우를 전수하고 협력하는 소중한 시간이 됩니다. 낯선 환경에서의 고된 연구 과정은 연구자로서의 끈기를 기르고 글로벌 감각을 익히는 밑거름이 됩니다. 대학원 진학을 고민하는 학생들에게 가장 중요한 것은 지도 교수와의 가치관 공유입니다. 연구 분야의 구체적인 내용도 중요하지만, 교수가 지향하는 연구 스타일과 가치가 본인의 성향과 얼마나 잘 맞는지가 장기적인 성장에 더 큰 영향을 미치기 때문입니다. 전문성을 갖추어 가는 과정은 때로 고통스럽고 치열한 인내를 요구하지만, 국제 무대에서 인정받는 성과를 만들어냈을 때의 성취감은 그 무엇과도 바꿀 수 없습니다. 미래를 위한 투자를 아끼지 않고 세계적인 연구자로 거듭나고자 하는 열정은 연구실을 지탱하는 가장 큰 원동력이 됩니다.

김근수

카오스재단연구뭐하지

물리학

[강연] 우주와 기본입자 by 최기운ㅣIBS X KAOS 2021 '기초과학 석학강연'

우주와 기본 입자는 존재의 양 극단에 위치한 대상입니다. 우주는 우리가 아는 가장 거대한 존재이며, 기본 입자는 만물을 구성하는 가장 작은 단위입니다. 고대 신화 속 자신의 꼬리를 삼키는 뱀 '우로보로스'처럼, 이 둘은 서로 멀리 떨어져 있는 듯 보이지만 사실은 그 어느 것보다도 긴밀하게 연결되어 있습니다. 현대 물리학은 우주의 기원을 이해하기 위해 가장 작은 입자의 세계를 탐구하며, 반대로 입자들의 상호작용을 통해 거대한 우주의 구조를 설명합니다. 이러한 연결 고리는 우리가 우주의 탄생과 자연의 궁극적인 법칙을 이해하는 데 핵심적인 열쇠가 됩니다. 현대 물리학의 큰 수수께끼 중 하나는 우주가 왜 원자에 비해 이토록 거대한가라는 '계층성 문제'입니다. 원자의 크기는 전자기력과 전자의 질량에 의해 결정되지만, 우주의 크기는 암흑 에너지와 중력의 세기에 의해 결정됩니다. 모든 존재는 양자역학적인 '양자 요동'을 피할 수 없으며, 이 에너지가 합쳐져 시공간을 휘게 만드는 암흑 에너지가 됩니다. 물리학적 관점에서 중력이 전자기력보다 극도로 약하고 암흑 에너지가 매우 작다는 사실은 기적에 가깝습니다. 이러한 미세한 균형 덕분에 지적 생명체가 존재할 수 있는 광활한 우주가 형성될 수 있었습니다. 우주가 팽창하고 있다는 사실은 과거의 우주가 현재보다 훨씬 작고 뜨거웠음을 시사합니다. 시간을 거꾸로 돌리면 모든 물질과 빛이 한 점에 모이는 고에너지 상태에 도달하게 되는데, 그 증거가 바로 '우주 배경 복사'입니다. 초기 우주가 식으면서 원자핵과 전자가 결합해 중성 원자를 형성하자, 빛이 방해받지 않고 직진할 수 있게 되며 우주는 투명해졌습니다. 이때 방출된 빛은 현재 영하 270도의 온도로 우주 전역에 퍼져 있으며, 이는 초기 우주의 뜨거웠던 상태를 증명하는 가장 강력한 화석과 같은 단서가 되어 우주 진화의 역사를 보여줍니다. 우주의 모든 방향에서 오는 우주 배경 복사의 온도가 거의 동일하다는 사실은 또 다른 신비를 던져줍니다. 서로 교신할 수 없을 만큼 멀리 떨어진 지역들이 같은 온도를 지녔다는 것은, 과거에 빛보다 빠른 속도로 팽창했던 '인플레이션' 시기가 있었음을 의미합니다. 이 인플레이션 과정에서 발생한 미세한 양자 요동은 우주 전체에 에너지 밀도의 차이를 만들었습니다. 이 작은 차이들이 씨앗이 되어 중력에 의해 물질이 뭉치기 시작했고, 결국 오늘날 우리가 보는 은하와 별, 그리고 거대 구조들이 탄생할 수 있는 토대가 마련되었습니다. 이는 관측 데이터와 이론이 기가 막히게 일치하는 지점이기도 합니다. 우리가 알고 있는 일반적인 원자는 우주 전체 에너지의 단 5%에 불과합니다. 나머지 95%는 정체를 알 수 없는 암흑 물질과 암흑 에너지로 채워져 있습니다. 암흑 물질은 빛을 내지 않지만 중력을 통해 은하 내 별들의 운동을 붙잡아두는 역할을 하며, 암흑 에너지는 척력으로 작용하여 우주의 팽창을 가속화합니다. 코페르니쿠스가 지구가 우주의 중심이 아님을 밝혀냈듯, 현대 과학은 인류를 구성하는 물질조차 우주의 주성분이 아니라는 사실을 보여줍니다. 우리는 이 거대한 우주의 변방에서 극히 일부의 구성 요소로 존재하며 우주를 관찰하고 있는 셈입니다. 자연의 근본 법칙을 설명하는 두 기둥은 표준 모형과 일반 상대성 이론입니다. 표준 모형은 쿼크와 렙톤 같은 기본 입자들과 이들 사이의 전자기력, 약력, 강력의 상호작용을 대칭성 원리로 우아하게 설명합니다. 반면 일반 상대성 이론은 중력을 시공간의 곡률로 이해하며 거시적인 우주의 움직임을 규명합니다. 이 이론들은 인류 지성이 도달한 위대한 성취이지만, 여전히 암흑 물질의 정체나 중력이 왜 다른 힘들에 비해 터무니없이 약한지에 대해서는 답을 주지 못합니다. 이를 통합하여 시공간의 궁극적인 구조를 밝혀내는 것은 현대 물리학이 마주한 가장 거대한 도전 과제입니다. 현재 기초과학연구원(IBS)을 비롯한 전 세계 과학자들은 암흑 물질의 실체를 밝히기 위해 치열한 연구를 이어가고 있습니다. 유력한 후보인 '윔프'를 찾기 위해 강원도 정선의 지하 1,000m 깊은 곳에서 미세한 신호를 추적하고 있으며, 또 다른 후보인 '액시온'을 탐색하기 위해 초강력 자석을 이용한 정밀 실험을 진행 중입니다. 비록 인류가 우주라는 거대한 캔버스에서 티끌 같은 존재일지라도, 사고의 힘을 통해 자연의 근본 법칙을 파헤치는 과정은 그 자체로 숭고한 가치를 지닙니다. 이러한 탐구는 언젠가 우주 탄생의 비밀과 우리가 발을 딛고 있는 세계의 근원을 밝혀낼 것입니다.

최기운

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물리학
천문학

[인터뷰] 최기운 _ 초대칭, 암흑물질, 그리고 대통일이론ㅣIBS X KAOS 2021 '기초과학 석학강연'

입자 물리학은 우리가 마주하는 모든 현상의 근원적인 원인을 탐구하는 학문입니다. 어떤 현상을 보더라도 '왜'라는 질문을 거듭하다 보면 결국 물질을 구성하는 가장 작은 단위인 기본 입자의 세계에 도달하게 됩니다. 이는 단순히 작은 것을 연구하는 데 그치지 않고, 우주의 역사를 거슬러 올라가는 과정이기도 합니다. 현재의 우주는 과거의 결과물이며, 그 시작점에는 기본 입자들의 상호작용이 있었기 때문입니다. 따라서 입자 물리학은 인류가 던질 수 있는 가장 근본적인 질문에 답을 찾으려는 특별한 과학 분야라고 할 수 있습니다. 이 분야의 연구는 마치 아무런 정보 없이 신대륙을 찾아 떠나는 항해와 같습니다. 대부분의 과학은 연구 대상의 존재를 알고 시작하지만, 입자 물리학은 지식의 최전선에서 무엇이 존재할지 모르는 채 나아갑니다. 특히 거대 강입자 가속기를 이용한 실험은 수십 년의 시간과 초정밀 기술이 필요하며, 막대한 노력을 기울여도 아무것도 발견하지 못하는 경우가 허다합니다. 그럼에도 불구하고 이론 물리학자들은 수학적 논리와 직관을 바탕으로 새로운 물리 법칙의 가능성을 제시하며, 보이지 않는 신세계를 향한 이정표를 세우는 고독하고도 위대한 여정을 지속합니다. 현대 입자 물리학에서 중요하게 다뤄지는 개념 중 하나는 '초대칭'입니다. 이는 우리가 일상에서 경험하는 좌우 대칭이나 회전 대칭을 넘어선 기묘한 양자역학적 대칭성입니다. 초대칭 이론에 따르면 우리가 사는 시공간에는 일반적인 차원과는 성질이 다른 새로운 차원이 존재합니다. 이 차원에서는 360도를 회전했을 때 제자리로 돌아오는 것이 아니라 부호가 바뀌는 독특한 특성을 가집니다. 이러한 원리에 따라 세상의 모든 기본 입자에게는 성질이 다른 '초대칭 짝입자'가 반드시 존재해야 하며, 이는 우주의 구조를 이해하는 핵심 열쇠로 여겨집니다. 과학자들은 거대 강입자 가속기(LHC)를 통해 이러한 초대칭의 흔적을 발견하기를 고대해 왔습니다. 2010년경 실험이 시작될 당시, 인류가 도달한 최고의 에너지 영역에서 새로운 물리 법칙이 모습을 드러낼 것이라는 기대가 컸습니다. 비록 힉스 보손을 발견하는 기념비적인 성과를 거두었지만, 안타깝게도 기대했던 초대칭 짝입자나 완전한 신세계의 증거는 아직 발견되지 않았습니다. 우리가 건조한 배가 도달할 수 있는 거리 안에 아직 신대륙이 나타나지 않은 셈이지만, 이는 오히려 더 높은 에너지와 정밀도를 갖춘 미래의 탐구를 자극하는 계기가 되고 있습니다. 인류는 이제 모든 물리 현상을 하나의 원리로 설명하는 '만물의 이론'을 꿈꾸고 있습니다. 뉴턴이 지상과 천상의 운동을 통일하고 맥스웰이 전자기와 빛을 통합했듯이, 현대 물리학은 강력, 약력, 전자기력을 하나의 틀 안에서 이해하려 노력합니다. 그 연장선상에서 현재 가장 큰 화두는 우주의 대부분을 차지하지만 정체가 베일에 싸인 '암흑 물질'을 찾는 것입니다. 윔프나 액시온 같은 후보를 추적하는 연구는 노벨상 이상의 가치를 지닌 인류 지성의 도전이며, 이 거대한 수수께끼를 풀었을 때 우리는 비로소 우주의 진정한 설계도에 한 걸음 더 다가서게 될 것입니다.

최기운

카오스재단카오스크로스

물리학
천문학

[강연] 보이는 우주와 보이지 않는 우주 _ by박성찬ㅣ 2021 '시간, 물질 그리고 우주' 5강 | 5강

우주의 기원과 시간의 본질에 대한 탐구는 인류가 오랫동안 품어온 가장 근원적인 질문 중 하나입니다. 현대 물리학은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 통해 시간과 공간이 별개의 존재가 아닌, '시공간'이라는 하나의 유기적인 구조로 얽혀 있음을 밝혀냈습니다. 이러한 관점의 변화는 우리가 우주를 바라보는 방식을 근본적으로 뒤바꾸어 놓았으며, 거대한 우주의 팽창과 기본 입자의 움직임을 하나의 틀 안에서 이해하려는 시도로 이어졌습니다. 시공간의 휘어짐이 중력을 결정한다는 사실은 우주의 거대 구조를 설명하는 핵심적인 열쇠가 되었습니다. 물질의 근원을 찾아가는 여정은 양자역학이라는 미시 세계의 법칙을 마주하게 합니다. 우리 주변을 구성하는 모든 물질은 원자보다 더 작은 기본 입자들로 이루어져 있으며, 이들은 끊임없이 상호작용하며 우주의 질서를 만들어냅니다. 에너지가 물질로 변하고, 다시 물질이 에너지로 환원되는 과정은 우주의 탄생과 진화의 핵심적인 메커니즘입니다. 이러한 물리적 법칙들은 단순한 수식을 넘어 우주가 존재하는 방식 그 자체를 설명해 줍니다. 미시 세계의 불확정성이 거시 세계의 확정성과 어떻게 연결되는지를 이해하는 것은 현대 과학의 중요한 과제입니다. 우주는 약 138억 년 전 빅뱅을 통해 시작되었습니다. 아주 작은 점에 불과했던 우주가 급격히 팽창하며 현재의 광활한 공간을 형성했다는 사실은 현대 우주론의 근간을 이룹니다. 초기 우주의 뜨겁고 밀도 높은 상태에서 빛과 물질이 분리되었고, 그 흔적은 오늘날 우주 배경 복사라는 형태로 우리에게 전달되고 있습니다. 이는 과거의 사건이 현재의 우주 구조에 어떤 영향을 미쳤는지를 보여주는 결정적인 증거가 됩니다. 우주의 팽창 속도를 측정함으로써 우리는 우주의 나이와 미래의 운명을 예측할 수 있는 단서를 얻게 되었습니다. 시간의 흐름은 왜 한 방향으로만 흐르는가에 대한 해답은 엔트로피 법칙에서 찾을 수 있습니다. 열역학 제2법칙에 따르면 고립된 계의 엔트로피는 항상 증가하는 방향으로 나아갑니다. 이러한 엔트로피의 증가는 과거와 미래를 구분 짓는 '시간의 화살'을 정의하며, 우주가 결국 열적 죽음이라는 평형 상태를 향해 가고 있음을 암시합니다. 질서에서 무질서로 향하는 이 거대한 흐름은 생명과 우주의 모든 변화를 관통하는 원리입니다. 우리가 경험하는 시간의 비가역성은 우주 전체의 통계적인 필연성에 기인한 것이라 볼 수 있습니다. 블랙홀은 시공간의 곡률이 극단적으로 휘어진 천체로, 현대 물리학의 한계를 시험하는 장소입니다. 엄청난 중력으로 인해 빛조차 빠져나올 수 없는 이 영역에서는 시간의 흐름이 멈춘 것처럼 느껴지기도 합니다. 블랙홀 연구는 일반 상대성 이론과 양자역학을 통합하려는 양자 중력 이론의 실마리를 제공합니다. 우주의 가장 극단적인 환경을 이해함으로써 우리는 시공간의 본질에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 됩니다. 최근에는 블랙홀의 그림자를 직접 관측하는 데 성공하며, 이론으로만 존재하던 우주의 신비가 점차 실체적인 모습으로 드러나고 있습니다. 우리가 관측할 수 있는 물질은 우주 전체의 극히 일부에 불과합니다. 보이지 않는 암흑 물질과 우주의 가속 팽창을 일으키는 암흑 에너지는 현대 물리학의 가장 큰 수수께끼 중 하나입니다. 이들은 은하의 형성과 우주의 거대 구조를 유지하는 데 결정적인 역할을 하지만, 그 실체는 여전히 베일에 싸여 있습니다. 미지의 영역을 탐구하는 과정은 과학적 호기심을 자극하며 우주에 대한 우리의 이해를 확장하는 동력이 됩니다. 암흑의 세계를 밝혀내려는 노력은 우리가 알고 있는 물리 법칙을 재정의해야 할지도 모르는 거대한 전환점을 예고합니다. 시간과 물질, 그리고 우주를 관통하는 물리 법칙들은 서로 긴밀하게 연결되어 거대한 조화를 이룹니다. 우리는 우주의 먼지에서 태어나 우주의 법칙을 이해하려는 지적 존재로 진화했습니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 과정이 아니라, 우리가 어디에서 왔고 어디로 가는지에 대한 답을 찾아가는 숭고한 여정입니다. 우주의 신비를 하나씩 풀어가는 과정에서 우리는 존재의 경이로움을 느끼며, 더 넓은 세계를 향한 탐구를 멈추지 않을 것입니다. 이러한 지적 탐구는 인류가 우주라는 거대한 무대에서 자신의 위치를 확인하고 미래를 설계하는 밑거름이 됩니다.

박성찬

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[인터뷰] 박성찬_입자물리가 우주론에서 필수인 이유ㅣ 2021 카오스강연 '시간, 물질 그리고 우주'

이론물리학은 현대 과학의 근간을 이루는 핵심적인 분야입니다. 단순히 실험을 통해 얻은 수치들을 나열하는 것에 그치지 않고, 그 현상 이면에 숨겨진 원리를 조직화하여 우리가 이해할 수 있는 형태로 만드는 것이 바로 이론물리학의 역할입니다. 만약 이론적 토대가 없다면 물리학은 자기가 무엇을 실험하는지도 모르는 공허한 상태에 빠지게 될 것입니다. 따라서 이론물리학은 단순한 가설의 설정을 넘어, 복잡한 자연 현상을 체계적인 지식으로 변환하는 필수적인 과정이라고 할 수 있습니다. 현재 인류가 도달한 물리학의 최첨단에는 '표준 모형'이 자리 잡고 있습니다. 선배 물리학자들이 완성한 이 아름다운 이론은 현대 과학의 정수이며, 우리가 미시 세계의 질서를 파악할 수 있도록 돕는 가장 강력한 도구이자 지침서 역할을 수행하고 있습니다. 만약 이 체계적인 이론적 틀이 존재하지 않았다면, 현대 물리학은 만물의 상호작용을 논리적으로 설명하고 물질의 근본 구조를 규명하는 데 있어 커다란 난관에 봉착했을 것입니다. 하지만 완벽해 보이는 표준 모형에도 여전히 해결하지 못한 과제들이 남아 있습니다. 최근 연구에 따르면 우주의 95% 이상은 우리가 아직 정체를 알지 못하는 암흑 물질과 암흑 에너지로 구성되어 있는데, 이는 현재의 표준 모형만으로는 전혀 설명할 수 없는 영역입니다. 과학자들은 이러한 한계를 극복하고 우주의 신비를 온전히 밝혀내기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 기존의 성과를 존중하면서도 그 너머의 진실을 찾으려는 도전 정신이야말로 물리학을 더욱 발전시키는 원동력이 됩니다. 유럽 입자 물리 연구소인 CERN은 전 세계 지성의 산실로 불리는 곳입니다. 이곳의 카페 테라스에서는 수많은 노벨상 수상자들을 마주할 수 있을 정도로 학문적 열기가 뜨겁습니다. 특히 거대 강입자 가속기인 LHC는 우주의 비밀을 풀기 위한 핵심 장치로, 현재는 성능 향상을 위한 업그레이드 작업이 진행 중입니다. 가동 중에는 방사선 위험으로 인해 접근이 엄격히 통제되지만, 평소에는 일반인들을 위한 견학 프로그램도 운영되어 현대 물리학의 최전선을 직접 체험해 볼 수 있는 기회를 제공합니다. 물리학자들은 상상력을 자극하는 SF 소설을 통해 영감을 얻기도 합니다. 배명훈 작가의 소설 속 '이론 요리' 개념이나 곽재식 작가의 독특한 시선은 이공계적 사고방식을 흥미롭게 풀어냅니다. 또한 조 홀드먼의 '영원한 전쟁'처럼 상대성 이론을 활용해 시간 여행과 사랑을 그려낸 작품들은 과학적 원리가 예술적 감성과 어떻게 만날 수 있는지를 잘 보여줍니다. 입자물리학이 단순히 미시 세계에 머물지 않고 거대한 우주를 이야기하는 이유는, 결국 만물의 근원을 이해하려는 인간의 근본적인 호기심이 우주 전체로 확장되기 때문입니다.

박성찬

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[인터뷰] 임채호_양자역학이 일반인에게 어려운 이유ㅣ 2021 카오스강연 '시간, 물질 그리고 우주'

밤하늘의 은하수를 바라보며 느끼는 감성은 우리를 무한한 상상력의 세계로 인도합니다. 하지만 양자역학의 세계는 우리가 일상에서 직접 보고 느낄 수 있는 범위를 벗어나 있기에 매우 어렵고 생소하게 다가옵니다. 과학자들에게 양자역학은 자연의 근본 원리를 다루는 하나의 정교한 도구와 같습니다. 수많은 실험을 통해 축적된 지식은 비록 간접적일지라도 미시 세계의 특별한 메커니즘을 끊임없이 입증해 왔습니다. 일반인들이 양자역학의 복잡한 수식과 공식을 모두 이해하기는 힘들겠지만, 그 속에 담긴 핵심적인 사고방식 한두 가지만이라도 파악한다면 현대 과학의 정수를 이해하는 소중한 발판이 될 것입니다. 우주의 시작을 추적하다 보면 우리는 필연적으로 양자역학의 영역에 도달하게 됩니다. 현재 팽창하는 우주를 거꾸로 되돌리면 원자보다 더 작은 미시 세계, 즉 소립자 세계가 나타나기 때문입니다. 이 초기 우주에서는 양자 현상이 결정적인 역할을 하며, 우리가 일상적으로 경험하는 거시 세계의 물리 법칙과는 전혀 다른 원리들이 작동합니다. 당시에는 입자와 반입자가 찰나의 순간에 생성되고 소멸하는 역동적인 상호작용이 반복되었습니다. 이러한 미시적 과정들은 오늘날 우리가 목격하는 거대한 우주의 구조를 형성하는 근본적인 기초가 되었으며, 현대 물리학이 풀어야 할 가장 흥미로운 수수께끼 중 하나로 남아 있습니다. 양자역학이 다루는 세계는 우리가 일상에서 경험하는 실수의 세계를 훨씬 넘어섭니다. 소립자의 미세한 움직임을 온전히 이해하기 위해서는 실수를 확장한 복소수 공간이라는 새로운 수학적 틀이 필요합니다. 여기에는 우리가 시계로 재는 일반적인 시간 외에 '허수 시간'이라는 독특한 개념이 존재합니다. 이러한 특수한 시간의 영역에서는 아주 짧은 찰나의 순간이 실제로는 매우 긴 물리적 과정이 될 수 있으며, 보이지 않는 곳에서 수많은 입자가 상호작용합니다. 이러한 현상들은 비록 우리 눈에 직접 보이지는 않지만, 결국 거시적인 자연의 다양한 현상 속에 간접적인 형태로 투영되어 그 존재를 드러냅니다. 오랜 시간 강연을 통해 지식을 전달해 온 학자로서, 정년 이후에는 새로운 방식으로 과학적 아이디어를 표현하고자 하는 시도가 이어지고 있습니다. 나무를 가공하여 추상적인 개념을 구체적인 형상으로 구현하는 작업은 복잡한 언어적 설명 대신 실물 그 자체로 메시지를 전달하는 독특한 매력이 있습니다. 기존의 예술적 형식을 그대로 답습하기보다 자신이 평생 탐구해 온 과학적 원리를 나무라는 따뜻한 소재에 담아내는 과정은 즐거운 도전입니다. 뉴턴 역학이나 확률의 개념을 시각적인 움직임으로 연결하는 목공 작업은, 말로 다 표현할 수 없는 과학의 심오한 아름다움을 대중에게 직관적으로 보여주는 새로운 소통의 언어가 됩니다. 우주를 향한 탐구는 인간의 순수한 상상력과 철학에서 시작하여 정교한 수학과 과학적 검증으로 완성됩니다. 과거에는 밤하늘의 별을 보며 신화와 이야기를 만드는 인문학적 상상이 주를 이루었지만, 20세기에 들어서며 인류는 우주를 객관적이고 과학적으로 탐구할 수 있는 단계에 이르렀습니다. 이를 현실화하기 위해서는 고도의 수학적 노력과 엄밀한 과학적 사고방식이 필수적으로 요구됩니다. 방대한 과학 지식 중에서 가장 기본적이고 핵심적인 원리들을 제대로 이해하고 체득한다면, 우리는 그것을 바탕으로 우주에 대한 사고를 무한히 확장할 수 있습니다. 결국 과학은 복잡한 현상 속에서 단순하고 명쾌한 본질을 찾아가는 여정입니다.

임채호

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물리학

[연구뭐하지] 양범정 교수_서울대학교 '위상물리이론연구실' | 위상 물질 연구로 우주의 구성을 알아보아요

서울대학교 위상물리이론연구실은 고체 물질의 물성을 연구함으로써 우주의 근본 원리를 탐구하는 곳입니다. 이곳의 주된 연구 주제인 위상 물질은 그 성질을 결정하는 근본 입자들이 우주 공간에 존재하는 입자들과 유사한 특성을 지니고 있습니다. 연구진은 고체 내의 입자 거동을 분석하여 우주를 구성하는 입자들의 성질을 규명하고자 노력합니다. 이는 거대한 우주의 신비를 작은 고체 물질이라는 매개체를 통해 실험실 안에서 확인하려는 독특하고도 매력적인 접근 방식이라 할 수 있습니다. 연구실에서는 응집물질물리학 이론 전반을 다루며, 특히 위상적 성질을 가진 물질에 깊은 관심을 두고 있습니다. 최근에는 위상 반금속뿐만 아니라 위상 초전도체에 관한 연구가 활발히 진행 중입니다. 어떤 환경에서 이러한 초전도 현상이 가장 안정적으로 나타나는지, 그리고 그 물질이 가진 고유한 위상적 성질을 어떠한 방식으로 관측할 수 있는지가 주요 연구 과제입니다. 이론적 가설을 세우고 이를 증명하기 위한 정교한 접근이 이 연구의 핵심을 이룹니다. 이곳의 연구 문화는 매우 수평적이고 자유로운 분위기를 자랑합니다. 구성원들이 각자 상이한 세부 주제를 연구하고 있음에도 불구하고, 서로의 연구에 대해 자연스럽게 토론하고 의견을 나누는 문화가 정착되어 있습니다. 새로운 분야를 공부할 때 동료들과의 지적 교류는 큰 힘이 되며, 이는 연구실 내의 활발한 토론 문화를 활성화하는 계기가 됩니다. 또한, 퇴근 후 배드민턴과 같은 운동을 함께 즐기며 체력을 기르고 유대감을 쌓는 등 일과 삶의 균형을 중시하는 모습도 인상적입니다. 대학원 과정은 스스로 문제를 설정하고 해결책을 찾아가는 고독하고도 치열한 과정입니다. 따라서 지적인 자신감과 더불어 새로운 문제에 도전하려는 강한 의지가 필요합니다. 연구는 단거리 경주가 아닌 장기전이기에, 공부에만 매몰되기보다는 운동과 같은 취미를 통해 건강한 체력을 유지하는 것이 중요합니다. 창의적인 아이디어를 가지고 문제를 함께 고민할 준비가 된 학생들에게 이곳은 열려 있습니다. 단순한 지식 습득을 넘어 자신만의 연구 분야에서 전문가로 성장하려는 태도가 무엇보다 강조됩니다. 고체물리학의 가장 큰 매력은 이론과 실험의 조화를 직접 확인할 수 있다는 점에 있습니다. 위상 물질을 구성하는 저에너지 근본 입자들은 여러 형태의 새로운 페르미온으로 이루어져 있는데, 이는 우주 공간에 존재하는 입자들과 그 궤를 같이합니다. 우주 공간의 입자들은 실험적 검증이 매우 어렵지만, 고체 내의 페르미온은 실험실에서의 측정을 통해 그 물성을 직접 관찰할 수 있습니다. 이러한 접근성은 기초 과학의 근본적인 질문에 대한 답을 보다 명확하고 구체적으로 제시해 주는 중요한 통로가 됩니다.

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물리학

[연구뭐하지] 정성훈 교수_서울대학교 '입자물리현상론 연구실' | 물리학은 그렇게 심오한 학문이 아니에요!!

입자물리 현상론은 초기 우주와 미시 세계에서 일어나는 온갖 현상을 탐구하는 학문입니다. 우주 전체 에너지의 25%를 차지하면서도 그 실체가 직접 확인되지 않은 암흑 물질은 이 분야의 가장 큰 수수께끼입니다. 연구자들은 보이지 않는 존재를 증명하기 위해 다양한 가능성을 열어두고 연구하며, 우리가 아는 우주의 지평선 너머에 무엇이 있을지 끊임없이 질문을 던집니다. 이러한 과정은 우주의 근본 원리를 밝히는 동시에 우리가 상상하지 못한 새로운 미래를 여는 열쇠가 됩니다. 이 연구실은 입자물리학, 우주론, 중력파 등 여러 분야를 유기적으로 연결하여 연구를 진행합니다. 얼핏 서로 다른 분야처럼 보일 수 있으나, 초기 우주라는 지점에서 이들은 긴밀하게 맞닿아 있습니다. 특히 현상론은 추상적인 이론과 구체적인 실험 사이를 잇는 다리 역할을 수행합니다. 이론적 질문에 답할 수 있는 실험을 설계하거나, 현재 진행 중인 실험 결과가 이론적으로 어떤 의미를 갖는지 해석하는 것이 이들의 핵심적인 임무라고 할 수 있습니다. 암흑 물질은 빛이나 전하와 상호작용하지 않기에 그 성질을 밝히기가 매우 어렵습니다. 존재가 알려진 지 수십 년이 흘렀음에도 여전히 베일에 싸여 있는 이유입니다. 연구진은 아인슈타인의 장 방정식과 같은 물리 법칙을 바탕으로, 확률적인 현상과 비확률적인 자연 현상을 모두 아우르며 우주의 가장 작은 구성원들이 어떻게 상호작용하는지 그 비밀을 풀어나가고 있습니다. 중력파는 이 보이지 않는 세계의 비밀을 풀어줄 중요한 단서가 될 것으로 기대됩니다. 훌륭한 물리학자가 되기 위해서는 거창하고 심오한 이론에만 매몰되기보다 우리 주변의 일상적인 현상에 관심을 가져야 합니다. 밤길의 자동차 전조등이 퍼져 보이는 이유나 하늘이 파란 이유 같은 소박한 질문들이 사실은 물리학의 본질과 맞닿아 있기 때문입니다. 또한 한 가지 주제에만 깊게 파고들기보다는 다양한 현상에 호기심을 느끼고 새로움을 추구하는 태도가 중요합니다. 익숙한 풍경 속에서 낯선 물리 법칙을 발견하려는 노력이 우주의 비밀에 다가가는 첫걸음이 됩니다. 미지의 영역을 탐구하는 과정에는 필연적으로 슬럼프와 어려움이 따르기 마련입니다. 하지만 이를 극복하는 회복 탄력성을 갖추고 꾸준히 나아가는 것이 과학자로서의 중요한 자질입니다. 수학과 물리학을 사랑하며 우주의 비밀을 실험 가능한 영역에서 풀어보고 싶은 열정이 있다면 누구나 이 탐험에 동참할 수 있습니다. 상상하기 어려운 영역을 다루기에 진입 장벽은 높지만, 그만큼 연구의 과정은 가치 있습니다. 학계의 미래를 이끌어갈 새로운 인재들이 이 흥미로운 여정에 함께하기를 기대합니다.

정성훈

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물리학

[연구뭐하지] 김기훈 교수_서울대학교 '첨단복합물질상태 연구실' | 극한 물리 조건 속 물질의 현상을 이해하다!

극한 조건 물리 연구는 일상에서 접하기 힘든 물리적 환경에서 물질이 어떻게 거동하는지를 탐구하는 학문입니다. 원자가 규칙적으로 배열된 고체를 대상으로 초고자기장이나 초고압, 그리고 절대영도에 가까운 극저온 상태를 인위적으로 조성하여 그 속에서 나타나는 새로운 물성을 근본적으로 이해하고자 노력합니다. 이러한 연구는 물질의 본질적인 특성을 파악하고 인류가 아직 도달하지 못한 물리적 영역을 개척하는 데 중요한 의미를 지닙니다. 특히 복합적인 원소들로 이루어진 신물질을 직접 합성하고 그 변화를 관찰하는 과정은 현대 물리학의 지평을 넓히는 핵심적인 작업이라 할 수 있습니다. 연구의 시작은 세상에 없던 신물질을 합성하는 것에서부터 출발합니다. 최소 3개에서 5개에 이르는 다양한 원소들을 조합하여 신물질을 만들어내고, 이를 단결정이나 다결정, 혹은 얇은 박막 형태로 성장시킵니다. 이렇게 탄생한 시료들에 극저온과 초고압, 초고자기장이라는 극한의 조건을 가했을 때 일어나는 현상을 종합적으로 측정합니다. 이는 단순히 이론적인 예측을 넘어 실제 물질이 보여주는 경이로운 변화를 직접 확인하고 데이터로 증명해내는 도전적인 과정입니다. 연구자들은 이러한 과정을 통해 물질의 숨겨진 원리를 하나씩 밝혀나갑니다. 초전도체나 자성 연구를 수행하기 위해서는 온도를 2~4 켈빈 수준의 극저온으로 낮추는 기술이 필수적입니다. 이를 위해 액체 헬륨이 사용되는데, 비용 문제로 인해 일반적인 연구 환경에서는 접근이 쉽지 않은 경우가 많습니다. 하지만 체계적인 인프라가 갖춰진 연구실에서는 액체 헬륨 수급에 대한 걱정 없이 실험에 몰입할 수 있는 환경을 제공합니다. 안정적인 저온실 운영은 연구자들이 물리적 한계에 도전하며 다양한 실험적 시도를 마음껏 펼칠 수 있게 하는 든든한 기반이 됩니다. 이러한 인프라는 연구의 질을 높이고 실험의 연속성을 보장하는 핵심 자산입니다. 연구의 무대는 국내에만 국한되지 않고 전 세계로 확장됩니다. 특히 초고자기장 실험의 경우 미국 탈라하시에 위치한 국립 고자기장 연구소와 같은 세계적인 기관과 협력하여 수행되기도 합니다. 학생들은 해외 출장을 통해 글로벌 연구 트렌드를 익히고 국제 학회에 참여하며 시야를 넓힐 기회를 얻습니다. 또한 장기적인 연구를 위해 체력 관리와 어학 공부를 지원하는 등 연구자의 성장을 돕는 복지 체계는 학생들이 연구에 전념하면서도 균형 잡힌 생활을 유지할 수 있도록 돕는 중요한 요소입니다. 이는 학계에서 글로벌한 역량을 발휘할 수 있는 밑거름이 됩니다. 극한 조건 물리 연구실을 상징하는 키워드는 '수제 맥주와 운동화'입니다. 이는 직접 무언가를 만들어내는 즐거움과 미지의 영역을 향해 끊임없이 발을 내딛는 탐험 정신을 의미합니다. 우주 전체를 놓고 보았을 때 지구 밖의 수많은 물질은 이미 극한의 조건 속에 놓여 있으며, 이를 연구하는 것은 인류가 아직 가보지 못한 영역에 발자국을 남기는 일과 같습니다. 창의적인 노력과 진취적인 자세를 가진 연구자들에게 이 분야는 무궁무진한 가능성이 열려 있는 도전의 장이 될 것입니다. 새로운 발견을 향한 열정은 곧 인류 지식의 경계를 확장하는 원동력이 됩니다.

김기훈

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물리학

[연구뭐하지?] 이현숙 교수_서울대학교 '암세포생물학연구실' | 암세포 연구실은 사이언스 어벤져스입니다

서울대학교 암세포 생물학 연구실은 각기 다른 개성과 장점을 가진 연구원들이 모여 하나의 목표를 향해 나아가는 '사이언스 어벤져스'와 같습니다. 분자생물학을 기반으로 암세포의 발생 기전을 연구하는 이곳은, 구성원 개개인의 역량이 조화를 이루어 거대한 과학적 난제를 해결하고자 노력합니다. 단순한 지식의 습득을 넘어 생명의 신비를 밝히려는 열정은 연구실을 지탱하는 가장 큰 원동력이 되며, 이는 곧 인류의 건강과 미래를 위한 소중한 발걸음이 됩니다. 현대 생명과학은 유전체 빅데이터와 인공지능 기술이 결합된 일종의 종합 예술 학문으로 진화하고 있습니다. 과거의 전통적인 실험 방식에 국한되지 않고, 다양한 학문적 배경을 가진 인재들이 협업하여 복잡한 생명 현상을 모델링하고 분석합니다. 고등학교 교과서에서 배운 기초 지식을 넘어 생명의 근원적인 질문에 답하고 싶은 이들이라면, 전공의 경계 없이 누구나 도전할 수 있는 열린 공간이 바로 오늘날의 생명과학 연구 현장입니다. 이곳은 하나의 질문이 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 '살아있는 연구실'을 지향합니다. 연구 과정에서 발생하는 수많은 의문은 새로운 답을 찾는 이정표가 되며, 이는 다시 후속 연구를 파생시키는 역동적인 흐름을 만들어냅니다. 특히 국내외 학회 참여와 대가들과의 교류를 통해 연구원들이 자신의 연구를 객관적으로 점검하고 새로운 시각을 가질 수 있도록 적극적으로 지원합니다. 이러한 개방적인 환경은 연구자가 두려움 없이 새로운 방법론을 도입하고 성장하는 밑거름이 됩니다. 연구실의 핵심 과제는 세포주기와 텔로미어 유지 기전을 규명하여 암 발생의 원인을 밝히는 것입니다. 이러한 기초 과학적 연구는 학문적 진보를 이룰 뿐만 아니라, 궁극적으로 암 정복을 통해 인류 사회에 기여하는 가치를 지닙니다. 세계적인 석학과의 만남이나 엄격한 심사 과정을 통해 연구의 질을 높이려는 노력은 연구원들에게 긍정적인 자극을 줍니다. 철저한 준비와 끊임없는 자기 성찰은 과학자로서 갖추어야 할 필수적인 덕목이며, 이는 곧 세계적인 수준의 연구 성과로 이어집니다. 진정한 과학적 탐구는 정해진 목표를 달성하는 것에 그치지 않고, 끊임없이 질문을 따라 미지의 세계로 나아가는 과정입니다. 모든 현상을 회의적인 시각으로 바라보고 본질을 파고드는 태도는 연구자에게 가장 중요한 자산입니다. 따라서 동료들과 활발하게 소통하며 자신의 연구를 명확하게 설명할 수 있는 적극적인 태도가 요구됩니다. 질문이 멈추지 않는 한 연구는 계속되며, 이러한 과정을 통해 우리는 생명의 신비에 한 걸음 더 가까이 다가가게 될 것입니다.

이현숙

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[연구뭐하지?] 김종성 교수_서울대학교 '해양저서생태학 연구실' | 해양생태계, 가꾸고 지키는 노력을 계속해야 합니다!

서울대학교 지구환경과학부의 벤토스 연구실은 해양 생태계의 신비를 밝히기 위해 끊임없이 탐구하는 곳입니다. 이곳에서는 바닷가와 먼 바다를 누비며 다양한 해양생물을 채집하고, 그들에게 이름을 부여하며 적합한 서식지를 찾는 연구를 수행합니다. 단순히 생물을 분류하는 것에 그치지 않고, 각 생명체가 바다라는 거대한 환경 속에서 어떻게 살아가는지를 심도 있게 탐구하며 해양 생태계의 근본적인 원리를 이해하고자 노력하고 있습니다. 연구실의 핵심 활동 중 하나는 해양생물을 대상으로 한 생리 반응 실험입니다. 세포와 단백질 수준부터 개체군과 군집에 이르기까지, 해양 생태계 전반의 반응을 다각도로 분석합니다. 연구진은 온도 변화나 고염분과 같은 극한 환경, 혹은 유해 물질 노출이라는 특수한 조건을 설정하여 해양생물들이 이에 어떻게 대응하고 방어 기작을 작동시키는지 관찰합니다. 이러한 정밀한 실험을 위해 연구실에서는 항상 생물을 건강하게 가꾸고 유지하는 데 심혈을 기울입니다. 벤토스 연구실은 구성원들의 넘치는 에너지와 체계적인 기록 문화가 공존하는 독특한 공간입니다. 교수님과 학생들은 스스로를 '팔방미인'이라 칭할 만큼 학업과 열정적인 생활 모두에 진심을 다합니다. 특히 모든 현장 조사 사진과 세미나 자료, 실험 과정의 세세한 부분까지 기록으로 남겨 보관하는 전통은 연구의 연속성과 신뢰성을 높이는 밑거름이 됩니다. 다양한 개성을 가진 연구원들이 모여 웃음이 끊이지 않는 분위기 속에서 창의적인 연구 성과를 만들어내고 있습니다. 이들의 연구는 크게 구조, 기능, 건강성 평가라는 세 가지 축으로 분류됩니다. 구조 연구는 해양 생태계를 구성하는 해양생물의 종류와 그들 사이의 관계를 파악하며, 기능 연구는 해양생물과 환경이 상호작용하며 해양 생태계가 유지되는 메커니즘을 분석합니다. 마지막으로 건강성 평가는 퇴적물 내 오염도를 화학적, 생물학적, 생태학적으로 분석하여 해양이 얼마나 깨끗하게 유지되고 있는지 확인합니다. 이러한 다각적인 접근은 우리 바다를 보다 체계적으로 관리하고 보존하는 데 기여합니다. 자연은 인위적인 간섭이 최소화된 본연의 모습일 때 가장 아름답다는 것이 연구실의 철학입니다. 개발과 복원이라는 화두 속에서도 해양 생태계를 가꾸고 지키려는 노력은 멈추지 않습니다. 바다를 진심으로 사랑하고 현장 조사에 적극적으로 참여할 수 있는 인재들과 함께, 벤토스 연구실은 앞으로도 해양생물 다양성의 가치를 높이는 길을 걸어갈 것입니다. 우리 모두가 자연의 가치를 소중히 여기고 보전애 동참할 때, 건강한 바다의 미래를 기대할 수 있습니다.

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지구환경과학

[연구뭐하지?] 김빛내리 교수_서울대학교 'RNA 생물학 연구실' | RNA의 모든 것을 연구하고 싶다면 이곳으로!!!!

서울대학교 생명과학부 RNA 생물학 연구실은 유전자 조절의 핵심인 RNA를 전문적으로 연구하는 학문의 장입니다. 마이크로RNA와 mRNA, 그리고 바이러스 RNA가 어떻게 생성되고 기능하는지 그 근본적인 메커니즘을 규명하는 데 매진하고 있습니다. 연구진은 복잡한 생명현상 속에 숨겨진 명확한 질서를 찾아내어, 궁극적으로 인류가 직면한 다양한 질병을 극복하고 생명을 정교하게 제어할 수 있는 과학적 실마리를 제공하고자 합니다. 이곳은 세계적인 수준의 연구를 수행하기 위해 질량 분석기를 포함한 최첨단 실험 설비를 완벽하게 갖추고 있습니다. 생화학부터 세포 생물학까지 폭넓은 실험이 가능한 인프라는 연구원들이 RNA의 특성을 다각도에서 분석할 수 있도록 돕습니다. 또한 매년 모든 구성원이 국제 학회에 참석하여 세계적인 석학들과 토론하며 최신 지견을 나누는 기회를 가짐으로써, 연구에 대한 시야를 넓히고 새로운 동기를 부여받으며 스스로를 재충전합니다. RNA 생물학 연구실만의 특별한 점은 연구 대상인 RNA의 연약함을 배려하는 세심한 문화에 있습니다. RNA는 아주 작은 외부 자극이나 RNA 분해 효소에도 쉽게 분해되기 때문에, 연구원들은 실험 중 항상 마스크를 착용하고 대화를 자제하며 극도의 정숙을 유지합니다. 동료가 실험 중일 때는 뒤에서 조심스럽게 말을 걸어도 되는지 먼저 물어봐야 할 정도로, RNA의 무결성을 지키기 위한 이들의 노력은 일상 속에서 철저하게 지켜지고 있습니다. 연구실의 분위기는 이른바 '생물 덕후'라고 불릴 만큼 학문에 깊이 몰입하는 이들의 열정으로 가득 차 있습니다. 식사 시간조차 연구에 대한 토론으로 이어질 정도로 구성원 간의 학술적 교류가 활발하며, 이는 단순한 업무를 넘어 진심으로 탐구를 즐기는 문화로 자리 잡았습니다. 치열하게 고민하고 그 결과를 함께 나누는 '생각의 놀이터'로서의 환경은 연구원들이 창의적인 아이디어를 마음껏 펼치고 실험할 수 있는 든든한 토대가 됩니다. 스스로 질문을 던지고 해결책을 모색하는 독립적인 연구자들에게 이곳은 무한한 가능성의 공간입니다. 교수님의 전폭적인 지원 아래 풍부한 자원을 활용하여 자신이 원하는 실험을 주도적으로 수행하며 연구자로서의 역량을 키워나갈 수 있기 때문입니다. 비록 거대한 생명의 신비 중 작은 부분을 탐구하는 과정일지라도, RNA라는 핵심 고리를 통해 생명과학의 원대한 목표를 향해 나아가는 이들의 여정은 미래 의학의 새로운 지평을 열어갈 것입니다.

김빛내리

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생명과학

[과학자가 쓴 과학책#10] 김승섭_우리 몸이 세계라면 | KAOS X 공원생활 특집

과학의 역사는 관찰과 실험을 통해 기존의 선입견과 데이터에 근거하지 않은 믿음을 바꾸어 온 과정입니다. 차별과 낙인 역시 편견과 혐오 요소를 제거함으로써 우리가 타인을 온전한 인간으로 대하도록 돕는 과학의 중요한 기여 측면이 있습니다. 1968년 제인 엘리엇의 실험은 멜라닌 색소라는 생물학적 사실에 자의적인 가치를 부여했을 때 아이들의 행동과 능력이 어떻게 변화하는지 극명하게 보여주었습니다. 근거 없는 우월의식은 누군가에게는 특권이 되지만, 다른 이에게는 깊은 상처와 결핍을 남기며 사회적 관계를 왜곡합니다. 생물학적으로 인종은 우리가 생각하는 것만큼 단단하고 확실한 범주가 아닙니다. 타이거 우즈나 버락 오바마의 사례에서 보듯 인종의 구분은 매우 임의적이며, 유전학적으로도 인종 개념을 사용하는 것이 연구에 도움이 되지 않는다는 주장이 힘을 얻고 있습니다. 과거 사무엘 조지 모턴과 같은 학자들은 이미 정해진 결론에 맞춰 데이터를 수집하며 인종 간 우열을 가리려 했으나, 이는 오늘날 유사 과학의 대표적 사례로 꼽힙니다. 과학의 이름으로 자행된 이러한 왜곡은 제국주의와 노예제를 정당화하는 이념적 도구로 활용되어 왔을 뿐입니다. 현대 사회에서도 인종차별적 시선은 무의식 속에 깊이 뿌리박혀 있습니다. 예일대 아동 센터의 연구에 따르면, 유아원 교사들은 아무런 문제 행동을 하지 않는 아이들을 관찰할 때도 흑인 남자아이를 가장 주의 깊게 감시하는 경향을 보였습니다. 누군가가 나를 잠재적 가해자로 의심하며 지켜보고 있다는 사실만으로도 개인은 커다란 스트레스를 받게 됩니다. 이러한 차별적 시선 속에서 일상을 살아가는 것은 끊임없는 긴장과 공포를 유발하며, 이는 단순한 심리적 문제를 넘어 공동체의 정신 건강을 위협하는 심각한 사회적 폭력으로 작용하게 됩니다. 차별과 낙인은 인간의 몸에 물리적인 흔적을 남깁니다. 생명체는 위협을 느낄 때 생존을 위해 심장 박동을 높이고 비상 모드로 전환하는 급성 스트레스 반응을 보입니다. 맹수를 만났을 때 유용한 이 반응이 일상적인 차별과 소외로 인해 상시화되면 신체는 원래의 평형 상태로 돌아오지 못하고 만성적인 위기 상황에 놓이게 됩니다. 물리적 타격이 없더라도 내가 언제 희생양이 될지 모른다는 심리적 위협이 지속되면, 우리 몸의 경고 체계는 과부하를 일으킵니다. 이는 결국 면역 체계를 약화시키고 수많은 질병의 발생으로 이어지는 생물학적 결과로 나타납니다. 한 인간을 단 하나의 카테고리로 규정하는 것은 매우 위험한 일입니다. 킴벌리 크렌쇼가 제안한 교차성 개념은 인종, 성별, 성적 지향 등 수많은 정체성이 복합적으로 얽혀 있음을 강조합니다. 타인을 피부색이나 특정 배경으로 쉽게 정의하지 않고, 내가 틀릴 수 있다는 겸손함으로 상대를 알기 위해 노력하는 자세가 필요합니다. 이는 기존의 편견에 맞서 관찰과 데이터에 근거해 진실을 탐구해 온 과학적 사유 방식과 맞닿아 있습니다. 이러한 열린 감수성을 견지할 때 우리는 서로에게 덜 상처 주며 더불어 살아가는 공존의 길을 찾을 수 있습니다.

김승섭

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생명과학

[연구뭐하지?] 신용일 교수_서울대학교 '양자기체 연구실' | 초유동성?! 양자기체?! 이곳에서 물리 폭풍렙업 중!

양자기체 연구는 절대영도에 매우 근접한, 대략 10의 -9승 도 정도의 극저온 상태에서 물질의 성질을 탐구하는 분야입니다. 이렇게 극도로 낮은 온도에서는 기체가 평소와는 전혀 다른 독특한 양자 현상을 보이게 되는데, 그중에서도 마찰 없이 흐르는 성질인 '초유동성'이 핵심적인 연구 대상입니다. 서울대학교 물리천문학부 양자기체 연구실에서는 이러한 신비로운 물리적 현상을 규명하기 위해 다양한 실험적 접근을 시도하며, 자연의 근본적인 원리를 파헤치는 데 주력하고 있습니다. 과거에는 초유동성 연구가 주로 낮은 온도의 고체에서 나타나는 초전도 현상이나 액체 헬륨의 특이한 흐름을 통해 이루어져 왔습니다. 그러나 최근 원자 기체를 극저온으로 냉각할 수 있는 정교한 실험 기술이 비약적으로 발전하면서 연구의 지평이 넓어졌습니다. 이제 과학자들은 원자 기체의 내부 상태를 세밀하게 제어함으로써 새로운 시스템에서 초유동성을 관찰할 수 있게 되었습니다. 이는 양자 다체계 현상을 이해하는 데 있어 매우 중요한 전환점이 되었으며, 현대 물리학의 핵심적인 연구 분야로 자리 잡았습니다. 극저온 양자기체 물성을 연구하기 위해서는 고도의 기술적 숙련도가 요구됩니다. 연구자들은 기본적으로 진공 기술과 레이저 기술을 완벽히 익혀야 하며, 원자 물리학에 대한 깊은 이해가 필수적입니다. 실험 과정은 마치 만 피스짜리 퍼즐을 맞추거나 RPG 게임에서 레벨업을 하는 과정과 비슷합니다. 수많은 부품을 조립하고 정교하게 조정하며 차곡차곡 경험치를 쌓아가는 긴 여정은 때로 어렵고 힘들지만, 그 과정에서 얻는 지적 즐거움과 성취감은 무엇과도 바꿀 수 없는 중독성 있는 매력을 지니고 있습니다. 연구실의 분위기는 자유롭고 수평적인 의사소통을 지향하며, 팀원 간의 협력이 무엇보다 중요하게 여겨집니다. 복잡한 실험 장비를 다루고 방대한 데이터를 분석해야 하기에 팀플레이 능력이 필수적인 덕목으로 꼽힙니다. 일상적인 소통의 한 예로 식사 메뉴를 정하거나 커피 내기를 할 때 가위바위보를 활용하는 등 유쾌한 문화를 공유하기도 합니다. 이러한 유연한 분위기 속에서 연구원들은 서로의 아이디어를 자유롭게 나누며, 창의적인 연구를 지속할 수 있는 동력을 얻습니다. 초유동성과 초전도 현상에 대한 명확한 물리적 이해는 단순히 지식의 확장을 넘어 인류의 실생활에 혁명적인 변화를 가져올 수 있습니다. 만약 상온에서도 저항 없이 전류가 흐르는 초전도체를 개발할 수 있다면, 발전소에서 도시로 전력을 수송할 때 발생하는 막대한 에너지 손실을 획기적으로 줄일 수 있습니다. 극저온 양자기체 연구는 이러한 꿈의 물질을 설계하기 위한 기초 지식을 제공하며, 에너지 절약과 효율적인 전력망 구축 등 미래 기술의 토대를 마련하는 데 결정적인 역할을 할 것입니다.

신용일

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물리학

[과학자가 쓴 과학책#8] 그래픽디자이너 유지원의 아틀리에: 미래 디자인의 핵심은 수학!? | 뉴턴의 아틀리에 북토크(2)

디자인은 단순히 아름다움을 추구하는 행위를 넘어, 과학과 수학의 원리를 실천적으로 구현하는 과정입니다. '뉴턴의 아틀리에'가 우리의 생각을 텍스트로 담아낸 것이라면, '튜링의 아틀리에'는 디자이너로서 과학적 사고를 어떻게 작업에 투영할 것인가에 대한 실천적 강령이라 할 수 있습니다. 과거에는 예술과 과학의 차이를 부각하거나 추상적인 융합에 머무는 경우가 많았지만, 이제는 구체적인 결과물을 통해 그 효용성을 증명해야 합니다. 지식을 쌓고 경험을 확장하는 여정은 결국 더 좋은 작업을 통해 세상과 소통하기 위함이며, 이는 창작자가 물리 세계의 법칙을 깊이 이해할 때 비로소 완성됩니다. 우리가 마주하는 모든 형태는 중력과 같은 물리적 조건과 유기적인 관계를 맺고 있습니다. 영화 '컨택트'에 등장하는 외계 생명체 헵타포드의 방사형 대칭 구조는 그들이 사는 행성의 중력 환경을 암시하며, 이는 곧 그들의 언어와 비선형적 시간관으로까지 이어집니다. 이처럼 조형은 단순한 모양 이상의 의미를 내포하며, 디자이너는 사물의 외형을 통해 그 이면의 조건을 추정해 나가는 눈을 가져야 합니다. 인간의 신체 조건이 선형적 시간관을 만들었듯, 물리적 환경은 예술적 표현의 근간이 됩니다. 따라서 물리와 미술은 별개의 영역이 아니라, 우리가 세상을 인지하고 가시화하는 방식을 결정짓는 상호 보완적인 관계에 있습니다. 타이포그래피는 글자라는 시각적 요소를 통해 의미를 재구성하는 비주얼 커뮤니케이션의 핵심입니다. 셰익스피어 전집 작업에서 수학적 그리드를 활용해 도형을 추출하고 이를 디자인에 적용한 사례는, 순수한 수학적 접근이 어떻게 문학적 감수성과 연결될 수 있는지를 잘 보여줍니다. 때로는 기성 폰트의 문장 부호가 주는 이질감을 해결하기 위해 직접 문장 부호를 디자인하기도 하는데, 이는 독자의 시선을 사로잡는 세밀한 조형적 완성도를 추구하는 과정입니다. 아무도 알아채지 못하는 미세한 차이라 할지라도, 디자이너는 그 속에서 아름다움을 발견하고 행복을 느낍니다. 이러한 집요함이 모여 책이라는 매체의 경험적 지평을 넓히게 됩니다. 현대의 디자이너는 감각적인 영역을 넘어 소프트웨어를 조정하고 코딩을 활용하는 공학적 역량을 요구받고 있습니다. 수백 페이지에 달하는 책의 숫자 간격을 일일이 조정하는 대신, 폰트 소프트웨어의 내부 설정을 변경하여 문제를 해결하는 방식은 이공계적 사고방식의 실천적 예시입니다. 이는 단순한 노동의 효율화를 넘어, 기술적 도구를 창의적으로 제어함으로써 디자인의 질서를 바로잡는 일입니다. '유지원의 발바움'과 같은 커스텀 폰트의 탄생은 디자이너가 기술의 수동적 사용자에 머물지 않고, 자신의 의도를 관철하기 위해 도구를 재정의하는 주체임을 보여줍니다. 이러한 기술적 이해는 복잡한 시각적 문제를 해결하는 강력한 무기가 됩니다. 디지털 환경은 대개 사각형의 좌표 체계를 기반으로 구축되어 있어, 삼각형과 같은 비정형적 구조를 다룰 때 예기치 못한 기술적 한계에 부딪히기도 합니다. 정삼각형의 높이를 계산할 때 발생하는 무리수와 그로 인한 미세한 오차의 누적은 작업자에게 고통을 안겨주지만, 동시에 기술이 인간의 자연스러운 인지를 어떻게 제약하는지 질문하게 만듭니다. 예술가는 이러한 기술적 불편함을 민감하게 포착하고, '컴퓨터가 우리로부터 앗아간 세계'에 대해 의문을 던지는 사람입니다. 규격화된 세계가 주는 편리함 뒤에 숨겨진 생동감을 되찾기 위해, 디자이너는 끊임없이 도구의 한계를 시험하고 새로운 조형적 가능성을 탐색해야 합니다. 앨런 튜링은 수학을 생물학에 접목하여 동물의 무늬가 형성되는 원리를 수식으로 풀어낸 선구자였습니다. 그의 '튜링 패턴' 개념은 오늘날 제너레이티브 디자인의 근간이 되어, 동일한 알고리즘 안에서도 개체마다 조금씩 다른 변주를 만들어내는 미래형 디자인을 가능케 합니다. 산업 시대의 디자인이 하나의 설계도로 똑같은 제품을 찍어내는 방식이었다면, 디지털 시대의 디자이너는 원칙이 되는 알고리즘을 설계하여 무한한 다양성을 창조합니다. 이는 마치 자연의 현무암이 저마다 다른 구멍을 가지듯, 기술을 통해 유기적인 생명력을 조형물에 부여하는 과정입니다. 이제 디자이너는 제임스 와트의 후예에서 앨런 튜링의 후예로 거듭나고 있습니다. 과학적 원리를 기반으로 한 조형은 단순히 형태를 흉내 내는 것이 아니라, 그 이면의 메커니즘을 이해하고 적용하는 일입니다. 해마의 꼬리가 사각형 구조를 통해 유연성과 강한 악력을 동시에 확보한다는 사실을 깨달을 때, 우리는 비로소 단순한 모방을 넘어선 혁신적인 디자인을 도출할 수 있습니다. 수학을 어렵게만 느끼던 학생들도 자연 속에 숨겨진 수학의 얼굴을 발견하는 순간 창의적인 영감을 얻게 됩니다. 프랭크 게리가 항공 공학의 기술을 빌려 유선형 건축의 새 지평을 열었듯, 우리 역시 과학자들과 소통하며 무엇이든 직접 만들어보는 실천적 태도를 가져야 합니다. 이러한 시도들이 모여 디자인의 미래는 더욱 풍요롭고 유기적인 모습으로 진화할 것입니다.

김상욱, 유지원

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물리학
수학
융합

[연구뭐하지?] 최현용 교수 _ 서울대학교 '초고속 양자 포토닉스 연구실' | 그저 ☆빛빛빛☆ 광학으로 누구보다 빠르게 남들과는 다르게

서울대학교 물리천문학부의 초고속 양자 포토닉스 연구실은 빛을 활용하여 원자 단위의 미세한 세계를 탐구하는 곳입니다. 이곳의 핵심 키워드는 '빠름'으로, 10⁻¹⁵초라는 찰나의 순간을 다루는 펨토초 레이저 기술을 연구의 근간으로 삼고 있습니다. 빛이 단 300나노미터를 이동하는 데 걸리는 극도로 짧은 시간 동안 발생하는 물리적 현상을 포착함으로써, 기존의 측정 방식으로는 관찰하기 어려웠던 양자 물질과 양자 나노 소자의 역동적인 변화를 정밀하게 분석합니다. 연구실에서는 최근 물리 학계에서 큰 주목을 받고 있는 위상 절연체와 2차원 물질의 초고속 전자 동력학을 중점적으로 연구합니다. 짧은 시간 동안만 방출되는 펨토초 레이저를 고체 시료에 조사하여 물질 내부에서 일어나는 복잡한 상호작용을 관찰함으로써 차세대 양자 나노 소자 개발을 위한 기초 토대를 마련하고 있습니다. 이러한 연구는 물질의 근본적인 성질을 이해하고 새로운 물리적 현상을 규명하는 데 중요한 역할을 하며, 미래 기술의 핵심이 될 양자 나노 소자 구현에 기여합니다. 이곳은 연구에만 온전히 집중할 수 있는 합리적인 인프라와 자율적인 분위기를 갖추고 있습니다. 교수님이 제시하는 큰 방향성 안에서 학생들이 스스로 연구 주제와 방법론을 찾아가는 과정은 창의적인 연구자로 성장하는 밑거름이 됩니다. 광학적 기초부터 양자역학, 양자 나노 소자 공학에 이르기까지 폭넓은 분야를 아우르기 때문에 다학제적 연구에 관심이 있는 학생들에게 적합합니다. 실험 과정에서 발생하는 다양한 변수를 적극적으로 해결하려는 의지와 동료들과 협력하는 자세를 갖춘 인재들이 모여 미래의 양자 기술을 선도하고 있습니다.

최현용

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물리학

[연구뭐하지?] 우베 피셔 교수 _서울대학교 '차가운 원자이론 연구실' | 세상에서 가장 차가운 원자를 만나다?

현대 물리학의 최전선에서는 수많은 입자가 모여 만들어내는 양자적 행동을 탐구하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 개별 입자들이 독립적으로 존재할 때와 달리, 이들이 집합적으로 상호작용하며 나타내는 다체계 이론은 물리적 세계를 이해하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 특히 원자와 빛 입자 사이의 정밀한 상호작용을 분석함으로써 우리는 눈에 보이지 않는 미시 세계의 질서를 구체화하고 있습니다. 이러한 연구는 단순한 이론 정립에 그치지 않고 실제 실험과의 긴밀한 협력을 통해 그 타당성을 검증하며 새로운 물리적 가능성을 열어갑니다. 극저온 상태의 원자는 물리학자들에게 매우 흥미로운 연구 대상입니다. 온도를 극한으로 낮추면 원자들은 마치 유체처럼 흐르는 독특한 현상을 보이는데, 이를 활용해 양자 시뮬레이션을 수행할 수 있습니다. 이는 중력이나 시공간의 곡률과 같은 거시적인 우주 현상을 실험실 내부에서 재현하는 놀라운 과정이라고 할 수 있습니다. 예를 들어 음향학적 호킹 복사나 블랙홀의 특성을 연구함으로써, 우주의 근본적인 원리를 작은 원자들의 움직임을 통해 증명해 나가는 지적 여정을 지속하고 있습니다. 서로 다른 물리적 시스템을 결합하는 하이브리드 시스템 연구는 현대 양자역학의 또 다른 중요한 축을 담당합니다. 초전도체와 극저온 원자 시스템을 융합함으로써 기존의 단일 시스템으로는 관찰하기 어려웠던 새로운 양자 현상을 탐구하는 것이 가능해집니다. 온도를 극도로 낮추었을 때 발생하는 양자역학적 변화는 우리가 흔히 알고 있는 초전도 현상과도 깊은 연관이 있습니다. 이러한 융합 연구는 물리적 경계를 허물고 더 넓은 범위의 과학적 발견을 가능하게 하며 미래 기술의 토대를 마련해 줍니다. 물리학의 진정한 매력은 복잡한 수식 너머에 존재하는 명확한 이미지에 있습니다. 연구자들에게 수식은 단순한 계산 도구가 아니라, 머릿속에 물리적 현상을 그려내고 서로의 생각을 공유하는 가장 효율적인 언어와 같습니다. 때로는 긴 설명보다 한 줄의 수식이 더 명확한 소통의 수단이 되기도 하며, 이를 통해 연구 결과의 방향성을 논의하고 새로운 가설을 세우기도 합니다. 이러한 학문적 소통은 연구자들 사이의 깊은 유대감을 형성하며 새로운 발견을 향한 강력한 동력을 제공해 줍니다. 연구의 성과는 강압적인 분위기가 아닌 연구자의 자율성과 주도적인 태도에서 비롯된다고 믿습니다. 교수의 세심한 가이드라인 아래에서 학생이 스스로 주제를 탐구하고 구상할 수 있는 환경은 창의적인 연구를 가능하게 하는 원동력이 됩니다. 시간 관리를 효율적으로 수행하며 자신의 연구에 책임을 다하는 태도는 물리학자로서 성장하는 데 필수적인 요소입니다. 다양한 배경을 가진 이들이 모여 자유롭게 토론하고 탐구하는 열린 공간에서, 양자역학의 신비로운 세계를 함께 밝혀나갈 동료를 기다리고 있습니다.

Uwe R. Fischer(우베 피셔)

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물리학

[카오스 술술과학] 유령을 본다, 맹점 | 카오스 브레인 오디세이(9)

인간의 뇌는 단순히 외부 세계를 수동적으로 받아들이는 장치가 아닙니다. 우리는 과거를 회상하거나 미래를 상상할 때 머릿속에 생생한 이미지를 그려낼 수 있으며, 꿈을 꿀 때는 그것을 현실처럼 느끼기도 합니다. 특히 시력을 상실한 사람들 중 일부는 실제보다 더 실제 같은 환상을 경험하곤 하는데, 이는 우리의 뇌가 외부 자극 없이도 스스로 이미지를 생성하는 능력을 갖추고 있음을 시사합니다. 뇌는 마치 거대한 영상 저장소처럼 데이터를 보관했다가 특정 상황에서 이를 재현하는 놀라운 기능을 수행합니다. 뇌과학자 라마찬드란 박사는 사고로 인해 시야의 일부를 잃은 환자 조시의 사례를 통해 뇌의 신비로운 작동 방식을 설명합니다. 조시는 사고로 뇌의 시각 담당 부위가 손상되어 시야 왼쪽에 손바닥 크기만 한 암점을 갖게 되었습니다. 이로 인해 일상생활에서 시각 정보의 일부가 누락되는 불편함을 겪어야 했습니다. 하지만 더욱 흥미로운 점은 그가 단순히 보지 못하는 것에 그치지 않고, 뇌가 그 빈 공간을 스스로 조작하기 시작했다는 사실입니다. 이는 시각 정보의 결손이 뇌의 능동적인 개입을 유도한다는 점을 보여줍니다. 라마찬드란 박사가 조시에게 끊어진 선분을 보여주었을 때, 놀라운 현상이 일어났습니다. 처음에는 분리된 두 선으로 보였으나 시간이 흐르면서 두 선이 서로를 향해 길어지더니 결국 하나의 완전한 선분으로 연결된 것입니다. 박사는 이를 '채워넣기' 현상이라고 정의했습니다. 뇌가 주변의 정보를 바탕으로 보이지 않는 부분의 이미지를 추론하여 완성시킨 결과입니다. 이러한 현상은 우리가 인지하지 못하는 사이에도 끊임없이 일어나며, 파편화된 시각 정보를 하나의 일관된 세계로 통합하는 역할을 합니다. 우리 눈의 망막에는 시신경이 모여 나가는 통로인 맹점이 존재하며, 이곳에는 시세포가 없어 물리적으로는 아무것도 볼 수 없습니다. 그럼에도 우리가 일상에서 검은 구멍을 느끼지 못하는 이유는 두 가지입니다. 우선 두 눈이 서로의 맹점을 보완해주기 때문이며, 다음으로는 뇌가 주변 배경을 토대로 빈 곳을 정교하게 채워넣기 때문입니다. 간단한 실험을 통해 맹점의 위치를 확인해보면, 특정 거리에서 물체가 사라지는 대신 주변의 색상이나 패턴이 그 자리를 대신하는 경향을 직접 확인할 수 있습니다. 뇌의 이러한 채워넣기 능력은 때로 존재하지 않는 대상을 보게 만드는 원인이 되기도 합니다. 뇌는 불완전한 정보 속에서 의미를 찾으려 노력하며, 이 과정에서 환각이나 유령, 미확인 비행 물체(UFO)와 같은 이미지를 만들어낼 수 있습니다. 실제로 많은 사람이 경험하는 초자연적인 현상들은 뇌가 마음속에 품고 있는 기대를 시각화한 결과일 가능성이 큽니다. 결국 우리가 보는 세상은 외부의 물리적 현실과 뇌가 만들어낸 내부의 상상력이 결합된 결과물이며, 우리는 각자의 마음이 투영된 세계를 살아가고 있는 셈입니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[카오스 술술과학] 발을 성기로 착각한 남자 | 카오스 브레인 오디세이(7)

환상 사지(Phantom Limb)는 사고나 수술로 신체의 일부가 소실되었음에도 불구하고 여전히 그 부위가 존재하는 것처럼 생생하게 느끼는 현상을 말합니다. 이는 단순한 심리적 환각이 아니라, 사지 절단 환자의 약 90%가 실제로 경험할 정도로 흔하게 관찰되는 신경학적 상태입니다. 팔다리뿐만 아니라 맹장, 유방, 심지어 성기에서도 이러한 감각이 보고되곤 합니다. 더욱 놀라운 점은 존재하지 않는 부위에서 칼로 베는 듯한 환상통을 느끼기도 한다는 것인데, 이는 우리 뇌가 호문쿨루스를 어떻게 인식하고 관리하는지에 대한 깊은 의문을 던집니다. 영국의 위대한 해군 제독 넬슨은 전투 중 오른팔을 잃은 뒤에도 손바닥을 후벼 파는 듯한 고통에 시달렸으며, 이를 '감각의 유령'이라 부르며 영혼의 존재에 대한 증거로 보았습니다. 과거 과학자들은 이 현상을 설명하기 위해 프로이트의 소망 충족 가설이나 잘려 나간 말초 신경의 자극 등을 원인으로 꼽았습니다. 하지만 말초 신경 부위를 치료하거나 심지어 추가로 절단해도 통증이 사라지지 않는 사례가 빈번하게 발견되었습니다. 결국 현대 뇌과학의 발전과 함께 문제의 근본적인 원인을 말초 신경이 아닌 뇌 자체의 구조적 변화와 재배선 과정에서 찾기 시작했습니다. 캐나다의 신경외과 의사 펜필드는 뇌의 특정 부위가 몸의 각 부위와 연결되어 있다는 '호문쿨루스'를 정립했습니다. 이 호문쿨루스는 실제 신체의 비율과는 달리 손가락이나 입술처럼 감각이 예민한 부위가 훨씬 넓은 면적을 차지합니다. 흥미로운 점은 호문쿨루스상에서 얼굴과 손, 혹은 발과 성기처럼 서로 인접한 부위들이 존재한다는 사실입니다. 신체 일부가 사라지면 해당 영역을 담당하던 뇌세포들이 인접한 영역의 자극에 반응하도록 촉수를 뻗어 재배선됩니다. 이 과정에서 얼굴을 만질 때 환상 사지의 감각을 동시에 느끼는 기묘한 현상이 발생하게 됩니다. 인도의 신경과학자 라마찬드란 박사는 발에서 강렬한 성적 쾌감을 느끼는 환자의 사례를 통해 뇌 가소성을 증명했습니다. 호문쿨루스에서 발과 성기 영역이 가깝게 붙어 있기 때문에 발생하는 이 현상은, 뇌가 환경 변화에 따라 끊임없이 호문쿨루스를 수정하는 유연한 기관임을 보여줍니다. 이러한 특성은 외부 도구를 신체의 일부로 확장하여 인식하는 능력으로도 이어집니다. 우리가 운전할 때 차체를 내 몸처럼 느끼거나, 스마트폰이 없으면 불안감을 느끼는 것도 뇌가 외부 대상을 자아의 영역으로 받아들이기 때문입니다. 결론적으로 뇌가 만들어내는 '나'라는 존재는 고정불변의 실체가 아니라, 상황과 환경에 따라 끊임없이 요동치고 변화하는 적응의 결과물입니다. 환상 사지나 유체 이탈 경험, 그리고 도구와의 일체감은 모두 변화하는 환경 속에서 생존하기 위해 뇌가 스스로를 재구성하는 과정이라 할 수 있습니다. 우리는 뇌의 이러한 유연한 속성 덕분에 도구를 다루며 문명을 건설하고 진화해 올 수 있었습니다. 보이지 않는 고통과 기묘한 감각들은 역설적으로 인간의 뇌가 얼마나 경이로운 생명력과 적응력을 가진 존재인지를 증명하는 소중한 과학적 단서가 됩니다.

카오스재단술술과학

뇌인지과학

[석학인터뷰] 윌리엄 케일린_노벨상 수상자의 이야기 ㅣ 새벽 4시 40분, 스톡홀름에서 전화가 온다면?

노벨상 수상 소식을 알리는 스톡홀름에서의 전화는 한 과학자의 인생을 송두리째 바꾸어 놓습니다. 매년 수상 확률이 희박함에도 불구하고 벨소리를 켜두고 잠드는 설렘은 모든 연구자의 마음속에 자리 잡고 있을 것입니다. 사실 많은 과학자가 처음부터 연구의 길을 확신하는 것은 아닙니다. 의학도를 꿈꾸던 청년이 훌륭한 멘토를 만나 진정한 과학의 가치를 깨닫고 뒤늦게 연구에 뛰어드는 사례도 많습니다. 중요한 것은 자신이 하는 일을 즐기며 열정을 쏟을 수 있는 환경을 만나는 것입니다. 과학자로서의 삶에서 가장 큰 축복은 일이 더 이상 노동이 아닌 놀이처럼 느껴지는 순간을 맞이하는 것입니다. 연구실에서 기술을 익히고 자신만의 아이디어를 구체화하다 보면, 어느덧 스스로의 재능에 대한 확신이 생기기 시작합니다. 관련 분야의 문헌을 탐독하며 지식의 지평을 넓히는 과정은 모호했던 의문들을 명확하게 해소해 줍니다. 이러한 자신감은 단순히 지식의 양에서 오는 것이 아니라, 문제를 해결해 나가는 과정 자체를 즐기는 태도에서 비롯됩니다. 암 정복은 인류의 오랜 숙원이자 가능성 있는 목표입니다. 2000년 인간 게놈 지도가 발표된 이후, 암 연구는 비로소 정밀한 데이터에 기반한 체계적인 연구의 기틀을 마련하게 되었습니다. 과거 달 착륙이 공학적인 문제 해결의 영역이었다면, 암 치료는 여전히 풀어야 할 과학적 원리가 산재한 영역입니다. 공학은 비용과 시간을 예측할 수 있지만, 과학은 근본적인 원리를 발견해 나가는 과정이기에 더 많은 인내와 탐구가 필요합니다. 우리는 여전히 암이라는 복잡한 생물학적 퍼즐을 풀기 위한 원리를 배우는 중입니다. 모든 위대한 발견은 기술이나 실험 방법이 아니라, 해결하고자 하는 본질적인 질문에서 시작됩니다. 단순히 최신 기술을 사용하는 것에 매몰되지 않고, 그 질문이 얼마나 중요하고 흥미로운지를 먼저 성찰해야 합니다. 좋은 실험은 명확한 결과뿐만 아니라 문제를 바라보는 재치 있는 아이디어를 포함해야 합니다. 남들이 이미 수행하고 있거나 누구나 생각할 수 있는 뻔한 실험보다는, 자신만이 제시할 수 있는 새로운 관점과 반전이 담긴 연구가 과학의 진보를 이끌어냅니다. 현대 과학자들은 자신의 연구가 즉각적으로 어디에 응용될 수 있는지를 증명해야 한다는 압박을 자주 받습니다. 하지만 모든 혁신적인 응용은 기초적인 기전 연구라는 토대 위에서 탄생합니다. 처음에는 단순히 생물학적 퍼즐을 풀고자 했던 순수한 호기심이 결국 인류에게 유용한 지식으로 축적되는 것입니다. 과학에는 지름길이 없으며, 생명 현상을 깊이 있게 이해하려는 기초 연구가 선행될 때 비로소 암 치료와 같은 실질적인 응용 분야의 문이 열리게 됩니다.

William G. Kaelin Jr(윌리엄 케일린)

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

생명과학

[강연] 창의성의 기원, 뇌가 사랑한 오브제 _ by김대수｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 10강 | 10강

유전자는 자연의 역사 속에서 자신의 존재를 보존하고 자손에게 전달하기 위해 뇌라는 경이로운 기관을 만들어냈습니다. 유전자가 담을 수 있는 정보량은 한정적이지만, 뇌는 그 수만 배에 달하는 방대한 정보를 수집하고 활용할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 결국 뇌는 유전자의 생존을 돕기 위해 세상에 적응하고, 때로는 슬픔과 행복이라는 감정을 만들어내며 창의적인 방식으로 외부 세계와 소통하는 신비로운 역할을 수행합니다. 우리 뇌는 세상을 바라볼 때 모든 정보를 낱개로 받아들이기보다 특정 단위로 묶어서 인식하는 경향이 있는데, 이를 '오브제'라고 부릅니다. 예술가들이 과일로 사람의 얼굴을 그리듯, 뇌는 파편화된 정보 속에서 본질을 끌어내어 하나의 의미 있는 대상으로 완성하거나 다른 대상과 분리하여 인식합니다. 이러한 패턴 완성 및 분리 기능은 뇌가 복잡한 환경 속에서 사물을 정확히 판별하고 생존에 필요한 판단을 내리는 데 핵심적인 근거가 됩니다. 생명 진화의 역사를 살펴보면 뇌의 존재 이유는 움직임과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있습니다. 신경계가 없는 해면동물이나 고정된 생활을 하는 멍게와 달리, 고등 동물일수록 목과 턱, 손발이 발달하여 주변의 오브제와 적극적으로 상호작용하게 되었습니다. 사물을 만지고 다루는 능력이 발달함에 따라 뇌의 기능도 함께 진화했으며, 이는 자연 속의 다양한 자원을 활용하여 생존과 번식의 가능성을 높이는 결정적인 계기가 되었습니다. 창의성이란 단순히 독특한 생각을 하는 것에 그치지 않고, 사물의 새로운 용도를 발견하여 실질적인 유용함을 만들어내는 능력을 의미합니다. 물고기를 잡기 위해 빵 조각을 미끼로 사용하는 새의 행동처럼, 자연계에서 창의성은 더 많은 에너지를 효율적으로 습득하게 해주는 강력한 생존 전략입니다. 남들이 이미 검증된 방식에만 머물 때, 새로운 아이디어를 통해 틈새시장을 개척하는 창의적 활동은 개체와 종의 번영에 커다란 이점을 제공합니다. 신경과학적 관점에서 호기심은 특정 물체에 대한 끌림과 탐구 욕구로 정의됩니다. 연구 결과, 시상하부의 MPA라는 신경 영역이 물체에 대한 호기심을 관장한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 신경이 활성화되면 동물은 새로운 대상에 강한 애착을 보이며 이를 획득하기 위해 평소에 없던 창의적인 행동을 발휘합니다. 즉, 호기심은 뇌가 목표를 발견했을 때 이를 달성하기 위해 잠재된 능력을 끌어올리는 핵심적인 동력이 됩니다. 창의력을 현실에서 구현하는 또 다른 핵심 기제는 '메타인지'입니다. 이는 자신이 아는 것과 모르는 것을 구분하고, 하나의 경험을 전혀 다른 상황에 적용하여 문제를 해결하는 고차원적인 학습 능력입니다. 뇌가 오브제를 탐색하며 얻은 정보들을 융합하고 응용하는 과정에서 메타인지가 작동하며, 이는 단순한 지식 습득을 넘어 새로운 가치를 창출하는 창의적 사고로 이어집니다. 이러한 능력은 변화하는 환경에 적응하는 데 필수적입니다. 사물의 가치를 판단하고 창의적인 선택을 내리는 과정에는 사회적 신뢰와 환경이 중요한 변수로 작용합니다. 마시멜로 실험이 보여주듯, 미래의 보상을 믿고 현재의 욕구를 참아내는 능력은 뇌가 더 깊은 아이디어를 생산할 시간을 벌어줍니다. 또한, 충분한 휴식은 뇌가 정보를 연결하고 창의성을 발휘하게 돕는 '인큐베이션' 역할을 합니다. 결국 창의성은 오브제를 향한 뇌의 본능이자, 세상을 더 유용하게 활용하려는 생명력의 표현입니다.

김대수

카오스재단카오스강연

생명과학
뇌인지과학

[석학인터뷰] 이강영_ E=mc^2, 에너지 보존법칙 싹 다 정리합니다 | 2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體'

물리학자는 자유로운 상상가이기보다 데이터와 우주라는 자연의 법칙에 묶여 있는 탐구자입니다. 지난 20여 년간 유럽입자물리연구소(CERN)의 LEP와 LHC, 그리고 미국의 테바트론 같은 거대 가속기들은 새로운 물리 현상을 발견하는 핵심적인 무대가 되어왔습니다. 이곳에서 이론을 실제로 구현하고 새로운 상호작용이나 입자 그리고 대칭성을 찾아내는 과정은 현대 물리학의 근간을 이루는 중요한 연구 분야입니다. 우리가 알고 있는 이론이 가속기라는 거대한 실험 장치 속에서 어떻게 증명되는지를 지켜보는 것은 우주의 비밀을 푸는 첫걸음이라 할 수 있습니다. 현재 입자물리학의 표준모형은 우리가 예상했던 것보다 훨씬 더 정교하게 우주를 설명하고 있습니다. 하지만 이 완벽해 보이는 이론에도 여전히 우리가 납득하지 못하는 공백이 존재합니다. 예를 들어 입자 세대 간의 관계나, 표준모형 너머에 존재할 새로운 물리 법칙에 대한 의문은 여전히 남아 있습니다. 이에 따라 최근의 연구는 천체물리학적 관점에서 암흑물질의 정체를 규명하는 방향으로 확장되고 있습니다. 보이지 않는 존재를 탐구하고 실험하는 과정은 물리학이 나아가야 할 새로운 지평을 제시합니다. 에너지가 원래부터 존재해서 보존되는 것이 아니라, 이 세상에 무언가 변하지 않고 보존되는 것이 있다는 믿음에서 에너지라는 개념이 정립되었습니다. 즉, 관찰과 실험을 통해 확인된 '보존되는 물리량'을 우리가 에너지라고 부르기로 약속한 것에 가깝습니다. 이러한 관점의 전환은 에너지를 단순한 수치가 아닌, 우주의 질서를 유지하는 근본적인 속성으로 이해하게 만듭니다. 보존이라는 속성이야말로 에너지를 정의하는 가장 중요한 열쇠이며, 물리학의 근간을 지탱하는 핵심 원리로서 우리 곁에 존재하고 있습니다. 아인슈타인의 유명한 공식인 E=mc²은 질량이 곧 에너지의 근원임을 시사합니다. 하지만 이 식의 진정한 의미는 운동항이 포함된 전체 관계식 속에서 더욱 명확해집니다. 평상시 우리는 질량 속에 내재된 거대한 에너지를 거의 느끼지 못하며 살아갑니다. 이는 마치 지표면에 있을 때 지구 중심까지의 거리를 의식하지 않는 것과 비슷합니다. 그러나 입자가 매우 높은 에너지 상태에 도달하게 되면, 질량이 부여하는 에너지와 운동을 통해 얻는 에너지의 효과를 동시에 체감하게 됩니다. 고에너지 상태는 우리가 미처 깨닫지 못했던 질량의 본질을 드러내는 순간입니다. 물질의 가장 기본적인 성질 중 하나인 스핀은 순수하게 양자역학적인 효과로 나타나는 독특한 현상입니다. 이는 고전적인 물리 상식으로는 설명하기 어려운 영역이며, 양자역학의 신비로움을 이해하는 핵심적인 주제이기도 합니다. 과학적 지식을 습득할 때는 훌륭한 저술가의 논리라도 비판적으로 수용하는 태도가 필요합니다. 에너지가 무엇인지 한마디로 정의하기는 어렵지만, 그것이 왜 필요했는지와 어떤 속성을 지니고 있는지를 추적하는 과정은 현대 물리학이 상대성이론과 양자역학을 만나 보여주는 놀라운 세계로 우리를 안내할 것입니다.

이강영

카오스재단카오스강연

물리학

[카오스 술술과학] 다중우주 (3) : 다세계해석과 양자 평행우주

양자역학의 세계는 우리가 상식적으로 이해하기 힘든 비현실적인 현상들로 가득 차 있습니다. 그중 가장 유명한 사례는 단연 슈뢰딩거의 고양이 실험일 것입니다. 폐쇄된 상자 안에서 전자가 이중 슬릿의 어느 문을 통과하느냐에 따라 고양이의 생사가 결정된다고 가정해 봅시다. 관측하기 전까지 전자는 두 상태가 양자 중첩되어 있으며, 논리적으로는 고양이 역시 살아있는 상태와 죽어있는 상태가 동시에 존재하게 됩니다. 이러한 미시 세계의 양자 중첩은 거시 세계를 살아가는 우리에게 매우 낯설고 기묘한 감각을 선사합니다. 물리학자 맥스 테그마크는 이러한 양자 중첩을 일상의 선택과 연결해 설명합니다. 예를 들어 자전거를 타고 길을 건너는 찰나의 순간, 뇌 속의 칼슘 원자 하나가 특정 신경 부위에 도달하느냐 마느냐에 따라 사고 여부가 결정될 수 있습니다. 만약 원자의 움직임이 양자 중첩되어 있다면, 우리는 찰나의 순간에 살아남은 자신과 사고를 당한 자신으로 나뉘게 됩니다. 이는 단순한 상상을 넘어, 미시적인 양자 현상이 어떻게 거대한 현실의 갈림길을 만들어낼 수 있는지에 대한 심오한 질문을 던집니다. 고전적인 코펜하겐 해석은 우리가 관측하는 순간 중첩된 파동함수가 붕괴하여 하나의 현실만 남는다고 설명합니다. 하지만 휴 에버렛 3세는 이러한 해석이 부자연스럽다고 느꼈습니다. 그는 슈뢰딩거 방정식을 끝까지 고수하며 파동함수는 결코 붕괴되지 않는다고 주장했습니다. 즉, 관측에 의해 하나의 결과가 선택되는 것이 아니라, 가능한 모든 결과가 각각의 세계에서 실제로 일어난다는 것입니다. 이것이 바로 다세계 해석의 시작이며, 우리가 인지하지 못하는 무한한 평행우주의 존재를 시사합니다. 다세계 해석에 따르면 우주는 측정이나 결정이 일어날 때마다 끊임없이 갈라지며, 우리는 그중 단 하나의 가지에 존재할 뿐입니다. 이 관점에서는 파동함수의 붕괴라는 억지스러운 과정이 필요하지 않습니다. 모든 가능성은 사라지지 않고 각자의 우주에서 실현되기에, 어딘가에는 내가 죽지 않고 영원히 살아가는 우주도 존재하게 됩니다. 비록 동시대 과학자들에게는 외면받았지만, 에버렛의 이론은 현실의 본질을 바라보는 완전히 새로운 틀을 제공하며 현대 물리학의 중요한 화두로 자리 잡았습니다. 오늘날 평행우주 개념은 영화나 소설 등 대중문화에서 매력적인 소재로 활용되고 있습니다. 마블 시리즈의 평행우주나 타임 루프를 다룬 작품들은 우리가 선택하지 않은 길에 대한 호기심을 자극합니다. 다세계 해석을 완전히 믿기는 어려울지라도, 이 이론은 우리에게 묘한 위안을 주기도 합니다. 지금 이 세계에서 실패하거나 고통받더라도, 다른 평행우주 어딘가에는 꿈을 이루고 행복을 누리는 또 다른 내가 존재할 것이기 때문입니다. 우주는 우리가 상상하는 것보다 훨씬 더 거대하고 다채로운 모습을 숨기고 있을지도 모릅니다.

카오스재단'다중우주'시리즈

천문학

[강연] 물리 어벤져스 | 강연자 토론 _고재현, 김범준, 김상욱 | 2018 여름 카오스 마스터 클래스 '물리'

현대 물리학의 궁극적인 지향점 중 하나는 자연계에 존재하는 네 가지 힘을 하나의 원리로 설명하는 '모든 것의 이론(TOE)'을 완성하는 것입니다. 하지만 물리학자들이 이 이론을 손에 넣는다고 해서 세상의 모든 현상을 즉각적으로 이해할 수 있는 것은 아닙니다. 우주를 구성하는 기본 입자와 그들 사이의 규칙을 아는 것은 문학 작품을 구성하는 알파벳과 문법을 익히는 것과 같습니다. 문법을 안다고 해서 셰익스피어의 희곡을 저절로 쓸 수 없듯이, 기초 법칙만으로 생명이나 사회 현상 같은 복잡한 층위의 의미를 다 설명하기에는 근본적인 한계가 존재합니다. 양자 컴퓨터는 최근 과학계와 산업계에서 가장 뜨거운 화두 중 하나이지만, 현재의 기대감에는 다소 거품이 섞여 있다는 냉철한 시각도 필요합니다. 이론적으로 양자 알고리즘은 특정 작업에서 기존 컴퓨터를 압도하는 성능을 보여줄 수 있으나, 이를 실제로 구현하는 과정에는 극저온과 진공 상태 유지라는 가혹한 기술적 장벽이 존재합니다. 현재는 범용 컴퓨터로서의 상용화보다는 기본적인 연산이 가능한 큐비트 칩을 개발하고 검증하는 초기 단계에 머물러 있습니다. 따라서 기술적 가능성에 대한 낙관과 함께 현실적인 한계를 직시하는 균형 잡힌 시각이 중요합니다. 한국의 주력 산업인 디스플레이와 반도체 분야에서 물리학은 기술 격차를 유지하는 핵심적인 역할을 수행합니다. LCD 시장이 이미 포화 상태에 이른 상황에서 OLED와 마이크로 LED 같은 차세대 기술은 빛의 스펙트럼을 정교하게 제어하는 물리학적 원리에 기반하고 있습니다. 특히 색의 순도를 높여 선명한 화질을 구현하는 퀀텀닷 기술은 나노 세계의 물리 법칙을 산업에 응용한 대표적인 사례입니다. 메모리 반도체의 집적도를 높이는 공정 기술 역시 물리학적 이해가 필수적이며, 이는 국가 경쟁력을 좌우하는 중요한 먹거리 산업의 토대가 됩니다. 물리학자를 꿈꾸는 학생들에게 가장 필요한 덕목은 세상에 대한 호기심과 이를 끝까지 파고드는 근성입니다. 교과서에 담긴 지식은 수백 년간의 탐구 결과물일 뿐이며, 진정한 과학적 사고는 일상의 사소한 현상에서도 '왜'라는 질문을 던지는 것에서 시작됩니다. 물리학의 언어인 수학은 도구로서 중요하지만, 고등학교 수준의 기초를 탄탄히 다지는 것만으로도 충분합니다. 중요한 것은 정해진 답을 찾는 선행 학습이 아니라, 실험적 장벽이나 이론적 난관에 부딪혔을 때 엉덩이가 짓무를 정도로 앉아 고민할 수 있는 끈기 있는 태도입니다. 과학에서 이론과 법칙은 신뢰도의 차이라기보다 자연을 묘사하는 틀의 성격에 가깝습니다. 뉴턴의 운동 법칙이 상대성 이론에 의해 보완되었듯이, 물리학의 법칙은 100% 완결된 진리라기보다 현재의 기술로 검증 가능한 최선의 설명입니다. 물리학자들은 실험적 증거가 쌓일수록 이론의 신뢰도를 99.9%에서 99.99%로 높여가는 과정을 반복합니다. 이러한 혹독한 검증 과정을 거치며 이론은 더욱 견고해지며, 때로는 기존의 틀을 깨는 새로운 발견을 통해 우주에 대한 우리의 이해는 한 층 더 깊어지게 됩니다. 물리학에서 정의하는 정보는 일상적인 의미와 달리 확률 분포를 정량화한 매우 건조한 개념입니다. 이는 엔트로피와 밀접하게 연결되어 있으며, 시스템의 무지나 복잡성을 나타내는 척도로 사용됩니다. 하지만 양자역학적 관점에서 정보는 측정 주체와 대상 사이의 상호 관계를 의미하기도 합니다. 우리가 대상을 측정하여 정보를 얻는 행위는 두 시스템 사이에 관계가 형성되는 과정이며, 이는 우주의 본질이 개별적인 입자들의 집합이 아니라 그들 사이의 얽힘과 상호작용으로 이루어져 있음을 시사합니다. 암흑 물질과 암흑 에너지, 비평형 통계역학처럼 물리학에는 여전히 인류가 답하지 못한 거대한 미제들이 산적해 있습니다. 이러한 미지의 영역은 다음 세대 과학자들이 도전해야 할 과제이며, 이를 위해 기초 과학에 대한 사회적 관심과 안정적인 연구 환경 조성이 필수적입니다. 물리학은 단순히 물질의 법칙을 찾는 학문을 넘어, 세상을 객관적이고 합리적으로 바라보는 사고방식을 제공합니다. 모든 시민이 물리학자가 될 필요는 없지만, 과학적 사고를 통해 사회 문제를 논리적으로 판단하는 힘을 기르는 것은 성숙한 민주주의를 위한 밑거름이 됩니다.

고재현, 김범준, 김상욱

카오스재단마스터클래스

물리학

[석학인터뷰] 최선호_ 좋은 교수라면 벽을 허물어 줘야죠｜2019 서울대 자연과학대 공개강연 '과학자의 꿈과 도전 : 과학 선율'

어린 시절의 호기심은 종종 엉뚱한 행동으로 이어지곤 합니다. 새로 산 라디오의 내부가 궁금해 이를 분해했다가 결국 고장 내 버렸던 일화는 과학자로서의 탐구심이 어디서 시작되었는지를 잘 보여줍니다. 단순히 겉모습에 만족하지 않고 그 속이 어떻게 구성되어 있는지, 어떤 원리로 작동하는지 직접 확인하고 싶어 하는 열망은 물리학이라는 학문의 본질과도 맞닿아 있습니다. 이러한 어린 날의 경험은 세상을 구성하는 가장 작은 단위에 대한 깊은 관심으로 이어졌습니다. 우리가 살아가는 세상은 원자와 분자로 이루어져 있지만, 그 너머에는 더 깊고 신비로운 미시 세계가 존재합니다. 원자핵 속에는 양성자와 중성자가 있고, 그 안에는 다시 쿼크라는 기본 입자들이 자리 잡고 있습니다. 핵입자물리학은 이처럼 작은 입자들이 서로 어떻게 상호작용하며 하나의 사회를 형성하는지 연구하는 학문입니다. 최근에는 국내에서도 연구용 가속기가 건설되면서 이러한 미시적 상호작용을 더욱 정밀하게 이해할 수 있는 토대가 마련되고 있어 학계의 기대가 매우 큽니다. 과학적 지식을 전달하는 과정에서도 소통과 공감은 필수적입니다. 학생들의 눈높이에서 그들이 무엇을 어려워하는지 파악하고, 고등학교 교육과정과의 연결고리를 찾는 노력은 교육의 질을 높이는 핵심입니다. 단순히 이론을 설명하는 데 그치지 않고 몸소 시연하며 지루함을 깨는 방식은 지식이 머릿속에 깊이 각인되도록 돕습니다. 은퇴 후 시골에서 아이들에게 과학을 가르치며 고장 난 물건을 고쳐주는 삶을 꿈꾸는 모습은, 과학이 결국 우리 삶의 현장과 긴밀하게 연결되어 있음을 시사합니다.

최선호

카오스재단석학인터뷰

물리학
천문학
융합

[석학인터뷰] 이상민_ 과학자에게 창의력은 아주 중요해요 | 2018 노벨상 해설강연

어린 시절 시골 밤하늘에 쏟아지는 별을 보며 막연한 동경을 품었던 소년은 이제 빛을 연구하는 전문가가 되었습니다. 이상민 교수는 레이저를 새롭게 만들어내고 빛과 물체의 상호작용을 관찰하며, 세포 내 광학 현상을 탐구하는 연구에 매진하고 있습니다. 단순히 빛을 관찰하는 것에 그치지 않고 학생들과 함께 새로운 빛의 가능성을 열어가는 과정은 어린 날의 꿈이 현실의 과학으로 구체화된 결과물이라 할 수 있습니다. 빛을 향한 순수한 관심이 연구의 시작이었습니다. 독일에서 보낸 학창 시절은 그에게 과학적 사고의 근간을 마련해 주었습니다. 독일 과학의 진정한 힘은 주입식 교육이 아닌 스스로 원리를 깨닫게 하는 창의력 중심의 교육에서 나옵니다. 초기에는 공식을 미리 외운 한국 학생이 앞서가는 듯 보이지만, 시간이 흐를수록 기본 원리를 바탕으로 문제를 해결해 나가는 독일 학생들의 창의력은 독보적인 경쟁력을 발휘합니다. 이러한 경험은 정해진 틀에 갇히지 않고 기본 원리를 탐구하는 것이 과학의 핵심임을 일깨워 주었으며, 이는 현재 그의 연구 철학에도 큰 영향을 미쳤습니다. 연구의 길은 때로 고단하고 수개월의 노력이 한순간에 수포로 돌아가는 좌절의 연속이기도 합니다. 밤을 지새우며 매달린 실험이 실패로 돌아갈 때면 모든 것을 그만두고 싶은 마음이 들기도 하지만, 결국 하나의 난제를 해결했을 때 느끼는 희열은 그 모든 고통을 잊게 만듭니다. 문제를 풀어가는 과정에서 느끼는 지적 호기심과 즐거움은 일종의 중독과도 같아 연구자를 계속 나아가게 합니다. 학생들과 함께 호기심을 잃지 않고 꾸준히 연구를 지속하며 새로운 발견의 기쁨을 나누는 것이 그가 바라는 진정한 과학자의 모습입니다.

이상민

카오스재단석학인터뷰

물리학
융합

[강연] 에너지와 엔트로피: 세상은 무엇으로 굴러갈까? _ by김성근｜ 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 1강 | 1강 ①

화학은 우리 주변에서 일어나는 모든 변화를 다루는 아주 중요한 학문입니다. 많은 이들이 화학을 어렵고 복잡하게 느끼지만, 사실 그 이면에는 오묘하고 흥미로운 미스터리가 가득 숨겨져 있습니다. 물질의 구조가 기능을 결정하고, 그 구조를 인위적으로 설계하여 만들어내는 과정은 마치 건축가가 정교한 집을 짓는 것과 같습니다. 이러한 변화를 이해하는 것은 세상을 구성하는 근본적인 원리를 깨닫고 우리 삶을 풍요롭게 만드는 첫걸음이 됩니다. 모든 화학적 변화를 일으키는 근본적인 동력은 바로 에너지입니다. 에너지는 물질의 상태를 바꾸고 물리적, 화학적 변화를 유도하는 핵심 요소입니다. 특히 화학 결합 내부에 잠재적으로 저장된 에너지를 엔탈피라고 부르는데, 이는 자극을 주면 언제든 밖으로 뿜어져 나올 준비가 된 에너지입니다. 대부분의 반응은 에너지 장벽을 넘어야 일어나며, 이 과정을 통해 에너지는 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르며 안정한 상태를 찾아갑니다. 화학의 진정한 가치는 단순히 자연을 관찰하는 데 그치지 않고 새로운 물질을 만들어내는 합성에 있습니다. 예를 들어 강력한 항암제인 택솔은 원래 희귀한 나무에서 추출했으나, 화학자들의 노력을 통해 인공적으로 합성할 수 있게 되었습니다. 이는 자연을 훼손하지 않으면서도 인류에게 필요한 솔루션을 제공하는 화학의 힘을 보여줍니다. 유기화학자는 복잡한 분자를 설계하고 조립하는 분자 건축가로서 세상에 없던 새로운 가치를 창조합니다. 우리가 일상에서 접하는 물질들은 상상할 수 없을 만큼 무수히 많은 분자로 이루어져 있습니다. 눈물 한 방울에 담긴 물 분자의 개수는 약 10의 21승 개에 달하며, 이를 전 인류가 밤낮없이 센다고 해도 수만 년이 걸릴 정도입니다. 이처럼 거대한 숫자의 입자를 다루기 때문에 화학은 개별 원자의 움직임을 넘어 통계적인 관점에서 접근해야 합니다. 이러한 인식의 격차를 이해할 때 비로소 거시적인 화학 현상의 본질에 다가갈 수 있습니다. 자연계의 변화에는 일정한 방향성이 존재하는데, 이를 설명하는 개념이 바로 엔트로피입니다. 향수 냄새가 방 안으로 퍼지거나 잉크가 물속에서 확산하는 현상은 에너지가 보존됨에도 불구하고 결코 스스로 되돌아오지 않습니다. 이는 자연이 어떤 의지를 가진 것이 아니라 순전히 확률의 게임이기 때문입니다. 무질서도가 증가하는 방향, 즉 경우의 수가 가장 많은 상태로 나아가는 것이 우주의 자연스러운 흐름이며 이를 열역학 제2법칙이라 합니다. 루트비히 볼츠만은 엔트로피를 통계적으로 정의하며 비가역성의 원리를 규명했습니다. 입자의 개수가 무수히 많아지면 특정 상태로 다시 돌아올 확률은 수학적으로는 존재할지 몰라도 현실적으로는 0에 수렴하게 됩니다. 공기 입자들이 우연히 방 한구석으로 몰려 우리가 숨을 쉬지 못하게 될 확률이 없는 이유도 바로 여기에 있습니다. 이러한 통계적 필연성은 시간이 한 방향으로만 흐르는 '시간의 화살'을 만들어내며 거시 세계의 질서를 유지합니다. 생명체는 엔트로피가 증가하는 우주의 흐름 속에서 질서를 유지하는 독특한 존재입니다. 우리는 외부로부터 에너지를 섭취하고 대사 과정을 거침으로써 내부의 무질서도를 낮추고 정교한 구조를 유지합니다. 이는 열역학 법칙에 위배되는 것이 아니라, 우주 전체의 엔트로피를 증가시키는 대가로 국소적인 질서를 창조하는 과정입니다. 결국 에너지와 엔트로피를 이해하는 것은 생명의 탄생과 우주의 운명을 관통하는 거대한 미스터리를 푸는 열쇠가 됩니다.

김성근, 성재영

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화학

[강연] 히치토론쇼 | 2018 여름 카오스 콘서트 '수학과 과학 42' 4부 | 4부

노벨상과 필즈상은 인류 지성의 정점을 상징하는 두 축입니다. 100년 넘는 역사를 지닌 노벨상이 인류 보편의 가치와 실용적 공헌을 중시한다면, 필즈상은 만 40세 이하라는 엄격한 나이 제한을 통해 수학적 잠재력과 순수한 학문적 성취를 기립니다. 두 상은 상금의 규모나 수여 주기에서 큰 차이를 보이지만, 인류가 우주의 비밀을 풀기 위해 걸어온 고귀한 여정을 증명한다는 점에서는 그 궤를 같이합니다. 학문적 권위의 우열을 가리기보다 각 상이 지닌 고유한 철학을 이해하는 것이 중요합니다. 산업혁명의 역사는 곧 기초과학 발전의 역사이기도 합니다. 증기기관이 이끈 1차 혁명은 열역학이, 전기를 활용한 2차 혁명은 전자기학이 그 토대가 되었습니다. 또한 컴퓨터와 인터넷이 주도한 3차 디지털 혁명의 이면에는 반도체 기술의 핵심인 양자역학이라는 현대 물리학의 정수가 자리 잡고 있습니다. 이처럼 새로운 과학적 발견은 단순한 기술적 진보를 넘어 사회 구조 전체를 뒤흔드는 거대한 변혁의 물결을 만들어왔으며, 우리는 그 혁명의 연쇄 속에서 살아가고 있습니다. 최근 화두가 되고 있는 4차 산업혁명에 대해서는 학계에서도 다양한 시각이 존재합니다. 인공지능과 빅데이터가 가져올 변화를 혁명으로 받아들이는 입장도 있지만, 이를 뒷받침할 새로운 기초과학적 토대가 아직 미진하다는 신중론도 만만치 않습니다. 진정한 의미의 혁명이 되기 위해서는 기술적 현상을 넘어 우주와 생명을 바라보는 근본적인 과학적 패러다임의 전환이 동반되어야 하기 때문입니다. 과학적 토대 없는 기술의 발전은 사상누각에 불과할 수 있다는 경고의 목소리에 귀를 기울여야 합니다. 자연이라는 거대한 책은 수학이라는 언어로 쓰여 있습니다. 물리학자들에게 수학은 우주와 대화하기 위한 필수적인 문법이며, 수학자들에게 과학은 그 문법을 통해 서술되는 경이로운 내용입니다. 수학이 실제 자연에 존재하지 않는 허수나 무리수를 다룸에도 불구하고 현실 세계를 이토록 완벽하게 설명해낸다는 사실은, 인간의 지성과 우주의 구조 사이에 깊은 연결고리가 있음을 암시합니다. 수학적 논리는 단순한 지적 유희를 넘어 자연의 본질을 꿰뚫는 가장 강력한 도구입니다. 수학적 구조가 우주의 본질인지, 아니면 인간의 두뇌가 우주를 이해하기 위해 만들어낸 도구인지에 대한 논쟁은 여전히 흥미롭습니다. 어떤 이들은 수학이 관찰과 실험을 넘어선 추상적 영역이라고 비판하기도 하지만, 역사적으로 수학적 아름다움을 쫓던 발견들이 훗날 물리적 실체로 증명된 사례는 수없이 많습니다. 결국 수학과 과학은 서로를 비추는 거울처럼 인류의 인식을 확장하는 상호보완적 관계에 있습니다. 이러한 융합적 사고는 우리가 직면한 복잡한 문제들을 해결하는 열쇠가 됩니다. 현대 물리학의 궁극적인 꿈은 자연계의 네 가지 힘을 하나로 통합하는 '모든 것의 이론'을 완성하는 것입니다. 전자기력과 약력, 강력은 표준모형을 통해 어느 정도 통합의 길을 찾았으나, 시공간의 휘어짐을 다루는 중력은 여전히 양자역학과의 결합을 거부하고 있습니다. 이 거대한 수수께끼를 풀기 위한 노력은 우주의 기원과 종말, 그리고 우리가 존재하는 이유에 대한 근원적인 해답을 찾는 과정입니다. 비록 완벽한 방정식이 모든 삶의 의미를 설명해주지는 못할지라도, 그 탐구 자체로 가치가 있습니다. 과학의 진정한 가치는 정해진 답을 얻는 것보다 더 나은 질문을 던지는 데 있습니다. 우주는 고정된 상태로 멈춰 있지 않고 끊임없이 요동치며 변화하는 역동적인 실체입니다. 이러한 변화의 흐름 속에서 우리가 던지는 질문들은 인류의 지평을 넓히는 등불이 됩니다. 세상이 왜 이토록 수학적인지, 그리고 우리는 왜 이 재미있는 과학을 탐구하는지 끊임없이 묻는 행위 자체가 인류 진보의 원동력입니다. 호기심을 잃지 않고 자신만의 질문을 찾아가는 과정이 곧 과학하는 마음의 본질입니다.

김민형, 박권, 송영조, 정하웅

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물리학
수학

[석학인터뷰] 이동환_ 궁극적인 이해는 창작이기에 나는 분자를 만든다 | 2018 가을 카오스강연 '화학의 미스터리, CheMystery'

과학자의 길은 끊임없는 시행착오의 연속이지만, 그 과정에서 마주하는 작은 해결의 순간들은 연구를 지속하게 하는 강력한 원동력이 됩니다. 실험이 뜻대로 되지 않는 날이 더 많음에도 불구하고, 문제를 하나씩 풀어갈 때 느끼는 순수한 재미는 무엇과도 바꿀 수 없는 가치를 지닙니다. 이러한 탐구 정신은 일상 속 취미에서도 고스란히 드러납니다. 종이 위에 만년필로 생각을 정리하며 느끼는 편안함이나, 스마트폰 카메라 렌즈를 통해 일상의 특별한 찰나를 포착하는 즐거움은 세상을 바라보는 과학자만의 섬세한 시선을 완성해 줍니다. 화학자에게 분자 합성은 단순히 물질을 만드는 것을 넘어, 자연의 섭리를 깊이 있게 이해하려는 시도와 같습니다. 미세한 화학 결합의 변화를 거대한 구조적 변화로 증폭시키거나, 화학적 신호를 빛이나 전자 스핀 같은 물리적 신호로 변환하는 과정은 세상의 규칙을 확인하는 작업입니다. 복잡한 자연계의 현상을 단순화하여 설명하려는 화학자들의 노력은 놀라운 성공을 거두어왔습니다. 이러한 경험적이고 직관적인 접근 방식이 어떻게 이토록 정교하게 작동할 수 있었는지는 화학 분야가 지닌 흥미로운 미스터리 중 하나입니다. 인생 또한 하나의 물질이 다른 물질로 변하는 화학 반응과 닮아 있습니다. 소심하고 내성적이었던 개인이 수많은 학생 앞에서 강연하는 사람으로 변화한 과정은 그 자체로 경이로운 화학적 변화라 할 수 있습니다. 이제는 자신이 걸어온 길과 전문 지식을 바탕으로, 마치 미술관의 도슨트처럼 대중에게 분자 세계를 친절하게 안내하고자 합니다. 낯설고 어렵게만 느껴지는 화학 분자들을 어떤 관점에서 바라보아야 더 흥미로운지 제시함으로써, 많은 이들이 새로운 시각으로 세상을 바라볼 수 있도록 돕는 것이 이번 강연의 핵심적인 목표입니다.

이동환

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화학

[석학인터뷰] 정택동_ 과학도 사람이 하는 거예요 | 2018 가을 카오스강연 '화학의 미스터리, CheMystery'

정택동 교수는 지방의 작은 소도시에서 성장하며 평범하지만 성실한 학창 시절을 보냈습니다. 어린 시절부터 화학자라는 확고한 꿈을 가졌던 것은 아니었으며, 전자공학자나 의사, 정치가 등 다양한 분야에 관심을 두며 진로를 고민했습니다. 대학 진학 시점까지도 명확한 방향을 정하지 못했던 그는 우연한 계기로 화학의 길에 들어서게 되었고, 이는 한 분야에 국한되지 않는 넓은 시야를 갖게 된 밑거름이 되었습니다. 이러한 배경은 그가 훗날 학문적 경계를 넘나드는 연구자로 성장하는 데 중요한 역할을 했습니다. 전기화학이라는 전공을 선택하게 된 계기는 학문적 경계를 넘나드는 독특한 매력에 매료되었기 때문입니다. 화학이라는 기초 위에 전기와 생물 같은 이질적인 요소들이 결합하여 새로운 시너지를 내는 과정은 연구자로서의 호기심을 자극하기에 충분했습니다. 이러한 융합적 특성은 그가 기존의 정형화된 연구 방식에서 벗어나 보다 넓은 시각으로 세상을 바라보게 하는 원동력이 되었습니다. 서로 다른 분야가 만나 조화를 이루는 지점을 탐구하는 즐거움은 그를 평생의 연구 길로 인도했습니다. 과학 연구는 본질적으로 미래가 불확실하며 노력한 만큼의 결과가 즉각적으로 나타나지 않는 고된 과정입니다. 이러한 불안함을 극복하기 위해 필요한 것은 자기 자신에 대한 깊은 이해와 확신입니다. 학부 시절 종교학이나 고고인류학 등 인문학적 소양을 쌓았던 경험은 그가 연구자로서 흔들리지 않는 중심을 잡는 데 큰 도움이 되었습니다. 사람이 하는 일인 과학에서 내가 누구인지 알고 무엇을 원하는지 깨닫는 과정은 연구의 지속 가능성을 결정짓는 핵심적인 요소가 됩니다. 분석화학은 단순히 화학의 한 분과를 넘어 모든 실험 과학의 근간을 이루는 독특한 학문입니다. 과학적 가설이 진정한 의미를 갖기 위해서는 철저한 검증 과정이 필수적인데, 분석화학은 이를 가능하게 하는 도구와 수단을 제공합니다. 아무리 뛰어난 이론이라도 실질적인 증거를 통해 뒷받침되지 않으면 발전할 수 없기에, 분석화학에 대한 이해는 다른 모든 과학 분야로 나아가기 위한 필수적인 관문이라 할 수 있습니다. 이는 과학의 진전을 이끄는 보이지 않는 힘과 같습니다. 화학의 가장 큰 미스터리는 물질의 변화 그 자체에 있습니다. 우리는 물질이 변화하는 과정을 대략적으로 이해하고 있지만, 원하는 물질을 정확하게 합성하거나 완벽하게 분리해내는 일은 여전히 정복해야 할 과제로 남아 있습니다. 이러한 변화의 중심에는 전자의 이동과 그에 따른 양성자의 움직임이 자리 잡고 있으며, 이는 곧 모든 생명체가 에너지를 얻는 근원적인 원리가 됩니다. 미시적인 입자들의 역동적인 상호작용을 탐구하는 과정은 생명의 신비를 풀어가는 여정과도 맞닿아 있습니다.

정택동

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화학

[석학인터뷰] 김경택 ─ 화학계의 이야기꾼 | 2018 가을 카오스강연 '화학의 미스터리, CheMystery'

고분자는 우리 일상과 떼려야 뗄 수 없는 밀접한 관계를 맺고 있는 재료입니다. 이는 비교적 단순하고 작은 분자들이 공유 결합이라는 화학적 연결을 통해 반복적으로 결합하며 만들어진 거대한 분자를 의미합니다. 김경택 교수는 유기 화학적 방법론을 도구로 삼아 구조가 정밀하게 정의된 고분자를 합성하는 연구에 매진하고 있습니다. 특히 특정 구조를 가진 고분자가 어떠한 물리적 행동을 보이는지 관찰함으로써, 분자의 구조와 그에 따른 특성 사이의 상관관계를 깊이 있게 이해하는 것이 연구의 핵심입니다. 이러한 연구는 우리가 사용하는 다양한 재료의 근본적인 원리를 밝히는 중요한 토대가 됩니다. 화학의 세계에서 탄소는 생명체를 포함한 모든 체계를 구성하는 가장 중추적인 원소로 꼽힙니다. 탄소는 이웃한 다른 탄소 원자들과 매우 다양한 형태로 견고한 화학 결합을 형성할 수 있는 독특한 성질을 지니고 있습니다. 이러한 탄소의 유연성과 결합력 덕분에 우리가 경험하는 세계의 놀라운 다양성이 존재할 수 있으며, 생명이라는 고차원적인 형태 또한 탄생할 수 있었습니다. 김경택 교수는 탄소를 '애증의 관계'이자 가장 좋아하는 원소로 언급하며, 탄소가 만들어내는 무궁무진한 가능성이 곧 생명과 존재의 근원임을 강조합니다. 이는 화학이 단순한 물질의 조합을 넘어 생명의 신비를 푸는 열쇠임을 시사합니다. 화학이 아직 풀지 못한 거대한 수수께끼 중 하나는 단순한 분자들이 어떻게 복잡한 생명체로 진화했는가 하는 '화학적 진화'의 과정입니다. 또한 인간의 의식이라는 추상적인 개념이 과연 어떤 물질적 기반을 통해 발현되는지에 대한 질문도 여전히 미지의 영역으로 남아 있습니다. 이러한 철학적이고 과학적인 질문들에 답하기 위해 화학자들은 실험실에서 끊임없이 노력하며 지식의 지평을 넓혀가고 있습니다. 주기율표는 이러한 화학적 진리와 역사적 경험이 논리적으로 축적된 결정체입니다. 단순히 암기해야 할 대상이 아니라, 우주를 구성하는 원소들의 질서를 담은 지도로서 그 가치를 재조명할 필요가 있습니다.

김경택

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화학

[카오스 술술과학] 물질이 파동이라고?

빛이 파동이면서 동시에 입자라는 사실은 현대 물리학의 놀라운 발견 중 하나입니다. 하지만 더욱 황당하고 신비로운 이야기는 우리가 흔히 '물질'이라고 부르는 것들조차 파동의 성질을 지니고 있다는 점입니다. 우리 몸과 같은 거대한 물질 덩어리가 물결처럼 출렁이며 움직인다는 상상은 선뜻 받아들이기 어렵지만, 양자 역학의 세계에서는 이것이 엄연한 사실로 통용됩니다. 파동은 동시에 여러 곳에 존재할 수 있는 특성을 가지며, 이는 물질의 존재 방식에 대한 우리의 상식을 완전히 뒤흔들어 놓습니다. 프랑스의 과학자 드브로이는 물질이 파동이라는 '물질파' 이론을 처음으로 제시하며 과학계에 큰 충격을 주었습니다. 그는 빛이 파동이면서 입자처럼 행동하듯, 입자로 보이는 물질도 파동처럼 행동할 수 있다는 발상의 전환을 꾀했습니다. 아인슈타인조차 극찬했던 이 이론은 입자와 파동이 결국 동전의 양면과 같으며, 빛과 물질이 근본적으로 하나라는 심오한 철학적 함의를 담고 있습니다. 겉으로 보기에는 단단한 알갱이처럼 보이는 전자나 원자들도 특정 조건에서는 파동의 성질을 드러내게 됩니다. 물질의 파동성을 증명하기 위해 과학자들은 빛의 간섭 현상을 확인했던 이중 슬릿 실험을 전자에 적용했습니다. 일본의 토노무라 교수는 전자 알갱이를 하나씩 쏘아 올리는 정밀한 실험을 진행했는데, 놀랍게도 스크린에는 파동만이 만들어낼 수 있는 간섭 무늬가 나타났습니다. 각각의 전자가 독립적으로 움직였음에도 불구하고, 전체적인 결과는 마치 전자들이 서로 약속이라도 한 듯 파동의 형태를 띠었습니다. 이는 미시 세계의 입자가 우리가 아는 고전적인 물리 법칙과는 전혀 다르게 작동함을 보여주는 결정적인 증거입니다. 실험의 대상은 전자와 같은 미립자를 넘어 더 큰 분자 단위로 확장되었습니다. 탄소 60개가 축구공 모양으로 결합한 '버키볼' 분자를 이용한 이중 슬릿 실험에서도 간섭 무늬가 발견되었습니다. 버키볼은 전자에 비해 훨씬 거대한 입자임에도 불구하고, 두 개의 슬릿을 동시에 통과하는 파동의 특성을 고스란히 보여주었습니다. 하나의 입자가 동시에 두 곳을 통과해야만 나타날 수 있는 이 현상은, 물질의 크기가 커지더라도 근본적인 파동성은 여전히 존재한다는 사실을 입증하며 양자 역학의 경계를 넓혔습니다. 현재 과학자들은 바이러스나 단세포 생물과 같이 더욱 복잡한 생명체를 대상으로 물질파 실험을 계획하고 있습니다. 만약 생명력을 가진 존재가 이중 슬릿을 통과해 간섭 무늬를 남기면서도 생존할 수 있다면, 이는 생명과 물질의 본질에 대한 거대한 질문을 던지게 될 것입니다. 드브로이의 이론에 따르면 물질이 커질수록 파동성은 약해지지만, 결코 사라지는 것은 아닙니다. 결국 이 세상의 모든 만물은 입자이면서 동시에 파동이라는 이중적인 진실 속에 존재하며, 우리는 그 신비로운 조화 속에서 살아가고 있습니다.

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물리학

[강연] 세상을 바꾼 알고리즘 - 알파고와 블록체인을 넘어 미래로 (1) _ by이준엽 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 8강 | 8강 ①

우리의 일상은 수많은 알고리즘으로 둘러싸여 있습니다. 가장 대표적인 예가 내비게이션입니다. 내비게이션의 핵심은 화려한 그래픽이나 음성 안내가 아니라, 최적의 경로를 찾아내는 알고리즘에 있습니다. 알고리즘이란 특정 목표를 달성하기 위한 유한한 절차나 규칙의 모임을 의미합니다. 이는 단순히 컴퓨터 프로그램에 국한된 개념이 아니라, 복잡한 문제를 효율적으로 해결하기 위해 인간이 설계한 체계적인 문제 해결 방식의 정수라고 할 수 있습니다. 경로 탐색의 효율성을 극대화한 사례로 '패스트 마칭 알고리즘'을 들 수 있습니다. 과거에는 모든 경우의 수를 일일이 계산하려 했으나, 이는 데이터가 늘어날수록 계산량이 기하급수적으로 증가하는 한계가 있었습니다. 하지만 수학자들은 이를 미분 방정식의 관점에서 접근하여 사고의 전환을 이뤄냈습니다. 속도의 역수를 시간의 흐름으로 파악하고, 마치 물결이 퍼져나가는 것처럼 최단 시간을 계산하는 방식은 복잡한 경로 문제를 획기적으로 해결했습니다. 이러한 수학적 알고리즘은 단순히 길 찾기에만 머물지 않습니다. 동일한 원리가 의료 영상에서 뇌의 구조를 분리해내는 이미지 분할 기술이나, 로봇 팔이 장애물을 피해 움직이는 6차원 궤적 계산에도 적용됩니다. 하나의 잘 설계된 알고리즘이 전혀 다른 분야의 난제들을 해결하는 열쇠가 되는 것입니다. 이는 프로그램의 외형보다 그 내면에 숨겨진 수학적 원리와 이를 새로운 문제에 적용하는 창의적 사고가 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 컴퓨터의 역사를 되짚어보면 흥미로운 사실을 발견하게 됩니다. 1960년대까지만 해도 '컴퓨터'는 기계가 아니라 복잡한 수식을 계산하는 사람의 직업을 일컫는 말이었습니다. 당시 NASA와 같은 기관에서는 수학적 재능을 가진 여성들이 직접 손으로 계산을 수행하며 우주 탐사의 초석을 다졌습니다. 오늘날 우리가 사용하는 전자계산기나 노트북이 보급되기 전부터, 인간의 지성은 이미 알고리즘적 사고를 통해 거대한 과학적 성취를 이뤄내고 있었습니다. 현대 컴퓨터의 논리적 토대를 마련한 것은 앨런 튜링의 '튜링 머신'입니다. 튜링 머신은 실제로 제작된 기계가 아니라, 수학적 증명을 위해 고안된 가상의 장치였습니다. 0과 1을 기록하고 칸을 이동하는 지극히 단순한 규칙만으로 모든 계산 가능한 문제를 풀 수 있다는 이 개념은 현대 컴퓨터 공학의 시초가 되었습니다. 수학적 상상력에서 탄생한 이 사고 실험은 불가능해 보이던 논리적 한계를 규명하고, 디지털 시대의 문을 여는 결정적인 계기가 되었습니다. 컴퓨터 공학이라는 학문이 정립되기 훨씬 전부터, 핵심적인 계산 알고리즘의 대부분은 수학자들에 의해 개발되었습니다. 20세기 과학 계산의 주요 업적들을 살펴보면, 컴퓨터가 보급되지 않았던 시절에 이미 논리적 체계가 완성된 경우가 많습니다. 이는 수학이 단순히 숫자를 다루는 학문을 넘어, 세상에 없던 새로운 체계를 설계하는 근본적인 도구이기 때문입니다. 수학적 상상력은 기술적 한계를 뛰어넘어 미래를 설계하는 원동력이 되어왔습니다. 오늘날 계산 기술은 자연과학과 공학을 넘어 사회과학 전반에 걸쳐 필수적인 역할을 수행합니다. 과거의 과학이 이론과 실험이라는 두 축으로 지탱되었다면, 이제는 '계산'이 제3의 축으로 자리 잡았습니다. 비행기 설계부터 주가 예측, 질병 진단에 이르기까지 수많은 모델링이 컴퓨터를 통해 이루어집니다. 세상을 논리적으로 이해하려는 지적 탐구는 복잡한 현실 문제를 해결 가능한 형태로 변환하는 가장 강력한 동력이 됩니다.

이준엽

카오스재단카오스강연

수학

[석학인터뷰] 김재경_ 생물학에 시간의 개념을 도입하다 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다'

수학은 단순한 숫자의 나열을 넘어 생명 현상의 복잡한 원리를 규명하는 강력한 도구로 활용됩니다. 특히 미분 방정식은 시간에 따라 변화하는 생체 내의 역동적인 움직임을 분석하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 예를 들어, 우리 몸속에서 암세포가 증식하는 속도나 전이 과정을 수학적 모델링을 통해 질병의 진행 양상을 정밀하게 예측할 수 있습니다. 이러한 접근 방식은 전통적인 생물학적 관찰만으로는 파악하기 어려운 생명 현상의 근본적인 속성들을 수치화하고 체계적으로 이해할 수 있는 새로운 지평을 열어줍니다. 생체 시계 연구는 기존 생물학 연구에서 상대적으로 간과되었던 '시간'이라는 개념을 중요한 변수로 도입했습니다. 항암제를 투여할 때 아침, 점심, 저녁 중 어느 시간대에 주느냐에 따라 치료 효과가 현저히 달라진다는 사실은 생체 시계의 중요성을 잘 보여줍니다. 우리 몸의 대사와 면역 체계가 시간에 따라 주기적으로 변화하기 때문에, 이러한 생체 시계를 수학적으로 분석하면 최적의 치료 시점을 결정하는 정밀 의료가 가능해집니다. 이는 생명 과학에 시간이라는 차원을 더해 더욱 입체적인 연구를 가능케 하는 혁신적인 시도라고 할 수 있습니다. 수학자로서의 정체성을 '친구'라고 정의하는 태도는 학문 간의 경계를 허무는 협력의 중요성을 시사합니다. 실험 연구자들이 난관에 부딪혔을 때 수학적 지식으로 도움을 주고, 언제든 고민을 나눌 수 있는 동반자가 되는 것이 현대 과학이 지향해야 할 모습입니다. 새로운 분야를 개척하는 과정에는 주변의 우려와 불확실성이 따르기 마련이지만, 타인과 소통하며 문제를 해결해 나가는 과정은 학문적 성취를 넘어 더 나은 과학 생태계를 만드는 밑거름이 됩니다. 결국 학문적 지식은 타인의 어려움을 해결하는 따뜻한 도구가 될 때 그 가치가 더욱 빛납니다.

김재경

카오스재단2018 카오스강연 '모든 것의 수數다'

생명과학
수학

[강연] 수학과 생물학의 아름다운 만남, 수리생물학 (6) _ by김재경 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 7강 | 7강 ⑥

수학 교육 현장에서 응용수학의 중요성이 점차 강조되고 있습니다. 과거에는 미분 방정식의 해법을 손으로 푸는 데 집중했다면, 이제는 이를 실제 생물학적 현상에 어떻게 적용할 수 있는지 배우는 과정이 필요합니다. 초등 및 고등 교육과정부터 수학이 실제 세상의 문제를 해결하는 도구임을 인지할 수 있도록 융합적인 교육 환경을 조성해야 합니다. 이러한 변화는 학생들이 수학의 실용성을 깨닫고 다양한 학문적 진로를 탐색하는 밑거름이 될 것입니다. 응용수학을 잘하기 위해서는 역설적으로 탄탄한 기초 수학 이론이 뒷받침되어야 합니다. 생명과학자나 의사가 던지는 복잡한 질문을 해결하기 위해서는 이산 수학, 대수학 등 수많은 수학적 도구가 필요하기 때문입니다. 어떤 문제가 주어졌을 때 적절한 이론을 선택하고 적용할 수 있는 판단력은 깊이 있는 수학 공부를 통해서만 길러집니다. 따라서 융합 연구는 기초를 소홀히 하는 것이 아니라, 탄탄한 수학적 토대 위에서 피어나는 결과물이라고 할 수 있습니다. 인간의 생체 시계는 정확히 24시간이 아닌 약 24.2시간의 주기를 가지고 있습니다. 우리가 매일 일정한 시간에 깨어날 수 있는 이유는 시신경을 통해 들어오는 빛 정보가 매일 조금씩 시계를 조절해주기 때문입니다. 수리생물학은 이러한 생체 리듬의 원리를 수학적으로 분석하여 주행성 동물과 야행성 동물의 차이를 설명합니다. 이처럼 수학은 눈에 보이지 않는 생물학적 메커니즘을 정교한 수식으로 풀어내어 현상의 본질을 이해하도록 돕는 강력한 도구가 됩니다. 최근에는 과학적 실험의 상당 부분이 미분 방정식을 활용한 수치 실험으로 대체되고 있습니다. 미국 FDA와 같은 기관에서도 가상 실험 결과를 실제 실험과 동등하게 인정하는 추세이며, 이는 신약 개발이나 비행기 설계 등 다양한 분야에 적용됩니다. 물리적 원리가 명확한 유체 역학 모델부터 복잡한 감염병 확산 모델까지, 수학적 모델링은 미래를 예측하고 최적의 정책 방향을 제시하는 데 기여합니다. 이는 실험의 한계를 극복하고 효율성을 극대화하는 혁신적인 방법입니다. 수학이 갖는 가장 큰 힘은 복잡한 현상을 단순화하여 본질적인 직관을 제공하는 데 있습니다. 수백 개의 변수로 얽힌 생물학적 현상을 핵심적인 수식 몇 개로 압축함으로써, 우리는 복잡함 속에 숨겨진 원리를 발견할 수 있습니다. 응용수학은 다른 학문과 조화를 이룰 때 비로소 아름다운 하모니를 만들어내는 합창과도 같습니다. 수학자가 제시하는 정량적 근거와 타 분야의 전문성이 결합할 때, 우리 사회의 복잡한 문제들을 해결할 수 있는 진정한 융합의 가치가 실현됩니다.

김재경, 정은옥

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[강연] 수학과 생물학의 아름다운 만남, 수리생물학 (2) _ by김재경 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 7강 | 7강 ②

우리 몸속에는 24시간 주기로 작동하는 정교한 생체 시계가 존재합니다. 이 시계의 핵심은 Period 단백질의 농도가 일정하게 오르내리는 진동 현상에 있습니다. 생물학적으로 이는 음성 피드백 루프라는 과정을 통해 조절됩니다. 특정 단백질이 유전자를 활성화해 Period 단백질을 만들면, 생성된 Period 단백질이 다시 자신의 생산을 억제하며 농도를 낮추는 방식입니다. 이러한 끊임없는 순환은 우리가 태어날 때부터 죽을 때까지 지속되며 몸 전체에 지금이 몇 시인지, 어떤 일을 해야 하는지에 대한 시간 정보를 전달하는 중요한 역할을 수행합니다. 세포 내에는 수많은 음성 피드백 루프가 존재하지만, 모든 루프가 주기적인 진동을 만들어내는 것은 아닙니다. 수학적 관점에서 이 문제를 해결하기 위해 미분방정식을 세워 분석해 보면, 진동이 발생하기 위한 특정한 조건이 필요함을 알 수 있습니다. 연구 결과, 특정 물질들 사이의 비율이 대략 1:1의 균형을 이룰 때 비로소 아름다운 리듬이 형성된다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 생체 시계가 단순히 구조적 연결만으로 작동하는 것이 아니라, 구성 요소들 사이의 정교한 양적 균형 위에서 유지되고 있음을 시사합니다. 수학적 모델로 도출한 가설을 검증하기 위해 유전자 조작 쥐를 이용한 실험이 진행되었습니다. 약물을 통해 특정 단백질의 양을 조절하며 관찰한 결과, 수학적으로 예측했던 1:1의 비율이 깨지는 순간 쥐의 행동 패턴은 급격히 무너졌습니다. 규칙적으로 자고 깨던 쥐들이 무작위로 활동하기 시작하며 생체 시계가 고장 난 모습을 보인 것입니다. 이 실험은 추상적인 수학 공식이 실제 생명체의 복잡한 행동 원리를 정확하게 설명할 수 있음을 보여주는 강력한 증거가 되었으며, 수학과 생물학의 결합이 가진 힘을 증명해 냈습니다. 생체 시계의 또 다른 신비로운 특징은 온도의 변화에도 불구하고 주기가 일정하게 유지된다는 점입니다. 일반적인 화학 반응은 온도가 10도 상승할 때 반응 속도가 두세 배 빨라지지만, 생체 시계는 이러한 물리적 법칙을 거스르는 듯한 모습을 보입니다. 만약 식물이나 곤충의 시계가 온도에 따라 변한다면 계절마다 생체 리듬이 파괴될 것입니다. 과학자들은 이를 '온도 보상'이라 부르며, 외부 환경 변화 속에서도 생명체가 일정한 리듬을 유지할 수 있게 하는 숨겨진 장치를 찾기 위해 지난 60년 동안 연구를 이어왔습니다. 최근 연구에서는 Period 단백질의 분해 과정에서 기존의 상식을 깨는 독특한 현상이 발견되었습니다. 대부분의 물질은 시간이 지남에 따라 지수함수 형태로 매끄럽게 분해되지만, 이 단백질은 마치 의자 모양처럼 급격히 떨어졌다가 평탄해지는 과정을 반복하며 분해되었습니다. 이러한 기이한 분해 곡선은 기존 생물학적 지식으로는 설명하기 어려운 블랙박스와 같았습니다. 수학자들은 수백 가지의 미분방정식을 대입하는 시행착오 끝에 이 복복잡한 현상 이면에 숨겨진 원리를 밝혀내고 온도 보상의 미스터리를 풀기 위한 새로운 실마리를 찾았습니다.

김재경

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[강연] 과학에서 '본다'는 것은 무엇인가? | 2017 카오스 토론회 : '과학vs과학철학' 1부 2강 | 1부 ②

과학에서 '본다'는 개념은 단순히 시각적 정보를 수용하는 단계를 넘어 실체적 진실을 탐구하는 과정으로 확장되었습니다. 과거에는 육안으로 확인 가능한 것만을 존재의 증거로 삼았으나, 현대 물리학은 보이지 않는 미시 세계와 거대 우주를 탐구하며 인식의 지평을 넓혔습니다. 이제 본다는 것은 빛의 파장을 이용한 직접적인 관찰을 넘어, 다양한 물리적 상호작용을 통해 대상의 정보를 추출하고 해석하는 고도의 지적 활동으로 정의됩니다. 원자와 같은 미시 입자는 빛의 파장보다 작아 원리적으로 가시광선으로는 볼 수 없습니다. 이를 극복하기 위해 과학자들은 X선이나 전자빔을 활용하여 원자의 정보를 시각화하는 방식을 고안했습니다. 이는 인간의 생물학적 한계를 기술적 도구로 보완한 사례입니다. 중성미자나 블랙홀처럼 전자기 상호작용을 하지 않거나 신호를 주지 않는 존재들 역시, 그들이 주변에 미치는 영향이나 약한 상호작용을 포착함으로써 간접적으로 '보는' 것이 가능해졌습니다. 현대 입자 물리학에서 힉스 보존과 같은 입자를 관측할 때, 과학자들이 실제로 마주하는 것은 화려한 이미지가 아니라 검출기에서 발생하는 전기적 신호와 숫자 데이터입니다. 대중에게 공개되는 입자 궤적 그림은 이해를 돕기 위한 시각적 재구성에 불과하며, 과학적 본질은 오차가 적은 데이터를 정확하게 정의하고 추출하는 데 있습니다. 즉, 과학적 관찰의 핵심은 시각적 형상을 만드는 것이 아니라 신뢰할 수 있는 물리적 수치를 확보하는 과정이라 할 수 있습니다. 과학적 관찰에서 도구의 중요성은 갈릴레오의 망원경 사용 이후 결정적인 전환점을 맞이했습니다. 하지만 도구를 통해 본 것이 항상 객관적인 실재를 보장하는 것은 아닙니다. 갈릴레오가 그린 달의 분화구 그림이나 헤켈의 배아 발생도는 관찰자의 이론적 배경이나 믿음이 투영된 결과물이기도 했습니다. 이는 과학적 관찰이 단순히 렌즈를 통해 들어오는 빛을 수동적으로 받아들이는 것이 아니라, 관찰자의 패러다임에 따라 재구성될 수 있음을 시사합니다. 새로운 관측 기구의 신뢰성을 확보하기 위해 과학자들은 '미세 조정(Calibration)'이라는 과정을 거칩니다. 이미 알고 있는 대상을 새로운 기구로 측정하여 기존의 결과와 비교함으로써 기구의 타당성을 검증하는 것입니다. 전자현미경이나 원자현미경으로 얻은 이미지가 실제 미시 세계의 모습이라고 확신할 수 있는 이유는, 이러한 엄밀한 조작과 검증 과정이 뒷받침되기 때문입니다. 따라서 과학적 '봄'은 기구와 이론, 그리고 실험적 조작이 결합된 복합적인 산물입니다. DNA의 이중나선 구조나 뇌 영상 이미지(fMRI)는 일반인의 눈에는 모호한 형체로 보일 수 있지만, 훈련된 과학자는 그 안에서 유의미한 패턴을 읽어냅니다. 여기에는 고도의 이론적 해석과 암묵지가 개입됩니다. 특히 뇌 영상의 경우, 특정 부위의 활성화는 복합적인 데이터 처리와 해석 과정을 거쳐 도출된 결과물입니다. 이처럼 과학적 이미지는 있는 그대로의 자연을 비추는 거울이라기보다, 이론이라는 렌즈를 통해 정제된 지식의 표현에 가깝습니다. 결국 과학에서 본다는 것은 인간이라는 생물학적 존재가 가진 한계를 극복하려는 끊임없는 시도입니다. 과학자들은 데이터의 객관성을 추구하면서도, 동시에 직접 보고 싶어 하는 인간 본연의 욕구를 지니고 있습니다. 관찰의 과정에는 이론적 합의와 사회적 검증, 그리고 과학자들의 인내와 논쟁이 수반됩니다. 과학적 발견은 자연이 스스로 드러내는 것이 아니라, 인간이 정교한 도구와 이론을 통해 자연과 대화하며 얻어낸 값진 해석의 결과입니다.

이강영, 홍성욱

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물리학
융합

[강연] 뜨거워지는 지구, 급증하는 기상이변, 왜? (1) _ 김백민 극지연구소 책임연구원 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 6강 | 6강 ①

과거 우리는 화석연료가 30년 내에 고갈될 것이라는 예측을 자주 접하며 자랐습니다. 하지만 기술의 비약적인 발전으로 시추 효율이 높아지면서 그 사용 기간은 계속 연장되었고, 이는 단순한 과학적 예측조차 얼마나 어려운지를 보여주는 사례가 되었습니다. 기후변화 문제는 화석연료 고갈보다 훨씬 더 복잡한 변수들이 얽혀 있어 예측이 더욱 까다롭습니다. 단순히 온도가 오르는 현상을 넘어, 지구 전체의 시스템이 어떻게 변화할지 정밀하게 분석하는 것은 현대 과학의 거대한 도전 과제입니다. 지구온난화라는 용어와 달리, 최근 겨울철에는 오히려 기록적인 한파와 폭설이 빈번하게 발생하고 있습니다. 2016년 북극은 관측 사상 가장 뜨거운 온도를 기록했지만, 같은 시기 제주도에는 2박 3일간 비행기가 결항될 정도의 이례적인 폭설이 내렸습니다. 미국 역시 영하 40도에 육박하는 체감 온도로 나이아가라 폭포가 얼어붙는 기현상을 겪었습니다. 이러한 역설적인 현상은 지구가 뜨거워지면서 발생하는 기상이변의 대표적인 사례로, 온난화가 단순히 따뜻해짐만을 의미하지 않음을 보여줍니다. 우리 머리 위 상공 10km에는 시속 300km에 달하는 강력한 바람인 제트기류가 1년 내내 흐르고 있습니다. 이 기류는 북극의 차가운 공기를 가두는 거대한 소용돌이 역할을 하며 지구의 기온 균형을 유지하는 핵심적인 장치입니다. 평상시 제트기류는 북극 주위를 띠처럼 빠르게 돌며 한기가 남쪽으로 내려오는 것을 막아주는 방벽 역할을 합니다. 하지만 기후변화로 인해 이 흐름의 강도가 변하게 되면, 우리가 사는 중위도 지역까지 북극의 강력한 한기가 직접적으로 쏟아져 내려오게 됩니다. 북극 해빙은 지난 수십 년간 급격히 감소해 왔으며, 특히 2000년대 이후로는 두꺼운 얼음이 사라지고 살얼음만 남는 등 그 속도가 더욱 빨라졌습니다. 얼음이 사라진 바다에서는 엄청난 양의 열과 수증기가 대기로 방출되는데, 이는 차가운 공기와 바닷물의 온도 차이 때문에 발생하는 현상입니다. 이 에너지는 대기층을 팽창시켜 제트기류를 약화시키고 뱀처럼 구불구불하게 요동치게 만듭니다. 결국 북극 온난화가 아이러니하게도 중위도 지역에 극심한 한파를 몰고 오는 근본적인 원인이 되는 것입니다. 지구의 날씨는 북극의 차가운 냉기와 적도의 따뜻한 열기가 충돌하며 만들어지는 역동적인 결과물입니다. 고기압과 저기압이라는 소용돌이는 남북의 에너지를 끊임없이 섞어주며 지구가 지나치게 뜨겁거나 차갑지 않게 조절하는 일종의 선물과 같은 역할을 합니다. 만약 이러한 순환이 없다면 극지방은 지금보다 훨씬 추워지고 적도는 생명이 살 수 없을 만큼 뜨거워졌을 것입니다. 기상이변은 이러한 지구의 자정작용이 한계에 부딪혔음을 알리는 경고이며, 우리는 이를 시스템 전체의 위기로 인식해야 합니다.

김백민

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[강연] 진화, 뇌를 여는 열쇠 (2) _ 전중환 교수 | 2016 봄 카오스 강연 '뇌 - Brain' 9강 | 9강 ②

우리가 초콜릿 케이크를 먹는 이유를 물었을 때, "달콤해서"라는 대답은 시스템이 어떻게 작동하는지를 설명하는 '근접 원인'에 해당합니다. 이는 뇌의 특정 부위가 활성화되거나 호르몬이 분비되는 등 개체의 일생 내에서 일어나는 현상을 다룹니다. 반면, 왜 하필 당분이 풍부한 음식을 달콤하게 느끼도록 설계되었는지를 묻는 것은 '궁극 원인'의 영역입니다. 진화적 관점에서 당분은 생존에 필수적인 에너지원이었기에, 이를 선호하는 개체가 자연선택을 통해 살아남아 우리에게 그 형질을 물려준 것입니다. 현대 신경과학은 fMRI와 같은 기술을 통해 뇌의 활동을 정밀하게 관찰하지만, 때로는 통합적인 이론 틀 없이 현상만을 나열하는 탐색적 연구에 머물기도 합니다. 특정 활동을 할 때 뇌의 어느 부위가 활성화되는지를 확인하는 것은 중요하지만, 왜 하필 그 부위가 그런 방식으로 반응하는지에 대한 근본적인 설명이 부족할 수 있습니다. 진화심리학은 이러한 신경과학적 발견들을 하나의 일관된 체계로 묶어주는 프레임워크를 제공합니다. 즉, 뇌가 왜 그렇게 설계되었는지에 대한 과학적 근거를 제시함으로써 연구의 깊이를 더해줍니다. 진화적 시각은 흩어져 있는 여러 연구 결과를 하나로 통합할 뿐만 아니라, 아직 발견되지 않은 새로운 사실을 예측하는 길잡이 역할을 합니다. 예를 들어, 보상 중추가 초콜릿을 먹을 때뿐만 아니라 사회적 규칙을 어긴 사기꾼이 처벌받는 모습을 볼 때도 활성화되는 이유는 무엇일까요? 이는 집단생활을 하던 우리 조상들에게 무임승차자를 응징하는 것이 공동체의 생존에 유리했기 때문이라는 진화적 해석이 가능합니다. 이처럼 진화론적 가설은 뇌과학이 단순한 관찰을 넘어 인간 심리의 적응적 결과물을 탐구하는 학문으로 발전하도록 돕습니다. 진화적 예측이 실제 연구로 이어진 대표적인 사례는 질투의 성차입니다. 남성은 자신의 유전적 친자 여부를 확신할 수 없는 '부성 불확실성' 때문에 배우자의 성적 부정에 더 민감하게 반응하도록 진화했습니다. 반면 여성은 자녀 양육에 필요한 자원이 다른 곳으로 유출되는 것을 막기 위해 배우자의 정서적 부정, 즉 마음이 떠나는 신호를 더 무겁게 받아들입니다. 이러한 차이는 단순히 문화적 학습의 결과가 아니라, 수천 세대에 걸쳐 생존과 번식이라는 현실적인 문제를 해결하는 과정에서 형성된 심리적 적응 기제라고 볼 수 있습니다. 이러한 진화적 가설은 뇌영상 촬영을 통해 과학적으로 증명되었습니다. 배우자의 부정을 상상하게 했을 때, 남성은 성관계와 공격성에 관여하는 편도체와 시상하부가 여성보다 더 크게 활성화되었습니다. 반면 여성은 타인의 의도와 마음을 읽는 데 관여하는 뒤쪽 위측두고랑 부위가 더 활성화되는 양상을 보였습니다. 이는 뇌과학 연구가 단순히 '어떤 변화가 일어나는가'를 보는 수준을 넘어, 진화적 이론 틀을 바탕으로 세워진 선험적 예측을 검증함으로써 인간 본성에 대한 이해를 한 단계 더 끌어올릴 수 있음을 보여줍니다.

전중환

카오스재단카오스강연

생명과학
뇌인지과학

[강연] 빛에 관한 모든 것_패널토크 (2) | 2016 겨울 제 8회 카오스 콘서트 '빛 색즉시공' 3부 | 3부 ④

양자역학의 세계에서 가장 신비로운 현상 중 하나는 전자의 이중 슬릿 실험입니다. 전자는 관측되지 않을 때 파동처럼 행동하며 간섭무늬를 만들지만, 누군가 그 경로를 지켜보는 순간 입자처럼 행동하며 두 줄의 무늬만을 남깁니다. 이러한 현상은 미시 세계의 존재들이 고정된 실체가 아니라 관측이라는 행위에 의해 그 상태가 결정될 수 있음을 시사합니다. 우리가 세상을 어떻게 바라보느냐에 따라 대상의 본질이 달라질 수 있다는 점은 현대 물리학이 우리에게 던지는 가장 매혹적인 질문 중 하나라고 할 수 있습니다. 전자를 관측한다는 것은 단순히 눈으로 보는 것을 넘어 대상에 물리적인 영향을 주는 과정입니다. 전자의 위치를 파악하기 위해 빛을 쪼이면, 그 빛의 에너지가 전자에 전달되어 본래의 상태를 교란하게 됩니다. 즉, 관측이라는 행위 자체가 대상의 정보를 얻는 동시에 그 대상을 변화시키는 결과를 초래하는 것입니다. 이러한 원리는 우리가 우주의 근본 원리를 이해하는 데 있어 객관적인 관찰자로서만 존재할 수 없음을 깨닫게 하며, 실험 장치와 관측 대상 사이의 밀접한 상호작용을 강조하는 중요한 지점이 됩니다. 과학의 역사 속에서 성별에 대한 인식은 시대의 흐름과 밀접하게 연결되어 왔습니다. 과거 농경 사회의 시작과 함께 남성 중심의 문화가 강화되면서 과학계 역시 오랜 시간 남성들의 전유물처럼 여겨졌던 것이 사실입니다. 하지만 최근에는 여성 과학자들의 참여가 비약적으로 늘어나고 있으며, 이는 과학을 바라보는 시각을 더욱 풍성하게 만들고 있습니다. 딱딱하고 차가운 이성의 영역으로만 치부되던 과학이 다양한 주체들의 참여를 통해 보다 따뜻하고 입체적인 학문으로 변모하고 있다는 점은 우리 사회의 매우 고무적인 변화입니다. 빛은 우주의 시공간을 가득 채우고 있는 핵심적인 요소입니다. 우리가 눈으로 보는 가시광선 너머에는 보이지 않는 다양한 파장의 빛들이 존재하며, 이들은 우주의 비밀을 풀 수 있는 중요한 열쇠가 됩니다. 빛을 통해 시공간의 본질을 탐구하는 과정은 우리가 발을 딛고 있는 이 세계가 얼마나 경이로운 조화 속에 놓여 있는지를 다시금 확인시켜 줍니다. 세상의 다채로운 색과 그 이면의 물리적 실체를 연결해 보는 시도는 과학적 사고가 철학적 성찰로까지 확장될 수 있음을 보여주는 훌륭한 사례가 되기도 합니다. 과학적 탐구의 여정은 정해진 답을 찾는 과정이라기보다 끊임없이 새로운 질문을 던지는 과정에 가깝습니다. 아인슈타인의 뇌를 수백 조각으로 나누어 연구했음에도 천재성의 근원을 명확히 밝혀내지 못한 사례처럼, 우리 앞에는 여전히 미지의 영역이 무궁무진하게 남아 있습니다. 중요한 것은 강연이나 책을 통해 얻은 작은 호기심의 불씨를 꺼뜨리지 않고 스스로 더 깊이 탐구해 나가는 태도입니다. 세상을 바라보는 사고의 스펙트럼을 넓힐 때, 우리는 비로소 과학이 주는 진정한 즐거움과 지적인 해방감에 도달할 수 있을 것입니다.

김상욱, 윤성철, 정애리, 정하웅

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물리학
천문학

[강연] 빛, 너의 정체는 무엇이냐? - 빛의 본질 (1) _오세정 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 1강 | 1강 ①

카오스 재단은 기초 과학의 대중화를 목표로 설립된 공익재단으로, 매년 심도 있는 과학 강연을 통해 대중과 소통하고 있습니다. 2015년 하반기에 진행된 '빛, 색즉시공' 강연 시리즈는 빛이라는 존재가 우리 삶과 우주에서 갖는 의미를 다각도로 조명합니다. 빛은 단순히 어둠을 밝히는 존재를 넘어 색채와 시간, 그리고 공간과 밀접하게 연결되어 있습니다. 이번 강연은 빛의 정체를 밝히는 여정의 시작으로, 우리가 당연하게 여겼던 빛의 본질에 대해 근본적인 질문을 던지며 과학적 탐구의 문을 활짝 엽니다. 물리학의 관점에서 자연 현상을 이해하는 가장 기본적인 틀은 대상을 입자와 파동으로 구분하는 것입니다. 입자는 야구공이나 당구공처럼 공간의 한 점에 존재하며 개수를 셀 수 있고, 서로 충돌하면 튕겨 나가는 성질을 가집니다. 반면 파동은 호수의 물결이나 소리처럼 공간으로 연속적으로 퍼져 나가며, 서로 부딪혀도 사라지지 않고 간섭 현상을 일으키며 통과합니다. 빛이 이 두 가지 성질 중 어디에 해당하는지를 밝히는 과정은 근대 물리학 역사에서 가장 치열하고도 흥미로운 논쟁의 중심에 있었습니다. 빛에 대한 체계적인 탐구는 고대 그리스의 자연 철학자들로부터 시작되었습니다. 아리스토텔레스는 시각의 원리를 설명하며 눈에서 무언가가 방출되어 물체에 닿음으로써 사물을 인지한다고 믿었습니다. 그러나 근대 과학의 여명기에 이르러 뉴턴과 갈릴레오는 관측과 실험을 통해 이러한 직관적 사고를 검증하기 시작했습니다. 뉴턴은 빛이 직진하고 그림자를 만든다는 사실에 주목하여 빛을 아주 작은 입자들의 흐름이라고 정의했습니다. 이는 당시 과학계에 큰 영향을 미치며 빛의 입자설이 우세해지는 계기가 되었습니다. 뉴턴의 입자설이 지배적이던 시대에도 호이겐스와 같은 과학자들은 빛의 파동성을 주장하며 반기를 들었습니다. 파동설에 따르면 빛이 전달되기 위해서는 물결파의 물이나 음파의 공기와 같은 '매질'이 반드시 존재해야 합니다. 파동은 장애물이 있어도 회절을 통해 전달될 수 있으며, 두 파동이 만날 때 서로 보강되거나 상쇄되는 독특한 간섭 무늬를 형성합니다. 이러한 파동의 특성은 빛이 단순히 직진하는 입자라는 설명만으로는 부족했던 여러 현상을 보완하며, 18세기와 19세기를 거쳐 빛의 본질을 설명하는 핵심 이론으로 자리 잡았습니다. 20세기에 접어들며 빛의 정체에 대한 논의는 새로운 국면을 맞이합니다. 아인슈타인이 빛의 입자적 성질을 다시금 증명해 내면서, 고전 물리학이 쌓아온 파동설의 견고한 성벽에 균열이 생긴 것입니다. 결국 현대 물리학은 빛이 입자와 파동의 성질을 동시에 지니고 있다는 '이중성'의 결론에 도달했습니다. 태초부터 인류의 호기심을 자극해 온 빛은 이제 단순한 물리적 현상을 넘어, 우주의 근본 원리를 이해하는 열쇠가 되었습니다. 10회에 걸친 강연을 통해 우리는 빛과 색, 그리고 시공간이 얽혀 만드는 경이로운 세계를 마주하게 될 것입니다.

오세정

카오스재단카오스강연

물리학

[강연] 과학과 기술의 기원 (3) - 과학과 기술의 개화 : 그리스에서 현대까지 _ 홍성욱 교수 | 2015 봄 카오스 강연 'ORIGIN' 4강 | 4강 ③

플라톤은 고대 그리스의 자연 철학을 체계화하며 자신의 관념론적 철학 체계 안에 선대 사상들을 통합했습니다. 그는 교육 기관인 아카데미를 설립하며 현판에 ‘기하학을 모르는 자는 들어오지 말라’는 문구를 붙일 정도로 수학적 원리를 중시했습니다. 하지만 플라톤이 강조한 기하학은 실용적인 목적이 아닌 철학적 탐구를 위한 것이었습니다. 그는 사원소를 다섯 가지 정다면체에 대응시켰는데, 정육면체는 흙, 정사면체는 불, 정팔면체는 공기, 정이십면체는 물로 정의했으며 가장 구에 가까운 정십이면체를 우주 그 자체로 보았습니다. 아리스토텔레스는 플라톤의 체계를 계승하면서도 이를 더욱 정교하게 보완하여 독자적인 우주론을 완성했습니다. 그는 우주를 달을 경계로 지상계와 천상계로 엄격히 구분했습니다. 지상계는 물, 불, 흙, 공기의 사원소로 구성되어 생성과 소멸, 변화가 끊임없이 일어나는 공간인 반면, 천상계는 제5원소인 에테르로 이루어져 영원불변한 원운동만이 존재하는 영역입니다. 이러한 아리스토텔레스의 체계는 물질 이론과 운동 법칙을 하나로 연결하며 수천 년 동안 서구 자연 철학의 근간을 이루는 거대한 지적 토대가 되었습니다. 행성의 역행 운동이라는 난제는 프톨레마이오스에 이르러 주전원이라는 개념을 통해 수학적으로 해결되는 듯 보였습니다. 그러나 16세기 코페르니쿠스는 이 체계가 현상은 설명할지언정 전체적인 조화가 결여된 ‘괴물’과 같다고 비판했습니다. 그는 우주의 대칭성과 질서를 회복하기 위해 태양 중심설을 제창하며 과학 혁명의 서막을 열었습니다. 이후 갈릴레오, 데카르트, 뉴턴으로 이어지는 흐름은 고대 천문학의 오류를 극복하고 근대 과학의 기틀을 마련하는 과정이었으며, 이는 고대 그리스 과학이 현대 과학의 기원이라는 전통적 해석의 근거가 되었습니다. 1980년대 이후 과학사 학계에서는 현대 과학의 기원을 바라보는 새로운 시각이 대두되었습니다. 현대 과학의 핵심인 실험 방법론이 고대 그리스 과학에는 존재하지 않았다는 점에 주목한 것입니다. 당시 자연 철학자들은 실험을 자연을 망치는 인위적인 개입으로 간주하여 부정적으로 보았습니다. 그들에게 진정한 과학이란 순수한 관찰과 사유를 통해 자연의 본질을 파악하는 것이었으며, 도구를 사용하여 자연을 조작하는 행위는 과학자가 아닌 장인이나 기술자들의 하급 활동으로 치부되었습니다. 결국 현대 실험 과학의 뿌리는 그리스의 자연 철학보다는 오히려 그들이 외면했던 기술과 연금술의 전통에서 찾을 수 있습니다. 17세기 과학 혁명을 거치며 이론적인 사유와 실용적인 기술적 조작이 재결합했고, 이것이 오늘날의 실험 과학을 탄생시켰습니다. 브뤼노 라투르가 언급한 ‘테크노 사이언스’처럼, 과학과 기술의 만남은 고대 그리스의 이상에서 멀어짐으로써 비로소 현대 과학이라는 새로운 길을 열 수 있었습니다. 이러한 변화는 과학의 역사가 단순히 이론의 계승이 아닌, 방법론의 근본적인 혁신을 통해 진화해 왔음을 보여줍니다.

홍성욱

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