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[강연] 제 31회 서울대 자연과학 공개강연_'세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래' (1) by 박건웅, 안광석 l 서울대학교&카오스재단 | 1부

서울대학교 자연과학 공개 강연은 1994년부터 시작된 대표적인 과학 나눔 프로그램으로, 올해 31회를 맞이했습니다. 이번 강연의 주제인 '과학자의 꿈과 도전'은 세상을 바꾼 과거의 과학적 성취를 돌아보고, 앞으로 다가올 미래를 과학이 어떻게 열어갈지 탐구하는 데 목적이 있습니다. 인공지능부터 전염병, 탄소 중립, 초전도체에 이르기까지 현대 과학의 핵심 화두를 다루며 청중들에게 과학적 설렘을 전달합니다. 특히 이번 강연은 단순한 지식 전달을 넘어, 과학적 사고가 우리 삶과 사회를 어떻게 변화시키는지 깊이 있게 성찰하는 기회를 제공합니다. 데이터는 현대 인공지능을 움직이는 핵심 원료입니다. 과거에는 실험을 통해 소수의 데이터를 얻었지만, 이제는 매분 엄청난 양의 정보가 쏟아지는 빅데이터 시대에 살고 있습니다. 이러한 데이터는 스마트 팩토리의 생산성을 높이고 마케팅 전략을 최적화하며, 심지어 스포츠 경기에서 승리 확률이 높은 위치를 예측하는 데 활용됩니다. 농구 선수 스테픈 커리의 사례처럼, 데이터를 기반으로 한 기대 득점 분석은 현대 스포츠의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 결국 데이터는 인공지능이 올바른 판단을 내릴 수 있도록 돕는 가장 중요한 기반이 됩니다. 인공지능은 인간의 지적 능력을 컴퓨터로 구현하는 기술로, 시행착오를 거치며 스스로 학습하는 과정을 통해 발전합니다. 자율 주차 프로그램이 수만 번의 사고를 겪으며 완벽한 주차 방법을 익히는 것처럼, 인공지능은 방대한 데이터를 바탕으로 인간의 업무를 효과적으로 대체해 나가고 있습니다. 현재의 인공지능은 시각과 청각을 넘어 후각, 미각, 촉각 등 오감을 정복하려 시도하고 있으며, 이는 궁극적으로 인간과 소통하고 공감하는 자율주행 시스템으로 이어질 것입니다. 이러한 기술적 진보는 인류의 노동을 획기적으로 줄여줄 것으로 기대됩니다. 하지만 현재의 인공지능은 데이터 편향성과 예측의 신뢰성이라는 한계에 직면해 있습니다. 특정 지역이나 문화권에 치우친 데이터는 잘못된 결과를 도출할 수 있으며, 복잡한 모델은 결과의 원인을 설명하지 못하는 '블랙박스 문제'를 야기합니다. 단순히 상관관계를 파악하는 것을 넘어, 사건의 인과관계를 추론하고 인간이 납득할 수 있는 설명을 제공하는 '해석 가능한 AI'의 개발이 시급합니다. 이를 위해서는 수학과 통계학 같은 기초 과학의 발전이 필수적이며, 미래의 인공지능 연구자들은 이러한 근본적인 문제들을 해결하는 데 도전해야 합니다. 인류의 역사는 전염병과의 끊임없는 전쟁이었습니다. 흑사병이나 천연두 같은 질병은 제국의 몰락을 가져오고 세계 지도를 바꾸는 결정적인 역할을 했습니다. 과거에는 과학적 지식의 부재로 기도나 무속 신앙에 의존했지만, 존 스노의 콜레라 역학 조사와 코흐의 세균 발견을 기점으로 전염병 대처 방식은 과학적으로 변모했습니다. 제너의 백신과 파스퇴르의 미생물학 연구는 인류의 평균 수명을 획기적으로 연장하는 기틀이 되었습니다. 이러한 과학적 성취 덕분에 인류는 보이지 않는 적에 맞서 싸울 수 있는 강력한 무기를 갖게 되었습니다. 현대 과학은 mRNA 기술을 통해 코로나19와 같은 팬데믹에 신속하게 대응할 수 있는 플랫폼을 구축했습니다. 하지만 기후 변화와 생태계 파괴로 인해 동물의 바이러스가 인간에게 전파되는 인수공통감염병의 위협은 더욱 커지고 있습니다. 앞으로의 과학은 변이 바이러스에도 대응할 수 있는 범용 백신과 코에 뿌리는 점막 백신 개발에 집중해야 합니다. 팬데믹은 더 이상 예기치 못한 사건이 아니라 충분히 예상 가능한 '회색 코뿔소'와 같습니다. 따라서 기초 과학 연구를 통해 새로운 병원체를 조기에 탐지하고 대응하는 능력을 기르는 것이 무엇보다 중요합니다. 과학의 발전은 단순히 기술의 진보를 의미하는 것이 아니라, 인류가 직면한 거대한 문제를 해결하려는 꿈과 도전의 과정입니다. 인공지능의 한계를 극복하고 새로운 전염병에 맞서기 위해서는 탄탄한 기초 과학 지식과 더불어 세상을 바라보는 넓은 시야가 필요합니다. '코이'라는 물고기가 환경에 따라 크기가 달라지듯이, 과학자의 꿈의 크기가 곧 인류 미래의 한계를 결정합니다. 미래를 이끌어갈 세대들이 기초 과학에 관심을 가지고 끊임없이 질문하며 도전할 때, 과학이 여는 미래는 더욱 밝고 풍요로워질 것입니다.

[강연] 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연_'과학동행'2 by정현석, 손석우 l 서울대학교&카오스재단 | 2부

자연과학은 우리가 발을 딛고 있는 이 세계의 본질을 탐구하는 여정입니다. 2022년 UN이 지정한 '세계 기초과학의 해'를 맞아 진행된 이번 논의는 '과학과의 동행'이라는 주제 아래 기초과학의 가치를 재조명합니다. 미지의 영역을 향해 끊임없이 질문을 던지는 과정 자체가 인류에게 가장 소중한 가치가 됩니다. 이러한 탐구는 당장의 경제적 이득을 목적으로 하지 않더라도, 결국 인간의 본성에 부합하며 인류 전체에 유익한 결과를 가져다주는 밑거름이 됩니다. 우리가 아는 것보다 모르는 것이 훨씬 더 많다는 사실을 인정하는 데서 진정한 과학적 진보가 시작됩니다. 양자역학은 현대 물리학에서 가장 비직관적이면서도 매혹적인 분야로 꼽힙니다. 빛이 입자인지 파동인지에 대한 오랜 논쟁은 양자역학의 탄생과 함께 새로운 국면을 맞이했습니다. 단일 광자는 반거울을 통과할 때 어느 한 경로를 선택하는 입자처럼 행동하면서도, 관측되지 않을 때는 두 경로를 동시에 지나는 파동처럼 간섭 현상을 일으킵니다. 이러한 '양자 중첩' 상태는 우리가 일상에서 경험하는 논리적 범주를 뛰어넘습니다. 관측하는 순간 상태가 결정되는 이 기묘한 현상은 미시 세계의 기본 원리이며, 우리가 보지 않을 때 자연이 어떻게 행동하는지에 대한 심오한 통찰을 제공합니다. 양자 중첩의 개념을 여러 입자로 확장하면 '양자 얽힘'이라는 더욱 놀라운 현상에 도달합니다. 멀리 떨어져 있는 두 입자가 서로의 상태를 즉각적으로 결정하는 이 현상은 아인슈타인이 '유령 같은 원거리 작용'이라 부르며 의구심을 표했을 만큼 파격적이었습니다. 그러나 벨의 부등식 실험을 통해 국소적 실재론의 한계가 증명되면서, 우리는 이제 우주가 근본적으로 서로 얽혀 있다는 사실을 받아들이게 되었습니다. 이는 단순히 물리적 현상을 넘어 우리의 세계관을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 이러한 양자적 상관관계는 현대 정보 기술의 패러다임을 바꿀 핵심 자원으로 주목받고 있습니다. 양자 기술을 현실에 구현하기 위한 과학자들의 노력은 '결어긋남'과의 전쟁이라 할 수 있습니다. 거시 세계의 물체는 외부 환경과 끊임없이 상호작용하며 양자적 특성을 쉽게 잃어버리기 때문입니다. 이를 극복하기 위해 온도를 극도로 낮추거나 우주 공간을 활용하는 등 다양한 시도가 이어지고 있습니다. 0과 1의 중첩을 이용하는 '큐비트' 기반의 양자 컴퓨터와 도청이 불가능한 양자 암호 통신은 이미 실험실을 넘어 실용화의 단계로 나아가고 있습니다. 비록 완벽한 양자 컴퓨터의 시대까지는 시간이 필요하겠지만, 잡음이 존재하는 현재의 기술 수준에서도 고전 컴퓨터가 풀지 못하는 난제들을 해결하려는 도전은 계속됩니다. 기후 변화는 이제 단순한 변화를 넘어 인류의 생존을 위협하는 '기후 위기'의 시대로 접어들었습니다. 2021년 노벨 물리학상이 기후 과학자들에게 수여된 것은 이 분야가 정통 물리학의 중요한 한 축임을 전 세계에 공표한 사건이었습니다. 기후에 대한 탐구는 19세기 푸리에의 에너지 균형 연구와 틴들의 온실 기체 발견에서 시작되어 아레니우스의 정량적 분석으로 이어졌습니다. 이들은 지구가 왜 생명체가 살기에 적합한 온도를 유지하는지, 그리고 이산화탄소 농도가 기온에 어떤 영향을 미치는지에 대한 과학적 토대를 마련했습니다. 이러한 선구적인 연구들은 현대 기후 모델링의 출발점이 되었습니다. 현대 기후 과학은 정교한 컴퓨터 모델을 통해 지구의 미래를 예측합니다. 마나베 박사가 개발한 기후 모델은 대류와 복사 에너지의 상호작용을 물리 법칙으로 구현하여 온실 효과를 증명해 냈습니다. 또한 하셀만 박사가 제안한 '지문법'은 최근의 급격한 온난화가 자연적인 변동이 아닌 인류의 활동에 의한 것임을 통계적으로 명백히 규명했습니다. 현재 북극의 빙하가 녹고 기상 이변이 속출하는 현상은 수십 년 전 과학자들이 모델을 통해 예견했던 결과와 놀라울 정도로 일치합니다. 이는 기후 위기가 막연한 추측이 아니라 엄밀한 과학적 근거에 기반한 현실임을 시사합니다. 과학은 불확실한 미지의 영역을 확실한 지식의 영역으로 옮겨오는 인류의 가장 강력한 도구입니다. 양자 세계의 비밀을 파헤쳐 기술의 한계를 돌파하고, 기후 모델을 통해 지구의 위기를 진단하는 과정은 모두 미래 세대와의 지속 가능한 동행을 위한 노력입니다. 이제는 과학적 발견을 넘어 실천적인 행동이 필요한 시점입니다. 탄소 중립을 향한 국가적 대응과 더불어, 과학의 본질을 이해하고 그 가치를 공유하는 공동체의 노력이 뒷받침되어야 합니다. 과학자들의 끊임없는 질문과 도전이 계속되는 한, 우리는 더 나은 미래를 향한 희망의 실마리를 놓지 않을 것입니다.