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[강연] 암흑에너지는 존재하는가? 박창범 vs 이영욱ㅣGREAT DEBATE(우주론 대토론)

현대 우주론은 138억 년 전 대폭발로 시작된 우주가 지금도 끊임없이 팽창하고 있다는 '표준 우주 모형'을 근간으로 삼고 있습니다. 이 모형에 따르면 우주는 거시적 관점에서 균질하고 등방하며, 보이지 않는 암흑물질과 우주 팽창을 가속하는 암흑에너지로 가득 차 있습니다. 우주배경복사의 균일한 온도 분포와 은하들의 거대 구조는 이러한 이론적 틀을 뒷받침하는 강력한 관측적 근거가 되어왔습니다. 특히 20세기 후반에 발견된 우주의 가속 팽창은 현대 물리학의 가장 놀라운 성과 중 하나로 꼽히며, 인류가 우주의 운명을 이해하는 데 결정적인 열쇠를 제공해 주었습니다. 우주 가속 팽창의 가장 직접적인 증거는 Ia형 초신성 관측에서 비롯되었습니다. Ia형 초신성은 폭발 시 최대 밝기가 일정하여 먼 우주까지의 거리를 측정하는 '표준 촛불' 역할을 수행합니다. 1990년대 후반, 연구자들은 먼 은하의 초신성들이 예상보다 더 어둡게 관측된다는 사실을 발견했습니다. 이는 우주가 과거보다 더 빨리 팽창하고 있음을 시사하며, 중력을 이기고 공간을 밀어내는 척력인 암흑에너지의 존재를 상정하게 만들었습니다. 이 발견은 2011년 노벨 물리학상 수여로 이어지며 현대 우주론의 확고한 정설로 자리 잡게 되었습니다. 그러나 최근 이 정설에 도전하는 새로운 연구 결과가 제시되며 학계에 거대한 파장을 일으키고 있습니다. 핵심은 초신성의 밝기가 항성 종족의 나이에 따라 변할 수 있다는 '광도 진화' 가능성입니다. 우주론적 거리에서 관측되는 먼 은하의 초신성은 현재의 초신성보다 훨씬 젊은 별에서 기원합니다. 만약 젊은 별에서 폭발한 초신성이 본래 더 어둡거나 밝다면, 관측된 어두움이 우주의 가속 팽창 때문이 아니라 천체물리학적인 특성 변화 때문일 수 있다는 의문이 제기된 것입니다. 이는 표준 촛불의 신뢰성에 근본적인 질문을 던지는 사건입니다. 국내 연구팀은 지난 10년간 가까운 초신성 호스트 은하들의 나이를 정밀하게 측정하여 이 상관관계를 추적해 왔습니다. 연구 결과, 항성 종족의 나이가 젊을수록 초신성의 상대적 광도가 더 어둡게 나타나는 경향이 확인되었습니다. 특히 초신성 밝기를 보정하는 표준화 과정에서 젊은 초신성들이 실제보다 더 어둡게 '과잉 보정'될 수 있다는 사실이 드러났습니다. 이러한 분석을 먼 우주의 데이터에 적용하면, 가속 팽창의 증거로 여겨졌던 초신성들의 어두움이 상당 부분 설명되어 암흑에너지의 필요성이 사라질 수도 있다는 충격적인 결론에 도달하게 됩니다. 이러한 주장은 기존 표준 우주론을 지지하는 진영과 치열한 논쟁을 불러일으켰습니다. 반대 측에서는 샘플의 크기가 충분하지 않으며, 다른 관측 데이터인 우주배경복사나 바리온 음향 진동 역시 암흑에너지의 존재를 지지한다고 반박합니다. 여러 관측치가 한 점으로 모이는 '조화 모형'의 견고함을 강조하는 것입니다. 반면, 도전자들은 초신성이 가속 팽창의 가장 직접적인 증거였던 만큼, 첫 단추인 초신성 해석에 오류가 있다면 전체적인 우주상의 재검토가 불가피하다고 맞섭니다. 이는 과학이 정답을 찾아가는 과정에서 겪는 필연적인 진통이라 할 수 있습니다. 만약 암흑에너지가 인위적인 허구로 판명된다면, 현대 물리학은 근본적인 변혁을 맞이하게 될 것입니다. 우주의 70%를 차지한다고 믿었던 미지의 에너지가 사라지고, 우주는 기하학적으로 평탄하면서도 감속 팽창하는 새로운 모형으로 재정의되어야 합니다. 이는 단순히 수치 하나를 바꾸는 문제가 아니라, 우주의 기원과 진화, 그리고 종말에 대한 인류의 시나리오를 통째로 다시 쓰는 일입니다. 노벨상 수상 결과조차 끊임없이 의심하고 검증하는 과학적 태도는 우리가 진정한 우주의 진실에 다가가는 유일한 길임을 다시 한번 일깨워 줍니다. 우주론의 역사는 끊임없는 관측과 이론의 충돌을 통해 발전해 왔습니다. 100년 전 우주의 크기를 두고 벌어졌던 대토론처럼, 오늘의 논쟁 또한 미래의 표준 우주론을 정립하는 중요한 밑거름이 될 것입니다. 앞으로 가동될 차세대 대형 망원경과 정밀한 관측 사업들은 암흑에너지의 실체나 광도 진화의 진위를 더욱 명확히 가려줄 것으로 기대됩니다. 우주는 우리가 원하는 모습이 아니라 있는 그대로의 진실을 보여줄 것이며, 인류는 그 거대한 신비 앞에서 겸허하게 새로운 지식의 지평을 넓혀가며 우주의 참모습을 발견해 나갈 것입니다.

박창범, 이영욱

카오스재단카오스강연

물리학
천문학

[강연] 데이터 세상에서 수학으로 살아남기 by천정희 | #47분26초_꼭_봐야하는_영상｜2020 서울대 자연과학 공개강연 '과학으로 살아남기' | 2강

현대 사회에서 데이터는 '미래의 원유'이자 새로운 통화로 불릴 만큼 그 가치가 비약적으로 상승했습니다. 과거 시가총액 상위권을 차지하던 기업들이 석유나 금융 중심이었다면, 이제는 애플, 구글, 아마존과 같은 데이터 기반 IT 기업들이 그 자리를 대신하고 있습니다. 이는 우리가 데이터를 얼마나 잘 수집하고 활용하느냐에 따라 기업과 국가의 경쟁력이 결정되는 시대에 살고 있음을 의미하며, 데이터는 단순한 정보를 넘어 경제의 핵심 동력이 되었습니다. 하지만 데이터 활용이 늘어날수록 개인정보 유출이라는 심각한 부작용도 뒤따르고 있습니다. 의료 정보나 상업적 이용을 목적으로 한 민감한 정보들이 해킹이나 무단 판매를 통해 유출되는 사고가 빈번하게 발생하고 있습니다. 기계 학습을 위해 더 많은 데이터가 필요해질수록 보안의 중요성은 더욱 커지며, 데이터를 안전하게 보호하면서도 그 가치를 추출해낼 수 있는 기술적 대안이 절실해진 상황입니다. 활용과 보호라는 두 마리 토끼를 잡는 것이 시대적 과제가 된 것입니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 등장한 혁신적인 기술이 바로 '동형암호'입니다. 동형암호는 데이터를 암호화한 상태 그대로 연산할 수 있게 해주는 기술로, 데이터를 복호화하지 않고도 필요한 분석을 수행할 수 있습니다. 이는 마치 보석 원석을 투명하고 단단한 상자에 넣은 채로 가공하는 것과 같아서, 작업자는 내용물을 훔칠 수 없지만 주인은 가공된 결과물을 안전하게 돌려받을 수 있습니다. 비밀을 알지 못하면서도 주인이 원하는 일을 완벽히 수행하는 '완벽한 하인'인 셈입니다. 동형암호의 안전성은 수학적으로 매우 풀기 어려운 난제에 기반을 두고 있습니다. 근사 최대공약수 문제나 격자 기반의 암호 체계는 현대의 슈퍼컴퓨터는 물론 미래의 양자 컴퓨터로도 해결하기 어려운 NP-하드 문제로 분류됩니다. 이러한 수학적 견고함 덕분에 동형암호는 데이터의 기밀성을 완벽하게 보장하며, 암호화된 상태에서 덧셈과 곱셈 같은 복잡한 연산을 수행하더라도 정보가 외부에 노출될 위험이 거의 없습니다. 수학이 데이터 세상을 지키는 가장 강력한 방패가 되는 것입니다. 초기 동형암호는 연산 속도가 매우 느리고 데이터 크기가 커지는 단점이 있었으나, 최근 수학적 알고리즘의 발전으로 비약적인 성능 향상을 이루었습니다. 특히 '근사 계산 동형암호(HEAAN)' 기술은 실수 연산이 잦은 기계 학습 분야에 최적화되어 세계적인 주목을 받았습니다. 이 기술은 연산 과정에서 발생하는 오차를 효율적으로 관리하며, 기존 방식보다 수백 배 빠른 속도로 대규모 데이터를 처리할 수 있는 길을 열어주었습니다. 이는 한국 연구진의 기여가 돋보이는 분야이기도 합니다. 현재 동형암호는 DNA 분석과 같은 정밀 의료 분야부터 금융 서비스의 데이터 결합에 이르기까지 폭넓게 적용되고 있습니다. 개인의 유전 정보를 암호화한 상태로 질병 예측 모델을 돌리거나, 서로 다른 기관의 금융 데이터를 개인정보 침해 없이 결합하여 분석하는 것이 가능해졌습니다. 정부의 규제 샌드박스를 통한 임시 면허 부여 등 제도적 뒷받침이 더해지며, 이론을 넘어 실질적인 서비스 단계로 빠르게 진입하고 있습니다. 이는 데이터 부족 문제를 해결하고 안전한 유통 생태계를 만드는 초석이 됩니다. 결국 데이터 세상에서 수학은 단순한 계산 도구를 넘어 개인의 권리와 정보를 지키는 핵심적인 역할을 수행합니다. 대수학, 정수론, 해석학 등 다양한 수학적 원리들이 결합하여 탄생한 동형암호는 인공지능 기술과 조화를 이루며 '프라이빗 AI' 시대를 견인할 것입니다. 인간과 인공지능이 서로의 신뢰를 바탕으로 공존하는 미래를 만들기 위해, 수학은 앞으로도 데이터의 가치를 안전하게 꽃피우는 생명선이 될 것입니다. 새로운 수학적 발견이 가져올 안전한 데이터 세상을 기대해 봅니다.

천정희

카오스재단서울대자연과학공개강연

수학

[석학인터뷰] 이상희_ 우리의 조상은 네안데르탈인이다? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

고인류학은 인류의 기원과 진화 과정을 탐구하는 학문으로, 우리가 현재의 모습을 갖게 된 이유를 밝혀냅니다. 과거에는 주로 화석을 통해 연구가 이루어졌으나, 최근 20년 사이 유전학적 접근법이 비약적으로 발전하며 새로운 지평을 열었습니다. 이러한 연구는 단순히 과거를 돌아보는 것에 그치지 않고, 호모 사피엔스가 변화하는 환경 속에서 어떻게 살아남았는지에 대한 근본적인 질문을 던집니다. 고인류학자는 유전자와 화석이라는 단서를 통해 인류의 발자취를 추적하며 우리 존재의 뿌리를 찾아가는 여정을 지속하고 있습니다. 인간은 어떤 극한 환경에서도 적응해 나가는 놀라운 능력을 갖추고 있습니다. 고고학 발굴 현장에서는 때로 수천 년 동안 쌓인 짐승의 배설물이 굳어 먼지가 날리는 열악한 상황을 마주하기도 합니다. 처음에는 거부감이 들 수도 있지만, 시간이 흐르면 그 먼지 속에서도 평온하게 식사를 할 만큼 환경에 동화됩니다. 이러한 적응력은 인류가 지구 곳곳으로 퍼져나가 생존할 수 있었던 핵심적인 원동력이 되었습니다. 불편함을 극복하고 주어진 조건에 맞춰 삶을 영위하는 모습은 인간이 가진 가장 강력한 생물학적 특징 중 하나라고 할 수 있습니다. 인류의 계보는 단순히 하나의 선으로 이어진 피라미드 구조가 아닙니다. 우리는 네안데르탈인, 데니소바인, 그리고 아직 이름조차 밝혀지지 않은 여러 고인류 집단의 유전자가 뒤섞인 후손입니다. 세대를 거슬러 올라갈수록 조상의 수는 기하급수적으로 늘어나며, 결국 특정 시점의 모든 인류가 현대인의 공통 조상이 되는 복잡한 그물망을 형성합니다. 진화의 과정은 고립된 기원에서 시작된 것이 아니라, 서로 다른 집단이 끊임없이 교류하며 유전자와 문화, 아이디어를 나눈 결과물입니다. 이러한 혼합과 교류야말로 인류가 다양성을 유지하며 진화해 온 실제 모습입니다. 학문적 탐구의 길에서 가장 큰 즐거움은 역설적으로 가장 고통스러운 순간이 해결될 때 찾아옵니다. 연구자들은 종종 해결책이 보이지 않는 막막한 터널 속에 갇힌 듯한 기분을 느끼며 자신의 자질을 의심하기도 합니다. 하지만 포기하지 않고 묵묵히 과정을 견뎌내다 보면, 어느 순간 꽉 막혔던 문제가 풀리며 비약적인 진전을 이루는 경험을 하게 됩니다. 어려움이 크면 클수록 그것을 극복했을 때 느끼는 성취감과 희열 또한 비례하여 커지기 마련입니다. 이러한 인내의 과정은 학자로서의 성장을 이끄는 중요한 자양분이 되며, 다음 도전을 지속하게 하는 힘이 됩니다. 생물학적 관점에서 진화란 세대를 거치며 유전자 빈도에 변화가 생기는 현상을 의미합니다. 여기에는 더 나아지거나 나빠진다는 가치 판단이 포함되지 않으며, 오직 변화 그 자체만이 존재합니다. 흔히 진화를 진보와 혼동하여 '역진화'라는 표현을 쓰기도 하지만, 과학적으로는 어떤 방향의 변화든 모두 진화의 범주에 속합니다. 다윈의 적자생존 역시 환경에 가장 잘 적응한 개체가 살아남아 그 형질을 이어가는 자연스러운 섭리를 설명합니다. 결국 진화는 완벽을 향한 행진이 아니라 생존을 위한 끊임없는 변화의 기록입니다.

이상희

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[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

카오스재단카오스강연

생명과학
수학

[강연] 디지털인문학과 데이터과학 (2) _ by장원철 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 4강 | 4강 ②

예술과 문학의 진위를 가리거나 특징을 분석하는 방법으로 '양식 측정학'이 주목받고 있습니다. 이는 단어의 길이나 빈도, 색상의 사용 패턴 등을 정량적으로 분석하여 작품의 유사도나 작가의 고유한 스타일을 찾아내는 학문입니다. 19세기 토마스 멘덴홀이 단어 길이 빈도를 조사하며 시작된 이 분야는, 오늘날 구텐베르크 프로젝트와 같은 대규모 디지털 도서관의 등장으로 비약적인 발전을 이루었습니다. 이제 데이터는 단순한 기록을 넘어 과거의 진실을 밝히는 강력한 도구가 되었습니다. 우리나라의 대표적인 기록 유산인 조선왕조실록 역시 이러한 데이터 과학의 훌륭한 연구 대상입니다. 태조부터 철종까지 약 470년간의 방대한 기록은 현재 모두 디지털화되어 한글로 번역되어 있습니다. 연구자들은 텍스트 마이닝 기법을 활용해 왕들의 통치 스타일을 분석하기도 합니다. 예를 들어, 신하들의 의견을 경청했던 세종대왕과 독단적인 결정을 내렸던 연산군의 차이는 실록에 등장하는 특정 단어의 빈도 그래프를 통해 명확하게 드러납니다. 이는 역사가 주관적인 서술을 넘어 객관적인 수치로 재해석될 수 있음을 보여줍니다. 실록의 기사에는 수많은 인물이 등장하며, 한 기사에 함께 언급된 인물들은 서로 밀접한 관계가 있다고 볼 수 있습니다. 이를 바탕으로 인물 간의 네트워크를 재구성하면 당시의 정치적 지형도를 그릴 수 있습니다. 이는 현대의 국회의원들이 공동으로 법안을 발의하는 관계를 분석하는 것과 유사한 원리입니다. 네트워크 분석을 통해 우리는 단순히 기록에 남겨진 관계를 넘어, 보이지 않는 곳에서 영향력을 행사했던 숨은 실력자나 인물들 사이의 복잡한 연결 고리를 정량적으로 파악할 수 있게 되었습니다. 현종 시기의 예송 논쟁은 서인과 남인 사이의 치열한 정치적 갈등을 보여주는 대표적인 사례입니다. 네트워크 분석의 다양한 중심성 지표를 활용하면, 이 시기 권력의 흐름이 어떻게 변화했는지 추적할 수 있습니다. 특히 2차 예송 논쟁 전후로 집권 세력이 교체되는 과정에서 인물들의 연결 중심성이 급격히 변화하는 양상이 관찰됩니다. 이를 통해 특정 인물이 언제 당적을 변경했는지, 혹은 어떤 인물이 중립적인 위치에서 가교 역할을 했는지 등 문헌만으로는 파악하기 힘든 세밀한 정치적 변화를 포착할 수 있습니다. 이러한 정량적 분석 기법은 동양의 역사 기록뿐만 아니라 서양 문학 연구에도 활발히 적용됩니다. 셰익스피어의 작품 전집을 분석하여 그가 실제로 사용한 어휘의 규모를 추정하거나, 새로 발견된 작품이 그의 진작인지 판별하는 연구가 대표적입니다. 통계적 모델링을 통해 작가가 알고 있었으나 작품에 쓰지 않은 잠재적 어휘량까지 계산해내는 것입니다. 이처럼 데이터 과학과 인문학의 만남은 과거의 유산을 현대적인 시각으로 재조명하며, 우리가 미처 알지 못했던 역사의 이면을 밝혀내는 새로운 지평을 열어주고 있습니다.

장원철

카오스재단카오스강연

수학

통계분석

[강연] 암흑에너지는 존재하는가? 박창범 vs 이영욱ㅣGREAT DEBATE(우주론 대토론)

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[강연] 데이터 세상에서 수학으로 살아남기 by천정희 | #47분26초_꼭_봐야하는_영상｜2020 서울대 자연과학 공개강연 '과학으로 살아남기' | 2강

카오스재단서울대자연과학공개강연

[석학인터뷰] 이상희_ 우리의 조상은 네안데르탈인이다? | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

카오스재단카오스강연

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

카오스재단카오스강연

[강연] 디지털인문학과 데이터과학 (2) _ by장원철 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 4강 | 4강 ②

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통계분석

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

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[강연] 디지털인문학과 데이터과학 (2) _ by장원철 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 4강 | 4강 ②

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