홍성욱 외 11인 지음 《시민의 교양 과학》
보통 사람들을 위한 석학들의 과학 해설
이 책의 제목은 ‘시민의 교양 과학-보통 사람들을 위한 석학들의 과학 해설’이다.
2018년 ‘민주사회를 위한 변호사 모임(민변)’과 공익법인 ‘두루’가 기획한
변호사들을 위한 과학 강의를 ‘시민을 위한 교양 과학’으로 출판한 것이다.
요즘 코로나 백신 접종과 관련해서 부작용의 우려를 말하는 사람들이 많다.
특히 자녀에게 백신을 맞도록 정부의 권유에 동의해야 하는지 불안감이 많다.
과학은 우리의 삶을 개선하기도 하지만 체르노빌 원자력 발전소 폭파와 같은 재앙을 불러오기도 한다.
하루가 다르게 출시되는 유전자 변이 식품, 전 세계를 휩쓰는 전염병, 산업재해 등 곳곳이 위험하다. 단백질이 무엇인지 모르고 살아도 아무렇지 않은 시절이 있었다.
그러나 이제는 평범한 시민들도 알아야 한다. 그래야 생존이 가능하다.
키오스크를 모르면 식당에서 주문도 할 수 없는 세상이다. 그래서 이 책을 읽었다.
수학과 문명, 서울대학교 수리과학부 김홍종 교수
문명이라는 단어에는 여러 가지 의미가 있다. 그중에 ‘어리석음에서 벗어나 지혜로워진다’는 말이 있다.
수학은 ‘사물의 이치’를 의미한다. 문명과 수학은 그 의미만으로도 밀접한 관계가 있다.
수학에서 다루는 관계 중 대표적인 것 세가지.
첫째, ‘같음.’ 즉 ‘등호.=’로 표현하는 관계다. 등호의 좌우에 서로 다르게 보이는 것이 있다.
예, 물리학에서 “물질의 에너지=그 질량에 빛의 속도의 제곱을 곱한 것”이라고 한다.
둘째, ‘순서’다. 순서를 대표하는 것은 자연수다.
예, 자연수를 활용해서 법 조항의 순서를 매기고, 집 주소나 휴대전화 번호를 나눈다.
세 번째, ‘함수’다. 함수는 대상과 대상을 연결하는 기능은 한다.
집합론, 디지털 혁명도 집합론의 발전에서 나타났다.
수학에서 변화 속에서 변하지 않는 것을 대칭성이라고 한다. 축구공 모양 다면체의 한 꼭짓점에는 육각형 두 개와 오각형 한 개가 붙어있다. 축구공의 꼭짓점 수는 모두 60개다.
각 꼭짓점에서 12도가 부족하므로 부족한 각도의 총합은 12×60, 720도가 된다. 그래서 공 모양이 된다.
데카르트는 어떤 볼록 다면체든지 꼭짓점마다 부족한 각을 모두 더하면 720도가 된다는 것을 발견했다. 이 원리를 ‘곡률 불변의 법칙’이라고 한다.
사람이 공부를 해야 하는 까닭은 그것을 통해 영감을 받을 수 있기 때문이다.
오늘날의 문명은 수학이 없었다면 이룰 수 없는 것이다.
천문학, 우주와 물질의 시작과 끝, 과학책방 갈다 대표 이명현
우주의 변화를 설명하는 것을 우주론이라고 한다.
빅뱅우주론은 우주가 작게 태어나 점점 팽창해 지금의 우주가 되었다는 이론이다.
아인슈타인의 ‘상대성이론’은 빅뱅우주론의 토대가 된다. 빅뱅우주론을 우주진화론이라고도 한다.
빅뱅 이전, 우주는 왜 태어났을까를 묻는 질문은 우주기원론이다.
그래서 진화론, 기원론 둘로 나뉜다. 진화론은 천문학이고 기원론은 수학이다.
우리는 모두 분자덩어리다. 태초부터 중성자, 양성자가 생기기까지 3분이 걸렸다고 한다.
지금의 우주 나이는 137억 년이다. 수소라는 원소는 양성자 1개, 중성자 1개로 이루어졌는데
수소의 양성자가 137억 년 전에 만들어진 것이다. 이것이 계속 순환하는 것이다.
우리의 몸을 이루는 원소들이 모두 우주의 진화를 담고 있으므로
인간을 ‘생각하는 별 먼지’라고도 한다. 초기 우주를 에너지가 지배하는 우주라고 하고,
어느 순간부터는 물질이 지배하는 우주라고 부르고 있다.
태양의 중심에서 만들어진 빛이 태양의 끝으로 가기까지는 100만~1,000만 년이 걸리고
태양 끝의 빛이 지구까지 오는 데는 8분 20초가 걸린다.
생명과학, 유전자 재조합에서 유전자 가위까지, 연세대학교 생화학과 교수 송기원.
1997년에 개봉한 ‘가타카’라는 SF영화가 있다. 유전공학과 유생학으로 인간을 재단하는 내용이다.
생명의 가장 큰 특징은 재생산을 할 수 있다는 것이다.
생명의 정보 ‘DNA’다. DNA는 화학적으로 안정적이어서 웬만하면 변형이 되지 않는다.
그래서 생명이 재생산할 때마다 수반되어야 하는 정보의 복제가 쉽다.
세균은 유성생식을 하지 않고 프라스미드로 유전자를 교환하기 때문에
과학자들은 그곳에 원하는 유전자를 끼워 맞춰 다른 세균 안에 집어놓으면 원하는 단백질을
세균에서 만들 수 있을 것이라고 생각했다. 그래서 유전자 재조합 기술로 인슐린을 쉽게 만들 수 있었다.
이 기술은 유전자 재조합 식품(GMO) 활용되었다. 옥수수, 토마토, 딸기 등이다. 딸기는 원래 봄에 먹는 과일이다. 지금은 겨울에 출시된다. 극지방에 사는 물고기가 가지고 있는 추위에 강한 유전자를 딸기에 주입해서
겨울에 수확하게 한 것이다.
유전자 재조합 식품(GMO)이 위험하다고 주장하는 사람들이 있다.
그러나 모든 생명체는 DNA를 정보로 사용하고 이들은 단백질로 발현된다.
그리고 단백질은 어느 유전자에서 왔건 스무 종의 아미노산으로 이루어지므로
다른 생물체의 유전자가 들어간 식품이라고 몸에 해로운 이유는 거의 없다.
다만 GMO가 종이 다양성 감소 등 생태적으로 어떤 효과를 불러올지 모르는 위험은 있다.
유전자 가위에 ‘크리스퍼’는 인간 세포뿐 아니라 거의 모든 생명체에 적용할 수 있다.
인류는 어떤 생명체건 그 유전체를 인위적으로 변화시킬 수 있는 방법을 가지게 됐다.
이 기술로 슈퍼 근육질 돼지, 뿔 없는 소, 에이즈 치료제, 세포치료제 등을 개발했다.
이제 인간은 배아의 유전체 편집에 성공했다. 판도라의 상자는 이미 열렸다.
영화 ‘쥬라기 공원’에서처럼 메머드 재생 프로젝트도 진행되고 있다. 빙하에서 발견된 메머드의 시신에서
추출한 세포로 코기리의 난자 핵과 치환하면 이론적으로 메머드 재생이 가능하다.
5~10년 내에 성공할 것으로 예상된다.
뇌과학과 신경법학, 카이스트 바이오 미치 뇌공학과 박사과정 송민령.
몸 상태와 환경을 예측해서 적절한 움직임을 만들어 내는 것이 신경계의 역할이다.
신경계는 몸 상태에 영향을 받는다. 이를 잘 보여주는 것이 인간의 감정이다.
생명체의 몸 상태와 주변 환경은 끊임없이 변한다. 이에 따라 신경계의 구조도 변한다.
뇌는 구조가 곧 기능이다. 신경계가 환경, 경험, 신체 상태에 따라
끊임없이 변하는 성질을 ‘가소성’이라고 한다.
가소성은 신경계의 가장 큰 특징이며 죽을 때까지 변화를 계속한다.
기억을 과거의 일을 저장하는 과정이라고 생각하지만, 기억조차도 몸 상태와 환경을 예측해서 그에
맞는 움직임을 만들어내는 신경계의 기능에 맞게 만들어져 있다.
기억은 지금의 행동에 영향을 미친다. 기억의 또 다른 특징은 업데이트된다는 점이다.
뇌는 신경세포들의 네트워크다.
뇌의 네트워크는 ‘리치클럽’이라는 기억, 감정, 습관과 관련된 영역을 포함한다.
신경세포들은 우리가 멍하니 쉬거나 자는 동안에도 정상 에너지의 85~95%를 소모한다.
몸 상태, 감정 상태, 기억, 방금 전에 경험한 일이 모두 같은 두 사람은 있을 수 없다. 내가 경험하는 지금은 나에게만 주어진 유일한 것이다. 방 안에 100명이 있으면 그 방 안에는 100개의 지금이 있는 것이다.
뇌는 마음과 가장 긴밀하게 연관된 신체 기관이다.
그래서 뇌를 이해한다는 것은 인간을 이해하는 것이기도 하다.
인공지능이 역사와 미래, 모두의연구소 최고비전책임자 정지훈.
AI(인공지능)은 매우 크고 광범위한 변화의 흐름이다.
흔히 AI를 Artificial Intelligence의 약자라고 하는데
기술을 이용해 인간이 인지 능력과 사고력을 높이는 것이기 때문에
Augmented Intelligence(강화된 지능)이라고도 한다.
AI라는 용어는 1956년 미국 다트머스 대학교에서 ‘다트머스 컨퍼런스’에 참석한 존 매카시가 처음 사용했다.
인공지능이 사람들에게 알려진 것은 2016년 알파고가 이세돌과 바둑 경기에서 4대1로 승리한다.
이것은 구글이 ‘텐서플로우’라는 인공지능 프레임워크를 오픈소스로 공개해서 누구나 쓸 수 있게 한 결과다.
이것으로 미국의 NVIDIA의 주가가 25%나 떨어졌다. 이 전에 인공지능은 CPU 기반의 값비싼 하드웨어가 필요했지만, 텐서플로우에는 최적화된 아주 저렴한 칩을 개발해서 사용했기 때문이다.
AI 기술 중 지금 가장 큰 화두는 생성형 또는 창조형AI 기술이다. AI는 복잡해 보이지만 우리 뇌와 비슷하다.
개와 고양이 사진을 여러 장 입력하고 개인지 고양이인지 판단하는 것은 분석형AI다.
반대로 AI에게 무작위 샘플을 준 다음 개와 고양이를 그리라고 하는 것은 생성형AI 기술이다.
AI는 많은 문제점을 가지고 있다. 인공지능 기술이 가능성을 파악하고
문제들에 제대로 대응하기 위해서는 인문학과 이과의 구분을 없애야 한다.
학문간의 경계, 전문가들만의 경계를 허물고 개방적인 자세를 갖는 것이 가장 중요하다.
에너지 전환의 쟁점과 과제, 서울대학교 환경대학원 교수 윤순진.
인간이 역사를 산업혁명 기준으로 근대 이전과 이후로 나눈다. 산업혁명은 에너지 이용의 역사에서 중요하다.
산업혁명을 기점으로 에너지 소비량이 현저하게 달라졌기 때문이다.
대기 중 온실가스는 시간이 갈수록 많아지고 있다.
이산화탄소는 대기 중으로 배출되면 쉽게 분해되지 않고 오랜 기간 누적되어
지속적으로 지구온난화를 야기하고 이산화탄소의 15~40%는 대기 중에 최소 1000년을 머무른다.
온실가스의 68%가 에너지 부문, 즉 화석연료 연소에서 발생한다.
기후변화이행지수를 평가하는 ‘저먼워치’에서 2019년 온실가스 배출이
세계 총 배출의 1%가 넘는 57개국을 대상으로 평가한 결과 우리나라가 57등을 기록했다.
지구의 기후변화를 지키기 위해서 시민들의 에너지 절약 운동이 절실하게 필요한 시기다.
그러기 위해서 첫 번째는 시민으로 투표를 잘 해야 한다.
에너지 전환에 관심이 있는 정치인을 잘 뽑아야 한다.
두 번째로, ‘화폐투표’를 잘해야 한다. 우리는 시민이자 소비자다.
어떤 제품을 구매하느냐가 기업 활동에 직접적인 영향을 미친다.
에너지 효율적인 제품, 생산과정에 저에너지 투입제품, 이동 거리가 짧은 제품 등을 구매한다면
기업들의 에너지 낭비를 줄이게 되는 것을 경제투표, 화폐투표라고 한다.
기후변화와 미세먼지의 과학. 서울대학교 지구환경과학부 명예교수 윤순창.
지구는 약 46억 년 전에 탄생하였으리라고 추정하고 있다.
지구상의 인류(호모 사피엔스)가 최초로 나타난 것은 약 400만 년 전으로 알려졌다.
지구는 180만 년 전에 시작된 빙하시대가 약 1만 년 전에 끝나고 지난 1만 년 동안은
따뜻한 시기로 인류가 한 지역에 정착하여 농경 생활을 안정적으로 할 수 있는 시기였다.
그런데 18세기 산업혁명을 거치면서 화석연료 사용이 급증했다.
화석연료는 지구 환경과 인류의 생존과 번영을 위협하는 요인으로 작용하고 있다.
이산화탄소는 햇빛은 흡수하지 않고 지열만 흡수하기 때문에 대기 중에
이산화탄소의 농도가 증가하면 대기의 온도는 상승하게 된다.
초미세먼지 PM2.5의 대부분은 PM1이다.
수도권 PM1의 약 75%는 화석연료 연소 시 배출되는 황산화물과 질소산화물이
황산과 질산이 되어 암모니아와 반응하여 황산암모늄과 질산암모늄이 되는
2차 무기 입자와 나무나 식물이 배출하는 모노테르펜이나 이소프렌, 페인트나
자동차에서 배출되는 벤젠이나 톨루엔 등의 휘발성 유기화합물이 광하학반응을 거쳐
2차 유기입자로 전환된 입자들이다.
세계보건기구는 2016년 한 해 동안 대기오염에 의해 연간 800만 명이
급성호흡기질환과 폐암, 만성 페색성 폐질환, 허혈성 심장질환 및 뇌졸중으로 조기 사망한 것을 발표했다.
기후과학자들은 그린랜드나 툰드라의 영구동토층이 지구온난화로 사라지고
다시는 회복 될 수 없는 임계점에 근접하고 있고, 생물종의 다양성이 크게 훼손되어
생태계의 먹이사슬이 변하고 있으며, 해수면의 상승과 새로이 부상하는 자연재해의
위험이 인류의 번영과 생존을 위협하고 있다고 경고하고 있다.
과학자들이 말하는 지구의 상태는 어느 것 하나 희망이 없다.
인간들이 그동안 지구를 너무 소홀히 취급한 결과로 재앙을 초래하고 있다.
책 소개
시민의 교양 과학. 홍성욱 외 11인 지음. 2019.11.30. 생각의힘. 286쪽. 17,000원.
