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[WHY?] 왜 먼 우주, 가까운 우주일까? ATU 기획 이유!!

고대인들은 하늘이 거대한 구 형태의 천구로 둘러싸여 있으며, 지구가 우주의 유일한 중심이라고 믿었습니다. 그 당시 우주의 크기는 기껏해야 토성 정도까지의 거리로 인식되었고, 별들은 천구에 박혀 있는 작은 존재들에 불과했습니다. 하지만 현대 과학과 다양한 관측 기술의 발전을 통해 우리는 지구가 우주의 중심이 아니라는 사실을 깨달았으며, 우주가 무한에 가까운 광활한 공간임을 알게 되었습니다. 이러한 인식의 변화는 단순히 지식의 축적을 넘어, 인간이 광대한 우주 속에서 어떤 위치를 차지하고 있는지 성찰하게 만드는 중요한 계기가 되었습니다. 현대 천문학의 연구 방향은 크게 두 가지 흐름으로 나뉩니다. 첫 번째는 제임스 웹 우주 망원경과 같은 최첨단 장비를 활용해 빅뱅 직후의 초기 우주를 들여다보는 등 아주 먼 곳을 탐사하는 것입니다. 이를 통해 인간의 경험 세계는 우주의 시작점까지 확장되었습니다. 두 번째는 우리와 인접한 태양계를 더욱 정밀하게 조사하는 것으로, 과거처럼 망원경으로 관찰하는 수준을 넘어 탐사선을 직접 보내 화성이나 금성, 달의 표면을 생생하게 확인하고 있습니다. 이러한 도전은 인간의 지평을 넓히고 미지의 영역을 우리의 경험 안으로 끌어오는 귀중한 과정입니다. 이번 강연 시리즈는 아주 먼 우주와 가까운 우주를 아우르며 우리가 새롭게 발견한 지식들을 공유하고자 합니다. 제임스 웹 우주 망원경이 포착한 초기 우주의 신비부터, 탐사선이 전해온 태양계 행성들의 생생한 정보까지 폭넓게 다룰 예정입니다. 이러한 탐구의 여정을 통해 청중 여러분의 세계관이 일상적인 공간인 집과 직장을 넘어, 수십억 년 전의 우주와 이웃 행성들까지 넓어지기를 기대합니다. 우주에 대한 깊은 이해는 우리가 발을 딛고 있는 현실을 새로운 시각으로 바라보게 하며, 무한한 상상력과 탐구심을 자극하는 특별한 경험이 될 것입니다.

카오스재단

천문학

[강연] 제 33회 서울대 자연과학 공개강연_'과학 그리고 인공지능' by 백민경, 황호성, 정하웅, 윤성로, 이현숙, 김유빈 l 서울대학교&카오스재단

인공지능은 이제 단순한 기술적 보조를 넘어 자연과학의 패러다임을 근본적으로 바꾸는 핵심적인 동력으로 자리 잡았습니다. 서울대학교 자연과학대학에서 진행된 이번 논의는 '과학 그리고 인공지능'이라는 주제 아래, 생명과학부터 천체물리학에 이르기까지 AI가 미지의 영역을 개척하는 생생한 현장을 조명합니다. 우리는 지금 AI가 인간 지능의 단순한 도구로 남을 것인지, 아니면 인간의 역할을 완전히 대체하는 주체가 될 것인지라는 중요한 질문 앞에 서 있습니다. 이번 강연은 인공지능이 자연과학 연구의 방법론을 어떻게 혁신하고 있으며, 우리가 그려갈 미래 과학의 지형이 어떤 모습일지를 깊이 있게 탐구합니다. 생명과학 분야에서 인공지능은 생명의 설계도를 직접 쓰는 '창작자'의 시대를 열었습니다. 과거의 생명 설계가 수만 년에 걸친 인위 선택이나 기존 유전자를 뜯어고치는 편집에 의존했다면, 이제는 단백질 구조 예측 AI인 알파폴드나 로제타폴드를 통해 원하는 기능을 수행하는 생체 분자를 직접 설계할 수 있게 된 것입니다. 50년 동안 생명과학계의 난제로 남아있던 단백질 접힘 문제를 AI가 해결함으로써, 바이러스를 무력화하는 단백질이나 환경 문제를 해결할 플라스틱 분해 효소 설계가 가능해졌습니다. 이는 생명을 관찰의 대상에서 정밀한 설계의 대상으로 변화시킨 획기적인 전환점이라 할 수 있습니다. 생명 설계의 지평은 단일 분자를 넘어 세포 전체를 컴퓨터상에 구현하는 가상 세포 시뮬레이션으로 향하고 있습니다. 세포라는 복잡한 시스템을 디지털 트윈으로 구축하면, 신약 개발 과정에서 발생하는 수많은 동물의 희생을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 개인별 특성에 맞춘 정밀한 맞춤형 치료가 가능해집니다. 하지만 이러한 강력한 기술은 암이나 희귀 질환을 극복하는 축복이 될 수도 있는 반면, 잘못된 의도로 사용될 경우 생화학 무기 제조와 같은 재앙이 될 수도 있는 양날의 검입니다. 따라서 기술의 발전 속도에 맞춰 이를 어떤 방향으로 활용할지에 대한 인류의 윤리적 책임과 선택이 그 어느 때보다 중요해졌습니다. 우주의 비밀을 탐구하는 천문학에서도 인공지능은 방대한 항해를 돕는 지능형 가이드 역할을 수행합니다. 인류가 알고 있는 우주의 모습은 전체의 단 5%에 불과하며, 나머지 95%는 암흑 물질과 암흑 에너지라는 미지의 영역으로 남겨져 있습니다. 천문학자들은 루빈 천문대 등에서 쏟아지는 거대한 빅데이터를 처리하고, 은하의 분포를 통해 보이지 않는 암흑 물질의 지도를 그리는 데 AI를 적극적으로 활용하고 있습니다. 물리 법칙을 바탕으로 구현된 가상 우주 시뮬레이션과 인공지능의 학습 능력이 결합하면서, 인류는 우주가 어떻게 탄생하고 진화해 왔는지에 대한 철학적인 질문에 대해 과학적인 답을 더욱 정교하게 찾아가고 있습니다. 최근 노벨 물리학상이 인공지능 연구자들에게 수여된 사건은 물리와 정보 과학의 경계가 허물어졌음을 상징적으로 보여줍니다. 홉필드 네트워크나 볼츠만 머신과 같은 초기 AI 모델들은 통계 물리학의 에너지 모델과 전자의 스핀 개념에서 영감을 얻어 탄생했습니다. 이는 '정보' 자체가 물리학의 핵심적인 탐구 대상이 되었음을 선언한 것과 같습니다. 또한 현대의 물리학자들은 새들의 군무와 같은 복잡계 현상을 연구할 때 AI를 동료 연구자로 활용하여 새로운 물리 법칙을 발견하기도 합니다. AI는 이제 단순한 계산 도구를 넘어, 복잡한 데이터 이면에 숨겨진 자연의 패턴을 찾아내는 강력한 학문적 파트너로서 기능하고 있습니다. 인공지능의 급격한 발전 속에서 인간만이 가질 수 있는 고유한 가치에 대한 고민도 깊어지고 있습니다. 챗GPT와 같은 생성형 AI가 지식 전달과 데이터 처리를 완벽하게 수행하더라도, 그 지식을 바탕으로 깊은 통찰을 얻고 윤리적 균형을 유지하며 결정을 내리는 '지혜'는 여전히 인간의 영역으로 남아있습니다. 교육 현장에서도 단순한 지식 습득이나 기술적 활용법보다는 수학과 통계학 등 학문의 근본적인 원리로 돌아가는 태도가 강조되고 있습니다. 결국 인공지능 시대에 우리가 갖춰야 할 핵심 역량은 AI가 제시하는 답을 맹목적으로 수용하는 능력이 아니라, 현상을 비판적으로 바라보고 세상에 더 나은 질문을 던지는 힘에 있습니다. 과학은 결국 인간과 자연이 나누는 끊임없는 대화이며, 인공지능은 그 대화를 더욱 풍성하고 정교하게 만들어주는 혁신적인 매개체입니다. 우리가 마주한 AI 기반의 과학 혁명은 인류의 지능을 확장하고 미지의 영역을 탐구할 용기를 주지만, 동시에 기술을 다루는 사람의 가치관과 책임감을 엄중히 요구합니다. 인공지능이 아무리 정교하게 발전하더라도, 그 도구를 활용해 어떤 미래를 설계하고 어떤 길을 걸어갈지 결정하는 주체는 결국 인간이기 때문입니다. 자연과학의 기초가 되는 끈기 있는 질문과 인공지능의 놀라운 계산 능력이 조화를 이룰 때, 우리는 비로소 삶과 우주의 근원적인 비밀에 한 걸음 더 가까이 다가갈 수 있을 것입니다.

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[티저] 제 33회 서울대 자연과학 공개강연 티저

서울대학교 자연과학대학과 카오스재단이 협력하여 마련한 이번 공개강연은 과학의 대중화를 실천하기 위한 특별한 지식의 장입니다. 현대 최전선에서 연구하는 과학자들이 직접 강단에 서서 우리가 살아가는 복잡한 세상을 과학적인 시선으로 쉽고 명확하게 풀어내며 지식의 즐거움을 시민들에게 전달합니다. 일반 대중에게 과학은 때로 막막하고 어렵게 느껴질 수 있는 영역이지만, 이 강연은 일상 속의 작은 원리부터 우주의 거대한 질서에 이르기까지 폭넓은 주제를 다루며 과학과 대중 사이의 보이지 않는 장벽을 허물어가는 중요한 역할을 수행하고 있습니다. 이번 강연 시리즈의 핵심적인 대주제는 바로 '과학 그리고 인공지능'입니다. 현대 문명과 산업 전반에서 인공지능은 더 이상 선택이 아닌 필수적인 도구로 자리 잡았으며, 데이터 분석과 정교한 예측을 통해 기존의 과학적 탐구 방식을 완전히 새롭게 정의하고 있습니다. 단순히 기술적인 발전을 넘어서, 인공지능이 우리 존재의 근원적인 생명 현상과 광활한 우주의 메커니즘을 탐구하는 새로운 관찰의 눈이 되어주는 과정을 심도 있게 조망합니다. 기술의 최전선에서 벌어지는 이러한 놀라운 변화를 과학적 관점에서 분석하며 현대인의 지적 호기심을 충족시키는 시간이 될 것입니다. 과학은 이제 인공지능을 단순한 효율 증대용 도구로 활용하는 단계를 넘어, 기술적 한계를 극복하고 인간의 지능을 정교하게 모사하는 고차원적인 지평을 향해 끊임없이 나아가고 있습니다. 인공지능의 진화와 새로운 과학적 발견 사이의 긴밀한 상호작용은 인류의 지적 자산을 풍요롭게 만드는 시대적 전환점이 될 것입니다. 강연 현장에서 활동 중인 전문가들은 자신들의 풍부한 연구 경험과 학문적 통찰을 바탕으로 인공지능 시대를 마주한 대중의 궁금증에 대해 명쾌한 해답을 제시하며 깊이 있게 소통합니다. 과학과 기술의 결합이 그려낼 새로운 미래의 청사진을 이번 기회에 꼭 확인해 보시기 바랍니다.

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물리학
생명과학
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무려 3년 만에 찾아온 개기월식! 과천과학관에서 보자~! 수도권 과학관 9월 핫이슈! | 과학관 알릴레오

과학관에서는 다양한 과학 현상과 프로그램 소식을 미리 접할 수 있는 기회를 제공합니다. 최근 국립과천과학관에서는 3년 만에 계기월식이 관측될 예정이라는 소식이 전해졌습니다. 밤하늘이 붉게 물드는 특별한 현상인 월식은 평소 쉽게 볼 수 없는 자연 현상으로, 많은 이들의 기대를 모으고 있습니다. 이번 월식은 9월에 관측될 예정이며, 정확한 날짜와 시간은 과학관 홈페이지에서 확인할 수 있습니다. 월식에 맞춰 과학관에서는 월식 관련 강연과 망원경 관측 프로그램도 함께 진행될 예정입니다. 이러한 프로그램은 천문 현상에 대한 이해를 높이고, 직접 관측을 통해 과학적 호기심을 자극하는 좋은 기회가 될 것입니다. 과학관은 다양한 체험과 교육을 통해 과학의 즐거움을 널리 알리고자 노력하고 있습니다. 또한 경기도 교육청 미래학교 교육원에서는 찾아가는 지역 학습장 프로그램을 통해 학생들에게 심화 탐구 실험의 기회를 제공합니다. 9월 10일부터 12월 19일까지 총 아홉 번에 걸쳐 물리학, 생명과학, 화학 등 첨단 과학 기자재를 활용한 실험 탐구 교육이 진행됩니다. 학생들은 직접 실험을 통해 과학을 체험하며, 새로운 지식을 쌓고 도전정신을 기를 수 있습니다.

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싸돌이, 과학관 뉴스를 접수하다!🔥 디노랑 터진 특종보도⚡｜월간싸돌이 1화

국립과천과학관에서는 매달 다양한 과학 소식과 행사를 통해 대중에게 과학의 즐거움을 전하고 있습니다. 4월에는 과학의 달을 맞아 '제17회 해피 사이언스' 축제가 개최되어 많은 이들의 관심을 받았습니다. 이 축제는 매년 새로운 주제로 다양한 체험과 공연, 볼거리를 제공하며, 과학에 대한 흥미와 호기심을 자극하는 대표적인 행사로 자리 잡았습니다. 참가자들은 과학을 직접 체험하고 즐기며, 일상 속에서 과학이 얼마나 가까이 있는지 느낄 수 있는 소중한 시간을 보냈습니다. 또한, 국립과천과학관에서는 '미래동물: 대멸종 너머의 생명'이라는 브랜드 기획전을 통해 대멸종 이후의 지구 환경과 진화한 생명체를 상상해보는 특별한 전시를 마련했습니다. 이 전시는 바다, 숲, 사막, 화산섬 등 다양한 생태계에 적응한 77종의 미래 생명체를 과학적 상상력과 진화 이론을 바탕으로 선보이며, 관람객들에게 새로운 시각을 제공합니다. 미래의 생명체를 통해 변화하는 환경에 대한 경각심과 생명의 다양성에 대한 이해를 높이는 계기가 되었습니다. 과학관에서는 과학 소통을 위한 다양한 강연과 프로그램도 활발히 진행되고 있습니다. '선을 넘는 과학자들' 강연 시리즈는 바이오 기술, 양자 기술 등 첨단 과학 분야를 쉽고 재미있게 전달하여 대중의 과학적 소양을 높이고 있습니다. 또한, '심심할 땐 과학' 시즌 2에서는 사랑을 생물학, 화학, 뇌과학적으로 탐구하는 등 일상과 밀접한 주제를 과학적으로 풀어내어 많은 이들의 관심을 받고 있습니다. 최근 인공지능 기술의 발전은 과학관에서도 중요한 이슈로 다뤄지고 있습니다. AI를 활용한 작곡 프로그램을 통해 누구나 손쉽게 다양한 장르의 음악을 만들 수 있는 시대가 열렸습니다. 실제로 과학관 홍보송을 AI로 제작하는 시연을 통해, 생성형 인공지능이 예술과 창작의 영역까지 확장되고 있음을 확인할 수 있었습니다. 다만, AI로 생성된 음악의 저작권과 상업적 이용에 대한 주의사항도 함께 안내되어, 기술 활용에 있어 윤리적·법적 고려가 필요함을 강조하였습니다. 수도권의 다양한 과학관에서도 과학의 날을 기념하는 특별한 행사와 전시가 이어지고 있습니다. 인천 어린이과학관에서는 '미래를 꿈꾸는 어린이'를 주제로 체험 행사가 진행되고, 포천 아트밸리 천문과학관에서는 '지구를 지켜라! 우주 미션의 날'과 같은 특별 프로그램이 마련되었습니다. 국립생물자원관과 연천 전곡선사박물관에서도 각각 '새의 비행' 기획전과 '아름답고 슬픈 멸종동물 이야기' 특별 전시가 개최되어, 다양한 연령층이 과학을 쉽고 재미있게 접할 수 있는 기회를 제공하고 있습니다.

국립과천과학관💙싸돌이💙

생명과학
지구환경과학
융합

[댓글 이벤트] 나만의 분자 만들기🧪동화같은 나노화학의 세계! 나노화학 Part.2ㅣ선을 넘는 과학자들

물질의 근원은 아주 작은 알갱이들로부터 시작됩니다. 우리는 이를 분자라 부르며, 그 분자를 구성하는 가장 기초적인 단위를 원자라고 정의합니다. 화학의 핵심은 이 원자들이 어떤 방식으로, 몇 개가 연결되느냐를 밝혀내는 데 있습니다. 예를 들어 에탄올은 탄소, 수소, 산소라는 평범한 원소들이 특정 구조로 결합하여 만들어진 결과물입니다. 이처럼 원자의 배열을 이해하고 조절할 수 있게 되면서 인류는 비로소 물질을 직접 설계하고 창조할 수 있는 능력을 갖추게 되었습니다. 화학자들의 도전은 점차 복잡한 구조를 가진 천연 물질을 인공적으로 합성하는 단계로 나아갔습니다. 대표적인 사례가 바로 비타민 B12입니다. 과거에는 자연에서만 얻을 수 있다고 생각했던 이 복잡한 유기물을 화학자가 실험실에서 하나하나 연결해 만들어냈을 때, 인류는 모든 유기물을 정복했다는 선언을 할 수 있었습니다. 이러한 성과는 노벨상으로 이어졌으며, 이후 과학자들은 물고기의 독인 시가톡신이나 테트로도톡신처럼 자연계에 존재하는 정교하고 치명적인 물질들까지도 자유자재로 합성해내기 시작했습니다. 물질을 만드는 능력이 정점에 달하자 화학자들은 예술적이고 유머러스한 시도를 하기 시작했습니다. 처음부터 바구니 모양을 의도하고 만든 '바스케테인'이나, 펭귄의 형상을 닮은 '펭귀논', 아폴로 우주선을 본뜬 '아폴레인' 등이 그 예입니다. 심지어 나노 크기의 소인 형상을 한 '나노푸티안'을 만들어 왕관이나 요리사 모자를 씌우고, 이들이 서로 손을 잡고 있는 구조를 논문으로 발표하기도 했습니다. 이는 단순히 재미를 넘어, 우리가 원하는 형태의 분자를 원자 단위에서 정밀하게 조립할 수 있다는 기술적 자신감을 보여주는 상징적인 사건들입니다. 이제 시선은 더 작은 세계인 나노화학으로 향합니다. 머리카락 굵기의 수만 분의 일에 불과한 탄소나노튜브는 철처럼 단단하면서도 매우 가벼워 미래 우주 엘리베이터의 핵심 재료로 주목받고 있습니다. 나노 세계는 단순히 크기가 작아지는 것을 넘어, 기존의 물리 법칙과는 다른 독특한 현상들이 나타나는 영역입니다. 원자 크기가 약 0.1나노미터임을 고려할 때, 이 미세한 영역에서 물질을 조립하는 기술은 인류의 건축 기술을 원자 단위로 확장하는 혁명적인 변화를 가져왔습니다. 나노 세계의 가장 흥미로운 점은 물질의 성질이 크기와 모양에 따라 완전히 변한다는 것입니다. 거시 세계에서 금은 항상 황금색이지만, 나노 단위로 작아지면 입자의 모양에 따라 빨간색, 초록색, 파란색으로 변합니다. 이러한 원리는 고대 로마의 리쿠르고스 컵이나 중세 성당의 스테인드글라스에도 숨어 있습니다. 빛의 방향에 따라 색이 변하거나 화려한 색채를 띠는 이유는 그 안에 금이나 은의 나노 입자가 포함되어 있기 때문입니다. 이처럼 나노화학은 보이지 않는 작은 세계를 통해 우리 세상을 더욱 다채롭고 풍요롭게 만들어가고 있습니다.

국립과천과학관선을 넘는 과학자들🔬

화학
융합

여기가 그 유명한 🔬과학실험맛집! 👉서울시립과학관, 여기 어때?ㅣ싸돌이가 간다

과학관을 방문하면 다양한 전시와 체험을 통해 과학의 신기함을 직접 느낄 수 있습니다. 전시실 곳곳에는 호기심을 자극하는 실험 도구와 전시물이 가득해, 어린이와 청소년 모두에게 새로운 경험을 선사합니다. 특히 과학 실험 교육이 이루어지는 공간에서는 평소 학교에서 접하기 어려운 실험들을 직접 해볼 수 있어, 과학에 대한 흥미와 이해를 높일 수 있습니다. 이러한 체험은 학생들의 진로 탐색에도 큰 도움이 됩니다. 과학 실험 교육에서는 차가운 물과 뜨거운 물의 밀도 차이를 이용한 실험, 얼음과 소금이 만나 어는점이 내려가는 현상 등 일상에서 접할 수 있는 과학 원리를 직접 관찰할 수 있습니다. 실험을 통해 차가운 물은 아래로, 따뜻한 물은 위로 올라가는 모습을 눈으로 확인하며, 소금이 얼음에 미치는 영향도 실험을 통해 쉽게 이해할 수 있습니다. 이러한 과정은 과학적 사고력을 키우는 데 중요한 역할을 합니다. 과학관에서는 빛을 이용해 광물을 관찰하는 편광현미경 실험도 진행됩니다. 얇게 간 돌멩이를 통해 빛이 투과되면, 평소에는 볼 수 없던 형형색색의 아름다운 광물의 세계가 펼쳐집니다. 이러한 실험은 학생들에게 과학의 아름다움과 신비로움을 직접 체험하게 하여, 과학에 대한 흥미를 더욱 높여줍니다. 또한, 난이도에 따라 중학생부터 고등학생, 성인까지 다양한 수준의 심화 실험 프로그램이 마련되어 있어, 누구나 자신의 수준에 맞는 과학 체험을 할 수 있습니다.

국립과천과학관💙싸돌이💙

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지구환경과학
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문 닫힌 과학관에서 은밀하게 일어난 일🫣ㅣ퇴근한 김에 과학관 현장스케치

퇴근 후 직장인들에게 과학관은 낯선 장소일 수 있지만, 국립과천과학관의 '사이언스 펍'은 이를 특별한 힐링 공간으로 탈바꿈시켰습니다. 업무가 끝난 뒤 불이 켜지는 과학관에서는 기존의 딱딱한 회식 문화에서 벗어나 무알코올 주류와 맛있는 케이터링을 즐기며 여유를 만끽할 수 있습니다. 동료들과 함께 유쾌하고 유익한 시간을 보내며 하루의 피로를 씻어내는 이곳은 새로운 직장 문화를 선도하는 장소로 주목받고 있습니다. 이곳의 가장 큰 매력 중 하나는 전문가의 깊이 있는 해설과 함께 전시관을 둘러볼 수 있다는 점입니다. 성인이 되어 마주하는 과학적 주제들은 선후배 간의 벽을 허물고 자연스럽게 대화를 나눌 수 있는 분위기를 조성해 줍니다. 단순히 술을 마시는 회식 대신, 지적인 자극과 감동을 동시에 느낄 수 있는 전시 관람은 참여자들에게 잊지 못할 경험을 선사하며 조직 문화 개선에도 긍정적인 영향을 미칩니다. 전시 관람 외에도 나만의 개성을 담은 굿즈를 직접 만들어보는 다채로운 체험 활동이 준비되어 있습니다. 세상에 단 하나뿐인 향수를 조향하거나 레진 소주잔, 워터볼 스마트톡 등을 제작하며 일상 속 과학의 재미를 발견하게 됩니다. 자율 체험 방식으로 운영되는 이 공간에서 참가자들은 동료들과 창의적인 즐거움을 공유하며, 바쁜 일상에서 잠시 벗어나 손끝에서 피어나는 성취감을 만끽합니다. 과학을 예술, 철학, 의학 등 다양한 관점에서 풀어내는 연사들의 강연은 직장인들의 지적 갈증을 해소해 줍니다. 따분한 워크숍이 아닌, 흥미로운 주제를 통해 세상을 바라보는 새로운 시각을 제공하며 마음의 위로를 전합니다. 예를 들어 공룡이 여전히 우리 곁에 존재한다는 사실을 배우며 느끼는 경이로움은 일상에 지친 어른들에게 신선한 충격과 재미를 줍니다. 이러한 힐링 공간은 단순한 지식 전달을 넘어 정서적 회복을 돕는 소중한 기회가 됩니다. 매월 마지막 주 목요일 저녁, 국립과천과학관은 퇴근길 직장인들을 위한 특별한 아지트가 됩니다. 2024년 11월까지 이어지는 이 프로그램은 참여자들에게 일상의 활력을 되찾아주는 특별한 시간을 선사합니다. 업무의 연장이 아닌 진정한 휴식과 배움이 공존하는 사이언스 펍은 현대인들에게 과학관이 얼마나 친숙하고 매력적인 공간인지를 다시금 깨닫게 해줍니다. 새로운 에너지가 필요한 직장인이라면 과학관의 불빛을 따라 발걸음을 옮겨보시길 바랍니다.

국립과천과학관문화행사🎆

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[강연] 초고속 현상 연구를 위한 극한의 빛, 아토초 펄스_by 김경택 | 고등과학원&카오스재단 '2023 노벨상 해설강연' | 2강

2023년 노벨 물리학상은 인류가 도달할 수 있는 가장 짧은 시간 단위인 '아토초'의 세계를 연 과학자들에게 수여되었습니다. 아토초는 100경 분의 1초라는 상상조차 하기 힘든 찰나의 순간으로, 물질 내부에서 전자가 움직이는 역동적인 과정을 포착하기 위해 반드시 필요한 시간대입니다. 우리가 일상에서 경험하는 밀리초나 마이크로초를 넘어, 분자의 회전을 관측하는 펨토초보다도 천 배나 더 짧은 이 극한의 시간은 현대 물리학이 미시 세계를 탐구하는 방식에 혁명적인 변화를 가져왔습니다. 초고속 현상을 정밀하게 측정하기 위해서는 관찰하려는 현상보다 더 짧은 시간 폭을 가진 도구가 필요합니다. 19세기 에드워드 마이브리지가 말의 달리는 모습을 촬영해 네 발이 모두 땅에서 떨어지는 순간을 포착했듯이, 과학자들은 셔터 스피드를 높이는 대신 아주 짧은 빛의 펄스를 만드는 데 집중했습니다. 기계적 셔터나 전기 신호로는 도달할 수 없는 나노초 이하의 영역을 탐구하기 위해, 빛의 결이 일정한 레이저 기술이 도입되면서 초고속 측정의 역사는 새로운 국면을 맞이하게 되었습니다. 레이저의 발명은 빛의 위상을 정렬하여 강력하고 짧은 에너지를 집중시킬 수 있게 했습니다. 특히 펨토초 레이저는 여러 주파수 성분의 위상을 하나로 맞추는 '모드 잠금' 기술을 통해 분자의 화학 반응을 실시간으로 관찰하는 길을 열었습니다. 하지만 원자 내부에서 전자가 이동하는 찰나를 보기에는 펨토초조차 너무 긴 시간이었고, 과학자들은 이 한계를 극복하기 위해 더 높은 주파수와 넓은 스펙트럼을 가진 새로운 형태의 빛을 생성하기 위한 연구를 지속해 왔습니다. 아토초 과학의 결정적인 단초는 안 륄리에 교수가 발견한 '고차 조화파' 현상에서 시작되었습니다. 강력한 레이저를 기체 원자에 조사했을 때, 원자에서 튀어나온 전자가 다시 결합하며 원래 레이저 주파수의 수십 배에 달하는 에너지를 방출하는 현상이 발견된 것입니다. 이 과정은 이온화, 가속, 재결합이라는 세 단계를 거치며 매 반 주기마다 반복되는데, 여기서 발생하는 빛은 펨토초보다 훨씬 넓은 주파수 대역을 가지고 있어 아토초 단위의 짧은 펄스를 생성할 수 있는 물리적 기반이 되었습니다. 고차 조화파가 발견된 이후에도 이를 실제 아토초 펄스로 증명하는 데는 정밀한 측정 기술이 필요했습니다. 피에르 아고스티니 교수는 양자 간섭 효과를 이용해 이 빛들의 위상이 일치하는지를 측정하는 데 성공했습니다. 서로 다른 경로를 거친 전자의 확률 함수가 간섭하는 현상을 분석함으로써, 인류는 마침내 250아토초라는 극도로 짧은 빛의 펄스가 실제로 존재함을 확인했습니다. 이는 이론적 가설을 넘어 실험적으로 아토초의 영역에 발을 들인 역사적인 순간으로 기록되었습니다. 연속적인 펄스 열 중에서 단 하나의 아토초 펄스만을 골라내는 기술은 페렌츠 크라우스 교수에 의해 완성되었습니다. 레이저 전기장의 절대 위상을 정밀하게 제어함으로써 단일 아토초 펄스를 생성하고, 이를 통해 레이저 빛 자체의 파형을 직접 측정하거나 원자 내 전자의 이온화 지연 시간을 계산할 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 아인슈타인의 광전 효과에서 발생하는 미세한 시간 차이를 실제로 측정하는 등 양자 역학의 근본적인 질문들에 답하는 강력한 도구가 되었습니다. 2023년 노벨 물리학상은 단순히 짧은 빛을 만든 것을 넘어, 전자의 움직임을 실시간으로 추적할 수 있는 '현미경'을 인류에게 선사했다는 점에 큰 의의가 있습니다. 펨토초 수준에 머물러 있던 인류의 관측 능력을 아토초 수준으로 끌어올림으로써, 반도체 공정의 고도화나 생명 현상의 근원적 이해 등 미래 과학 기술의 토대를 마련했습니다. 극한의 짧은 찰나를 지배하려는 과학자들의 도전은 이제 물질의 성질을 자유롭게 제어하고 새로운 물리 법칙을 발견하는 단계로 나아가고 있습니다.

김경택

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물리학

[Q&A] '상대성 이론' 4, 8강 Q&A_by 이창환 / 2023 봄 카오스강연 '상대성 이론'

우주의 근본을 이루는 입자와 반입자는 질량은 같지만 전하와 같은 성질이 반대인 쌍으로 존재합니다. 이들이 만나면 에너지를 방출하며 빛으로 변하거나, 반대로 빛이 조건에 따라 입자 쌍으로 갈라지기도 합니다. 이러한 미시적 원리는 거대한 중성자별 내부에서도 복잡하게 작용합니다. 중성자별은 전하가 없는 중성자로 주로 이루어져 있지만, 내부의 양성자와 전자들의 운동, 그리고 입자 자체의 자기적 성질로 인해 강력한 자기장을 형성합니다. 이는 단순한 별의 잔해를 넘어 핵물리학의 원리를 탐구할 수 있는 거대한 우주 실험실과 같습니다. 과거에는 중성자별의 내부 구조를 파악하기 위해 지상의 핵실험 자료나 별 표면에서 발생하는 관측 데이터에 의존해야 했습니다. 하지만 중력파의 발견은 천체 내부를 직접 들여다볼 수 있는 새로운 창을 열어주었습니다. 특히 두 중성자별이 충돌하여 블랙홀이 되는 과정에서 발생하는 중력파를 분석하면, 기존의 전자기파 관측으로는 알 수 없었던 '조력 변형성'과 같은 핵심 정보를 추정할 수 있습니다. 이를 통해 천체 관측이 핵물리학과 입자물리학 연구의 영역으로 확장되는 획기적인 전기가 마련되었으며, 우주의 기원을 이해하는 데 한 걸음 더 다가서게 되었습니다. 블랙홀은 거대 질량 별의 진화 끝에 탄생하거나 중성자별들의 충돌로 만들어집니다. 초기 질량이 매우 큰 별은 중성자별 단계를 거치지 않고 곧바로 붕괴하여 블랙홀이 되기도 합니다. 이때 별이 회전하고 있다면 주변 물질이 원반을 형성하며 막대한 에너지를 축적하게 됩니다. 이 에너지는 회전축 방향으로 강력한 감마선 폭발을 일으키거나, 일반적인 초신성보다 훨씬 강력한 '하이퍼노바' 폭발로 이어지기도 합니다. 블랙홀은 단순히 모든 것을 삼키는 어둠의 구멍이 아니라, 우주에서 가장 역동적이고 강력한 에너지를 뿜어내는 현상의 중심지라고 할 수 있습니다. 과학의 대중화에 있어 영화 '인터스텔라'는 중요한 전환점이 되었습니다. 킵 손 교수의 이론적 토대 위에 만들어진 이 영화는 많은 이들에게 물리학에 대한 호기심을 불러일으켰습니다. 이를 계기로 시작된 대중 강연은 단순한 지식 전달을 넘어, 과학자가 자신의 연구 분야를 대중의 눈높이에서 공유하는 소통의 장이 되었습니다. 특히 중력파 발견의 공동 저자로서 참여했던 생생한 경험은 강연에 깊이를 더했습니다. 이후 블랙홀과 우주론을 주제로 한 수많은 강연은 대중이 과학을 보다 친숙하게 느끼고 우주의 신비에 공감하게 만드는 소중한 기회가 되었습니다. 물리학은 차가운 수식의 세계처럼 보이지만, 예술과 만날 때 새로운 생명력을 얻습니다. 윌리엄 터너의 그림에서 뉴턴 역학의 역동성을 읽어내고, 다니엘 호프의 바이올린 선율에서 과학적 영감을 얻는 시도는 학문 간의 경계를 허뭅니다. 또한 과거 스티븐 호킹 박사에 대해 썼던 글에 대한 아쉬움을 열정이 담긴 새로운 글로 만회하는 과정은 과학자에게 인문학적 성찰과 진정성이 얼마나 중요한지를 보여줍니다. 과학과 예술, 그리고 인간적인 고뇌가 어우러진 융합적 접근은 우리를 더 깊은 우주의 진리로 인도하며, 세상을 바라보는 시야를 넓혀줍니다.

카오스재단석학인터뷰

[명강리뷰] 저건 다 뭐지? - 별과 은하의 기원 _ by이석영｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 4강

인류 역사상 가장 오래된 질문은 아마도 밤하늘을 바라보며 던진 "저건 다 뭐지?"일 것입니다. 아주 먼 옛날부터 우리는 머리 위에서 반짝이는 천체들을 보며 경외심과 궁금증을 느껴왔습니다. 과거에는 별들이 대기권 바로 위에 있는 가까운 존재라고 생각하기도 했지만, 이제 우리는 그것들이 상상할 수 없을 만큼 멀리 떨어진 거대한 항성이라는 사실을 알고 있습니다. 이러한 근원적인 호기심은 단순히 지적 탐구에 그치지 않고, 우주의 존재가 나 자신과 어떤 상관이 있는지에 대한 질문으로 이어지며 인류 문명을 발전시키는 중요한 원동력이 되었습니다. 1990년, 인류는 대기의 방해를 받지 않고 우주를 더 선명하게 관측하기 위해 허블 우주 망원경을 궤도에 올렸습니다. 천문학자들은 아무것도 발견되지 않았던 어두운 우주의 한 구석을 4개월 동안 끈질기게 관측하는 '허블 딥 필드' 프로젝트를 수행했습니다. 초속 8km로 지구를 공전하며 태양빛을 피해 눈을 감았다 뜨기를 반복하는 극한의 조건 속에서도, 망원경은 동일한 지점을 정밀하게 응시했습니다. 무모해 보일 수도 있었던 이 도전은 우주에 대한 우리의 인식을 완전히 뒤바꿔 놓는 놀라운 결과를 가져오는 계기가 되었습니다. 관측 결과, 아무것도 없을 것이라 예상했던 좁은 공간에는 수많은 은하가 가득 차 있었습니다. 특히 이때 발견된 은하들은 약 100억 년 전의 모습을 간직한 '아기 은하'들로, 오늘날의 늠름한 은하들과 달리 작고 찌그러진 형태를 띠고 있었습니다. 이는 우주에 시작이 있었으며, 은하 또한 긴 세월에 걸쳐 성장하고 진화해 왔음을 증명하는 결정적인 증거가 되었습니다. 100억 년이라는 기나긴 시간을 건너온 희미한 빛은 우리에게 우주 초기의 역동적인 탄생 과정을 생생하게 전달해 주었습니다. 하지만 은하가 왜 하필 피자처럼 얇고 넓은 원반 형태를 띠는지에 대해서는 여전히 의문이 남았습니다. 이를 해결하기 위해 연구진은 슈퍼컴퓨터를 활용해 3,000만 시간이라는 방대한 계산 과정을 거쳐 우주 형성 과정을 시뮬레이션했습니다. 복잡한 물리 법칙과 초기 우주 조건을 입력하자, 놀랍게도 우리가 관측한 것과 유사한 나선 은하들이 스스로 만들어지기 시작했습니다. 이는 은하의 독특한 구조가 우연이 아니라, 우주를 지배하는 정교한 물리적 원리에 의해 필연적으로 탄생한 결과임을 과학적으로 입증한 것입니다. 우주는 138억 년이라는 방대한 시간 동안 수많은 별의 탄생과 죽음을 반복하며 생명에 필요한 원소들을 축적해 왔습니다. 1,000억 개의 은하와 그 속의 수많은 별은 결코 낭비된 공간이 아니라, 우리라는 생명체가 존재하기 위해 반드시 필요했던 거대한 패키지와 같습니다. 마치 뻥튀기 기계에서 수만 개의 강냉이가 한꺼번에 쏟아져 나오듯, 이 광활한 우주의 모든 구성 요소는 빅뱅이라는 하나의 시작점에서 동시에 잉태되었습니다. 결국 우리는 우주가 오랜 세월 공들여 빚어낸 가장 귀하고 경이로운 결과물인 셈입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[티저] 2022 가을 카오스 강연 '진화' 티저

스티븐 호킹은 시간을 거꾸로 돌려 우주의 기원을 탐구하고자 했습니다. 빅뱅 우주론은 138억 년 전 우주의 시작과 변화 과정을 이론적으로 설명하며 우리에게 우주의 역사를 보여줍니다. 이와 마찬가지로 생명의 기원과 진화를 설명하는 핵심 이론이 바로 진화론입니다. 진화론은 약 20만 년 전 인류의 시작을 넘어, 무려 40억 년 전 지구상에 나타난 최초의 단순한 생명체로부터 현재의 모든 생명이 비롯되었다고 말합니다. 우주의 탄생만큼이나 신비로운 생명의 역사는 아주 단순한 형태에서 시작되어 오늘날의 복잡한 생태계를 이루게 되었습니다. 많은 이들이 단세포 생물에서 인간과 같은 복잡한 존재가 진화했다는 사실을 믿기 어려워합니다. 하지만 영국의 생물학자 홀데인은 우리가 단 하나의 수정란에서 시작해 단 9개월 만에 복잡한 신체를 가진 인간으로 성장한다는 점을 지적했습니다. 우리 각자가 이미 생명의 경이로운 변화를 몸소 증명해낸 셈입니다. 40억 년이라는 장구한 시간 동안 생명의 역사가 이와 같은 진보를 이루어내지 못할 이유는 없습니다. 더욱 놀라운 점은 이러한 진화의 과정이 결국 스스로의 기원과 진화 자체를 자각하고 이해할 수 있는 지적 존재를 탄생시켰다는 사실입니다. 진화론은 대중에게 친숙한 이론이지만, 동시에 가장 많은 오해를 받는 영역이기도 합니다. 상대성 이론이나 양자역학처럼 난해한 물리 법칙은 의심 없이 받아들이는 반면, 진화에 대해서는 누구나 잘 안다고 생각하며 회의적인 시각을 보내는 경우가 많습니다. 그러나 진화의 이야기는 결코 단순하지 않으며, 그 이면에는 우리가 미처 깨닫지 못한 심오하고 놀라운 과학적 원리들이 가득 차 있습니다. 진화론을 정확하고 깊이 있게 이해하는 과정은 곧 우리 자신과 생명의 본질을 마주하는 소중한 기회가 될 것입니다.

카오스재단2022 카오스강연 '진화'

[질토과+짧강] 🎶분자 영화와 음악회(앙상블)_by이남기｜2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 5강

화학 반응은 분자 결합이 생성되고 끊어지는 역동적인 과정입니다. 과학자들은 이 찰나의 순간을 마치 영화처럼 생생하게 포착하기를 오랜 시간 꿈꿔왔습니다. 분자에게 있어 반응의 순간은 생애 가장 아름다운 '화양연화'와 같기 때문입니다. 이러한 분자 영화는 단순히 시각적 즐거움을 넘어, 우리가 아직 해결하지 못한 복잡한 화학적 난제들을 풀 수 있는 핵심 열쇠가 됩니다. 눈으로 직접 확인하는 것은 모든 정보를 얻는 가장 확실한 방법이기에, 분자의 움직임을 실시간으로 기록하는 일은 현대 과학의 거대한 도전 과제 중 하나로 자리 잡고 있습니다. 분자 영화를 촬영하는 것은 기술적으로 매우 어렵지만, 현재는 제한된 수준에서 동영상과 유사한 정보를 얻는 것이 가능해졌습니다. 수많은 분자가 동시에 움직이는 복잡한 상황 속에서 특정 분자의 변화를 해석하는 일은 마치 축구 경기에서 골이 들어가는 찰나를 포착하는 것과 비슷합니다. 90분의 경기 시간 중 단 몇 초의 골 장면이 승부를 결정짓듯, 분자 결합이 형성되는 역동적인 순간을 영상으로 담아내려는 시도는 계속되고 있습니다. 비록 소리나 모든 정보를 담은 완벽한 영화는 아닐지라도, 이러한 시각화는 화학 반응의 본질을 이해하는 데 결정적인 역할을 합니다. 공기 중의 분자들은 제트기보다 빠른 속도로 움직이지만, 모든 분자가 동일한 속도로 달리는 것은 아닙니다. 분자들의 움직임은 '무작위 운동'이라 불리는 무질서한 특성을 지니며, 끊임없이 서로 충돌하며 에너지를 주고받습니다. 새 떼나 드론 군집이 일정한 규칙에 따라 조화롭게 움직이는 것과 달리, 기체 분자들은 충돌을 통해 속도를 재분배하며 각기 다른 에너지 상태를 갖게 됩니다. 어떤 분자는 매우 빠르게 튀어 나가고, 어떤 분자는 충돌 후 속도가 급격히 느려지기도 합니다. 이러한 무질서 속의 다양성이 바로 화학 분자들이 가진 독특한 묘미라고 할 수 있습니다. 맥스웰과 볼츠만은 이러한 분자들의 속도 분포를 과학적으로 정립하였습니다. 실온의 산소 분자를 예로 들면, 평균 속도는 초당 수백 미터에 달하지만 실제로는 거의 멈춰 있는 분자부터 평균보다 훨씬 빠른 분자까지 넓게 분포합니다. 온도가 높아지면 평균 속도가 증가하고 화학 반응에 참여할 수 있는 고에너지 분자의 비율이 늘어나면서 반응이 활발해집니다. 즉, 모든 분자가 반응에 참여하는 것이 아니라, 특정 임계치 이상의 에너지를 가진 '준비된' 분자들만이 골을 넣는 축구 선수처럼 화학 반응이라는 결과물을 만들어내는 것입니다. 1900년 깁스가 정의한 '앙상블'은 같은 종류의 분자들이라도 서로 다른 상태로 모여 있는 전체적인 어울림을 의미합니다. 현대 화학은 이제 이러한 집단적인 앙상블을 넘어, 단일 분자가 일으키는 반응을 직접 관찰하는 독주회의 단계로 진입하고 있습니다. 하지만 여전히 중요한 것은 조화입니다. 특정 분자가 반응하기 위해서는 에너지를 주고받는 주변의 다른 분자들이 반드시 필요하기 때문입니다. 우리 인생 역시 나 혼자 빨리 가는 것이 아니라, 주변과 에너지를 나누며 조화를 이루어가는 하나의 거대한 앙상블이라는 점을 분자의 세계는 시사하고 있습니다.

카오스재단질토과 + 짧강

[인터뷰] 이종필_과학자가 장편소설을 냈습니다!

과학을 대중에게 설명할 때 가장 어려운 점은 복잡한 이론을 무조건 쉽게만 풀어내라는 요구를 받을 때입니다. 하지만 현대 물리학의 정수인 상대성 이론은 결코 한 문장으로 요약될 수 있는 성질의 것이 아닙니다. 2009년, 필자는 과학 동호회 회원들과 함께 한 달에 한 번, 무려 5시간씩 12회에 걸쳐 일반 상대성 이론을 공부하는 대장정을 시작했습니다. 고등학교 미적분부터 시작해 대학원 수준의 중력장 방정식에 도달하기까지, 참가자들은 엄청난 학습 열의를 보여주었습니다. 이러한 경험은 우리 사회 내부에 잠재된 과학 문화에 대한 갈망과 에너지가 얼마나 거대한지를 확인시켜 준 소중한 계기가 되었습니다. 상대성 이론의 산을 넘은 뒤 마주하게 되는 양자역학은 또 다른 차원의 도전입니다. 상대성 이론이 고전 역학과의 연결 고리를 어느 정도 유지하며 직관적인 이해를 허용한다면, 양자역학은 철저하게 비직관적이며 추상적인 수학적 기초 위에 세워져 있습니다. 행렬과 같은 복잡한 도구를 자유자재로 다루어야 하기에, 이를 전공자가 아닌 분들에게 설명하는 것은 교수자에게도 엄청난 준비와 내공을 요구하는 일입니다. 물리학과 학부 과정에서도 가장 핵심적이면서도 난해한 과목으로 꼽히는 양자역학을 일반인과 함께 스터디한다는 것은, 과학의 대중화라는 측면에서 매우 상징적이고도 어려운 시도가 될 것입니다. 과학자로서 세상을 바라보는 시선은 때로 소설이라는 창작의 영역으로 확장되기도 합니다. 코로나19 팬데믹과 백신 접종을 둘러싼 사회적 갈등을 지켜보며, 과학적 사실이 현실에 적용되는 과정에서 발생하는 수많은 담론에 깊은 관심을 갖게 되었습니다. 이러한 관심은 자연스럽게 SF 소설 집필로 이어졌습니다. 고등학교 시절 문예부 활동을 했던 기억과 동료 작가들의 권유는 창작의 고통을 기꺼이 감수하게 만든 원동력이 되었습니다. 과학 전공자가 써 내려가는 이야기는 단순한 허구를 넘어, 과학적 상상력이 우리 삶과 어떻게 맞닿아 있는지를 탐구하는 새로운 통로가 되어주었습니다. 여러 권의 교양 과학서를 집필해 왔지만, 첫 장편 소설인 '빛의 전쟁'을 마주했을 때의 감정은 이전과는 전혀 달랐습니다. 책 표지에 새겨진 '장편 소설'이라는 일곱 글자는 필자에게 작가로서의 새로운 정체성을 부여해 주었습니다. 소설을 쓴다는 것은 단순히 지식을 전달하는 행위를 넘어, 하나의 세계를 구축하고 그 안에 생명력을 불어넣는 작업이기 때문입니다. 비록 후속편에 대한 고민과 창작의 어려움으로 인해 잠시 주춤하기도 했지만, 주변 작가들의 격려와 3부작을 완성해야 한다는 책임감은 다시금 펜을 들게 하는 힘이 됩니다. 소설가로 다시 태어난 듯한 그 경이로운 기분은 인생에서 가장 기억에 남는 순간 중 하나입니다. 글쓰기의 여정에서 김훈 작가의 건조하면서도 빛나는 문체와 물리학자 스티븐 와인버그의 우아한 통찰력은 늘 지향점이 됩니다. 주어와 서술어만으로도 깊은 울림을 주는 문장, 그리고 복잡한 물리 법칙을 비단결처럼 매끄럽게 설명하는 내공을 닮고 싶기 때문입니다. 앞으로의 버킷리스트는 현실적인 SF를 넘어, 완전히 새로운 세계관을 창조하는 판타지 소설에 도전하는 것입니다. 정교한 과학 이론을 세우는 과정이 판타지 세계의 개연성을 확보하는 것과 본질적으로 닮아 있다는 점은 매우 흥미롭습니다. 물리학자로서 고유한 법칙을 발견하는 꿈과 함께, 대중과 호흡하는 매력적인 이야기를 계속해서 써 내려가고 싶습니다.

이종필

카오스재단석학인터뷰

물리학

[강연] 2021 '노벨상 해설강연' by 오석배, 국종성, 여준현, 송충의 l 고등과학원&카오스재단

기초과학은 인류 문명의 근간을 이루는 지식의 보고입니다. 2021년 노벨상은 생리의학, 물리학, 화학 분야에서 인류의 이해를 한 단계 도약시킨 혁신적인 성과들에 수여되었습니다. 이번 성과들은 우리가 세상을 느끼는 방식부터 복잡한 기후 시스템의 변화, 그리고 분자를 합성하는 새로운 방법론에 이르기까지 폭넓은 영역을 아우릅니다. 이러한 연구들은 단순한 학문적 성취를 넘어 인류가 직면한 위기를 극복하고 더 나은 미래를 설계하는 데 필수적인 토대를 제공합니다. 생리의학상 분야에서는 우리가 온도와 촉각을 어떻게 인지하는지에 대한 비밀이 밝혀졌습니다. 데이비드 줄리어스 교수는 고추의 매운 성분인 캡사이신을 활용해 열을 감지하는 수용체인 TRPV1을 발견했습니다. 이는 특정 온도가 넘어설 때 이온 통로가 열리며 전기 신호를 발생시키는 원리를 규명한 것입니다. 또한 박하의 시원함을 느끼게 하는 TRPM8 수용체의 발견은 우리가 차가움을 인지하는 메커니즘을 이해하는 결정적인 계기가 되었습니다. 아뎀 파타푸티언 교수는 기계적 자극을 전기 신호로 변환하는 피에조 수용체를 발견하여 촉각의 신비를 풀었습니다. 이 수용체는 피부의 촉감뿐만 아니라 혈압 조절, 호흡, 방광의 팽창 감지 등 우리 몸의 다양한 생리 현상에 관여합니다. 특히 몸의 위치와 움직임을 파악하는 고유 수용성 감각에도 핵심적인 역할을 한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이러한 발견은 통증 치료와 감각 이상 질환을 해결하기 위한 새로운 의학적 가능성을 제시하고 있습니다. 물리학상 중 복잡계 분야를 수상한 조르조 파리시 교수는 무질서한 시스템 속에서 숨겨진 패턴을 찾아내는 혁신적인 이론을 정립했습니다. 그는 스핀 유리라는 복잡한 자성체 모델을 통해 '복제 대칭성 깨짐'이라는 수학적 해법을 제시했습니다. 이는 단순히 물리적 현상을 넘어 신경망 이론, 단백질 접힘, 최적화 문제 등 다양한 학문 분야에 응용될 수 있는 보편적인 틀을 마련했습니다. 무질서해 보이는 자연 현상 이면의 질서를 이해하려는 그의 노력은 현대 과학의 지평을 넓혔습니다. 기후 변화 분야의 수상자인 슈쿠로 마나베와 클라우스 하셀만 교수는 지구 온난화를 물리적으로 모델링하여 예측의 신뢰성을 높였습니다. 마나베 교수는 대기와 해양의 상호작용을 고려한 3차원 모델을 최초로 개발하여 이산화탄소 증가가 지표 온도를 높인다는 사실을 입증했습니다. 하셀만 교수는 무작위적인 날씨 변화 속에서도 장기적인 기후 변동을 정량화하는 방법을 고안하여 인간 활동이 기후에 미치는 영향을 과학적으로 증명했습니다. 이는 현재 우리가 직면한 기후 위기에 대응하는 가장 강력한 근거가 됩니다. 화학상 분야에서는 금속이나 효소 없이도 효율적으로 분자를 합성할 수 있는 비대칭 유기 촉매 반응이 주목받았습니다. 벤자민 리스트와 데이비드 맥밀런 교수는 탄소, 수소, 질소 등 단순한 원소로 구성된 유기 분자가 정교한 촉매 역할을 할 수 있음을 보여주었습니다. 특히 거울상 이성질체 중 원하는 한쪽만을 선택적으로 합성하는 기술은 의약품 제조 공정을 획기적으로 개선했습니다. 이는 환경 친화적이면서도 경제적인 화학 합성의 새로운 시대를 열었다는 평가를 받습니다. 2021년 노벨상 수상작들은 공통적으로 보이지 않는 세계의 원리를 규명하여 인류의 삶에 실질적인 변화를 가져왔습니다. 감각 수용체의 발견은 고통 없는 삶을 향한 희망을 주었고, 복잡계와 기후 모델링은 지구의 미래를 예측하는 지혜를 선사했습니다. 또한 유기 촉매 기술은 더 안전하고 효율적인 약물 개발을 가능하게 했습니다. 과학은 이처럼 끊임없는 질문과 탐구를 통해 인류의 한계를 극복하며, 우리가 사는 세상을 더욱 깊이 이해하게 만드는 가장 강력한 도구입니다.

국종성, 송충의, 여준현, 오석배

카오스재단카오스크로스

물리학
화학
생명과학
지구환경과학

[강연] '새로운 발견을 위한 과학' by 염한웅, 현택환, 명경재 l IBS x KAOS 기초과학 석학 강연

기초과학연구원(IBS) 설립 10주년과 카오스 재단의 설립을 기념하는 이번 강연은 '새로운 발견을 위한 과학'이라는 주제로 진행되었습니다. 기초과학은 인류의 지식 지평을 넓히는 핵심적인 역할을 수행하며, 이번 행사는 세계적인 석학들이 모여 그간의 연구 성과와 미래 비전을 공유하는 뜻깊은 자리였습니다. 수학, 물리, 화학, 생명과학 등 다양한 분야의 융합을 통해 우리 삶을 변화시킬 새로운 가능성을 모색하는 과정은 과학이 단순한 지식의 나열이 아닌, 인류의 미래를 설계하는 도구임을 다시 한번 확인시켜 주었습니다. 생명체의 설계도인 DNA는 네 개의 염기서열로 구성되어 방대한 유전정보를 저장합니다. 하지만 이 정보는 외부 자극이나 복제 과정에서의 오류로 인해 끊임없이 손상될 위험에 처해 있습니다. 유전체 항상성 연구는 이러한 손상을 복구하고 유전정보를 안정적으로 유지하는 생명체의 노력을 탐구합니다. DNA 수선 기작이 제대로 작동하지 않으면 암이나 노화와 같은 심각한 질병으로 이어질 수 있기에, 이를 정밀하게 이해하는 것은 생명과학의 근본적인 과제이자 질병 정복을 위한 첫걸음이 됩니다. 암세포만을 선택적으로 제거하기 위한 혁신적인 기술인 '신델라(CINDELA)'는 유전자 가위를 활용하여 암세포 특유의 유전적 변이인 인델(Indel)을 타격합니다. 기존의 방사선이나 항암 치료가 정상 세포까지 손상시키는 한계를 극복하기 위해, 암세포에만 존재하는 특정 염기서열을 정밀하게 찾아내어 절단함으로써 암세포의 사멸을 유도합니다. 이는 환자 개개인의 유전정보를 분석하여 맞춤형 치료제를 제작하는 정밀 의료의 시대를 열어줄 것으로 기대되며, 기초과학의 발견이 어떻게 실질적인 의료 혁신으로 이어지는지를 보여주는 사례입니다. 현대 정보통신 문명의 핵심인 반도체 기술은 트랜지스터의 미세화가 한계에 다다르며 전력 소모와 발열이라는 거대한 장벽에 직면해 있습니다. 원자 수준의 크기에서는 기존의 물리법칙만으로는 소자를 제어하기 어려워지며, 이를 해결하기 위해 에너지 손실 없이 정보를 전달하고 처리할 수 있는 새로운 패러다임이 요구됩니다. 저항에 의한 에너지 낭비를 최소화하고 한 번의 충전으로 훨씬 오랜 시간 사용할 수 있는 차세대 소자 개발은 지속 가능한 미래 기술 사회를 구현하기 위한 물리학계의 핵심적인 도전 과제입니다. ‘솔리토닉스’는 에너지를 잃지 않고 모양을 유지하며 진행하는 특수한 파동인 솔리톤을 정보 처리의 매개체로 활용하는 기술입니다. 전자계 내에서 발생하는 솔리톤은 저항 없이 움직일 수 있을 뿐만 아니라, 입자 간의 상호작용을 통해 다진법 연산을 수행할 수 있는 잠재력을 지니고 있습니다. 이는 기존의 이진법 체계를 넘어선 획기적인 연산 방식을 가능하게 하며, 소자 구조의 복잡성을 줄이면서도 연산 효율을 극대화할 수 있는 길을 제시합니다. 한국 연구진이 주도하는 이 분야의 연구는 미래 반도체 시장의 판도를 바꿀 게임 체인저가 될 것입니다. 나노과학 분야에서는 입자의 크기를 균일하게 조절하는 것이 성능을 결정짓는 핵심 요소입니다. '승온법'과 같은 혁신적인 합성 기술은 복잡한 분리 과정 없이도 고품질의 나노입자를 대량으로 생산할 수 있는 길을 열었으며, 이는 디스플레이와 백신 등 다양한 산업 분야에 응용되고 있습니다. 세계적인 연구 성과는 단순히 천재적인 영감에서 오는 것이 아니라, 수많은 논문을 읽고 분석하며 기존 지식을 창의적으로 재조합하는 인내의 과정에서 탄생합니다. 또한, 다양한 분야의 전문가들이 협력하는 융합 연구는 현대과학의 복잡한 난제를 해결하는 열쇠가 됩니다. 새로운 발견을 향한 여정은 남들이 가지 않은 길을 두려워하지 않고 끈기 있게 탐구하는 자세에서 시작됩니다. 기초과학 연구는 당장의 가시적인 성과보다 인류의 근원적인 질문에 답하고 미래의 기술적 토대를 마련하는 데 중점을 둡니다. 과학자와 대중 사이의 활발한 소통은 과학적 사실에 기반한 합리적인 사회를 만드는 밑거름이 되며, 연구에 대한 국민적 지지는 과학 기술 발전을 지속시키는 원동력이 됩니다. 지난 10년의 성과를 바탕으로 앞으로의 기초과학은 인류의 삶을 더욱 풍요롭고 건강하게 만드는 새로운 발견의 시대를 열어갈 것입니다.

명경재, 염한웅, 현택환

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물리학
화학
생명과학
융합

[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

[인터뷰] 이필진_당신은 상대성이론과 양자역학을 오해하고 있다ㅣ 2021 카오스강연 '시간, 물질 그리고 우주'

뉴턴 역학을 포함한 고전 역학 체계는 전자기학의 등장 이후 근본적인 변화를 맞이했습니다. 하지만 이것이 뉴턴 역학의 완전한 폐기를 의미하는 것은 아닙니다. 지구 주변의 위성을 쏘아 올리거나 태양계 내의 일반적인 천체 운동을 계산할 때는 여전히 뉴턴 역학이 충분히 유효하며 정확한 결과를 제공합니다. 상대성 이론의 핵심은 단순히 관찰자에 따라 현상이 다르게 보인다는 점에 있는 것이 아니라, 무엇이 변하지 않는 실체인지를 파악하는 데 있습니다. 물리학은 겉으로 드러나는 차이 너머의 본질적인 물리량을 탐구하는 학문이기 때문입니다. 상대성 이론을 접할 때 흔히 발생하는 오해 중 하나가 바로 쌍둥이 역설입니다. 이는 관성계의 시간과 관찰자 자신의 고유 시간을 혼동하는 데서 비롯됩니다. 고유 시간은 시계를 직접 들고 이동하는 사람의 입장에서 흐르는 시간으로, 타인의 관점에 따라 변하는 것이 아닙니다. 쌍둥이 역설은 자신의 고유 시간을 굳이 다른 관성계의 시간으로 치환하고 비교하는 불필요한 과정에서 만들어진 논리적 착각에 가깝습니다. 따라서 이를 역설로 받아들이기보다는 상대성 이론의 시간 개념을 정확히 이해하지 못해 발생한 해프닝으로 보는 것이 타당합니다. 우주의 탄생과 진화 과정을 이해하는 데 있어 양자역학은 필수적인 토대입니다. 초기 우주의 양자 요동은 현재 우리가 목격하는 거대한 우주 구조를 형성하는 결정적인 역할을 했습니다. 현대 물리학의 관점에서 볼 때, 세상의 모든 물질은 근원적으로 파동의 성질을 지니고 있습니다. 과거에는 입자와 파동의 이중성을 강조했지만, 이제는 입자조차도 특정 파동에 의해 형성된 결과물로 보는 시각이 더 설득력을 얻고 있습니다. 모든 것이 파동이라는 전제 아래, 우리가 알던 고전적인 파동과는 조금 다른 양자적 특성을 이해하는 것이 현대 물리학의 시작입니다. 일반 상대성 이론의 복잡한 방정식을 모두 풀지 않더라도, 고유 시간이라는 개념을 통해 중력의 원리를 직관적으로 이해할 수 있습니다. 거대한 질량을 가진 천체는 주변의 고유 시간에 영향을 미치며, 물체는 이 시간의 흐름이 변화하는 공간 속에서 특정 궤적을 따라 움직이게 됩니다. 이를 '최소·최대 시간의 원리'라고 부르는데, 이는 중력장 부근에서 물체가 왜 특정한 경로로 이동하는지를 설명하는 핵심적인 물리 법칙입니다. 이러한 접근 방식은 수학적인 복잡함을 넘어 일반 상대성 이론이 가진 본질적인 물리적 의미를 명확하게 전달해 줍니다. 흥미롭게도 고전 역학에서 발견된 최소·최대 시간의 원리는 그 근원을 추적해 보면 결국 양자역학에 닿아 있습니다. 빛이나 물체가 최적의 경로를 찾아가는 것처럼 보이는 현상은 미래를 예견하는 것이 아니라, 양자역학적인 확률과 간섭의 결과로 나타나는 것입니다. 양자역학은 흔히 미시 세계의 기이한 현상으로만 치부되기 쉽지만, 사실 우리가 살아가는 거시적인 세계의 안정성과 구조를 지탱하는 근본 원리입니다. 이처럼 서로 괴리되어 보이는 상대성 이론과 양자역학은 '시간'과 '경로'라는 공통된 주제를 통해 우주의 거대한 질서를 함께 설명하고 있습니다.

이필진

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물리학

[강연] 외계행성: 태양계 너머의 세상 _ by권우진ㅣ 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA' 3강 | 3강

우주는 인류에게 언제나 경외심과 호기심의 대상이었습니다. 밤하늘을 수놓은 수많은 별은 단순한 빛의 점이 아니라, 수십억 년의 세월을 담고 있는 거대한 역사의 기록입니다. 현대 천체물리학은 이러한 빛의 신호를 분석하여 우주의 기원과 진화를 밝혀내고자 노력하고 있습니다. 우리는 이제 단순한 관찰자를 넘어, 우주라는 거대한 서사의 흐름을 이해하려는 탐구자의 길을 걷고 있습니다. 이러한 탐구는 인류가 가진 지적 호기심의 정점이자, 존재의 근원을 찾아가는 숭고한 여정이라 할 수 있습니다. 천문학의 발전은 관측 기술의 진보와 궤를 같이합니다. 갈릴레이의 망원경에서 시작된 인류의 시선은 이제 허블과 제임스 웹 우주망원경을 통해 시공간의 끝자락에 닿아 있습니다. 가시광선을 넘어 적외선, 전파, 엑스선 등 다양한 파장으로 우주를 바라봄으로써 우리는 보이지 않던 성운과 은하의 속살을 들여다보게 되었습니다. 이러한 관측 데이터는 이론적 가설을 검증하는 강력한 토대가 되며, 우리가 상상만 하던 우주의 모습을 구체적인 실체로 바꾸어 놓는 결정적인 역할을 수행합니다. 우주의 시작을 설명하는 빅뱅 이론은 현대 우주론의 핵심입니다. 약 138억 년 전, 극도로 작고 뜨거웠던 한 점에서 시작된 우주는 급격한 팽창을 거쳐 오늘날에 이르렀습니다. 우주배경복사는 그 뜨거웠던 초기 상태의 흔적을 우리에게 전달하며, 우주가 끊임없이 팽창하고 있다는 사실을 증명합니다. 이 거대한 팽창의 역사는 시공간이 어떻게 형성되고 변화해 왔는지를 보여주는 중요한 지표이며, 우주가 정적이지 않고 역동적으로 변화하는 존재임을 우리에게 끊임없이 일깨워 줍니다. 하지만 우리가 눈으로 볼 수 있는 물질은 우주 전체의 극히 일부분에 불과합니다. 빛을 내지 않지만 중력으로 존재를 드러내는 암흑물질과, 우주의 가속 팽창을 일으키는 암흑에너지는 현대 물리학의 거대한 수수께끼입니다. 이들은 우주의 구조를 형성하고 운명을 결정짓는 보이지 않는 손과 같습니다. 보이지 않는 존재를 추적하는 과정은 인류의 지식 지평을 넓히는 가장 도전적인 과제 중 하나이며, 우리가 아는 물리 법칙이 우주 전체에서 어떻게 적용되는지 시험하는 거대한 무대가 됩니다. 초기 우주의 미세한 밀도 차이는 중력의 작용으로 거대한 은하와 별들을 탄생시켰습니다. 가스 구름이 뭉쳐 별이 태어나고, 그 별들이 모여 은하를 이루는 과정은 우주의 역동성을 잘 보여줍니다. 별의 내부에서 일어나는 핵융합 반응은 생명체의 근원이 되는 무거운 원소들을 만들어냈습니다. 결국 우리는 별의 먼지에서 태어난 존재이며, 우주의 진화 과정은 곧 우리의 뿌리를 찾는 여정이라 할 수 있습니다. 이러한 순환의 역사는 우주와 생명이 결코 분리될 수 없는 하나임을 시사하고 있습니다. 아인슈타인의 일반상대성이론은 시공간의 휘어짐을 통해 중력을 설명하며 거시 우주를 이해하는 틀을 제공했습니다. 반면 양자역학은 미시 세계의 법칙을 다루며 초기 우주의 상태를 설명하는 데 필수적입니다. 이 두 이론의 결합은 블랙홀의 기이한 현상이나 우주의 탄생 순간을 완벽히 이해하기 위한 물리학자들의 최종 목표입니다. 거시와 미시의 조화는 우주를 관통하는 근본 원리를 찾는 열쇠가 되며, 자연의 법칙이 얼마나 정교하고 아름답게 설계되었는지를 우리에게 명확히 보여주는 증거입니다. 우주 탐구는 단순히 지식을 쌓는 행위를 넘어 인류의 겸손함을 일깨워줍니다. 끝없이 넓은 공간 속에서 지구라는 작은 행성이 갖는 의미를 되새기며, 우리는 생명과 존재의 소중함을 깨닫습니다. 앞으로의 연구와 탐험은 우리가 아직 알지 못하는 새로운 진실을 마주하게 할 것입니다. 우주라는 거대한 오페라는 여전히 진행 중이며, 우리는 그 장엄한 무대의 관객이자 기록자로 남을 것입니다. 이 여정은 끝이 없겠지만, 그 과정에서 얻는 깨달음은 인류의 미래를 밝히는 소중한 등불이 될 것입니다.

권우진

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[석학인터뷰] 권우진 ─ 인간은 작지만 큰 우주를 생각하는 거대한 존재 | 2021 봄 카오스강연 'SPACE OPERA'

천문학은 우리가 어떻게 존재하게 되었는지에 대한 궁극적인 의문에 답을 찾아가는 매력적인 학문입니다. 광활한 우주 앞에서 인간은 한없이 작은 존재임을 깨달으며 겸손함을 배우는 동시에, 그 거대한 우주를 탐구하고 이해할 수 있는 지적 존재라는 사실에서 깊은 자부심을 느끼기도 합니다. 이러한 양면성은 천문학자가 우주를 바라보는 중요한 관점이 됩니다. 특히 별과 행성이 탄생하는 초기 단계인 원시성 시스템을 연구하는 과정은 생명의 근원을 추적하는 일과도 맞닿아 있어 연구자에게 끊임없는 호기심과 열정을 불러일으킵니다. 현대 천문학은 정교한 관측 시설을 활용하여 우주의 비밀을 밝혀냅니다. 세계 최고의 성능을 자랑하는 알마(ALMA)와 같은 시설을 이용하기 위해서는 전 세계 연구자들과 치열한 경쟁을 거쳐 관측 시간을 얻어야 합니다. 때로는 해발 5,000m에 달하는 고산 지대에서 산소통에 의지하며 직접 현장을 방문하기도 하지만, 이러한 고된 과정은 우주의 신비를 담은 소중한 데이터를 얻기 위한 필수적인 여정입니다. 기술진의 헌신과 연구자의 분석이 더해져 비로소 보이지 않던 우주의 초기 모습이 우리 눈앞에 선명하게 드러나게 됩니다. 연구의 결과가 대중에게 전달되어 공감을 얻을 때 천문학자는 가장 큰 보람을 느낍니다. 과거 원시성 시스템의 납작한 구조를 컬러 영상으로 구현해 일간지 1면에 실렸던 경험은 연구자로서 잊지 못할 영광스러운 순간이었습니다. 또한 과학 강연을 통해 어린 학생들에게 우주의 신비를 전하고, 그들이 천문학자의 꿈을 갖게 되었다는 이야기를 들을 때면 지식의 공유가 가진 진정한 가치를 실감하게 됩니다. 개인적인 성취를 넘어 다음 세대에게 우주에 대한 호기심을 심어주는 일은 천문학이 사회에 기여하는 가장 아름다운 방식 중 하나입니다. 칼 세이건의 저서 '코스모스'와 영화 '컨택트'는 천문학적 상상력을 자극하는 훌륭한 매체입니다. 특히 전파 천문학을 다룬 영화 속 장면들은 과학적 사실과 예술적 허구 사이의 흥미로운 지점을 보여줍니다. 영화에서 주인공이 헤드폰으로 신호를 듣는 장면은 실제 전파 관측과는 차이가 있지만, 우주의 신호를 인간이 이해할 수 있는 방식으로 변환하려는 시도로 해석할 수 있습니다. 이처럼 대중 매체는 복잡한 과학 원리를 친숙하게 전달하며, 우리가 살아가는 공간의 실상을 깨닫고 존재의 근원을 찾아가는 과정에 중요한 영감을 제공합니다. "코스모스는 나다"라는 표현은 인간과 우주가 결코 분리될 수 없는 관계임을 상징합니다. 우리 몸을 구성하는 필수 원소들은 아주 오랜 시간 동안 우주의 별 내부에서 합성되어 온 결과물이기 때문입니다. 즉, 우주의 역사가 없었다면 현재의 우리도 존재할 수 없었을 것입니다. 동시에 우주는 인간이 관심을 두고 인식할 때 비로소 의미 있는 탐구의 대상이 됩니다. 밤하늘의 별을 보며 우리와 닮은 또 다른 세상을 상상하는 행위는 결국 나 자신과 우주의 연결 고리를 확인하는 과정이며, 이것이 바로 천문학이 우리에게 주는 궁극적인 메시지입니다.

권우진

카오스재단2021 카오스강연 'SPACE OPERA'

지구환경과학

[강연] 무한에서 시작하는 수수께끼 _ by한상근｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 9강

우리는 세상을 살아가며 수많은 질문을 던집니다. 그중에서도 '도대체'라는 말로 시작하는 물음은 사물의 본질과 근원을 꿰뚫으려는 강렬한 지적 욕구를 담고 있습니다. 과학은 바로 이러한 근원적인 호기심에서 출발했습니다. 눈앞에 보이는 현상 너머에 숨겨진 원리를 찾고자 하는 노력은 인류 문명을 발전시킨 핵심 동력이 되었습니다. 우리는 이 질문을 통해 익숙한 세상을 낯설게 바라보고, 그 안에서 새로운 질서를 발견하는 즐거움을 누리게 됩니다. 질문은 멈추지 않는 탐구의 시작입니다. 고대 철학자들부터 현대의 과학자들에 이르기까지, 인류는 우주와 생명의 신비를 풀기 위해 끊임없이 탐구해 왔습니다. 밤하늘의 별을 보며 우주의 크기를 가늠하고, 아주 작은 원자의 세계를 들여다보며 물질의 구성을 이해하려 노력했습니다. 이러한 탐구 과정은 때로는 좌절을 안겨주기도 하지만, 미지의 영역을 하나씩 밝혀낼 때마다 인류의 지평은 넓어집니다. 과학적 사고는 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 세상을 객관적으로 바라보는 눈을 길러주며, 우리를 더 넓은 세계로 안내하는 나침반 역할을 합니다. 현대 과학은 그 범위가 매우 넓고 깊어져서 한 개인이 모든 분야를 완벽히 이해하기란 불가능에 가깝습니다. 물리학, 화학, 생물학 등 각 분야는 고도로 전문화되었으며, 최첨단 기술과 결합하여 매일 새로운 발견을 쏟아내고 있습니다. 하지만 이러한 전문화 속에서도 변하지 않는 가치는 바로 '질문하는 힘'입니다. 복잡한 수식과 실험 데이터 속에서도 우리가 진정으로 알고자 하는 것이 무엇인지 잊지 않는 태도가 현대 과학의 복잡성을 이겨내는 열쇠가 됩니다. 본질을 꿰뚫는 질문은 복잡함 속에서 길을 잃지 않게 도와줍니다. 최근의 과학적 성과들은 여러 학문 분야가 서로 경계를 허물고 협력할 때 더욱 빛을 발합니다. 뇌과학과 인공지능, 생명공학과 윤리학의 만남처럼 서로 다른 시각이 교차하는 지점에서 혁신적인 아이디어가 탄생합니다. 이러한 융합적 사고는 우리가 직면한 복잡한 사회 문제를 해결하는 데에도 필수적입니다. 과학은 고립된 섬이 아니라, 인문학적 성찰과 예술적 상상력이 함께 어우러질 때 비로소 인간을 위한 진정한 가치를 창출할 수 있습니다. 다양한 학문의 만남은 새로운 가능성의 문을 여는 열쇠가 됩니다. 대중과 과학이 소통하는 장은 과학의 대중화를 위해 매우 중요합니다. 전문가들만의 전유물로 여겨졌던 과학 지식이 강연과 매체를 통해 공유되면서, 많은 이들이 과학적 즐거움을 함께 나누고 있습니다. 과학 강연은 단순히 지식을 전달하는 자리가 아니라, 함께 고민하고 질문하며 사고의 폭을 넓히는 축제의 장입니다. 이러한 소통을 통해 과학은 우리 일상 속으로 깊숙이 들어오며, 합리적인 사회를 만드는 밑거름이 되어줍니다. 지식의 공유는 우리 모두를 지적으로 성장하게 만드는 소중한 기회입니다. 우리가 아직 알지 못하는 미지의 영역은 여전히 광활합니다. 암흑 물질의 정체나 생명의 기원, 의식의 본질과 같은 난제들은 여전히 과학자들의 도전 정신을 자극합니다. 모르는 것을 인정하고 그 너머를 궁금해하는 태도는 과학이 가진 가장 큰 매력 중 하나입니다. 정답을 찾는 것보다 중요한 것은 올바른 질문을 던지는 과정 그 자체에 있습니다. 불확실성 속에서도 진리를 향해 한 걸음씩 나아가는 과정은 그 자체로 숭고한 여정이며, 우리에게 겸손함과 동시에 무한한 가능성을 가르쳐 줍니다. 과학의 여정은 결코 끝이 나지 않는 마라톤과 같습니다. 하나의 답을 찾으면 그 뒤에는 또 다른 수많은 질문이 우리를 기다리고 있기 때문입니다. 하지만 이러한 끝없는 탐구야말로 인류를 진보하게 만드는 원동력입니다. 우리는 앞으로도 '도대체'라는 질문을 멈추지 않을 것입니다. 그 질문이 이끄는 곳이 어디든, 우리는 그 길 위에서 세상을 더 깊이 이해하고 사랑하는 법을 배우게 될 것입니다. 과학은 우리에게 세상을 향한 끝없는 설렘을 선사하며, 더 나은 미래를 꿈꾸게 하는 가장 강력한 도구입니다.

한상근

카오스재단카오스강연

수학

[과학자가 쓴 과학책#4] 블랙홀 강의 by우종학 | KAOS X 공원생활 특집 | 김태훈의 게으른 책읽기

블랙홀은 일상에서 흔히 쓰이는 단어지만 그 실체를 명확히 정의하기는 쉽지 않습니다. 현대 물리학의 관점에서 블랙홀은 시공간의 극단적인 휘어짐으로 정의됩니다. 고전역학적으로는 중력이 너무 강해 빛조차 빠져나올 수 없는 어떤 중력적인 실체를 의미하죠. 우리는 흔히 시간과 공간을 분리해서 생각하지만, 블랙홀과 같은 극한의 환경에서는 이 둘이 하나로 얽힌 시공간의 개념으로 이해되어야 합니다. 이러한 시공간의 왜곡은 단순히 이론적인 가설을 넘어 우주의 신비를 담고 있는 거대한 상징과도 같습니다. 블랙홀의 현대적 개념은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 출발했습니다. 천재 과학자 슈바르츠실트는 아인슈타인의 방정식을 풀어 별이 붕괴하여 블랙홀이 될 수 있음을 수학적으로 증명해냈죠. 흥미로운 점은 정작 아인슈타인 본인도 초기에는 블랙홀의 존재를 부정했다는 사실입니다. 무한히 작은 점에 엄청난 질량이 모인다는 설정이 당시의 물리적 상식으로는 받아들이기 힘든 기괴한 현상으로 보였기 때문입니다. 이는 과학적 진리가 때로는 당대의 고정관념을 뛰어넘는 파격적인 모습으로 다가온다는 점을 시사합니다. 별의 일생은 중력과 압력의 끊임없는 투쟁입니다. 태양보다 수십 배 큰 질량을 가진 별은 수명을 다한 뒤 중력 붕괴를 멈추지 못하고 결국 블랙홀이 됩니다. 백색왜성이나 중성자별 단계의 압력조차 이 거대한 중력을 이겨내지 못할 때, 물질은 무한히 작은 공간으로 수렴하게 됩니다. 물리학자들은 이 영역을 '특이점'이라 부르는데, 이는 인류가 가진 지식의 지평선을 넘어서는 미지의 영역입니다. 블랙홀 내부로 들어간 질량은 사라지지 않고 그대로 유지되며 그 주변의 강력한 중력장으로 자신의 존재를 끊임없이 드러냅니다. 블랙홀 연구는 단순히 천체를 관측하는 일을 넘어 인류 지성의 경계를 확장하는 과정입니다. 수많은 과학자는 뉴턴이 말한 '거인의 어깨' 위에서 조금씩 지식의 지평을 넓혀왔습니다. 블랙홀은 바로 그 지평선의 가장자리에 위치한 주제로, 우리가 아직 모르는 것이 많기에 더욱 매력적입니다. 이미 밝혀진 사실에 안주하기보다 미지의 영역을 탐구하며 지적 호기심을 충족시키는 행위는 인류 문명을 발전시키는 원동력이 됩니다. 과학은 마치 미술관의 작품처럼 자주 접하고 관심을 가질수록 그 깊은 맛과 가치를 느낄 수 있는 예술과도 같습니다. 현대 사회에서 과학은 종종 실용적인 도구로만 여겨지곤 합니다. 하지만 과학의 진정한 가치는 인간에게 무한한 상상력을 부여하고 삶의 근원적인 의미를 되새기게 하는 데 있습니다. 먹고사는 문제를 넘어 '우리는 어디서 왔는가'와 같은 철학적 질문에 답을 찾아가는 과정이 바로 천문학의 본질입니다. 아인슈타인이 강조했듯 상상력은 호모 사피엔스를 인간답게 만드는 가장 중요한 능력입니다. 블랙홀이라는 신비로운 대상을 통해 우주의 역사를 배우는 일은 각박한 일상 속에서 우리 삶의 지평을 넓혀주는 소중한 지적 경험이 될 것입니다.

우종학

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천문학

[카오스 술술과학] 기원, 궁극의 질문들

우주의 탄생을 추적하는 일은 138억 년이라는 거대한 시간의 장벽을 넘어서는 탐정의 수사와도 같습니다. 사건 현장은 이미 훼손된 수준을 넘어 상상할 수 없을 만큼 팽창해 버렸고, 특정한 장소를 지목하기조차 어려운 상황입니다. 하지만 과학자들은 우주 곳곳에 남겨진 미세한 흔적들을 통해 결정적인 단서를 찾아냅니다. 빅뱅 후 38만 년에 우주를 가득 채웠던 빛의 기록이나 45억 년 전 지구가 형성된 과정은 인류에게 기원에 대한 근원적인 질문을 던지게 합니다. 우리는 보이지 않는 과거의 발자국을 따라가며 우주라는 거대한 퍼즐 조각을 하나씩 맞춰가고 있습니다. 지구의 탄생 이후 발생한 가장 경이로운 사건은 바로 생명의 등장입니다. 무생물에서 시작해 스스로 움직이고 변화하며 자신과 닮은 존재를 복제해 내는 생명체는 이전의 물리적 현상과는 전혀 다른 차원의 변화를 보여주었습니다. 기나긴 진화의 여정 끝에 등장한 인류는 단순한 관찰자를 넘어, 우리 몸을 구성하는 원소들이 우주와 지구의 역사와 깊이 연결되어 있음을 깨닫게 됩니다. 결국 기원을 탐구하는 과정은 우리 자신을 이해하는 과정과 맞닿아 있으며, 인류는 스스로가 이 거대한 우주적 서사의 일부임을 증명하는 명탐정의 역할을 수행하고 있습니다. 현대의 과학자들은 망원경과 현미경을 통해 우주와 생명의 증거들을 집요하게 파헤치며 모든 존재의 역사를 재구성하고 있습니다. 이 과정에서 생명의 본질이 단순한 부분의 합인지, 아니면 그 이상의 무엇인지에 대한 철학적 질문들이 쏟아져 나옵니다. 생명의 탄생이 우연인지 필연인지, 그리고 물질의 세계에서 어떻게 정신이라는 고차원적인 현상이 발현될 수 있었는지에 대한 탐구는 여전히 진행 중입니다. 기원의 문제는 단순히 과거를 돌아보는 것이 아니라, 인간의 본질과 우주에서의 위치를 정의하는 궁극의 질문들로 우리를 안내하며 끊임없는 지적 탐험을 촉구합니다.

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물리학
융합

[석학인터뷰] 임채영_ 통계는 근사한 답을 찾아나가는 과정｜ 2019 서울대 자연과학대 공개강연 '과학자의 꿈과 도전 : 과학 선율'

임채영 교수는 어린 시절부터 남다른 호기심을 가진 학생이었습니다. 초등학교 시절 B형 간염 예방주사는 B형 혈액형만 맞아야 하는지 질문했던 일화는 그의 엉뚱하면서도 탐구적인 면모를 잘 보여줍니다. 그는 본래 수학을 전공했으나, 공리로부터 이론을 쌓아가는 수학과 달리 현실의 불확실성 속에서 답을 찾아가는 통계학의 매력에 이끌려 진로를 변경하게 되었습니다. 관측된 데이터와 정보를 바탕으로 사람들이 납득할 수 있는 최선의 답을 도출하는 과정이 그에게 큰 흥미를 주었습니다. 통계학은 단순히 숫자를 다루는 학문을 넘어 다양한 전문 분야와의 협업이 필수적인 학문입니다. 임 교수는 혼자 해결할 수 없는 문제들을 다른 분야의 전문가들과 함께 풀어나가는 과정에서 통계학의 진정한 가치를 느낀다고 말합니다. 특히 인공지능 시대에 접어들면서 통계학의 역할은 더욱 중요해지고 있습니다. 방대한 데이터를 활용해 자동화를 구현하는 인공지능의 핵심 원리에는 데이터를 체계적으로 다루는 통계학적 방법론이 깊이 자리 잡고 있기 때문입니다. 이번 강연에서 임채영 교수는 통계학이 실생활, 특히 범죄 현장에서 어떻게 활용되는지 구체적으로 소개합니다. 범죄 현장에서 수집된 다양한 증거물들을 하나의 데이터로 간주하고, 이를 통계적으로 분석하여 유의미한 정보를 추출하는 과정을 다룹니다. 이는 추상적인 이론에 머물지 않고 실제 사회 문제를 해결하는 데 기여하는 통계학의 실천적 측면을 보여줍니다. 구체적인 사례를 통해 데이터 분석이 진실을 밝히는 강력한 도구가 될 수 있음을 강조할 예정입니다.

임채영

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수학
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] 게임이론 - 인간의 행동을 예측하다 (1) _ by한순구 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 6강 | 6강 ①

우주의 기원에 대한 탐구는 인류 역사상 가장 오래된 질문 중 하나입니다. 우리는 어디에서 왔으며, 이 거대한 우주는 어떻게 시작되었는지에 대한 해답을 찾기 위해 끊임없이 노력해 왔습니다. 현대 과학은 이 질문에 대해 '빅뱅 이론'이라는 강력한 설명을 제시합니다. 약 138억 년 전, 상상할 수 없을 만큼 작고 뜨거운 한 점에서 시작된 빅뱅은 시간과 공간, 그리고 물질의 탄생을 알리는 서막이었습니다. 이러한 과학적 통찰은 단순한 호기심을 넘어 존재의 근원을 이해하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 빅뱅 직후의 우주는 극도로 높은 에너지 상태였으며, 우리가 현재 알고 있는 물리 법칙들이 하나로 통합되어 있었습니다. 우주가 팽창하며 온도가 낮아짐에 따라 중력, 강력, 약력, 전자기력이라는 네 가지 기본 상호작용이 차례로 분리되었습니다. 이 과정은 우주의 구조를 결정짓는 결정적인 순간들이었으며, 물질이 존재할 수 있는 기초적인 환경을 조성했습니다. 초기 우주의 급격한 팽창인 인플레이션 이론은 오늘날 우리가 관측하는 우주의 균일성과 평탄성을 설명하는 데 중요한 역할을 합니다. 우주가 탄생하고 아주 짧은 시간이 흐른 뒤, 쿼크와 경입자 같은 기본 입자들이 등장하기 시작했습니다. 초기에는 너무 뜨거워 입자들이 결합하지 못하고 에너지가 소용돌이치는 상태였으나, 온도가 점차 내려가면서 쿼크들이 결합하여 양성자와 중성자를 형성했습니다. 이는 물질세계를 구성하는 가장 기본적인 벽돌이 만들어진 셈입니다. 이 시기의 역동적인 변화는 우주가 단순한 에너지의 집합체에서 구체적인 형태를 갖춘 물질의 세계로 진화해 나가는 중요한 전환점이 되었습니다. 빅뱅 후 약 3분 정도가 지났을 때, 우주의 온도는 핵융합이 일어날 수 있을 만큼 낮아졌습니다. 이때 수소 원자핵들이 결합하여 헬륨 원자핵이 만들어졌으며, 이는 오늘날 우주에 존재하는 원소 비율의 기초가 되었습니다. 그로부터 약 38만 년이 지나 우주가 충분히 식었을 때, 빛이 물질의 방해를 받지 않고 직진할 수 있게 된 '우주배경복사'가 발생했습니다. 이 빛은 오늘날 우리가 관측할 수 있는 가장 오래된 흔적으로, 초기 우주의 상태를 고스란히 간직한 화석과도 같은 존재입니다. 현대 물리학이 밝혀낸 우주의 역사는 인간의 지성이 도달한 위대한 성취 중 하나입니다. 우리는 아주 작은 입자들의 상호작용을 통해 거대한 은하와 별, 그리고 생명체의 기원을 추적할 수 있게 되었습니다. 하지만 여전히 암흑물질이나 암흑에너지와 같이 우리가 풀지 못한 숙제들이 많이 남아 있습니다. 우주의 기원을 연구하는 것은 단순히 과거를 돌아보는 일이 아니라, 우리가 살고 있는 세계의 본질을 이해하고 미래를 향한 새로운 지평을 여는 과정입니다. 과학은 오늘도 그 신비로운 베일을 하나씩 벗겨내고 있습니다.

한순구

카오스재단카오스강연

수학
융합

[강연] 고차원 비유클리드 공간으로의 초대 (1) _ by황준묵 | 2018 봄 카오스 강연 '모든 것의 수數다' 5강 | 5강 ①

기원전 300년경 유클리드가 집대성한 '유클리드 원론'은 인류 지성사에 거대한 이정표를 세운 고전입니다. 이 책이 혁신적이었던 이유는 단순히 도형의 성질을 나열한 것이 아니라, 다섯 가지 공리라는 최소한의 약속으로부터 모든 명제를 논리적으로 이끌어내는 체계를 구축했기 때문입니다. 오늘날 우리가 배우는 수학의 논리적 구조는 바로 이 유클리드적 전통에 뿌리를 두고 있습니다. 당연해 보이는 사실조차 엄밀한 증명을 통해 확인하려는 태도는 학문으로서의 수학이 시작되는 지점이었습니다. 유클리드의 다섯 가지 공리 중 마지막인 '평행선 공리'는 앞선 네 개의 공리에 비해 문장이 복잡하고 직관적으로 덜 당연해 보였습니다. 이 때문에 수많은 수학자는 2,000년 동안 이 공리가 다른 공리들로부터 증명될 수 있는 정리일 것이라 믿고 매달렸습니다. 흥미로운 점은 우리가 잘 아는 피타고라스의 정리 역시 이 평행선 공리와 수학적으로 동치라는 사실입니다. 즉, 평행선 공리를 부정하면 우리가 당연하게 여겼던 삼각형의 성질들도 완전히 다른 모습으로 변하게 되며, 이는 기하학의 새로운 가능성을 시사합니다. 서기 500년경 철학자 보에티우스는 유클리드 원론을 번역하며 바쁜 세상에 증명이 무슨 소용이냐는 생각으로 증명 과정을 모두 생략했습니다. 이후 유럽은 약 600년 동안 증명 없는 기하학을 공부했는데, 이 시기는 공교롭게도 문명의 발달이 정체되었던 '암흑시대'와 겹칩니다. 이는 수학에서 증명이 단순히 정답을 확인하는 수단이 아니라, 사고의 논리적 엄밀함을 유지하고 새로운 지적 지평을 여는 핵심적인 동력임을 우리에게 시사하고 있습니다. 19세기 초, 가우스와 볼리아이, 로바체프스키는 평행선 공리가 성립하지 않으면서도 논리적으로 완벽한 '비유클리드 기하학'의 존재를 세상에 알렸습니다. 푸앵카레의 반평면 모델처럼 직선이 반원의 형태를 띠는 기이한 공간에서도 유클리드의 초기 공리들은 여전히 유효하게 작동합니다. 이러한 발견은 평행선 공리가 다른 공리들로부터 유도될 수 없음을 확증했을 뿐만 아니라, 우리가 발을 딛고 있는 평평한 유클리드 공간이 우주의 유일한 진리가 아님을 깨닫게 해주었습니다. 비유클리드 기하학의 등장은 공간에 대한 인류의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 이전까지 공간은 칸트의 철학처럼 우리에게 선험적으로 주어진 단 하나의 절대적인 틀이었으나, 이제는 연구 대상에 따라 다양하게 정의될 수 있는 수학적 대상이 되었습니다. 이는 아프리카 평원에 살던 이들이 바다와 산의 존재를 처음 알게 된 것과 같은 거대한 지적 확장이었습니다. 비유클리드 공간은 기괴한 예외가 아니라 훨씬 더 일반적인 세계이며, 유클리드 공간은 그중 아주 특수한 사례일 뿐입니다.

황준묵

카오스재단카오스강연

수학

[강연] 경이로운 진화의 산물, 공룡! (1) _ 이융남 교수 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 3강 | 3강 ①

과학은 주관적인 시선이 아닌 철저한 관찰을 통해 법칙을 이끌어내는 학문입니다. 코페르니쿠스와 다윈이 보여주었듯, 자연에 대한 세밀한 관찰은 인류의 사고를 전환하는 계기가 되었습니다. 46억 년이라는 유구한 지구 역사 속에서 생명체는 환경의 변화에 맞춰 끊임없이 진화해 왔습니다. 우리는 지층 속에 남겨진 화석이라는 기록을 통해 과거로의 여행을 떠날 수 있으며, 그중에서도 중생대를 지배했던 공룡은 진화의 신비를 풀 수 있는 가장 매력적인 열쇠라고 할 수 있습니다. 약 2억 3천만 년 전, 지구의 모든 대륙이 하나로 뭉쳐진 판게아 시기에 공룡이 처음으로 등장했습니다. 중생대는 단순히 공룡만의 시대가 아니라 포유류의 조상, 거북, 악어 등 오늘날 우리가 알고 있는 주요 척추동물들이 대거 출현한 매우 중요한 시기입니다. 1억 8천만 년이라는 긴 시간 동안 지속된 중생대 환경 속에서 생물들은 대륙의 이동과 기후 변화에 적응하며 각자의 생존 전략을 구축했습니다. 공룡은 이 거대한 흐름 속에서 가장 성공적으로 번성한 주인공이었습니다. 공룡이 다른 파충류를 제치고 생태계의 주역이 될 수 있었던 비결은 독특한 신체 구조에 있습니다. 악어와 같은 원시적 파충류는 다리가 옆으로 휘어져 보행이 비효율적이었지만, 공룡은 다리가 몸 아래로 곧게 뻗은 직립 보행 구조를 가졌습니다. 특히 일자로 움직이는 발목 관절은 거대한 몸무게를 효과적으로 지탱하고 빠르게 이동할 수 있게 해주었습니다. 이러한 해부학적 이점 덕분에 공룡은 수십 톤에 달하는 거대 생명체로 성장하며 육상 환경을 완벽하게 점령할 수 있었습니다. 공룡의 번성에는 환경적 요인도 큰 역할을 했습니다. 중생대 초기인 트라이아스기는 산소 농도가 현재의 절반 수준에 불과할 정도로 희박했습니다. 공룡은 이러한 악조건을 극복하기 위해 뼛속에 '기낭'이라는 공기 주머니를 발달시켰습니다. 이는 오늘날 새들이 가진 특징과 유사한데, 기낭 덕분에 공룡은 적은 산소로도 효율적인 호흡이 가능했습니다. 이러한 신체적 특징은 훗날 공룡이 새로 진화하는 밑바탕이 되었으며, 극한의 환경에서도 공룡이 지구의 주인으로 군림할 수 있었던 원동력이 되었습니다. 현대의 공룡 연구는 단순히 뼈를 발굴하는 수준을 넘어 첨단 과학 기술을 활용하는 단계에 이르렀습니다. 의료용 CT 스캔을 통해 공룡의 뇌 구조를 복원하여 감각 기관의 발달 정도를 파악하고, 싱크로트론 X-선을 이용해 알 속의 배아나 깃털의 미세 구조를 비파괴 방식으로 분석합니다. 또한 뼈의 단면에서 나이테를 찾아내 성장 속도와 수명을 계산하기도 합니다. 이러한 다각적인 연구는 베일에 싸여 있던 공룡의 생태와 행동 양식을 생생하게 되살려내며 우리에게 경이로운 진화의 역사를 들려줍니다.

이융남

카오스재단카오스강연

지구환경과학

[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] 바다의 비밀 - 심해탐사 (1) _ 김웅서 한국해양과학기술원 책임연구원 | 2016 가을 카오스 강연 '지구인도 모르는 지구' 8강 | 8강 ①

바다는 인류에게 언제나 경외와 호기심의 대상이었습니다. 특히 수심 깊은 곳의 심해는 오랫동안 미지의 영역으로 남아 있었으며, 많은 이들에게 무한한 상상력의 원천이 되었습니다. 어린 시절 읽었던 과학 소설이나 바닷가에서 우연히 마주친 야광충의 신비로운 빛은 과학자들에게 탐구의 길을 열어주는 중요한 계기가 되기도 합니다. 1mm 남짓한 작은 생물이 자극을 받아 내뿜는 푸른 빛은 단순한 자연 현상을 넘어, 거대한 바다 세계로 향하는 비밀의 문을 여는 첫 번째 열쇠와 같습니다. 과거 사람들은 바다 끝에 거대한 폭포가 있어 배가 추락할 것이라 믿거나, 심해에 크라켄과 같은 거대 괴물이 살고 있다고 상상하며 두려워했습니다. 이러한 공포는 바다에 대한 지식이 부족했던 시절의 산물이지만, 현대 과학의 눈으로 보면 그 상상력 속에 일말의 진실이 숨어 있음을 알 수 있습니다. 과학자들은 때로 소설 속의 오류를 찾아내는 직업병을 발휘하기도 하지만, 동시에 수백 년 전의 기록이 현대 해양 과학의 발견과 놀라울 정도로 일치한다는 사실에 경탄하며 연구를 이어가고 있습니다. 심해 탐사의 상징과도 같은 잠수함 '노틸러스호'의 이름은 살아 있는 화석이라 불리는 앵무조개에서 유래되었습니다. 앵무조개는 몸속의 격벽에 공기를 채워 부력을 조절하는 독특한 원리를 가지고 있는데, 이는 오늘날 현대 잠수함이 수심을 조절하는 방식과 동일합니다. 자연에서 배운 지혜가 공학적 설계로 이어진 대표적인 사례입니다. 이처럼 심해는 단순히 깊은 물속이 아니라, 생명체가 가혹한 환경에 적응하기 위해 진화시켜 온 정교한 생존 전략과 과학적 원리가 집약된 거대한 실험실과 같습니다. 심해의 거대 생물 중 하나인 대왕오징어는 오랫동안 전설 속의 존재로만 여겨졌습니다. 죽어서 해안가로 밀려온 사체만 발견되던 이 신비로운 생물은 2006년에 이르러서야 비로소 살아 있는 모습이 카메라에 포착되었습니다. 몸길이가 최대 20m에 달하고 농구공보다 큰 눈을 가진 대왕오징어의 실체는 인간의 상상력이 결코 과장이 아니었음을 증명했습니다. 빛이 거의 들지 않는 어두운 심해에서 생존하기 위해 거대한 눈을 갖게 된 이들의 모습은 심해라는 환경이 생명체에게 어떤 변화를 요구하는지를 잘 보여줍니다. 과학적으로 심해는 대륙붕의 한계인 수심 200m보다 깊은 곳을 의미하며, 이는 전체 바다의 약 90%를 차지합니다. 바닷속으로 깊이 들어갈수록 햇빛의 파장에 따라 붉은색부터 차례로 흡수되고, 가장 멀리 도달하는 푸른색만이 남아 온 세상을 파랗게 물들입니다. 수심 1,000m를 넘어서면 완전한 암흑의 세계가 펼쳐지는데, 이곳은 냉장고 속보다 춥고 엄청난 수압이 지배하는 공간입니다. 이러한 극한 환경 속에서도 생명체들은 스스로 빛을 내거나 퇴화된 감각을 대신할 새로운 능력을 갖추며 자신들만의 생태계를 구축하고 있습니다.

김웅서

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지구환경과학

[강연] 빛, 색을 밝히다 (1) _석현정 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 10강 | 10강 ①

우리가 살아가는 세상은 수많은 수수께끼로 가득 차 있습니다. 밤하늘의 별부터 우리 몸속의 작은 세포에 이르기까지, 자연의 섭리는 언제나 경이로움을 자아냅니다. 과학은 이러한 미지의 영역을 탐구하고 논리적인 답을 찾아가는 과정입니다. 단순히 지식을 습득하는 것을 넘어, 현상의 본질을 꿰뚫어보려는 인간의 본능적인 호기심이 바로 과학 발전의 원동력이 됩니다. 이러한 탐구 정신은 인류 문명을 지탱하는 거대한 기둥이 되어 왔습니다. 과학적 지식은 때로 어렵고 멀게만 느껴지기도 합니다. 하지만 복잡한 수식과 이론 너머에는 세상을 이해하고자 하는 뜨거운 열정이 숨어 있습니다. 대중과 과학자가 소통하는 자리는 이러한 장벽을 허무는 중요한 역할을 합니다. 전문가의 깊이 있는 통찰이 일상의 언어로 전달될 때, 과학은 비로소 우리 삶의 일부가 됩니다. 지식의 공유는 새로운 질문을 낳고, 그 질문은 다시금 우리를 더 넓은 세계로 안내하는 이정표가 되어 줍니다. 세상을 바라보는 관점의 변화는 과학이 주는 가장 큰 선물 중 하나입니다. 고정관념에서 벗어나 객관적인 데이터를 바탕으로 사고하는 습관은 합리적인 판단을 가능하게 합니다. 보이지 않는 힘이 어떻게 작용하는지, 물질의 최소 단위가 무엇인지 고민하는 과정에서 우리는 겸손함을 배웁니다. 거대한 우주 속에서 인간의 위치를 확인하는 일은 결코 허무한 과정이 아닙니다. 오히려 존재의 소중함을 깨닫고 더 나은 미래를 설계하는 밑거름이 됩니다. 자연계의 무질서 속에서 질서를 찾아내는 과정은 마치 예술 작품을 감상하는 것과 같습니다. 겉으로 보기에는 혼란스러워 보이는 현상들도 그 이면에는 정교한 법칙이 숨겨져 있습니다. 이러한 복잡계의 원리를 이해하려는 노력은 현대 과학의 핵심적인 과제 중 하나입니다. 작은 변화가 예상치 못한 거대한 결과를 초래하는 현상을 연구하며, 우리는 자연의 섬세함에 다시 한 번 감탄하게 됩니다. 질서와 무질서의 경계에서 발견하는 진리는 매우 매혹적입니다. 질문하는 능력은 인간만이 가진 고유한 특권입니다. '왜?'라는 짧은 질문 하나가 인류의 역사를 바꾸어 놓았습니다. 사과가 떨어지는 이유를 묻고, 빛의 속도에 의문을 품었던 선구자들 덕분에 우리는 오늘날의 풍요를 누리고 있습니다. 과학은 완성된 결과물이 아니라 끊임없이 수정되고 보완되는 역동적인 과정입니다. 어제의 정답이 오늘의 오답이 될 수 있다는 유연한 사고방식이야말로 과학적 탐구의 본질이며, 우리가 지향해야 할 태도입니다. 현대 과학은 더 이상 개인의 전유물이 아닙니다. 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 거대한 난제들을 해결해 나가는 융합의 시대가 도래했습니다. 기술의 발전은 과학적 발견을 가속화하고, 이는 다시 기술의 혁신으로 이어지는 선순환 구조를 만듭니다. 이러한 흐름 속에서 과학은 사회적 가치를 창출하고 인류의 공동 문제를 해결하는 열쇠가 됩니다. 기후 변화나 질병 정복과 같은 과제들은 과학적 연대를 통해 비로소 해결의 실마리를 찾을 수 있습니다. 과학의 여정에는 끝이 없습니다. 하나의 문을 열면 또 다른 미지의 세계가 우리를 기다리고 있기 때문입니다. 하지만 그 과정 자체가 주는 즐거움과 깨달음은 무엇과도 바꿀 수 없는 가치를 지닙니다. 우리는 끊임없이 배우고 탐구하며 세상과 소통해야 합니다. 과학적 사고를 통해 얻은 통찰력은 우리를 더 지혜로운 길로 인도할 것입니다. 앞으로 펼쳐질 새로운 발견의 순간들을 기대하며, 지적 호기심의 끈을 놓지 않는 자세가 무엇보다 중요합니다.

석현정

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융합

[강연] 자연에 없던 물질 만들기 (5) _이병호 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 9강 | 9강 ⑤

빛은 우리 일상 어디에나 존재하지만, 그 본질은 전자기파라는 복합적인 물리 현상입니다. 맥스웰의 이론에 따르면 전기장이 변화하면 반드시 자기장이 형성되며, 빛은 바로 이 전기장과 자기장이 결합하여 진행하는 형태를 띱니다. 최근 반도체 소자 연구에서는 빛의 편광 특성을 이용해 전자 하나하나의 움직임을 제어하는 수준에 도달했습니다. 특정 방향으로 회전하는 빛을 쬐어 전자의 운동 방향을 바꾸면 미세한 자기장이 형성되는데, 이는 현대 기술이 원자 단위의 정밀한 제어를 실현하고 있음을 보여주는 사례입니다. 일반적인 렌즈는 시야각의 한계로 인해 물체의 단면만을 포착하지만, 음굴절 렌즈는 3차원 정보를 온전히 전달할 수 있는 혁신적인 가능성을 제시합니다. 음굴절 렌즈를 통과하는 빛은 모든 방향으로 퍼져 나갔던 정보를 다시 원래의 점으로 모으는 특성을 가집니다. 이는 물체를 구성하는 수많은 점광원의 정보를 입체적으로 재구성할 수 있음을 의미하며, 결과적으로 홀로그램과 유사한 3차원 이미징 구현을 가능하게 합니다. 기존 광학계의 한계를 뛰어넘어 물체의 앞면뿐만 아니라 옆면과 위아래 정보를 동시에 전달하는 기술적 토대가 마련되고 있는 것입니다. 빛의 속도가 관측자의 상태와 무관하게 일정하다는 사실은 현대 물리학의 근간을 이루는 중요한 원리입니다. 과거 과학자들은 지구가 움직임에 따라 빛의 속도도 변할 것이라 예상했지만, 마이컬슨의 정밀한 간섭계 실험은 방향이나 계절에 상관없이 빛의 속도가 불변함을 증명했습니다. 아인슈타인은 이를 바탕으로 특수상대성 이론을 정립하며 절대적인 공간이나 좌표의 개념을 타파했습니다. 실험적 발견과 이론적 뒷받침이 결합하여 탄생한 이 원리는 우리가 우주를 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았으며, 오늘날 메타물질 연구의 기초가 되는 전자기학 발전에도 큰 영향을 미쳤습니다. 자연계에서 유전율과 투자율이 동시에 음의 값을 갖는 물질을 찾기 어려운 이유는 각 성질이 반응하는 공진 주파수가 서로 다르기 때문입니다. 금속의 경우 가시광선 영역에서 음의 유전율을 가지지만, 자기장에 반응하는 투자율은 진공과 유사한 값을 유지합니다. 유전율은 전기장에 의한 전자의 움직임에 좌우되는 반면, 투자율은 자기장에 의한 전류의 흐름과 관련이 있어 반응 속도에서 차이가 발생합니다. 메타물질 연구는 이러한 자연적 제약을 극복하기 위해 인공적인 구조물을 설계하여 유전율과 투자율을 동시에 제어함으로써, 자연에 존재하지 않는 독특한 광학적 특성을 구현하는 데 집중하고 있습니다. 메타물질 기술이 실용화되기 위해서는 특정 파장에서만 작동하는 색수차 문제와 같은 기술적 난제를 해결해야 합니다. 현재는 공진 현상에 의존하지 않고 넓은 파장 대역에서 일관된 성능을 내는 광대역 메타물질 연구가 활발히 진행 중입니다. 과학의 역사는 비선형적으로 발전하며, 창의적인 아이디어가 기술적 한계를 돌파하는 원동력이 되어왔습니다. 미래를 예측하는 가장 좋은 방법은 스스로 미래를 창조하는 것이라는 말처럼, 젊은 연구자들의 도전적인 발상은 메타물질을 통해 우리가 상상만 하던 투명 망토나 초고해상도 렌즈와 같은 혁신적인 미래를 현실로 만들어갈 것입니다.

김휘, 이병호, 최현용

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물리학

[강연] 자연에 없던 물질 만들기 (1) _이병호 교수 | 2015 가을 카오스 강연 '빛 색즉시공' 9강 | 9강 ①

빛은 우리 삶의 모든 영역에 깊숙이 자리 잡고 있습니다. 태양광을 통한 식물의 광합성부터 현대 사회의 핵심인 광통신과 스마트폰 카메라 렌즈에 이르기까지, 빛이 없는 일상은 상상하기 어렵습니다. 최근 과학계에서는 이러한 빛의 성질을 인위적으로 조절하여 자연계에 존재하지 않는 새로운 특성을 가진 '메타물질'을 만드는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 이는 빛과 물질의 상호작용을 근본적으로 이해하고 제어하려는 시도에서 비롯되었습니다. 빛은 반사, 굴절, 회절 등 다양한 물리적 특성을 나타냅니다. 거울에 비치는 반사나 렌즈를 통과하며 꺾이는 굴절은 우리에게 익숙한 현상이지만, 빛이 장애물 뒤로 퍼져 나가는 회절 현상은 더욱 정교한 기술적 응용을 가능하게 합니다. 예를 들어 홀로그램이나 회절광소자는 빛의 파동성을 이용하여 복잡한 이미지를 생성합니다. 이러한 현상들은 빛이 단순한 입자가 아니라 파동으로서 공간을 이동하며 물질과 반응한다는 사실을 잘 보여줍니다. 빛이 서로 다른 매질을 통과할 때 꺾이는 이유는 페르마의 원리로 설명할 수 있습니다. 빛은 목적지까지 도달하는 데 가장 짧은 시간이 걸리는 경로를 선택하며, 매질마다 빛의 속도가 다르기 때문에 굴절이 발생합니다. 이때 진공에서의 빛의 속도와 물질 내에서의 속도 비율을 나타내는 지표가 바로 굴절률입니다. 굴절률은 물질의 고유한 특성에 따라 결정되며, 우리가 사물을 보고 렌즈를 설계하는 데 있어 가장 핵심적인 물리량 중 하나로 작용합니다. 19세기 맥스웰은 전기장과 자기장의 상호 유도 과정을 수식화하여 전자기파의 존재를 예견했습니다. 전기장의 변화가 자기장을 만들고, 다시 자기장의 변화가 전기장을 일으키며 퍼져 나가는 전자기파는 현대 통신 기술의 근간이 되었습니다. 맥스웰은 빛 또한 이러한 전자기파의 일종임을 밝혀냈으며, 이는 인류가 빛을 전자기학적 관점에서 이해하게 된 결정적인 계기가 되었습니다. 오늘날 우리가 사용하는 휴대폰 역시 맥스웰이 발견한 전자기파 원리를 기반으로 작동합니다. 물질의 굴절률은 미시적인 관점에서 유전율과 투자율이라는 두 가지 요소에 의해 결정됩니다. 유전율은 외부 전기장에 대해 물질 내부의 전자가 얼마나 민감하게 반응하는지를 나타내며, 투자율은 자기장에 대한 반응 정도를 의미합니다. 빛이 물질에 들어오면 그 안의 원자들과 전자기적 상호작용을 일으키고, 이 과정에서 빛의 속도와 파장이 변하게 됩니다. 메타물질은 바로 이 유전율과 투자율을 인위적으로 설계하여 자연계의 한계를 뛰어넘는 광학적 특성을 구현합니다.

이병호

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물리학

[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

[석학인터뷰] 정하웅_과학의 대중화를 위한 조언을 주신다면?

빅데이터의 근간은 통계물리학과 전산물리학에 맞닿아 있습니다. 과거에는 데이터의 양이 방대해지면 계산의 한계로 인해 일부를 추출하는 샘플링 방식을 택해야 했습니다. 하지만 컴퓨팅 파워의 비약적인 발전과 저장 용량의 증가는 데이터 전체를 조망할 수 있는 시대를 열었습니다. 비록 미시적인 정확도는 다소 희생될지라도, 전체 데이터를 통해 거시적인 통찰력을 얻는 것이 현대 빅데이터 분석의 핵심입니다. 이는 단순히 숫자를 다루는 것을 넘어 세상의 흐름을 읽어내는 새로운 과학적 방법론으로 자리 잡고 있습니다. 과학의 가치를 대중에게 전달하는 과정은 연구만큼이나 보람찬 일입니다. 어려운 이론을 일상적인 언어로 풀어냈을 때 청중들이 보여주는 깨달음의 반응은 강연자에게 큰 동기부여가 됩니다. 사실 대중 강연은 타고난 재능보다는 끊임없는 연습과 청중의 눈높이에 맞추려는 노력의 산물입니다. 내성적인 성격을 극복하고 다양한 에피소드와 애드리브를 섞어가며 소통하는 과정은 과학이 상아탑을 넘어 대중의 삶 속으로 스며드는 중요한 통로가 됩니다. 청중이 흥미를 느낄 수 있는 지점을 정확히 파악하는 기획력이 좋은 강연을 만드는 열쇠입니다. 과학적 지식을 체계적으로 접하고 싶다면 전문가들이 엄선한 강연 시리즈를 참고하는 것이 큰 도움이 됩니다. 정보와 뇌, 수학 등 다양한 주제를 다루는 양질의 콘텐츠는 대중이 과학에 친숙해지는 훌륭한 가이드가 됩니다. 이러한 노력이 모여 과학이 하나의 문화 포털로 자리 잡는다면 우리 사회의 지적 토양은 더욱 풍성해질 것입니다. 과학 강연과 도서가 융합되어 대중에게 지속적으로 전달될 때, 과학은 비로소 전문가들만의 영역이 아닌 모두가 즐기고 향유할 수 있는 보편적인 문화로서 우리 곁에 깊이 뿌리내릴 수 있을 것입니다.

정하웅

카오스재단석학인터뷰

물리학
융합

[석학인터뷰] 이강근 KAOS 과학위원(서울대학교 지구환경과학부 교수) 인터뷰 영상

2011년 동일본 대지진 이후 한반도와 일본 열도의 지각 변동은 백두산 화산 활동에 대한 우려를 불러일으켰습니다. 거대한 지각 변동은 우리가 인지하지 못하는 사이 지표 아래의 환경에 막대한 영향을 미치며, 이러한 변화를 과학적으로 추적하는 것은 국가적 재난을 예방하기 위한 필수적인 과정입니다. 과거 남북 전문가들은 백두산의 잠재적 위험을 진단하기 위해 공동 연구를 추진하며 장기적인 협력 계획을 세우기도 했습니다. 비록 연구가 빠르게 진전되지는 못했으나, 지질학적 감시 체계를 구축하려는 노력은 우리 사회의 안전을 위해 반드시 지속되어야 할 과제입니다. 현대 문명이 발달함에 따라 우리는 지하 공간을 더욱 활발하게 이용하고 있으며, 그만큼 보이지 않는 위험 요소도 늘어나고 있습니다. 도심 지하에는 상하수도관, 가스관, 전력구 등 수많은 시설물이 복잡하게 얽혀 있는데, 이들의 노후화는 지반 침하나 갑작스러운 폭발 사고의 원인이 될 수 있습니다. 엔지니어링 기술이 아무리 뛰어나더라도 모든 위험을 완벽하게 통제하기는 어렵기에, 과학 기술을 총동원한 정밀 모니터링 시스템 구축이 필수적입니다. 시민들 또한 일상 속에서 지반 변형에 대한 경각심을 가지고 주변을 살피는 자세가 필요합니다. 우리가 마시는 물은 크게 인위적인 정수 과정을 거친 물과 자연적인 정화 과정을 거친 생수로 나뉩니다. 일반적인 수돗물은 짧은 시간 내에 과학적인 공정을 통해 안전성을 확보하는 반면, 생수는 오랜 시간 지층을 통과하며 암석의 광물질이 자연스럽게 녹아든 결과물입니다. 이러한 자연 정수 과정은 지역의 지질 특성에 따라 물의 성분과 맛을 결정짓는 중요한 요소가 됩니다. 마치 와인의 풍미가 산지의 토양과 기후에 따라 달라지듯, 물 역시 지질학적 환경에 따라 고유한 특성을 지니게 되어 소비자의 선택 폭을 넓혀주고 있습니다. 과학은 단순히 연구실 안에 머무는 지식이 아니라 대중과 호흡하며 살아 움직일 때 그 가치가 더욱 빛납니다. 과학자들 역시 자신의 전공 분야를 넘어 타 분야의 지식을 접하며 새로운 시각을 얻기도 합니다. 특히 강연과 같은 소통의 장은 연사가 준비한 정보를 전달하는 것에 그치지 않고, 청중의 질문과 반응을 통해 지식에 생명력을 불어넣는 과정입니다. 지식을 갈구하는 사람들과 전문가가 만나 서로 소통할 때, 비로소 죽어 있는 정보가 우리 삶에 유익한 산지식으로 변모하게 됩니다. 과학 기술의 발전은 우리에게 편리함을 제공하는 동시에 보이지 않는 위험을 미리 감지하고 대비할 수 있는 힘을 줍니다. 화산 활동의 징후를 포착하거나 노후화된 지하 시설물의 붕괴를 막는 일, 그리고 우리가 마시는 물의 가치를 이해하는 일 모두가 과학의 영역에 속합니다. 결국 과학은 전문가들만의 전유물이 아니라, 사회 구성원 모두가 관심을 가지고 참여할 때 더욱 견고한 안전망을 형성할 수 있습니다. 대중의 경각심과 과학적 통찰이 결합될 때 우리는 더욱 안전하고 풍요로운 미래를 설계할 수 있을 것입니다.

이강근

카오스재단석학인터뷰

지구환경과학
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