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[인터뷰] 바이오인공지능연구센터 ABC #013 | 최희정 서울대 생명과학 교수

구조생물학은 단백질과 같은 생체 분자의 3차원 구조를 규명하여 생명 현상의 근본적인 원리를 이해하는 학문입니다. 그중에서도 세포막에 존재하는 G 단백질 결합 수용체(GPCR)는 외부에서 오는 다양한 신호를 세포 내부로 전달하는 핵심적인 통로 역할을 수행하며, 인간이 가진 막 단백질 중 가장 큰 가족을 형성하고 있습니다. GPCR은 암, 당뇨, 신경 질환 등 수많은 질병의 주요 표적이 되기에 그 구조를 밝히는 일은 현대 의학에서 매우 중요합니다. 특히 단백질의 비활성 상태와 활성 상태를 모두 규명함으로써 리간드 결합에 따른 정교한 구조적 변화를 시각적으로 이해할 수 있게 되었으며, 이는 새로운 치료제 개발을 위한 핵심적인 기초 데이터로 활용되고 있습니다. 생체 분자의 정밀한 구조를 결정하기 위해서는 X선 결정학, NMR, 그리고 최근 비약적으로 발전한 초저온 전자현미경(Cryo-EM) 기술이 사용됩니다. 과거에는 단백질을 순수하게 정제하여 결정화한 뒤 X선 회절 패턴을 분석하는 방식이 주를 이루었으나, 이는 시료의 양이 많이 필요하다는 한계가 있었습니다. 반면 최근 노벨상을 통해 주목받은 Cryo-EM은 샘플을 급속 냉동하여 분자 고유의 형태를 직접 이미징함으로써, 결정화가 어려운 막 단백질 연구에 혁신적인 전기를 마련했습니다. 이러한 실험 기법들은 각기 다른 해상도와 장단점을 지니고 있어, 연구자들은 단백질의 크기와 상태에 맞춰 여러 기술을 상호 보완적으로 활용하며 복잡한 생체 시스템의 비밀을 하나씩 풀어나가고 있습니다. 인공지능 기술의 비약적인 성장은 실험 위주였던 구조생물학 분야에 새로운 지평을 열어주었습니다. 과거에는 아미노산 서열 정보만으로 복잡한 3차원 구조를 예측하는 것이 불가능에 가깝다고 여겨졌으나, 알파폴드와 같은 혁신적인 알고리즘의 등장으로 예측의 정확도가 획기적으로 향상되었습니다. 현재 구조생물학자들은 AI를 단순히 경쟁 상대로 보는 것이 아니라, 실험 설계를 최적화하고 복잡한 단백질 복합체의 구조를 사전에 가늠해보는 유용한 도구로 적극 활용하고 있습니다. 특히 실험을 통해 얻은 정교한 데이터는 다시 AI 모델의 성능을 높이는 학습 자료가 되어 선순환 구조를 형성합니다. 이러한 협력은 신약 후보 물질을 효율적으로 발굴하고 완전히 새로운 기능의 단백질을 디자인하는 분야의 발전을 가속화하고 있습니다. 현재의 구조생물학이 단백질의 정지된 찰나를 포착하는 데 집중하고 있다면, 미래의 연구 방향은 실제 살아있는 세포 내부의 맥락에서 단백질이 어떻게 역동적으로 움직이는지를 관찰하는 것으로 향하고 있습니다. 단순한 정적 이미지를 넘어 시간이 흐름에 따라 변화하는 단백질의 역동성을 파악하고, 세포 내부 환경에서의 구조와 기능 사이의 상관관계를 명확히 규명하는 것이 궁극적인 목표입니다. 이를 위해 초저온 전자 단층 촬영(Cryo-ET)과 같은 첨단 기술이 도입되고 있으며, 이는 세포 생물학적 현상을 분자 수준의 고해상도 구조로 직접 확인하게 해줍니다. 이러한 변화는 생명 현상을 단순히 추론하는 단계를 넘어, 우리가 원하는 시간에 일어나는 분자들의 상호작용을 직접 눈으로 보고 설명할 수 있는 시대를 열어줄 것입니다. 과학 연구의 여정은 수많은 병목 현상을 극복하며 자신만의 노하우를 쌓아가는 과정입니다. 특히 구조생물학은 단백질 하나를 규명하기 위해 수십 개의 디자인을 시험하고 최적의 조건을 찾아야 하는 끈기가 필수적입니다. 연구자가 직면한 문제에 대해 꿈속에서도 고민할 정도의 몰입과 열정은 불가능해 보이던 실험의 돌파구를 찾는 원동력이 됩니다. 또한 급변하는 과학적 조류 속에서 자신의 전공 분야에만 매몰되지 않고, 타 학문과의 활활발한 소통을 통해 새로운 기술을 유연하게 수용하는 태도가 중요합니다. 기초 과학의 토대 위에서 응용 분야와의 가교 역할을 충실히 수행할 때, 연구자는 생명 현상의 본질적인 신비를 밝히는 동시에 사회적으로 기여할 수 있는 가치 있는 성과를 거둘 수 있을 것입니다.

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적월대보름🌕🔴 특별관측회 하이라이트(feat.개기월식)

열은 우리 우주의 에너지가 흐르는 가장 근본적인 방식 중 하나입니다. 과학적으로 열이란 온도가 다른 두 물체 사이에서 에너지가 이동하는 현상을 의미하며, 항상 높은 온도에서 낮은 온도로 흐르는 성질을 지니고 있습니다. 이러한 에너지의 흐름은 단순히 온도를 변화시키는 것을 넘어 물질의 상태 변화를 일으키거나 거대한 기계를 작동시키는 원동력이 됩니다. 우리가 일상에서 느끼는 따스함부터 태양이 내뿜는 강력한 복사 에너지에 이르기까지, 열은 만물의 생동감과 물리적 변화를 이끄는 핵심적인 역할을 수행하며 우주의 질서를 유지합니다. 열이 전달되는 방식에는 전도, 대류, 복사의 세 가지 경로가 존재합니다. 고체 내에서 입자의 진동을 통해 에너지가 전달되는 전도, 액체나 기체 같은 유체의 흐름을 통해 직접 이동하는 대류, 그리고 매질 없이 전자기파의 형태로 에너지가 방출되는 복사가 그것입니다. 이러한 전달 원리를 이해하는 것은 현대 건축물의 효율적인 단열 설계부터 최첨단 반도체의 냉각 시스템에 이르기까지 공학 전반에서 매우 중요합니다. 효율적인 열 관리는 에너지 낭비를 줄이고 장치의 성능을 극대화하여 인류가 더 쾌적한 환경에서 기술을 누릴 수 있게 돕습니다. 현대 과학에서 열역학은 에너지의 전환과 효율을 다루는 학문으로서 매우 중요한 위치를 차지합니다. 모든 에너지는 결국 열의 형태로 소산되는 경향이 있으며, 이를 어떻게 관리하느냐가 인류의 지속 가능한 미래와 직결됩니다. 지구 온난화와 같은 전 지구적인 기후 위기 역시 열에너지가 대기 중에 과도하게 축적되면서 발생하는 현상으로 볼 수 있습니다. 따라서 열의 특성을 정확히 파악하고 이를 통제하는 기술을 연구하는 것은, 단순히 과학적 호기심을 넘어 우리가 직면한 환경 문제를 해결하고 미래의 새로운 에너지 시대를 열어가는 중요한 이정표가 될 것입니다.

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✨우리눈을 사로잡는 원소들의 런웨이 워킹을 보면서 공부하는 시간! | AI 싸돌이와 배우는 주기율표 블링블링 귀하신 원소 (47, 79, 6)💎👑

열은 우리 우주를 구성하는 가장 기본적인 에너지 형태 중 하나로, 모든 만물의 움직임을 설명하는 핵심적인 개념입니다. 과학적으로 열은 물질을 구성하는 원자와 분자의 무작위한 운동 에너지의 총합으로 정의할 수 있습니다. 온도가 높은 물체에서 낮은 물체로 에너지가 전달되는 과정을 우리는 흔히 열전달이라고 부릅니다. 이러한 에너지는 전도, 대류, 복사라는 세 가지 방식을 통해 전달되며, 우리 주변의 기후 변화부터 작은 전자기기의 작동 원리에 이르기까지 물리 세계의 거의 모든 현상에 매우 깊숙이 관여하고 있습니다. 열역학 제1법칙에 따르면 에너지는 스스로 생성되거나 소멸되지 않고 오직 그 형태만 변할 뿐입니다. 우리가 일상에서 흔히 사용하는 증기기관이나 자동차 엔진은 바로 이 열에너지를 기계적인 일로 변환하여 작동하는 장치들입니다. 하지만 이 과정에서 가해진 모든 열이 100% 유용한 일로 전환될 수는 없으며, 필연적으로 주변 환경으로 흩어지는 쓸모없는 열이 발생하게 됩니다. 이러한 효율성의 한계는 열역학 제2법칙인 엔트로피 증가의 법칙과 직접적으로 연결되어 우주의 비가역적 흐름을 설명하는 핵심적인 열쇠가 됩니다. 현대 과학에서 열은 단순히 뜨거움을 느끼는 감각적인 현상을 넘어 물질의 상태를 근본적으로 변화시키는 결정적인 요인으로 다루어집니다. 고체가 액체로, 액체가 다시 기체로 변하는 상전이 현상은 분자들 사이의 결합력을 끊기 위해 가해지는 열에너지의 직접적인 결과라고 볼 수 있습니다. 또한 미시적인 세계뿐만 아니라 거대한 우주론적 관점에서도 열은 별의 탄생과 죽음, 그리고 장차 우주가 맞이하게 될 종말을 예측하는 중요한 척도가 됩니다. 결국 열은 존재의 변화를 이끄는 보이지 않는 동력이자 생명 유지에 필수적인 근원입니다.

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[대담] 과학이 만든 AI, AI로 만들 과학 | 제 33회 서울대 자연과학 공개강연_'과학 그리고 인공지능' by 이현숙, 정하웅, 윤성로, 김유빈 l 서울대학교&카오스재단

서울대학교 자연과학 공개 강연은 수십 년간 대중과 과학의 거리를 좁혀온 유서 깊은 장입니다. 이번 강연의 핵심 화두는 인공지능이 바꿀 과학의 미래와 그 속에서 인간이 나아갈 길입니다. 특히 인공지능 시대에 우리가 무엇을 공부하고 어떤 가치를 추구해야 할지에 대한 깊이 있는 통찰이 제시되었습니다. 과학은 단순히 지식을 쌓는 과정이 아니라, 세상을 바라보는 새로운 눈을 갖는 과정임을 이번 대담을 통해 다시금 확인할 수 있었습니다. 기술의 발전 속에서도 변치 않는 과학의 본질을 탐구하는 시간입니다. 인공지능이 인간처럼 사고하는 일반 인공지능(AGI)의 실현 가능성에 대해서는 전문가들 사이에서도 의견이 나뉩니다. 현재의 단순한 계산 원리로는 진정한 지능의 도달이 어렵다는 비판적 시각이 있는가 하면, 언어 등 특정 분야에서 이미 인간을 능가하며 차례로 인간의 영역을 대체해 나갈 것이라는 낙관적 전망도 공존합니다. 중요한 것은 지능을 어떻게 정의하느냐에 따라 인공지능이 인간이 보지 못하는 영역을 탐구하는 새로운 동반자가 될 수 있다는 점입니다. 인공지능은 인간 지능의 확장이자 새로운 탐구의 도구가 될 것입니다. 인공지능의 급격한 발전은 교육의 패러다임 변화를 요구합니다. 이제는 단순히 코딩을 배우거나 지식을 외우는 시대에서 벗어나, 기술적 지식과 인간 특유의 비판적 사고력을 결합하는 능력이 중요해졌습니다. 응용 분야는 빠르게 변하지만, 수학이나 통계, 인문학적 소양 같은 근원적인 원리는 변하지 않습니다. 따라서 '기본으로의 회귀(Back to Basics)'의 정신으로 기초 학문에 충실하며 인공지능을 도구로서 어떻게 더 창의적으로 활용할 수 있을지 고민하는 태도가 필요합니다. 이는 미래 사회를 살아갈 학생들에게 가장 필요한 소양입니다. 데이터가 정보가 되고, 정보가 지식이 되는 과정까지는 인공지능이 이미 훌륭한 성과를 내고 있습니다. 하지만 지식을 정제하여 얻는 '지혜'의 영역은 여전히 인간의 고유한 영역으로 남아 있습니다. 지혜는 단순한 정답을 넘어 상황을 통찰하고 인간적인 가치를 조화롭게 녹여내는 능력입니다. 미래의 평가는 단순히 지식의 양을 묻는 방식에서 벗어나, 복잡한 상황 속에서 인간이 내리는 지혜로운 판단력을 측정하는 방향으로 진화해야 할 것입니다. 인간만이 가진 통찰력은 인공지능 시대에 더욱 빛을 발할 핵심 자산이 될 것입니다. 연구 현장에서 인공지능은 이제 보조자를 넘어 동료 연구자의 위상을 갖추기 시작했습니다. 인공지능은 인간이 지닌 고정관념에서 자유롭기에 우리가 미처 보지 못한 사각지대를 조명해 줍니다. 하지만 연구에 대한 뜨거운 열정이나 기존의 틀에 의문을 제기하며 반론을 펼치는 창의적 태도는 인간만이 보여줄 수 있는 강점입니다. 인간과 인공지능이 서로의 부족한 점을 채우며 협력하는 '핑퐁' 방식의 문제 해결은 앞으로의 일하는 방식을 규정하는 핵심이 될 것입니다. 기술을 활용해 더 높은 수준의 연구를 수행하는 것이 미래 과학자의 모습입니다. 인공지능이 인간을 배신할 수 있다는 우려는 단순한 영화 속 시나리오를 넘어 현실적인 공학적 문제로 대두되기도 합니다. 목표 달성에만 치중하도록 학습된 강화 학습 과정에서 인공지능이 의도치 않은 수단을 선택할 가능성이 있기 때문입니다. 이는 기술 발전과 더불어 인공지능의 윤리 의식과 통제 메커니즘에 대한 연구가 병행되어야 함을 시사합니다. 기술을 맹목적으로 신뢰하기보다는 인공지능의 한계와 위험성을 명확히 인지하고 이를 관리하려는 노력이 필수적입니다. 인간의 안전을 담보하는 기술적 장치는 반드시 동반되어야 합니다. 과학자의 삶을 지탱하는 가장 큰 동력은 여전히 밤하늘의 별을 보며 설레던 어린 시절의 낭만과 열정입니다. 남들이 가치 없다고 여기는 일에 온 마음을 쏟는 낭만이야말로 인공지능이 흉내 낼 수 없는 인간의 고유성입니다. 새로운 질문을 던지고 미지의 영역에 도전하는 과정에서 느끼는 희열은 인공지능 시대에도 과학이 여전히 매력적인 이유입니다. 우리는 인공지능이라는 강력한 도구를 손에 쥐고 더 넓은 우주와 생명의 신비를 향해 끊임없이 진화해 나갈 것입니다. 과학자의 꿈과 도전은 인류의 미래를 밝히는 등불이 될 것입니다.

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융합

[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
천문학
뇌인지과학
융합

[대담] 2025 '노벨상 해설강연' 과학톡!(TALK) by 신의철, 박권, 문회리 l 고등과학원&카오스재단

현대 과학의 최전선은 눈에 보이지 않는 미시 세계를 탐구하는 데 집중되어 있습니다. 올해 노벨상 수상 분야들은 물리, 화학, 생리·의학에 이르기까지 공통적으로 인간의 시각을 넘어선 영역을 다루고 있습니다. 물리학의 양자역학, 화학의 분자 구조, 그리고 생명과학의 면역 체계는 모두 직접 볼 수 없지만 우리 존재를 지탱하는 근간입니다. 과학자들은 이러한 보이지 않는 세상을 이해하기 위해 수많은 물리적 분석 도구를 동원하며, 찰나의 순간이나 기공 속에 숨겨진 비밀을 밝혀내기 위해 끊임없이 도전하고 있습니다. 화학 분야의 금속-유기 골격체(MOF) 연구는 정교한 분석 기술의 중요성을 잘 보여줍니다. 거대하고 복잡한 결정 구조 내부에 존재하는 미세한 구멍들을 확인하기 위해 X-선이나 전자 회절법 같은 고도의 기술이 필수적입니다. 단순히 물질을 합성하는 것에 그치지 않고, 그 안에서 어떤 반응이 일어나는지를 실시간으로 관찰하려는 화학자들의 갈망은 '인시투(In-situ)' 분석법의 발전으로 이어졌습니다. 이는 보이지 않는 영역을 시각화하려는 인간의 노력이 기술적 한계를 어떻게 극복해 왔는지를 여실히 보여주는 사례라 할 수 있습니다. 생리·의학 분야에서 면역 체계의 조절 기전을 밝히는 과정 역시 보이지 않는 현상을 증명해 나가는 험난한 여정입니다. 세포의 움직임을 실시간으로 관찰하기 어려운 상황에서 연구자들은 기존 지식을 바탕으로 가설을 세우고, 특정 요소를 제거하거나 조작했을 때 나타나는 반응을 확인합니다. 특히 대조군 실험을 통해 논리적 빈틈을 메우는 과정은 과학적 진실에 다가가기 위한 필수적인 절차입니다. 이러한 체계적인 실험 설계는 단순한 관찰을 넘어, 생명 현상의 이면에 숨겨진 근원적인 원리를 이해하고 증명하는 강력한 무기가 됩니다. 물리학 연구자들은 미시 세계를 탐구하면서 종종 자신의 감각이 확장되는 독특한 경험을 하기도 합니다. 복잡한 이론과 실험을 반복하다 보면 보이지 않는 양자역학적 현상이 마치 눈앞에 선명하게 펼쳐지는 듯한 물아일체의 경지에 도달하게 됩니다. 이는 거시 세계의 익숙한 감각이 미시 세계의 논리로 전이되는 과정이며, 결국 보이지 않는 세계와 보이는 세계가 본질적으로 연결되어 있음을 시사합니다. 미시 세계의 끝과 거시 세계의 시작이 맞닿는 그 경계에 대한 연구는 우리 존재의 근원을 묻는 철학적인 질문으로 이어집니다. 관측의 과정에서 발생하는 데이터의 변수나 오류를 대하는 태도는 과학적 발견의 향방을 결정짓기도 합니다. 예를 들어, 실험 결과가 예상과 다를 때 이를 단순한 실패로 치부하지 않고 그 원인을 파고드는 집요함이 필요합니다. 완벽해 보이는 결정 구조 속에 숨겨진 결함이 오히려 촉매 반응의 핵심적인 자리가 되거나 새로운 기능을 부여하는 반전의 계기가 되기 때문입니다. 집단적인 확신 속에서도 의문을 제기하고 보이지 않는 작은 틈새를 발견해 내는 통찰력은, 편견을 극복하고 새로운 지평을 여는 과학자의 가장 중요한 덕목입니다. 최근 인공지능 기술의 비약적인 발전은 과학 연구의 풍경을 바꾸고 있지만, 근원적인 발견의 영역에서는 여전히 인간의 역할이 중추적입니다. AI는 방대한 데이터를 분석하여 패턴을 찾아내고 최적의 조건을 예측하는 데 탁월한 능력을 발휘하지만, 새로운 통찰을 통해 가설을 세우고 우연한 발견을 의미 있는 성과로 연결하는 것은 인간 고유의 영역입니다. 노벨상과 같은 혁신적인 업적은 지엽적인 데이터 처리보다는 근본적인 아이디어와 직관에서 비롯됩니다. 기술적 수단으로서의 AI와 인간의 창의적 사고가 조화를 이룰 때 진정한 과학적 진보가 가능할 것입니다. 양자역학의 핵심 원리인 측정의 문제는 인간과 우주의 관계에 대해 깊은 성찰을 요구합니다. 관측자가 시스템에 개입하는 순간 결과가 변형된다는 사실은, 우리가 우주와 분리된 존재가 아니라 밀접하게 연결된 하나임을 상기시킵니다. 초전도체나 이온 트랩을 이용한 양자 컴퓨터 개발은 이러한 물리적 원리를 현실 세계의 기술로 구현하려는 원대한 시도입니다. 보이지 않는 미시 세계의 법칙을 탐구하는 끝에서 우리는 결국 세상의 본질이 무엇인지, 그리고 인간의 의지가 과학적 진실 형성에 어떤 역할을 하는지에 대한 철학적 해답을 찾아나가게 될 것입니다.

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물리학
화학
생명과학

[강연] 면역반응의 억제: 왜 필요하고 어떻게 이루어 지는가?_by 신의철 | 고등과학원&카오스재단 '2025 노벨상 해설강연'

올해 노벨 생리의학상의 핵심 업적은 면역 반응을 억제하는 '조절 T세포'의 발견과 그 원리를 규명한 것입니다. 우리 몸의 면역계는 외부의 세균이나 바이러스가 침입했을 때 이를 인식하고 공격하여 신체를 보호하는 역할을 수행합니다. 그러나 면역 반응이 필요 이상으로 과도하게 일어나면 오히려 정상적인 세포를 공격하는 자가면역 질환이 발생할 수 있습니다. 조절 T세포는 이러한 면역계의 과도한 활성화를 억제하고 항상성을 유지하는 감시자 역할을 하며, 이는 생명 유지의 근원적 원리를 이해하는 데 중요한 이정표가 되었습니다. 면역계는 다양한 세포들의 협력으로 작동합니다. 대식세포가 적을 잡아먹고 수지상세포가 정보를 전달하면, 도움 T세포와 킬러 T세포가 본격적인 전투를 벌입니다. 이때 조절 T세포는 도움 T세포와 유사한 'CD4'라는 표지자를 가지고 있어 겉보기에는 구분하기 어렵지만, 기능은 정반대로 면역 반응을 가라앉히는 일을 합니다. 연구자들은 1995년 'CD25'라는 추가적인 표지자를 발견함으로써 이 특별한 세포를 식별할 수 있게 되었으며, 이를 통해 면역 억제 기전을 구체적으로 연구할 수 있는 토대를 마련했습니다. 사카구치 시몬 교수는 1980년대부터 조절 T세포의 존재를 추적해 왔습니다. 그는 생후 3일 된 생쥐의 흉선을 제거했을 때 자가면역 질환이 발생하는 현상에 주목했습니다. 실험 결과, 정상적인 생쥐의 특정 T세포를 넣어주면 병의 진행을 막을 수 있다는 사실을 밝혀냈습니다. 이는 우리 몸 안에 자가면역 반응을 억제하는 특정 세포군이 존재함을 시사하는 결정적인 증거였습니다. 이후 10년이 넘는 연구 끝에 그는 이 세포가 '조절 T세포'임을 입증하며, 면역학의 오랜 수수께끼였던 자가면역 억제 기전을 세상에 알렸습니다. 조절 T세포의 정체는 'Foxp3'라는 유전자가 발견되면서 더욱 명확해졌습니다. 독립적으로 연구를 진행하던 다른 연구자들은 돌연변이 생쥐와 희귀 자가면역 질환 환자들을 통해 이 유전자의 결함이 심각한 면역 이상을 초래한다는 점을 발견했습니다. 이후 사카구치 시몬 교수는 Foxp3가 조절 T세포의 생성과 기능을 결정하는 '마스터 조절자'임을 입증했습니다. 즉, Foxp3가 발현되어야만 일반적인 T세포가 조절 T세포로 분화할 수 있는 것입니다. 이로써 세포 수준의 발견은 분자 유전학적 근거를 얻으며 확고한 과학적 사실로 자리 잡았습니다. 면역계가 나를 공격하지 않도록 조절하는 원리는 크게 중추 면역 관용과 말초 면역 관용으로 나뉩니다. 중추 면역 관용은 흉선에서 나를 공격할 위험이 있는 T세포를 미리 제거하는 교육 과정입니다. 그러나 이 과정이 완벽하지 않아 일부 위험한 세포들이 몸속으로 흘러나오기도 합니다. 이때 말초 부위에서 이들을 감시하고 억제하는 존재가 바로 조절 T세포입니다. 조절 T세포의 발견은 흉선에서의 1차 방어 이후 우리 몸이 어떻게 2차적으로 면역 평화를 유지하는지에 대한 '말초 면역 관용'의 원리를 완벽하게 설명해 주었습니다. 조절 T세포에 대한 이해는 현대 의학의 치료 패러다임을 바꾸고 있습니다. 자가면역 질환이나 장기 이식 거부 반응이 있는 환자에게는 조절 T세포의 기능을 강화하거나 그 수를 늘려 과도한 공격을 잠재우는 치료법이 연구되고 있습니다. 반대로 암 환자의 경우에는 암세포 주변에 밀집한 조절 T세포가 면역 세포의 공격을 방해하는 것이 문제가 됩니다. 따라서 암 조직 내의 조절 T세포 활성을 선택적으로 낮추면, 우리 몸의 면역계가 다시 암세포를 효과적으로 공격할 수 있게 됩니다. 이는 차세대 면역 항암제 개발의 핵심 전략으로 주목받고 있습니다. 결론적으로 조절 T세포의 발견은 면역계의 단순한 방어 작용을 넘어, 생명체가 스스로를 보호하면서도 과잉 반응을 경계하는 정교한 조율 장치를 갖추고 있음을 보여줍니다. 비록 당장 상용화된 약제는 부족할지라도, 이 세포의 원리를 응용한 치료 기술은 난치병 극복을 위한 밝은 전망을 제시합니다. 인류는 이제 면역 반응을 단순히 켜고 끄는 단계를 지나, 정밀하게 조절하고 관리할 수 있는 새로운 시대를 맞이하고 있습니다. 이번 노벨상 업적은 기초 과학의 발견이 어떻게 인류의 건강과 질병 치료에 기여할 수 있는지를 보여주는 위대한 성과입니다.

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생명과학

[토크] 과학자가 생각하는 AI 노벨상 수상과 딥시크 논란 | 과학자들의 방과 후 수다 1 | 1편

최근 노벨상 위원회가 인공지능 분야의 공헌자들에게 물리학상과 화학상을 수여한 사건은 학계에 큰 파장을 일으켰습니다. 이는 전통적인 학문의 경계가 허물어지고 있음을 상징적으로 보여줍니다. 특히 단백질 구조를 예측하는 알파폴드와 같은 기술은 바이오 연구 현장에 혁명적인 변화를 가져왔으며, 인공지능이 단순한 도구를 넘어 과학적 발견의 핵심 동력으로 자리 잡았음을 증명했습니다. 이러한 변화는 과거 1990년대 말 컴퓨터 공학이 생물학에 적용되기 시작한 이래로 비약적인 발전을 거듭한 결과입니다. 이제는 물리, 화학, 생물의 구분이 모호해졌으며 질문의 본질에 따라 다양한 학문적 접근이 융합되는 시대가 도래했습니다. 노벨 물리학상을 받은 힌튼과 홉필드 교수의 업적은 인공지능 기술 자체보다는 그 근간이 되는 통계 물리학적 원리에 기반하고 있습니다. 홉필드 모델과 이를 발전시킨 볼츠만 머신은 물리학적 아이디어를 통해 인간의 신경망을 모방한 회로를 구성한 선구적인 시도였습니다. 비록 컴퓨터 과학자로 알려져 있지만, 이들의 연구는 근본적으로 물리학의 법칙을 활용하여 지능의 원리를 탐구했다는 점에서 학술적 정당성을 확보하고 있습니다. 이는 인공지능의 발전이 단순히 공학적 성과에 그치지 않고, 자연의 근본 원리를 탐구하는 기초 과학의 영역과 깊게 맞닿아 있음을 시사합니다. 최근 전 세계를 놀라게 한 딥시크의 등장은 인공지능 개발의 새로운 패러다임을 제시했습니다. 거대 자본과 수만 개의 GPU를 투입하는 미국의 방식과 달리, 중국의 엔지니어들은 제한된 자원 속에서 소프트웨어 최적화와 스마트한 알고리즘 설계를 통해 효율적인 모델을 만들어냈습니다. 이는 막대한 자본 없이도 창의적인 아이디어와 기술력만 있다면 거대 기업과 경쟁할 수 있다는 희망적인 메시지를 전 세계 젊은 과학자들에게 전달하고 있습니다. 특히 오픈 소스 생태계를 지향하는 이러한 움직임은 기술의 민주화와 혁신의 가속화를 이끄는 중요한 동력이 되고 있습니다. 국가별 과학 기술 생태계의 차이도 주목할 만합니다. 미국이 민간 주도의 혁신을 이끌고 유럽이 규제를 통해 개인정보를 보호한다면, 중국은 개방적인 생태계 구축을 통해 기술 혁신을 꾀하고 있습니다. 특히 딥시크가 선택한 MIT 라이선스와 같은 오픈 소스 전략은 기술 독점을 방지하고 더 큰 혁신을 유도하려는 전략적 선택입니다. 데이터의 활용과 규제 사이의 균형은 향후 국가 경쟁력을 결정짓는 중요한 요소가 될 것입니다. 이러한 생태계의 다양성은 인공지능 기술이 특정 국가나 기업에 종속되지 않고 인류 전체의 자산으로 발전하는 데 기여할 것입니다. 한국 사회의 고질적인 문제인 의대 쏠림 현상은 젊은 인재들이 도전을 주저하게 만드는 사회적 분위기를 반영합니다. 과거에는 아인슈타인이나 호킹 같은 과학자를 꿈꾸며 기초 과학에 투신하는 청년들이 많았으나, 현재는 실패에 대한 두려움과 안정 지향적인 가치관이 지배적입니다. 지속 가능한 발전을 위해서는 남들이 가지 않는 길을 선택하는 이들에 대한 존중과, 실패하더라도 다시 일어설 수 있는 사회적 안전망 구축이 절실합니다. 젊은이들이 거대 자본에 압도당하지 않고 자신만의 영역에서 새로운 가치를 창출할 수 있도록 격려하는 사회적 풍토가 마련되어야 합니다.

신예리, 윤성철, 이현숙, 정하웅

카오스재단과학자들의 방과 후 수다

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[인터뷰] 바이오인공지능연구센터 ABC #006 | 이준호 생명과학부 교수

예쁜꼬마선충은 몸길이가 1mm도 되지 않는 아주 작은 생명체이지만, 현대 생명과학 연구에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다. 1960년대 시드니 브레너에 의해 도입된 이 모델 생물은 발생과 신경계의 신비를 풀기 위한 최적의 도구로 선택되었습니다. 대장균보다는 복잡하고 초파리나 생쥐보다는 단순한 구조 덕분에, 과학자들은 생명체의 신경망이 어떻게 형성되고 작동하는지를 세포 수준에서 정밀하게 관찰할 수 있게 되었습니다. 이러한 단순함은 복잡한 생명 현상의 근본 원리를 이해하는 열쇠가 됩니다. 신경 세포 300여 개의 모든 연결망을 의미하는 커넥톰 연구는 엄청난 시간과 노력이 필요한 작업입니다. 과거에는 전자현미경 사진을 일일이 수작업으로 분석해야 했기에 한 세대의 연구자들이 포기할 정도로 고된 과정이었습니다. 하지만 최근에는 인공지능 딥러닝 기술을 도입하여 신경 세포를 구분하고 시냅스를 예측하는 과정을 획기적으로 단축하고 있습니다. 인공지능은 사람이 수천 시간 걸려야 했던 작업을 단 몇 분 만에 처리하며, 기초 과학의 질문을 해결하고 연구의 지평을 넓히는 강력한 도구가 되고 있습니다. 염색체 말단에 위치한 텔로미어는 세포의 노화와 수명을 결정하는 핵심적인 구조물입니다. 선형 염색체를 가진 생명체는 복제 과정에서 끝부분이 조금씩 짧아지는데, 이것이 한계에 다다르면 세포는 분열을 멈추고 노화 단계에 진입합니다. 최근 연구에서는 기존 교과서에 실린 것과 다른 새로운 염기 서열의 텔로미어를 가진 선충을 발견하기도 했습니다. 이러한 발견은 노화 억제 전략이나 암세포의 무한 증식을 막는 항암 연구 등 인류의 건강과 직결된 다양한 분야로 확장될 가능성을 보여주며 생명 연장의 꿈에 다가서게 합니다. 기초 과학의 진정한 가치는 정답을 맞히는 것보다 올바른 질문을 던지는 데 있습니다. 예쁜꼬마선충의 히치하이킹 행동처럼 사소해 보이는 현상도 깊이 파고들면 그 이면에 숨겨진 복잡한 신경 기전을 발견할 수 있습니다. 연구 과정에서 무엇을 모르는지조차 모르는 혼란을 겪기도 하지만, 핵심적인 신경 세포 한 세트를 찾아내는 순간 새로운 질문들이 쏟아져 나오기 시작합니다. 인공지능을 통해 확보한 방대한 데이터는 결국 과학자가 더 깊고 본질적인 질문을 던질 수 있도록 돕는 밑거름이 되며 연구의 연속성을 보장합니다. 과학 연구는 단순히 지식을 쌓는 과정을 넘어, 다음 세대에게 사랑과 기회를 전하는 교육의 장이기도 합니다. 과거 독지가의 도움으로 연구에 전념할 수 있었던 경험은 학생들을 위한 장학금 마련과 연구 환경 개선이라는 실천으로 이어졌습니다. 과학은 혼자만의 성과가 아니라 구성원들이 서로 조금씩 양보하고 협력할 때 비로소 큰 시너지가 낼 수 있습니다. 따뜻한 경쟁과 협력이 공존하는 연구실 문화는 젊은 과학자들이 사회에 기여하는 훌륭한 연구자로 성장하는 든든한 토대가 되며, 이는 곧 과학계의 선순환을 만들어냅니다.

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[인터뷰] 바이오인공지능연구센터 ABC #001 | 이현숙 센터장

서울대학교 바이오 인공지능 연구센터는 기초과학과 인공지능의 결합을 통해 인류 과학사에 새로운 족적을 남기고자 설립되었습니다. 이 센터는 국가 지원금이 아닌 순수 민간 기부금으로 운영되며, 눈에 보이는 단기적 목표보다는 미래를 개척하는 도전적인 연구를 지향합니다. 학과와 대학의 경계를 허물고 다양한 분야의 전문가들이 모여 협력하는 이 모델은 우리나라 연구 풍토와 지원 제도에 새로운 변화를 불러일으키고 있습니다. 센터는 단순한 연구 집단을 넘어, 인재들이 자유롭게 소통하며 시너지를 내는 혁신적인 플랫폼을 꿈꿉니다. 2020년 구글의 알파폴드가 단백질 구조 예측 기술을 발표한 사건은 센터 설립의 결정적인 계기가 되었습니다. 수십 년간 생명과학자들이 매달려온 난제를 인공지능이 해결하는 모습을 보며, 이현숙 센터장은 생명과학자로서 직업적 위기감과 두려움을 느꼈다고 회상합니다. 인공지능에 대한 무지가 미래의 뒤처짐으로 이어질 수 있다는 절박함은 혁신의 시작이 되었습니다. 이러한 두려움은 인공지능을 적이 아닌 동반자로 받아들이고, 이를 통해 더 큰 인류적 가치를 창출하려는 의지로 승화되었습니다. 바이오 인공지능 연구센터는 특정 학문에 국한되지 않는 초학제적 협력을 핵심 가치로 삼습니다. 인공지능 전문가뿐만 아니라 의학, 물리, 화학, 수학, 통계학, 기계공학 등 다양한 분야의 인재 40여 명이 모여 거대한 연구단을 구성했습니다. 이들은 단순히 자신의 연구를 수행하는 데 그치지 않고, 서로의 전문성을 공유하며 아무도 상상하지 못했던 새로운 프로젝트를 스스로 도출해 나갑니다. 이러한 자유로운 공모와 인터뷰를 통해 선발된 연구자들은 협력 연구에 대한 강력한 의지를 바탕으로 집단 지성의 힘을 보여주고 있습니다. 센터의 비전은 단순히 바이오와 인공지능의 결합을 넘어선 '종합 과학'의 실현에 있습니다. 10년, 20년 후에는 인공지능 외에도 새롭게 등장할 첨단 기술들을 유연하게 받아들여 생명 현상의 근원적인 질문들에 답하는 도전적인 연구단으로 성장하는 것이 목표입니다. 특히 인간의 질병 발생 원인 규명, 정밀한 진단, 신약 개발 등 인류의 삶을 실질적으로 개선할 수 있는 분야에 집중하고 있습니다. 이는 작은 나라에서도 세계를 놀라게 할 위대한 발견이 나올 수 있다는 가능성을 증명하려는 서울대학교의 담대한 도전이기도 합니다. 이현숙 센터장은 분자생물학자로서 유방암 억제 인자인 BRCA2의 기능을 규명하고 텔로미어의 항상성 유지 기전을 연구해 온 전문가입니다. 그녀의 연구 인생에서 가장 큰 성취는 역설적으로 '대실패'의 순간에서 시작되었습니다. 박사 과정 당시 세웠던 가설이 완전히 틀렸음을 입증하며 위기에 처했을 때, 포기하지 않고 도전했던 경험이 BRCA2 연구라는 거대한 기회로 이어졌습니다. 이러한 경험은 센터 운영 철학에도 반영되어, 연구자들이 실패를 두려워하지 않고 새로운 질문을 던질 수 있는 환경을 조성하는 밑거름이 되었습니다. 현재 생명과학 분야의 가장 큰 화두는 인공지능의 활용과 더불어 '노화' 연구입니다. 노화는 누구도 피할 수 없는 현상이지만, 그 분자생물학적 메커니즘은 여전히 미지의 영역으로 남아 있습니다. 센터는 인공지능과 데이터 사이언스를 활용해 노화 과정에서 발생하는 염증과 면역력 저하의 비밀을 풀고, 이를 통해 건강한 수명 연장을 실현하고자 합니다. 또한 방대한 유전자 시퀀싱 데이터를 학습하여 개인의 질병 확률을 예측하거나, 고해상도 영상 이미지를 분석해 세포의 운명을 정확히 판단하는 등 실질적인 연구 성과를 도출하고 있습니다. 이현숙 센터장은 자신이 단순한 롤 모델이 되기보다는, 후배 과학자들과 학생들이 마음껏 꿈을 펼칠 수 있는 '마당'이자 '플랫폼' 역할을 하기를 희망합니다. 과학은 스스로의 호기심을 좇는 과정이며, 그 과정에서 발생하는 시너지가 얼마나 큰 변화를 이끌어낼 수 있는지 보여주는 것이 그녀의 사명입니다. 바이오 인공지능 연구센터는 단순히 연구비를 지원하는 곳이 아니라, 사람들의 꿈이 모여 인류의 미래를 바꾸는 공간입니다. 이곳에서 탄생할 새로운 과학적 발견들이 세상을 더 나은 곳으로 만들 것이라는 낙관적인 믿음이 센터를 움직이는 원동력입니다.

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[대담] QnA 탐험 톡(TALK)! | 제 32회 서울대 자연과학 공개강연_'과학의 탐험' by 안진호, 유종희, 김장수, 이유경 l 서울대학교&카오스재단

최근 화제가 된 요리 경연 프로그램처럼, 과학 연구 역시 저마다의 독특한 '맛'을 지니고 있습니다. 과학자들은 수의 세계나 광활한 우주를 탐험하며 각기 다른 즐거움을 느낍니다. 마치 우리가 좋아하는 음식이 다르듯, 탐험가들도 자신만의 가장 좋아하는 연구 분야에 중독되어 살아갑니다. 이러한 탐험의 맛은 단순히 지식을 습득하는 것을 넘어, 세상에 없던 새로운 발견을 향해 나아가는 과정에서 오는 짜릿한 희열과도 같습니다. 남극의 엘리펀트 모레인 지역은 마치 외계 행성에 발을 디딘 듯한 신비로운 풍경을 선사합니다. 영하 25도의 추위와 강한 바람 속에서도 푸른 얼음 위로 날리는 눈발은 탐험가에게 잊지 못할 시각적 맛을 제공합니다. 거대한 산도 없이 끝없이 펼쳐진 자갈밭은 빙하의 흐름이 만들어낸 자연의 걸작입니다. 이러한 극한의 환경에서 마주하는 낯선 풍경은 과학자들에게 탐험의 본질이 무엇인지 다시금 깨닫게 하는 소중한 순간이 됩니다. 수학적 아이디어가 떠오르는 순간은 육체적인 허기를 잊게 할 만큼 강력한 만족감을 줍니다. UC 버클리의 아름다운 경치를 배경으로 난제를 해결할 실마리를 찾았을 때의 기분은 그 어떤 산해진미보다 달콤합니다. 아내와 함께한 저녁 식사 자리에서 음식에는 손도 대지 못한 채 연구 이야기만 늘어놓았다는 일화는 지적 탐구가 주는 즐거움이 얼마나 큰지를 잘 보여줍니다. 배가 부르지 않아도 마음이 가득 차는 것, 그것이 바로 수학 탐험의 맛입니다. 때로는 계획대로 되지 않는 상황에서 '의외의 맛'을 발견하기도 합니다. 기상 악화로 비행기가 뜨지 않아 우연히 시작된 북극 식물 관찰이 북극 식물 도감 발간으로 이어진 사례가 대표적입니다. 전공 분야가 아니더라도 호기심을 가지고 주변을 살피다 보면, 이름 없던 식물에 이름을 붙여주는 의미 있는 결실을 맺게 됩니다. 예상치 못한 경로에서 마주치는 새로운 연구 주제는 탐험의 여정을 더욱 풍성하게 만들어주는 양념과도 같은 역할을 합니다. 과학 탐험은 혼자만의 고독한 싸움이 아니라 동료들과 함께하는 협동의 과정입니다. 수학자들은 공동 연구를 통해 서로의 부족한 점을 보완하고, 물리학자들은 치열한 논쟁을 통해 이론의 논리를 견고히 다집니다. 보어와 아인슈타인의 사례처럼, 서로의 주장을 반박하고 방어하는 과정은 감정싸움이 아닌 학문적 성장을 위한 필수적인 대련입니다. 자연이라는 공정한 심판 앞에서 진리를 추구하는 이들에게 동료는 가장 든든한 조력자이자 자극제가 됩니다. 필드 과학의 현장에서는 수억 년 전의 기록을 담은 빙하나 우주에서 온 운석을 직접 만질 수 있습니다. 남극의 지의류는 극한 환경에서도 살아남아 미래 우주 개척의 실마리를 제공하며, 운석의 절단면은 우주의 기원을 연구하는 소중한 단서가 됩니다. 이러한 실물 시료들은 교과서 속의 지식이 아닌 살아있는 과학의 역사를 보여줍니다. 자연과학은 우리 주변의 하늘과 바다, 땅을 연구 대상으로 삼아 세상의 비밀을 하나씩 풀어나가는 역동적인 학문입니다. 미래의 탐험가를 꿈꾸는 학생들에게 수학이나 과학은 결코 단번에 이해해야 하는 높은 벽이 아닙니다. 이해의 과정은 0과 1로 나뉘는 것이 아니라 연속적으로 깊어지는 것이기에, 당장 어렵더라도 반복해서 학습하다 보면 어느덧 높은 수준에 도달하게 됩니다. 유행을 좇기보다 자신이 진정으로 좋아하는 분야를 찾는 데 시간을 투자하시길 바랍니다. 연구가 취미가 되고, 그 즐거움에 대한 보상까지 따르는 삶은 탐험가만이 누릴 수 있는 최고의 축복입니다.

김장수, 안진호, 유종희, 이유경

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[강연] 제 32회 서울대 자연과학 공개강연_'과학의 탐험' by 안진호, 유종희, 김장수, 이유경 l 서울대학교&카오스재단

서울대학교 자연과학 공개 강연은 과학의 즐거움을 나누는 대표적인 프로그램입니다. 올해는 '과학자의 꿈과 도전, 과학의 탐험'이라는 주제로 미지의 세계를 탐구하는 과학자들의 생생한 목소리를 담았습니다. 과학은 단순히 지식을 배우는 것이 아니라, 아직 밝혀지지 않은 자연의 신비를 찾아가는 흥미진진한 여정입니다. 이번 강연은 청소년들에게 과학적 호기심을 자극하고 미래의 탐험가로 성장할 수 있는 영감을 제공합니다. 안진호 교수는 남극 빙하 속 공기방울을 통해 과거의 기후를 추적합니다. 빙하는 눈이 쌓여 만들어지며 그 사이의 공기를 가두는데, 이는 수십만 년 전의 대기 성분을 고스란히 간직한 타임머신과 같습니다. 특히 80만 년 동안의 온실가스 농도 변화를 분석함으로써 현재의 급격한 기후 변화가 인위적인 요인에 의한 것임을 입증합니다. 블루아이스 연구를 통해 100만 년 이상의 기록을 찾는 도전은 지구의 미래를 예측하는 핵심 열쇠가 됩니다. 유종희 교수는 눈에 보이지 않는 유령 입자인 중성미자를 통해 우주의 기원을 탐색합니다. 중성미자는 물질과 거의 상호작용하지 않고 우주를 통과하기 때문에, 별의 내부나 초신성 폭발의 비밀을 직접적으로 전달해 줍니다. 일본의 슈퍼카미오칸데나 남극의 아이스큐브 같은 거대 검출기는 이 미세한 신호를 포착하여 우주에 왜 반물질보다 물질이 더 많은지, 즉 우리가 존재하게 된 근본적인 이유를 밝히고자 노력하고 있습니다. 김장수 교수는 저글링이라는 유희적 활동 속에 숨겨진 수학적 질서를 소개합니다. 조합론은 이산적인 대상의 개수를 세고 구조를 파악하는 학문으로, 저글링의 공을 던지는 순서와 높이를 수열로 나타내어 분석할 수 있습니다. '사이트스왑'이라는 체계를 통해 가능한 저글링 패턴을 예측하고, 공의 개수가 수열의 평균과 같다는 사실을 증명하는 과정은 수학이 추상적인 기호를 넘어 실제 현상을 설명하는 강력한 도구임을 보여줍니다. 이유경 박사는 북극의 생태계 변화를 통해 기후 위기의 현장을 고발합니다. 다산과학기지를 중심으로 드론과 인공지능, DNA 분석 기술을 활용하여 북극 식물의 종 변화를 정밀하게 모니터링합니다. 온난화로 인해 빙하가 사라지고 북극곰의 사냥 환경이 바뀌는 현실 속에서, 과학적 탐험은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어 멸종 위기종을 보존하고 지구 환경을 지키기 위한 실천적인 데이터를 구축하는 숭고한 작업이 됩니다. 과학 탐험의 진정한 묘미는 세상에서 아무도 모르는 진리를 처음으로 발견하는 순간의 희열에 있습니다. 패널 대담에서 과학자들은 탐험이 항상 계획대로 흘러가지는 않지만, 그 과정에서 마주하는 의외의 발견들이 연구의 원동력이 된다고 강조했습니다. 수학적 난제를 해결했을 때의 포만감이나 극한의 환경에서 새로운 데이터를 얻었을 때의 감동은 과학자만이 누릴 수 있는 특권이며, 이는 공동 연구라는 협력을 통해 더욱 빛을 발합니다. 마지막으로 강연은 미래의 과학 꿈나무들에게 유행을 쫓기보다 자신이 진정으로 좋아하는 분야를 찾으라는 메시지를 전합니다. 입시 위주의 공부에서 벗어나 질문을 던지고 스스로 답을 찾아가는 과정이 곧 과학의 시작입니다. 실패를 두려워하지 않고 미지의 세계로 발을 내딛는 용기가 있다면, 누구나 자신만의 신대륙을 발견하는 탐험가가 될 수 있습니다. 이번 강연이 청소년들에게 과학이라는 넓은 바다로 나아가는 나침반이 되기를 기대합니다.

김장수, 안진호, 유종희, 이유경

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[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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📍댓글 이벤트! 세계에서 노벨상🏆을 가장 많이 수상한 나라는? 노벨상, 한국 과학자들의 위대한 도전! Part.1 l 선을 넘는 과학자들

노벨상은 매년 전 세계의 이목을 집중시키는 최고의 권위를 가진 상입니다. 최근 한강 작가의 노벨 문학상 수상 소식은 우리 사회에 큰 기쁨과 자부심을 안겨주었으며, 이는 자연스럽게 노벨 과학상에 대한 관심으로 이어지고 있습니다. 노벨상은 단순히 개인의 영예를 넘어 한 국가의 기초 과학 수준과 문화적 역량을 상징하는 지표로 인식되곤 합니다. 이러한 사회적 분위기 속에서 우리는 노벨상이 지닌 진정한 가치와 그 이면에 담긴 과학자들의 헌신적인 노력을 다시금 되새겨볼 필요가 있습니다. 알프레드 노벨의 유언으로 시작된 이 상은 인종이나 국적, 종교에 상관없이 인류에게 가장 큰 공헌을 한 인물에게 수여됩니다. 수상자에게는 업적을 기리는 고유한 디자인의 상장과 순금으로 제작된 메달, 그리고 막대한 규모의 상금이 주어집니다. 특히 상금의 규모가 매우 커서 대중의 관심을 끌기도 하지만, 과학자들에게는 자신의 연구가 인류의 진보에 기여했음을 인정받는 명예가 무엇보다 소중한 가치로 다가옵니다. 이러한 보상은 연구자들이 평생을 바쳐 일궈온 학문적 성과에 대한 합당한 예우라고 할 수 있습니다. 2024년 노벨 과학상의 흐름을 살펴보면 기존의 정설이 파괴되는 흥미로운 변화가 관찰됩니다. 노벨 물리학상과 노벨 화학상 분야에서 인공지능(AI) 연구자들이 상을 휩쓸며 과학과 공학의 경계가 무너지고 있음을 보여주었습니다. 또한 30대의 젊은 연구자가 수상하는가 하면, 90세가 넘은 고령의 과학자가 생애 마지막 순간에 영광을 안기도 했습니다. 이러한 변화는 현대 과학이 더 이상 특정 학문에 국한되지 않고 다양한 분야와 융합하며 역동적으로 발전하고 있음을 시사합니다. 이는 미래의 과학 연구가 나아가야 할 새로운 방향성을 제시하고 있습니다. 국가별 수상 현황을 보면 미국이 압도적인 우위를 점하고 있으며 영국, 독일, 프랑스에 이어 일본이 세계 5위권의 성적을 거두고 있습니다. 아시아에서는 1930년 인도의 라만을 시작으로 일본의 유카와 히데키 등 여러 선구자가 노벨 과학상의 문을 열었습니다. 현재 세계 10위권 내외의 국가들은 보통 10명 이상의 수상자를 배출하고 있는데, 이는 기초 과학에 대한 장기적인 투자와 학문적 전통이 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 아시아 국가들의 약진은 서구 중심이었던 과학계의 지형이 점차 변화하고 있음을 증명하는 사례이기도 합니다. 대한민국은 현재 세계 10위권의 과학 기술 역량을 보유하고 있음에도 불구하고 아직 노벨 과학상 수상자를 배출하지 못해 아쉬움이 큽니다. 올해 노벨 생리의학상 후보로 거론되었던 김빛내리 교수와 같은 세계적인 연구자들이 등장하고 있다는 점은 매우 고무적인 현상입니다. 비록 이번에는 최초 발견자가 아니라는 이유로 수상을 놓쳤지만, 연구의 가치가 더욱 깊어짐에 따라 한국 과학자의 수상 가능성은 그 어느 때보다 높아지고 있습니다. 이제는 단기적인 성과에 집착하기보다 과학자들이 창의적인 연구에 몰두할 수 있는 환경을 조성하여 역사적인 도전을 이어가야 할 때입니다.

국립과천과학관선을 넘는 과학자들🔬

물리학
화학
생명과학
융합

📍댓글 이벤트! 과학강국 한국! 노벨상을 받기 위해 우리가 해야할 것은? 노벨상, 한국 과학자들의 위대한 도전! Part.3 l 선을 넘는 과학자들

우리나라의 과학기술 역량은 산업적 측면에서 세계적인 수준에 도달해 있지만, 학문적 성취 면에서는 아직 보완해야 할 점이 많습니다. 노벨상은 인류를 위한 지대한 공헌을 기리는 상으로, 단순히 기존의 것을 개선하는 '추격형' 연구가 아닌 세상에 없던 것을 만드는 '선도형' 연구에 주어집니다. 즉, 1에서 100을 만드는 최고의 연구보다 0에서 1을 창조하는 최초의 연구가 노벨상의 핵심입니다. 이는 국가적 공헌을 넘어 인류 전체를 위한 미지의 영역에 도전하는 노벨 정신과 맞닿아 있습니다. 올해 노벨 생리의학상 수상자인 빅터 앰브로스와 게리 러브컨의 사례는 과학 연구의 본질을 잘 보여줍니다. 이들이 발견한 마이크로RNA는 발표 초기 10여 년 동안 학계의 큰 주목을 받지 못했습니다. 하지만 이들은 외부의 평가에 연연하지 않고 연구 자체에서 느끼는 즐거움과 호기심을 동력 삼아 묵묵히 길을 걸었습니다. 과학적 성취는 보상이나 명예를 좇는 과정이 아니라, 연구 분야에 대한 순수한 흥미와 몰입이 만들어낸 결실이자 행운과도 같은 보상임을 시사합니다. 한국 과학계가 노벨상에 다가가기 위해서는 속도보다 방향에 집중해야 합니다. 단순히 앞선 연구를 빠르게 따라잡는 것이 아니라, 자신만의 독창적인 연구 방향을 설정하는 것이 중요합니다. 이때 스승의 역할은 제자가 자신의 뒤를 따르게 하는 것이 아니라, 제자만의 길을 갈 수 있도록 이끌어주는 내비게이션이 되어야 합니다. 실제로 많은 노벨상 수상자들이 스승과는 전혀 다른 분야를 개척하며 독자적인 업적을 쌓았다는 점은 우리에게 시사하는 바가 매우 큽니다. 창의적인 연구는 서로 다른 분야를 연결하는 지점에서 탄생하기도 합니다. 최근 노벨 물리학상과 화학상이 인공지능과의 융합 연구에 수여된 것처럼, 과학과 인문학 혹은 예술과의 연계는 새로운 시각을 제공합니다. 또한 지류가 아닌 본류, 즉 나무의 가지가 아닌 큰 줄기에 해당하는 근본적인 연구에 집중할 때 노벨상의 가능성은 커집니다. 장기간의 몰입을 가능케 하는 호기심과 태도는 문학이나 과학이나 매한가지이며, 이는 연구자가 지녀야 할 가장 강력한 무기입니다. 노벨상은 과학의 전부가 아니라 거대한 코끼리의 코와 같은 중요한 일부입니다. 한 국가에서 첫 수상자가 나오기 시작하면 일본이나 이스라엘의 사례처럼 연쇄적인 수상이 이어지는 경향이 있습니다. 우리나라도 이제는 과학자를 존중하고 명예를 인정하는 사회적 풍토 속에서 새로운 도약을 준비해야 합니다. 앞선 세대의 지혜를 이어받고 다음 세대를 위해 새로운 길을 여는 '계왕성 개래학'의 자세로 젊은 과학자들이 미지의 세계를 탐험할 때, 한국인 노벨상 수상의 꿈은 현실로 다가올 것입니다.

국립과천과학관선을 넘는 과학자들🔬

융합

주인공은 나야! 나!🙋‍♂️ 실버버튼의 주역을 찾아서~⭐

과학관은 단순히 유물을 전시하는 공간을 넘어, 현대인들에게 과학적 호기심을 자극하고 지식을 전달하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 복잡하고 어렵게만 느껴졌던 과학 원리들이 시각적이고 체험적인 요소들과 결합하면서, 대중은 일상 속의 과학을 보다 친숙하게 받아들이게 됩니다. 이러한 공간은 어린이들에게는 꿈을 심어주고 성인들에게는 새로운 지적 자극을 제공하며 사회 전반의 과학 문해력을 높이는 데 기여하고 있습니다. 최근 과학관에서 제공하는 콘텐츠는 그 종류와 깊이 면에서 비약적인 발전을 이루었습니다. 단순 관람형 전시에서 벗어나 관람객이 직접 조작하고 반응을 확인할 수 있는 인터랙티브 전시가 주를 이루고 있습니다. 물리, 화학, 생물 등 기초 과학 분야는 물론이고 우주 항공이나 로봇 공학 같은 첨단 기술까지 아우르는 방대한 콘텐츠는 관람객들에게 끊임없는 즐거움을 선사합니다. 이는 과학이 정적인 학문이 아니라 역동적인 탐구의 대상임을 보여줍니다. 특히 가상 현실이나 증강 현실 기술을 접목한 체험형 콘텐츠는 시공간의 제약을 허물며 과학 교육의 새로운 지평을 열었습니다. 눈으로 직접 보기 힘든 미시 세계나 머나먼 우주의 모습을 생생하게 구현함으로써, 추상적인 이론을 직관적으로 이해할 수 있도록 돕습니다. 이러한 몰입형 경험은 학습 효과를 극대화할 뿐만 아니라, 과학에 대한 막연한 두려움을 없애고 탐구하려는 의지를 북돋우는 데 매우 효과적인 도구로 활용되고 있습니다. 과학관의 진화는 여기서 멈추지 않고 인공지능과 빅데이터를 활용한 맞춤형 전시 가이드로 이어지고 있습니다. 관람객의 관심사와 수준에 맞춰 최적화된 정보를 제공함으로써, 누구나 자신의 눈높이에서 과학을 즐길 수 있는 환경이 조성되고 있습니다. 이는 지식의 일방적인 전달이 아닌 쌍방향 소통을 가능하게 하며, 과학관을 살아있는 학습의 장으로 변모시킵니다. 기술과 예술이 결합한 미디어 아트 형태의 전시는 감성적인 충족감까지 제공합니다. 결국 과학관의 다양한 콘텐츠를 경험하는 것은 미래를 준비하는 가장 즐거운 방법 중 하나라고 할 수 있습니다. 우리가 누리는 현대 문명의 근간이 되는 과학적 사고방식을 체득함으로써, 급변하는 세상 속에서 중심을 잡고 문제를 해결할 수 있는 능력을 기르게 됩니다. 더 많은 사람이 과학관을 찾아 그 속에 담긴 무궁무진한 이야기들에 귀를 기울인다면, 우리 사회는 더욱 창의적이고 합리적인 방향으로 나아갈 수 있을 것입니다.

국립과천과학관과학관 소식🔈

물리학
화학
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천문학
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[대담] 2024 '노벨상 해설강연' 과학톡!(TALK) by 조정효, 백민경, 이준호 l 고등과학원&카오스재단

최근 노벨 물리학상과 화학상이 인공지능 관련 연구에 수여되면서 과학계에는 새로운 바람이 불고 있습니다. 인공지능은 단순히 계산을 돕는 도구를 넘어, 기존 연구의 한계를 극복하고 지식의 지평을 넓히는 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다. 특히 수학과 같은 기초 과학 분야에서는 인공지능을 활용해 수십 년간 풀리지 않던 난제들을 해결하려는 시도가 이어지고 있으며, 이는 연구의 시간과 비용을 획기적으로 절감하는 결과로 이어지고 있습니다. 이러한 변화는 과학 전반의 발전 속도를 가속화하며 연구 생태계를 더욱 풍부하게 만들고 있습니다. 연구 현장에서는 이미 'AI 사이언티스트'라 불리는 인공지능이 등장하여 큰 충격을 주고 있습니다. 이 인공지능은 스스로 논문을 읽고 연구 문제를 발굴하며, 코드를 짜고 실험 결과를 해석하여 논문까지 작성하는 수준에 도달했습니다. 단돈 15달러 정도의 비용으로 인간 연구자가 수행하던 절차적인 과정들을 대신 처리할 수 있게 된 것입니다. 이제 과학자들은 단순히 반복적인 업무에 매달리기보다, 인공지능이 아직 흉내 내기 어려운 인간만의 고유한 영역인 상상력을 발휘하는 데 더 집중해야 하는 시점을 맞이하고 있습니다. 생물학 분야에서도 인공지능의 도입은 연구실 문화를 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 과거에는 전자현미경 사진을 일일이 수작업으로 분석하며 수천 시간을 소모해야 했지만, 이제는 딥러닝 기술을 통해 훨씬 빠른 속도로 데이터를 처리할 수 있게 되었습니다. 또한 학생들은 프로그래밍 과정에서 인공지능에게 코드의 뼈대를 요청하거나 버그를 수정하는 등 효율적인 방식으로 연구를 진행합니다. 비록 인공지능의 결과물을 검증하는 인간의 역할은 여전히 중요하지만, 딥러닝을 제외하고는 이제 현대 과학 실험의 속도를 논하기 어려울 정도가 되었습니다. 인공지능의 급격한 발전은 인간의 지능을 뛰어넘을 것인가에 대한 철학적인 질문을 던집니다. 인공지능은 방대한 데이터에서 패턴을 찾아내는 데 탁월한 능력을 보이지만, 인간의 지능은 의식과 연결된 훨씬 복합적인 영역입니다. 과거 과학자들이 보편적인 규칙을 찾아내기 위해 고군분투했던 것처럼, 전혀 관련 없어 보이는 분야를 창의적으로 묶어내는 능력은 여전히 인간의 고유한 자산으로 남아 있습니다. 따라서 인공지능이 특정 과업에서 인간을 앞설지라도, 복합적인 사고와 가치 판단을 내리는 인간의 지능을 완전히 대체하기는 쉽지 않을 것으로 보입니다. 강력한 도구에는 그에 따르는 책임과 윤리적 고민이 필수적입니다. 단백질 디자인이나 유전자 가위 기술처럼 인류에게 큰 이득을 줄 수 있는 기술이 자칫 생화학 무기나 윤리적 문제를 일으키는 도구로 악용될 우려도 존재하기 때문입니다. 따라서 과학계는 인공지능 기술이 인류에게 위협이 되지 않도록 규제와 정책적 가이드라인을 마련하기 위한 사회적 합의를 지속적으로 이끌어내야 합니다. 인공지능이라는 새로운 도구를 주체적으로 활용하면서도, 인간으로서의 가치관과 윤리 의식을 지키는 것이 건강한 과학 기술의 미래를 만드는 길입니다.

백민경, 이준호, 조정효

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물리학
화학
생명과학

[댓글 이벤트] 유전자🧬 발현을 조절하는 컨트롤의 마법사🧙‍♀️ 마이크로RNA 2024 노벨 생리의학상 | 요즘과학

2024년 노벨 생리의학상은 마이크로RNA의 발견과 그 역할을 규명한 빅터 앰브로스와 게리 러브컨 교수에게 돌아갔습니다. 생명체는 DNA의 유전 정보를 RNA로 전달하고, 이를 바탕으로 단백질을 만들어 생명 활동을 유지합니다. 이를 '생명 중심 원리'라고 부르는데, DNA가 전체 설계도라면 RNA는 필요한 부분만을 복사한 설계도 사본과 같습니다. 이번 수상은 이 과정에서 단백질 합성을 정교하게 조절하는 새로운 존재를 밝혀낸 공로를 인정한 것이며, 현대 생물학의 지평을 넓힌 중요한 성과로 평가받습니다. 마이크로RNA는 메신저 RNA에 결합하여 불필요한 단백질이 과도하게 생성되지 않도록 막는 '감독관' 혹은 '브레이크' 역할을 수행합니다. 세포라는 공장에서 설계도 사본인 RNA가 계속 방치되면 단백질이 무한정 생산되어 효율성이 떨어지게 됩니다. 마이크로RNA는 특정 유전자의 발현을 미세하게 조절함으로써 우리 몸의 세포들이 어떤 종류의 단백질을 얼마나 만들어야 하는지 결정합니다. 이는 생명 현상의 효율성을 높이고 질서를 유지하는 핵심적인 기제이며, 세포의 정교한 제어 시스템을 상징합니다. 연구자들은 예쁜꼬마선충이라는 모델 생물을 통해 특정 유전자에 변이가 생기면 발달에 문제가 생긴다는 사실을 발견했습니다. 1993년 앰브로스 교수는 lin-4라는 작은 RNA 조각이 lin-14 메신저 RNA의 번역 과정을 억제한다는 메커니즘을 최초로 규명했습니다. 초기에는 이 현상이 특정 생물에만 국한된 것으로 여겨졌으나, 이후 모든 다세포 생물에 보존되어 있다는 사실이 밝혀지며 마이크로RNA는 생물학계의 거대한 패러다임 변화를 이끌어냈습니다. 이는 유전자가 단순히 DNA의 지시만을 받는 것이 아님을 시사합니다. 마이크로RNA 분야에서 한국의 김빛내리 교수 또한 세계적인 석학으로 꼽힙니다. 노벨상 수상자들이 마이크로RNA의 존재와 기능을 밝혔다면, 김 교수는 마이크로RNA가 세포 내에서 어떻게 생성되는지에 대한 비밀을 풀었습니다. 그녀는 긴 RNA를 잘라 마이크로RNA를 만드는 효소인 '드로셔'와 '다이서'의 단백질 구조를 세계 최초로 규명하며 연구의 마지막 퍼즐을 맞췄다는 평가를 받습니다. 이러한 기초 연구는 유전자 조절 메커니즘을 완벽히 이해하고 이를 인위적으로 제어하는 데 결정적인 기여를 했습니다. 마이크로RNA 연구는 향후 다양한 질병 치료의 새로운 길을 열어줄 것으로 기대됩니다. 마이크로RNA가 제대로 작동하지 않으면 암, 당뇨병, 자가면역 질환 등 비정상적인 세포 활동으로 인한 질병이 발생할 수 있기 때문입니다. 현재 미국 등지에서는 이를 이용한 암 치료 임상 시험이 진행 중이며, 진단 도구나 노화 방지 분야에서도 폭넓게 활용될 가능성이 큽니다. 비록 상용화까지는 시간이 필요하겠지만, RNA 기술은 인류의 건강을 지키는 강력한 무기가 될 것이며 앞으로의 발전이 더욱 주목되는 분야입니다.

국립과천과학관요즘과학👏

생명과학

[강연] 2024 '노벨상 해설강연' by 조정효, 백민경, 이준호 l 고등과학원&카오스재단

2024년 노벨 물리학상은 인공지능의 기초를 닦은 존 홉필드와 제프리 힌턴에게 돌아갔습니다. 이들은 물리학의 통계적 원리를 활용해 인공신경망이 정보를 저장하고 학습하는 초기 모델을 고안했습니다. 홉필드 모델은 물리학의 에너지 지평 개념을 도입하여 불완전한 정보에서 원래의 패턴을 복원하는 기억의 원리를 설명했습니다. 이는 현대 딥러닝의 이론적 토대가 되었으며, 물리학적 통찰이 어떻게 첨단 기술의 근간이 될 수 있는지를 보여주는 상징적인 사례로 평가받습니다. 인공신경망은 이제 단순한 계산 도구를 넘어 인간의 지능을 모사하는 핵심 기술로 자리 잡았습니다. 제프리 힌턴은 홉필드의 아이디어를 확장하여 볼츠만 머신과 오차 역전파 알고리즘을 발전시켰습니다. 그는 데이터의 확률 분포를 학습하는 생성 모델의 원형을 제시하며, 인공지능이 단순한 분류를 넘어 새로운 정보를 생성할 수 있는 가능성을 열었습니다. 특히 층을 깊게 쌓은 심층신경망의 학습 가능성을 증명함으로써 오늘날의 생성형 AI 시대를 가능케 했습니다. 이러한 성과는 물리학적 통찰이 복잡한 데이터 처리 시스템의 효율성을 극대화하는 데 결정적인 역할을 했음을 시사합니다. 이는 인공지능 발전의 역사에서 물리학이 수행한 중추적인 역할을 다시금 확인시켜 줍니다. 노벨 화학상은 단백질 구조 예측과 설계 분야에서 혁신을 일으킨 데이비드 베이커, 데미스 허사비스, 존 점퍼가 수상했습니다. 단백질은 생명 현상을 수행하는 핵심 일꾼으로, 그 기능을 이해하려면 복잡하게 접힌 3차원 구조를 파악하는 것이 필수적입니다. 구글 딥마인드의 알파폴드는 인공지능을 활용해 수십 년간 난제로 남아있던 구조 예측 문제를 해결했습니다. 이는 실험에 수년이 걸리던 작업을 단 몇 분 만에 처리할 수 있게 함으로써 생명과학 연구의 패러다임을 완전히 바꾸어 놓았습니다. 이제 과학자들은 방대한 단백질 데이터를 바탕으로 생명의 신비를 더욱 빠르게 파헤치고 있습니다. 데이비드 베이커 교수는 인공지능을 활용해 자연계에 존재하지 않는 새로운 단백질을 설계하는 데 성공했습니다. 그는 단백질이 형성되는 물리적 원리를 바탕으로 특정 기능을 수행할 수 있는 아미노산 서열을 계산해내는 '로제타'와 'RF디퓨전' 모델을 개발했습니다. 이를 통해 질병 치료를 위한 정밀 약물 전달체나 환경 오염을 해결할 플라스틱 분해 효소 등을 맞춤형으로 제작할 수 있는 길이 열렸습니다. 단백질 설계 기술의 발전은 인류가 직면한 난치병과 환경 문제를 해결할 강력한 무기가 될 것입니다. 이는 기초 과학의 원리가 인공지능이라는 도구를 만나 실질적인 인류의 혜택으로 전환된 사례입니다. 노벨 생리의학상은 예쁜꼬마선충 연구를 통해 마이크로RNA를 발견한 빅터 앰브로스와 게리 러브컨에게 수여되었습니다. 이들은 아주 작은 벌레인 선충의 발생 과정을 추적하던 중, 단백질 정보를 담고 있지 않은 아주 작은 RNA 조각이 유전자 발현을 조절한다는 사실을 우연히 발견했습니다. 이는 기존의 생명 중심 원리에서 설명하지 못했던 새로운 유전자 조절 층위를 밝혀낸 것입니다. 아주 단순한 생명체에 대한 호기심이 생명 과학의 근본적인 원리를 뒤흔드는 거대한 발견으로 이어진 셈입니다. 이 발견은 생명체가 얼마나 정교한 시스템을 통해 스스로를 통제하는지 보여주는 중요한 이정표가 되었습니다. 마이크로RNA는 선충뿐만 아니라 인간을 포함한 고등 생물에게도 진화적으로 잘 보존되어 있으며, 세포의 성장과 분화에 결정적인 역할을 합니다. 특정 마이크로RNA의 이상은 암이나 유전병 등 다양한 질병의 원인이 되기도 합니다. 이 발견은 유전자가 단순히 단백질을 만드는 설계도에 그치지 않고, 그 발현 시기와 양을 정밀하게 조절하는 복잡한 시스템임을 증명했습니다. 현재는 이를 활용한 새로운 진단 기술과 치료제 개발 연구가 활발히 진행되며 인류의 건강 증진에 기여하고 있습니다. 작은 분자 하나가 생명 현상의 거대한 흐름을 조절한다는 사실은 현대 의학에 새로운 지평을 열어주었습니다. 2024년 노벨상은 과학의 새로운 도구로서 인공지능의 위상을 공고히 하는 동시에, 기초 과학의 끈질긴 탐구 정신이 얼마나 중요한지를 일깨워 줍니다. 인공지능은 방대한 데이터를 분석하고 예측하는 강력한 도구이지만, 그 도구를 어디에 사용할지 결정하고 새로운 질문을 던지는 것은 여전히 인간의 몫입니다. 물리학, 화학, 생물학의 경계가 허물어지는 융합의 시대에서, 기초 과학에 대한 깊은 이해와 창의적인 상상력은 인류의 지식을 확장하고 미래의 난제를 해결하는 가장 확실한 열쇠가 될 것입니다. 과학자들의 끊임없는 도전은 인공지능이라는 날개를 달고 더욱 먼 미래를 향해 나아가고 있습니다.

백민경, 이준호, 조정효

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[카오스 짧강] TDA의 활용 사례 (신소재)

위상 수학은 현대 물리학의 지평을 넓히는 데 결정적인 역할을 하며 학문 간 경계를 허물고 있습니다. 약 8년 전 노벨 물리학상을 받은 위상 물리학은 수학의 위상수학적 개념을 물리적 현상에 성공적으로 접목한 사례로 꼽힙니다. 당시 노벨 재단은 대중에게 생소한 이 개념을 설명하기 위해 기자회견장에 도넛을 직접 들고 나오는 이색적인 장면을 연출하기도 했습니다. 이는 추상적인 수학 이론이 실제 물질의 성질을 규명하는 강력한 도구가 될 수 있음을 전 세계에 알린 상징적인 사건이었습니다. 특히 그래핀과 같은 2차원 물질의 발견은 위상 물리학이 주목받는 계기가 되었습니다. 원자 하나 두께의 매우 얇은 2차원 물질은 입자들이 위아래로 움직이지 못하고 제자리에서 회전하는 독특한 물리적 특성을 보입니다. 일반적인 물질이 온도 변화에 따라 고체, 액체, 기체로 변하는 것과 달리, 2차원 물질은 특정 임계점에서 매우 특별한 상전이 현상을 나타냅니다. 이러한 현상은 기존의 물리 법칙으로는 설명하기 어려웠으나, 위상 수학의 원리를 도입하면서 비로소 그 비밀이 풀리기 시작했습니다. 푸앵카레 이후 100년 넘게 축적된 위상 수학의 철학은 이제 인공지능과 빅데이터 분석 등 첨단 산업 분야로 그 영역을 확장하고 있습니다. 과거에는 수학 전공자들만의 전유물로 여겨졌던 이론들이 21세기에 들어서며 물질의 본질을 이해하고 복잡한 데이터를 해석하는 핵심 기술로 거듭난 것입니다. 당장 눈앞의 실용성만을 따져 특정 학문을 외면하는 것은 현대 과학의 융합적 흐름을 읽지 못하는 근시안적인 태도입니다. 기초 과학에 대한 깊이 있는 이해가 결국 미래 기술의 혁신을 이끄는 원동력이 됩니다.

카오스재단질토과 + 짧강

[강연] 무엇이 무엇이 똑같을까? 수학으로 바라본 대칭 정복기 1_by 이승재 / 2024 봄 카오스강연 '세상에 나쁜 수학은 없다' 1강 첫 번째 이야기 | 1강 ①

많은 이들이 수학을 막연한 두려움이나 적개심의 대상으로 여기곤 합니다. 하지만 수학자들 역시 수학이 무섭고 때로는 고통스러운 존재라고 고백합니다. 그들은 우리 모두가 어느 시점에서 포기하느냐가 다를 뿐, 본질적으로는 모두가 '수포자'와 같은 심정을 공유한다고 말합니다. 이러한 공감대는 수학이 단순히 천재들만의 전유물이 아니라, 좌절을 견디고 도전하는 과정에서 얻는 아주 드문 희열을 동력으로 삼는 인간적인 학문임을 보여줍니다. 수학자에 대한 고정관념 중 하나는 그들이 오직 문제 풀이에만 몰두하는 괴짜 천재라는 점입니다. 하지만 실제 수학자들은 테니스나 게임을 즐기고, 장르를 가리지 않는 독서광이기도 합니다. 어떤 이는 프로게이머를 꿈꿨을 만큼 평범한 취미에 진심을 다하기도 합니다. 이러한 인간적인 면모는 수학이라는 학문이 차가운 수식의 나열이 아니라, 다양한 개성을 가진 사람들이 각자의 방식으로 세상을 이해하려는 노력의 산물임을 깨닫게 해줍니다. 대수학은 흔히 어렵게 느껴지지만, 사실 '숫자를 대신한다'는 단순한 원리에서 시작됩니다. 복잡한 현실의 문제를 x, y와 같은 문자로 단순화하여 표현하는 것이 대수학의 핵심입니다. 역사적으로 방정식은 땅의 넓이를 재거나 건물을 짓는 실용적인 목적에서 발전해 왔습니다. 사회가 고도화되고 금융과 화폐 경제가 발달하면서 복리 계산과 같은 더 높은 차원의 방정식이 필요해졌고, 이는 수학이 우리 삶과 얼마나 밀접하게 연결되어 있는지를 잘 보여줍니다. 수 세기 동안 수학자들은 이차 방정식의 근의 공식처럼 5차 이상의 고차 방정식에서도 일반적인 해법을 찾고자 분투했습니다. 그러나 노르웨이의 아벨과 프랑스의 갈루아라는 두 젊은 천재는 5차 이상의 방정식에는 근의 공식이 존재하지 않는다는 사실을 증명해 냈습니다. 이는 단순히 공식을 찾지 못한 것이 아니라, 수학적 구조상 불가능함을 밝혀낸 혁명적인 사건이었습니다. 이들의 발견은 인류가 2,000년 동안 품어온 질문에 종지부를 찍으며 수학의 새로운 지평을 열었습니다. 갈루아는 고차 방정식의 해법을 연구하는 과정에서 '군론(Group Theory)'이라는 새로운 수학적 언어를 창조했습니다. 그는 방정식의 근들이 가진 대칭성과 구조를 분석함으로써 문제의 본질에 접근했습니다. 군론은 단순히 계산을 넘어 추상적인 구조를 다루는 현대 대수학의 시초가 되었으며, 오늘날 물리학과 암호학 등 다양한 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있습니다. 보이지 않는 질서를 수식으로 포착하려 했던 젊은 수학자의 열정은 현대 과학의 근간을 이루는 위대한 유산이 되었습니다. 한국 수학계의 선구자인 이임학 교수는 일제강점기와 해방 직후의 척박한 환경 속에서도 세계적인 업적을 남겼습니다. 그는 독학으로 최신 수학 잡지를 탐독하며 당시의 난제들을 해결했고, 한국인 최초로 국제 학술지에 논문을 발표하는 쾌거를 이루었습니다. 특히 군론 분야에서 그가 발견한 '리 군(Ree Group)'은 현대 수학의 중요한 성과로 인정받고 있습니다. 정식 대학원 교육조차 받기 어려웠던 시절, 오로지 학문에 대한 열정 하나로 세계 무대에 우뚝 선 그의 삶은 경이로움 그 자체입니다. 이임학 교수의 생애는 한국 근현대사의 비극과 맞닿아 있습니다. 냉전 시대의 정치적 상황으로 인해 국적을 박탈당하고 캐나다에서 무국적자로 살아야 했던 시련 속에서도 그는 연구를 멈추지 않았습니다. 그는 자신의 성취에 머물지 않고 후학들을 위해 교재를 번역하며 한국 수학의 기틀을 닦는 데 헌신했습니다. 세계가 인정한 천재였으나 조국에서는 오랫동안 잊혔던 그의 이야기는, 진리를 향한 순수한 열정이 시대의 아픔을 어떻게 초월할 수 있는지를 우리에게 깊은 울림으로 전해줍니다.

이승재

카오스재단2024 카오스강연 '세상에 나쁜 수학은 없다'

수학

[2024 봄 카오스강연] 현실 자각 제대로 한 카오스 수학자 3인방

많은 학생이 수학을 단순히 시험을 위한 도구로 여기며, 그 과정에서 느끼는 즐거움보다는 막막함을 먼저 경험하곤 합니다. 강연 현장에서 만난 학생들의 솔직한 고백은 수학을 가르치는 교수자들에게 큰 충격과 반성을 안겨주었습니다. 우리가 당연하게 여겼던 수학의 아름다움과 유용함이 학습자들에게는 높은 벽으로 다가왔던 것입니다. 이는 단순히 지식의 전달 문제를 넘어, 수학이라는 학문이 대중과 소통하는 방식에 근본적인 변화가 필요함을 시사합니다. 수학은 본래 정지된 상태를 넘어 움직이는 세상을 설명하기 위해 탄생한 언어입니다. 17세기 이전의 수학이 고정된 도형에 집중했다면, 미적분은 천체의 움직임과 같은 역동적인 변화를 다루기 위한 필연적인 결과였습니다. 하지만 오늘날의 교육은 이러한 맥락을 생략한 채 기계적인 문제 풀이에만 치중하는 경향이 있습니다. 수학의 본질적인 가치를 전달해야 할 책임은 학습자가 아닌 교수자에게 있으며, 서술 방식의 변화를 통해 수학의 흥미로운 이면을 보여주어야 합니다. 대중에게 다가가는 수학 콘텐츠는 내용만큼이나 '포장'이 중요합니다. 군론이나 대수기하와 같은 난해한 전문 용어는 시작도 하기 전에 대중의 마음을 닫게 만드는 요인이 됩니다. 전문 용어를 직접 노출하기보다는 그 안에 담긴 핵심적인 아이디어를 일상적인 언어로 풀어내는 지혜가 필요합니다. 특히 온라인 중심의 콘텐츠 소비 환경에서는 짧은 요약 콘텐츠만으로도 충분한 재미를 느낄 수 있도록 구성하여, 대중이 스스로 전체 내용을 찾아보게 만드는 동기 부여가 핵심입니다. 현대 수학은 이미 완성된 학문이 아니라, 여전히 우리가 모르는 미지의 영역을 탐구하는 역동적인 분야입니다. 수백 년 동안 해결되지 않았던 난제를 풀기 위해 고군분투했던 수학자들의 이야기는 그 자체로 한 편의 드라마와 같습니다. 각자의 삶에서 나름의 싸움을 이어가는 대중에게, 수학자들의 인간적인 고뇌와 투쟁의 과정을 공유하는 것은 깊은 공감을 불러일으킬 수 있습니다. '인간의 얼굴을 한 수학'은 차가운 수식 너머의 따뜻한 생명력을 전달하는 통로가 될 것입니다. 수학을 이해한다는 것은 세상을 바라보는 해상도를 높이는 일과 같습니다. 인공지능과 같은 첨단 기술의 근간에도 수학적 원리가 깊이 뿌리내리고 있으며, 이를 깨닫는 순간 수학은 비로소 '맛있는' 학문으로 다가옵니다. 과학이 특정 집단의 전유물이 아닌 사회 전체의 공유 가치가 될 때, 학문 자체의 발전과 생존도 보장될 수 있습니다. 더 많은 사람이 수학에 대한 두려움을 허물고 그 즐거움을 함께 나누는 세상은 우리 모두의 삶을 더욱 윤택하게 만들어 줄 것입니다.

김연응, 박형주, 이승재

카오스재단2024 카오스강연 '세상에 나쁜 수학은 없다'

수학

너와 나의 연결고리⛓️ 표면장력! 동전 위에 물방울💧 쌓기!ㅣ별별실험실x국립과천과학관

액체마다 고유한 성질이 다르듯, 분자들이 서로를 끌어당기는 힘인 표면장력 또한 차이가 납니다. 물과 에탄올을 각각 한 방울씩 떨어뜨려 보면 그 차이를 명확히 알 수 있습니다. 물방울은 표면에서 동그랗고 볼록한 구형을 유지하려는 성질이 강한 반면, 에탄올은 바닥에 넓게 퍼지는 모습을 보입니다. 이는 물 분자 사이의 응집력이 에탄올보다 훨씬 강력하다는 것을 의미하며, 이러한 힘의 차이가 액체의 모양을 결정짓는 중요한 요소가 됩니다. 물이 이토록 강한 응집력을 가지는 이유는 '수소 결합'이라는 화학적 특성 때문입니다. 물 분자는 산소 원자 하나와 수소 원자 두 개로 이루어져 있는데, 한 분자의 수소가 다른 분자의 산소와 강한 인력을 형성하며 서로를 단단히 붙잡습니다. 특히 액체의 표면에서는 내부와 달리 위쪽에서 당겨줄 분자가 없기 때문에, 옆과 아래에 있는 분자들을 더욱 세게 잡아당기게 됩니다. 이 과정에서 표면적을 최소화하려는 힘이 발생하며 우리가 아는 표면장력이 나타납니다. 표면장력의 위력은 동전 위에 물방울을 쌓아 올리는 실험을 통해 시각적으로 확인할 수 있습니다. 평평한 동전 위에 물을 한 방울씩 조심스럽게 떨어뜨리면, 물은 넘치지 않고 동전 두께만큼이나 높게 쌓이며 봉긋한 돔 형태를 이룹니다. 이는 중력이 아래로 끌어내리는 힘보다 물 분자들이 서로를 놓지 않으려는 응집력이 더 강하게 작용하고 있음을 보여줍니다. 한계치에 도달해 표면장력이 깨지는 순간 물이 쏟아지기 전까지, 물은 놀라운 응집력을 유지합니다. 이러한 성질은 단순히 모양을 유지하는 것을 넘어 액체를 이동시키는 데에도 활용됩니다. 물에 젖은 실을 비스듬히 세우고 그 위로 물을 흘려보내면, 물방울이 실을 따라 줄줄이 이동하는 신기한 광경을 목격할 수 있습니다. 실 사이사이에 스며든 물 분자들이 흐르는 물을 붙잡아주는 역할을 하며, 표면장력 덕분에 물은 공중으로 떨어지지 않고 실의 경로를 따라갑니다. 이는 액체의 응집력과 부착력이 조화를 이루어 만들어내는 자연스러운 물리 현상 중 하나입니다. 실의 길이에 따라 물이 떨어지지 않고 버틸 수 있는 각도가 달라진다는 점도 흥미로운 사실입니다. 실험 결과 실의 길이가 짧을수록 더 낮은 각도에서도 물이 잘 이동하며, 이는 표면장력이 중력의 영향을 이겨내고 물의 흐름을 제어하는 효율성을 보여줍니다. 결국 표면장력은 액체가 외부 환경에 저항하며 자신의 형태를 유지하려는 본능적인 힘이라 할 수 있습니다. 일상 속의 작은 물방울 하나에도 이처럼 정교한 과학적 원리가 숨어 있음을 깨닫게 됩니다.

국립과천과학관별별실험실🥽

물리학
화학

[인터뷰] 황윤정_탄소 중립을 실현하는 고체 촉매 연구｜제31회 서울대 자연과학 공개강연_"세상을 바꾼 과학, 과학이 여는 미래"

산업 혁명 이후 인류는 탄소를 기반으로 한 에너지를 사용하여 비약적인 발전을 이루었습니다. 대량 생산 체제가 구축되면서 인류의 생활 방식은 근본적으로 변화했고, 우리가 현재 누리고 있는 모든 편리한 기술과 화학 제품들은 탄소 기반 에너지로부터 시작되었다고 해도 과언이 아닙니다. 하지만 이러한 발전의 이면에는 이산화탄소 배출량 증가라는 부작용이 뒤따랐습니다. 공기 중 이산화탄소 농도가 높아지며 발생한 온실 효과는 지구 온난화와 기후 변화라는 인류 공동의 과제를 안겨주었으며, 이제 과학자들은 이를 해결하기 위한 적극적인 연구에 매진하고 있습니다. 이산화탄소를 다시 유용한 자원으로 되돌리기 위해서는 화학 결합을 끊고 새로운 결합을 형성하는 과정이 필요합니다. 이 과정에서 투입되는 에너지를 낮추어 반응을 효율적으로 만드는 핵심 소재가 바로 촉매입니다. 특히 전기화학적 전환 기술을 활용하면 필요한 전력 소모를 획기적으로 줄이면서도 짧은 시간 안에 더 많은 화합물을 생산할 수 있습니다. 이는 자연 상태에서 수백만 년이 걸리는 탄소 순환 과정을 실험실과 산업 현장에서 실시간으로 구현하는 기술로, 탄소 중립 실현을 위한 가장 중요한 과학적 도구 중 하나로 평가받고 있습니다. 전기화학적 전환 기술을 통해 이산화탄소는 일산화탄소, 에틸렌, 에탄올과 같은 고부가가치 화합물로 재탄생합니다. 일산화탄소는 플라스틱이나 각종 연료를 합성하는 필수적인 산업 원료로 쓰이며, 에틸렌은 중합 과정을 거쳐 우리 일상에서 흔히 볼 수 있는 폴리에틸렌 제품의 기초가 됩니다. 또한 용매나 청정 연료로 활용되는 에탄올 역시 이 과정을 통해 얻을 수 있습니다. 이러한 기술적 진보는 단순히 오염 물질을 처리하는 수준을 넘어, 버려지는 탄소를 지속 가능한 자원으로 탈바꿈시켜 새로운 경제적 가치를 창출하는 데 기여합니다. 기초 과학 연구는 종종 실험실 안의 탐구에 머무는 것처럼 보이지만, 생각보다 훨씬 빠르게 세상을 바꾸는 동력이 됩니다. 2023년 노벨 화학상을 받은 양자점 연구가 대표적인 사례입니다. 입자의 크기에 따라 다른 색을 내는 이 나노 소재는 초기 연구 단계를 지나 오늘날 디스플레이와 의료 분야 등에서 널리 상용화되었습니다. 이처럼 새로운 물질을 합성하고 그 특성을 밝혀내는 과정은 인류가 이전에는 경험하지 못했던 기술적 진보를 가능하게 합니다. 과학적 발견이 산업화로 이어지는 속도는 점차 빨라지고 있으며, 이는 곧 우리가 마주하는 미래의 모습이 됩니다. 미래의 과학 기술은 단순히 편리함을 추구하는 것을 넘어 지속 가능한 사회를 만드는 데 책임을 다해야 합니다. 이를 위해 미래를 꿈꾸는 학생들은 과학적 지식뿐만 아니라 자신의 논리를 타인과 공유하고 소통하는 능력을 갖추어야 합니다. 글쓰기와 예술적 감각은 자신의 연구를 효과적으로 전달하고 창의적인 사고를 확장하는 데 필수적인 요소입니다. 이과와 문과라는 이분법적 사고에서 벗어나 다양한 분야를 경험하고 융합할 때, 비로소 인류가 직면한 복합적인 문제들을 해결하고 세상을 긍정적으로 변화시키는 진정한 과학자로 성장할 수 있습니다.

황윤정

카오스재단서울대자연과학공개강연

화학

[연구뭐하지?] 최첨단 기술의 집약체, 위성자료로 보는 원격탐사 기상학_이상무 교수 | 서울대학교 “위성기상 실험실”

위성기상학은 인공위성이 관측한 자료를 기상 및 기후 과학에 활용하는 학문으로, 현대 지구과학의 핵심적인 분야입니다. 이 학문은 크게 세 가지 세부 영역으로 나뉘는데, 첫째는 빛이 매질에 반응하여 위성에 도달하는 물리적 과정을 연구하는 복사 전달 분야입니다. 둘째는 관측된 빛에너지를 유의미한 지구환경 변수로 복원하는 원격 탐사 분야이며, 마지막으로 이렇게 얻어진 변수들을 분석하여 실제 기상 현상을 파악하는 응용 분야가 존재합니다. 이러한 체계적인 접근을 통해 우리는 직접 가보기 어려운 지구 곳곳의 상태를 정밀하게 진단할 수 있습니다. 최근 위성기상학 연구는 강수량, 북극 해빙의 변화, 해수면 바람장과 같은 핵심적인 지구환경 변수를 정밀하게 복원하는 데 집중하고 있습니다. 특히 복사 전달 모델은 지표나 대기에서 방출된 빛이 위성에 도달하는 과정을 이해하는 핵심 도구로 활용됩니다. 이를 통해 대기의 온도와 습도를 파악하는 알고리즘을 개발하고 검증하며, 전 지구적인 에너지 순환과 수문학적 순환을 분석합니다. 이러한 연구 데이터는 기후 변화의 시그널을 조기에 포착하고 미래의 환경 변화를 예측하는 데 필수적인 기초 자료를 제공하는 역할을 합니다. 인공위성은 24시간 내내 지구 궤도를 돌며 방대한 데이터를 수집하며, 이는 현대 기상 서비스의 중추적인 역할을 담당합니다. 우리가 매일 아침 확인하는 일기 예보는 물론, 태풍이나 홍수 같은 자연재해를 예방하고 인류의 생명을 보호하는 데 위성 자료가 결정적으로 기여하고 있습니다. 또한 장기간 축적된 위성 데이터는 단순한 기상 현상을 넘어 지구 온난화와 같은 거시적인 기후 변화의 흐름을 과학적으로 증명해 줍니다. 최첨단 기술의 집약체인 위성 자료는 이제 세상을 바라보고 이해하는 새로운 눈이 되어주고 있습니다. 지구는 물리, 화학, 생명 요소가 복합적으로 얽혀 있는 유기적인 시스템이기에 위성기상학은 다양한 학문과의 협업이 필수적입니다. 해양학에서는 해수면 바람장의 세기를 통해 대기와 해양 사이의 에너지 및 물질 교환을 연구하며, 지질학이나 국방, 통신 분야에서도 위성 자료를 활발히 활용하고 있습니다. 따라서 연구자는 자신의 전공 분야에만 매몰되지 않고 수학, 물리학, 사회과학 등 인접 학문에 대한 폭폭한 관심을 가져야 합니다. 이러한 융합적 사고와 타 분야와의 공감 능력은 복잡한 지구 환경 문제를 해결하는 중요한 열쇠가 됩니다. 위성기상학 연구를 위해서는 학부 과정에서 수학과 물리학 같은 기초 과학 지식을 탄탄히 쌓는 것이 무엇보다 중요합니다. 복잡한 물리 법칙과 방대한 계산량을 다루어야 하기에, 이론적 토대가 견고할수록 대학원 과정에서 깊이 있는 연구와 창의적인 아이디어 도출이 가능해집니다. 무엇보다 중요한 것은 새로운 지식을 습득하려는 의지와 복잡한 수식을 두려워하지 않는 마음가짐입니다. '하지 않는 것이지 하지 못하는 것이 아니다'라는 신념으로 꾸준히 노력한다면, 데이터 너머에 숨겨진 지구의 진리를 발견하는 값진 성취감을 맛볼 수 있을 것입니다.

이상무

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[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.

박건웅, 안광석

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학
수학

[연구뭐하지?] 인류에 보탬이 되는 화학, 신재생 에너지 연구_임종우 교수 | 서울대학교 “에너지 및 재료 분석화학 연구실”

서울대학교 화학부 임종우 교수 연구실은 인류가 직면한 에너지 위기와 기후 변화라는 거대한 과제를 화학적 방법론으로 해결하고자 노력하고 있습니다. 리튬 이온 배터리를 비롯해 전고체 전지와 리튬 금속 배터리 등 더 안전하고 효율적인 차세대 에너지 저장 장치를 연구하며, 깨끗한 수소 생산을 위한 촉매 기술과 이산화탄소 저감 및 전환 기술까지 폭넓게 다룹니다. 이러한 연구는 단순히 기술 개발에 그치지 않고 지속 가능한 지구를 위한 근본적인 해답을 찾는 과정이라 할 수 있습니다. 연구의 핵심은 배터리 내부에서 일어나는 미시적인 변화를 실시간으로 관찰하고 이를 이론적으로 정립하는 데 있습니다. 방사광 가속기를 활용해 양극재 내에서 리튬 이온이 어떻게 이동하고 확산되는지 이미징 기법으로 포착하며, 얻어진 데이터를 바탕으로 복잡한 미분방정식을 풀어내어 동력학적인 상전이 과정을 수식화합니다. 실험과 이론의 긴밀한 결합을 통해 배터리의 열화 원인을 규명하고 성능을 극대화할 수 있는 최적의 경로를 제시하는 것이 주요 목표입니다. 에너지 연구에 투신하게 된 계기는 대학 시절 해외 교환 학생 경험에서 비롯되었습니다. 당시 환경과 에너지 문제에 대해 끊임없이 고뇌하던 동료들과 교류하며, 이 분야가 인류의 미래를 결정지을 핵심 과제임을 깨달았습니다. 비록 당시에는 에너지 문제에 대한 사회적 관심이 지금처럼 높지 않았으나, 누군가는 반드시 해결해야 할 일이라는 사명감을 느꼈습니다. 자신의 인생을 걸고 인류 사회에 실질적인 보탬이 되겠다는 순수한 열정이 현재 연구의 든든한 뿌리가 되었습니다. 최근 이차전지 산업은 비약적인 성장을 거듭하고 있지만, 기술적 완성도를 높이는 과정은 매우 복잡하고 정교한 과학적 접근을 요구합니다. 원자 단위의 동력학부터 수조 개의 입자가 모인 배터리 셀 전체의 현상까지, 다양한 스케일에서 발생하는 상호작용을 체계적으로 이해해야 하기 때문입니다. 연구실은 산업계와 긴밀히 소통하며 기초 과학의 원리가 실제 산업 현장의 난제를 해결하는 시너지를 창출하고 있습니다. 이는 단순한 용량 증설을 넘어 배터리 기술의 근본적인 진보를 이끄는 동력이 됩니다. 연구실의 또 다른 강점은 경계를 허무는 협업과 글로벌 네트워크에 있습니다. 물리, 생명과학, 공학 등 다양한 배경을 가진 연구원들이 모여 각자의 전문성을 공유하며, 해외 유수의 연구소와 적극적인 공동 연구를 수행합니다. 언어의 장벽을 넘어 세계적인 연구 시설을 활용하고 치열한 토론을 거치는 과정은 국익에도 기여하는 소중한 자산이 됩니다. 밤을 새우는 고단한 연구 과정 끝에 마침내 자연의 섭리를 이해하고 진실을 확인했을 때 느끼는 성취감은 연구자들을 움직이는 가장 큰 보람입니다.

임종우

카오스재단연구뭐하지

화학

한없이 가벼워보이는 공기 속에 숨은 힘💪 기압(Air pressure)🌬️의 힘!ㅣ별별실험실x국립과천과학관

우리는 평소 공기의 존재를 잊고 살아가지만, 사실 공기는 우리 주변을 가득 채우며 끊임없이 모든 방향에서 압력을 가하고 있습니다. 많은 사람이 공기는 무게가 없다고 생각하기 쉽지만, 실제로는 대기층의 두께만큼 엄청난 무게와 압력을 가지고 있습니다. 이러한 힘을 '기압'이라고 부르며, 이는 보이지 않는 곳에서 물체를 누르거나 들어 올리는 등 다양한 물리적 현상을 만들어냅니다. 오늘은 간단한 실험들을 통해 우리 눈에 보이지 않는 기압의 강력한 위력을 직접 확인해 보고자 합니다. 먼저 단단한 생수통이 기압만으로 순식간에 찌그러지는 현상을 살펴볼 수 있습니다. 생수통 내부에 알코올을 뿌리고 불을 붙이면 내부 온도가 급격히 상승하면서 공기가 팽창하여 밖으로 빠져나갑니다. 이때 입구를 재빨리 막으면 내부의 공기량은 줄어든 반면, 외부에서는 여전히 강한 기압이 작용하게 됩니다. 결국 내부와 외부의 기압 차이로 인해 사람의 손으로는 꿈쩍도 하지 않던 두꺼운 생수통이 종잇장처럼 구겨지는 놀라운 광경이 펼쳐지며 기압을 실감하게 합니다. 기압은 단순히 물체를 누르는 것에 그치지 않고 무거운 물체를 들어 올리는 원동력이 되기도 합니다. 젖은 휴지 위에 양초를 켜고 그 위를 집기병으로 덮으면, 연소 과정에서 집기병 안의 산소가 소모되며 내부 기압이 낮아집니다. 이때 외부 기압이 집기병을 아래로 강하게 누르면서 바닥면과 밀착시키게 됩니다. 이 결합력은 생각보다 매우 강력해서 사과는 물론이고 꽤 무거운 돌멩이까지 거뜬히 들어 올릴 수 있을 정도입니다. 이는 기압 차이가 만들어내는 물리적인 힘의 크기를 잘 보여주는 사례입니다. 신문지 한 장을 넓게 펼쳐 놓는 것만으로도 기압의 위력을 충분히 증명할 수 있습니다. 얇은 신문지 아래에 나무판을 끼워 넣고 강하게 내리치면, 신문지가 가벼워서 날아갈 것 같지만 실제로는 꿈쩍도 하지 않고 오히려 나무판이 부러지기도 합니다. 이는 신문지의 넓은 면적을 누르고 있는 기압이 매우 크기 때문입니다. 면적이 넓어질수록 그 위를 누르는 기압의 영향력이 비례해서 커진다는 원리를 이용한 실험으로, 우리 머리 위에도 항상 이와 같은 기압이 실려 있음을 알 수 있습니다. 이처럼 기압은 우리 눈에 보이지 않지만 일상 속 어디에나 존재하며 강력한 에너지를 발휘하고 있습니다. 공기의 팽창과 수축, 그리고 연소로 인한 기압 변화는 과학적인 원리를 넘어 우리 생활 속 다양한 기술의 기초가 되기도 합니다. 당연하게만 여겼던 기압을 이해하는 것은 세상을 바라보는 새로운 과학적 시각을 제공합니다. 보이지 않는 힘인 기압을 활용하여 앞으로 어떤 창의적인 아이디어와 발명품들이 우리 삶을 더욱 편리하게 만들어줄지 기대해 보며 공기의 소중함을 다시금 느껴봅니다.

국립과천과학관별별실험실🥽

물리학

[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

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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

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물리학

나는야!😁 작용-반작용(law of action and reaction) 마스터!ㅣ별별실험실x국립과천과학관

뉴턴의 운동 제3법칙인 작용 반작용 법칙은 우리 일상 곳곳에 숨어 있습니다. 롤러스케이트를 신고 두 사람이 마주 서서 서로를 밀 때, 두 사람 모두 뒤로 밀려나는 현상이 대표적인 사례입니다. 이는 내가 상대방에게 가한 힘과 동일한 크기의 힘이 반대 방향으로 나에게도 작용하기 때문입니다. 이때 밀려나는 거리는 각자의 질량에 따라 달라지는데, 가벼운 사람일수록 더 멀리 밀려나게 됩니다. 이처럼 힘은 언제나 쌍으로 존재하며 서로에게 영향을 미칩니다. 흥미로운 점은 한 사람만 힘을 주어 밀더라도 결과는 동일하다는 사실입니다. 힘을 가하지 않고 가만히 서 있던 사람도 상대방이 미는 힘에 대한 반작용으로 인해 뒤로 밀려나게 됩니다. 여러 명이 참여하는 실험에서도 이 원리는 변함없이 적용됩니다. 한 명과 세 명이 대치하여 밀 때, 각 개인이 받는 힘과 그에 따른 반작용이 복합적으로 작용하며 전체적인 움직임을 결정합니다. 이는 힘의 평형과 작용 반작용 법칙이 어떻게 상호작용하는지를 잘 보여주는 실험적 증거가 됩니다. 작용 반작용 법칙은 공기의 흐름을 통해서도 확인할 수 있습니다. 프로펠러가 달린 모형 자동차를 작동시키면 프로펠러가 공기를 뒤로 밀어내는 힘이 발생하고, 그 반작용으로 자동차는 앞으로 나아갑니다. 하지만 프로펠러 앞에 평평한 돛을 설치하면 상황이 달라집니다. 프로펠러가 밀어낸 공기가 다시 돛을 밀게 되면서, 자동차를 앞으로 나아가게 하려는 반작용 힘과 돛을 뒤로 밀려는 힘이 서로 상쇄되어 자동차는 움직이지 않게 됩니다. 돛의 모양을 곡면으로 바꾸면 또 다른 흥미로운 현상이 나타납니다. 공기는 유체이기 때문에 곡면을 따라 흐르는 성질이 있는데, 이를 통해 공기의 흐름 방향이 바뀌게 됩니다. 곡면 돛을 타고 흐르는 공기가 특정 방향으로 빠져나가면서 그에 따른 반작용이 발생하고, 이 힘이 자동차를 움직이게 만듭니다. 이는 단순히 힘을 막는 것이 아니라 유체의 흐름을 제어함으로써 작용 반작용 법칙의 방향을 바꿀 수 있음을 시사하며, 항공우주 공학 등 다양한 분야의 기초 원리가 됩니다. 직선 운동뿐만 아니라 회전 운동에서도 작용 반작용 법칙은 핵심적인 역할을 합니다. 구멍이 뚫린 컵에 물을 채우면 물이 밖으로 뿜어져 나오는데, 이때 물이 분사되는 방향의 반대 방향으로 반작용 힘이 발생하여 컵이 스스로 회전하게 됩니다. 물의 분사력이 회전력으로 전환되는 이 과정은 로켓의 추진 원리와도 맞닿아 있습니다. 이처럼 작용 반작용 법칙은 단순한 물리 이론을 넘어 우리 주변의 모든 움직임을 설명하는 강력하고도 아름다운 자연의 법칙입니다.

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물리학

우리나라 최초의 노벨 화학상🔗 수상자가 탄생할 뻔?!😮 2023 노벨 화학상(Nobel Prize) | 요즘과학

정보분석 기업 클래리베이트는 매년 논문 인용 횟수와 정성 분석을 통해 노벨상 수상 가능성이 높은 후보자를 발표합니다. 지금까지 예측한 후보 중 71명이 실제 노벨상을 수상하며 '노벨상 족집게'라는 명성을 얻었습니다. 2020년에는 올해 노벨 화학상 수상자인 모운지 바웬디 교수와 함께 한국의 현택환 교수가 유력 후보로 선정되기도 했습니다. 비록 이번 수상 명단에 한국인 연구자가 포함되지는 않았지만, 세계적인 수준의 연구 역량을 인정받았다는 점에서 큰 의미가 있습니다. 우리 과학계의 저력이 노벨상이라는 결실로 이어질 날이 머지않았음을 시사합니다. 양자란 전자나 빛처럼 불연속적인 에너지 상태로 운동하는 입자를 의미합니다. 원자 내부의 전자는 태양계의 행성들처럼 정해진 궤도에서만 존재하며, 외부에서 강한 에너지나 열을 받으면 궤도를 이탈해 운동하게 됩니다. 이때 전자는 연속적으로 움직이는 것이 아니라 궤도를 띄엄띄엄 건너뛰는 불연속적인 특징을 보입니다. 이러한 미시 세계의 독특한 에너지 상태와 입자의 운동을 통칭하여 양자라고 부릅니다. 우리가 일상에서 경험하는 물리 법칙과는 다른, 아주 작은 나노 세계에서만 관찰되는 현상이 바로 양자 역학의 기초가 됩니다. 양자점은 물질을 나노미터 수준으로 아주 작게 만들었을 때 양자 현상이 나타나는 입자를 말합니다. 보통 원자가 수십 개 정도 뭉치면 나노 크기가 되는데, 이때 물질은 본래 가지고 있던 성질과는 전혀 다른 새로운 특성을 보여줍니다. 예를 들어 금은 본래 황금색을 띠지만, 크기가 매우 작아지면 색깔이 변하는 등 물리적 성질이 달라집니다. 과거에는 단순히 나노입자로 불리기도 했으나, 크기에 따라 성질이 변하는 독특한 양자 역학적 특성 때문에 오늘날에는 퀀텀닷이라는 이름으로 더 널리 알려져 있습니다. 물질의 크기가 작아지면 내부의 에너지 궤도들이 겹치면서 에너지 밴드를 형성하고, 이 밴드 사이의 간격인 밴드갭이 변화합니다. 원자의 개수가 줄어들수록 밴드갭이 넓어지며, 이 차이에 따라 방출되는 빛의 색깔이 결정됩니다. 즉, 재료를 바꾸지 않고도 입자의 크기만 조절하면 원하는 색의 빛을 자유롭게 만들어낼 수 있는 것입니다. 이는 기존의 화학적 방식으로는 불가능했던 혁명적인 아이디어로, 미세한 공정 기술을 통해 입자의 크기를 정밀하게 제어함으로써 디스플레이 등 다양한 산업 분야에서 색 재현력을 극대화하는 핵심 기술이 되었습니다. 2023년 노벨 화학상은 양자점의 발견과 증명, 그리고 대량 합성 기술을 개발한 세 명의 과학자에게 돌아갔습니다. 예키모프 교수는 입자 크기에 따른 색 변화를 발견했고, 브루스 교수는 이를 실험적으로 증명했으며, 바웬디 교수는 균일한 나노입자 합성법을 확립했습니다. 현재 이 기술은 QLED TV와 같은 고성능 디스플레이에 상용화되어 있으며, 향후 차세대 태양전지나 의학용 조영제 등 활용 범위가 더욱 넓어질 전망입니다. 기초 과학의 발견이 공학적 혁신을 거쳐 우리 실생활을 풍요롭게 바꾸는 과정은 과학 기술이 가진 진정한 가치를 잘 보여줍니다.

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물리학
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전자!! 꼼짝마🫵 100경 분의 1초, 찰나의 순간을 포착하라! 🏆2023 노벨 물리학상(Nobel Prize) | 요즘과학

노벨상은 후보 선정부터 수상자 발표까지 철저한 보안을 유지하는 것으로 명성이 높습니다. 심사 과정은 무려 50년 동안 비공개로 부쳐지며, 수상자 본인에게도 공식 발표 직전에야 소식이 전달됩니다. 2023년 노벨 물리학상 수상자들 역시 이러한 기습 통보로 인해 흥미로운 일화를 남겼습니다. 피에르 아고스티니 교수는 딸의 전화를 통해 뒤늦게 수상 사실을 알게 되었고, 안 륄리에 교수 또한 예상치 못한 순간에 소식을 접했습니다. 이러한 철저한 보안과 신뢰성은 노벨상이 세계 최고의 권위를 유지하는 원동력이 됩니다. 올해 노벨 물리학상의 핵심은 원자나 분자 내부에서 일어나는 전자의 역동적인 움직임을 찰나의 순간에 포착해낸 기술에 있습니다. 전자의 운동 속도는 상상을 초월할 정도로 빨라서, 일반적인 고속 카메라로는 그 움직임을 분석하는 것이 불가능합니다. 예를 들어 전자는 100만 분의 1초라는 짧은 시간 동안 수소 원자 주위를 약 67억 바퀴나 돌 수 있습니다. 이처럼 극도로 빠른 미시 세계의 현상을 관찰하기 위해서는 기존의 기술적 한계를 뛰어넘는 완전히 새로운 방식의 측정 도구가 필요했으며, 연구자들은 빛을 이용한 혁신적인 해결책을 제시했습니다. 연구진이 개발한 해결책은 바로 '아토초'라는 극히 짧은 시간 단위의 빛을 만들어내는 것이었습니다. 1아토초는 10의 -18승 초를 의미하며, 이는 우주의 나이인 138억 년을 초 단위로 환산한 수치와 대조될 만큼 찰나의 순간입니다. 빛은 1초에 지구를 일곱 바퀴 반이나 돌 정도로 빠르지만, 1아토초라는 짧은 시간 동안에는 원자의 지름 수준인 0.3나노미터 정도밖에 이동하지 못합니다. 이처럼 극도로 짧은 시간 동안만 반짝이는 '아토초 펄스'는 전자의 움직임을 정지 화면처럼 포착할 수 있는 초고속 플래시 역할을 수행합니다. 아토초 펄스를 생성하는 원리는 가스 원자에 강력한 펨토초 레이저를 조사하는 과정에서 시작됩니다. 레이저의 전기장 영향으로 원자에서 떨어져 나갔던 전자가 다시 결합할 때 에너지를 방출하는데, 이때 발생하는 다양한 파장의 빛들이 조화롭게 중첩되면서 아토초 펄스가 형성됩니다. 이는 마치 기타 줄을 튕겼을 때 여러 배음이 섞여 독특한 음색을 만드는 원리와 유사합니다. 안 륄리에 교수는 이 현상의 이론적 토대를 마련했고, 피에르 아고스티니와 페렌츠 크라우스 교수는 실제로 각각 연속적인 펄스와 단일 펄스를 구현해냄으로써 이론을 현실로 증명했습니다. 새로운 과학적 발견이 실생활에 미칠 영향을 당장 예측하기는 쉽지 않습니다. 과거 레이저가 처음 발명되었을 때도 그것이 오늘날 수술이나 통신, 마트의 바코드 스캐너에까지 폭넓게 쓰일 것이라고는 누구도 상상하지 못했습니다. 아토초 레이저 역시 현재는 전자의 움직임을 이해하는 기초 과학 단계에 머물러 있지만, 향후 전자공학이나 의료 진단 분야에서 혁신적인 변화를 이끌어낼 잠재력을 품고 있습니다. 급변하는 과학 기술의 흐름 속에서 노벨상이 전통을 지키면서도 유연하게 대처해 나간다면, 인류의 지적 지평을 넓히는 등대 역할을 변함없이 수행할 것입니다.

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물리학

[강연] mRNA, 차세대 건강 혁명의 주역_by 안광석 | 고등과학원&카오스재단 '2023 노벨상 해설강연' | 1강

2023년 노벨 생리의학상은 코로나19 팬데믹 상황에서 인류를 구한 mRNA 백신 개발의 주역들에게 돌아갔습니다. 헝가리 출신의 카탈린 카리코와 미국의 드루 와이즈만 박사가 그 주인공입니다. 이들의 연구는 단순히 전염병에 대응하는 수단을 넘어, 현대 의학의 패러다임을 바꾸는 혁신적인 성과로 평가받습니다. 수많은 생명을 구한 이 기술의 이면에는 한 과학자의 끈질긴 집념과 열정이 숨어 있습니다. 이번 수상은 과학적 발견이 우리 삶에 얼마나 직접적인 영향을 미칠 수 있는지를 보여주는 상징적인 사건입니다. 과거의 백신 제조 방식은 매우 노동 집약적이고 시간이 오래 걸리는 작업이었습니다. 바이러스를 증식시키기 위해 수많은 유정란에 주사기로 바이러스를 주입하고 다시 추출하는 과정을 거쳐야 했기 때문입니다. 하지만 1980년대 이후 분자생물학이 발전하면서 병원체 전체가 아닌 특정 성분만을 활용하는 방식이 가능해졌습니다. 특히 mRNA 기술은 생산 공정을 표준화할 수 있어 신속하고 비용이 저렴하며, 다양한 바이러스와 세균에 즉각적으로 적용할 수 있는 강력한 장점을 지니고 있습니다. mRNA 연구의 선구자인 카탈린 카리코 박사의 여정은 결코 순탄하지 않았습니다. 헝가리에서 미국으로 이민을 떠날 당시, 그녀는 전 재산인 1,000달러를 어린 딸의 테디베어 인형 속에 숨겨야 할 정도로 절박한 상황이었습니다. 미국에 도착한 후에도 비정규직 연구원으로서 불안정한 삶을 이어갔으며, mRNA 연구에 대한 학계의 냉대와 무관심을 견뎌야 했습니다. 하지만 그녀는 mRNA가 질병 치료의 핵심이 될 것이라는 확신을 굽히지 않았고, 이러한 믿음은 훗날 인류를 구하는 거대한 발견의 씨앗이 되었습니다. mRNA 기술의 가장 큰 난관은 인위적으로 만든 RNA를 체내에 주입했을 때 발생하는 강력한 염증 반응이었습니다. 카리코와 와이즈만 박사는 우리 몸의 천연 RNA인 tRNA에는 염증이 일어나지 않는다는 점에 주목했습니다. 연구 결과, tRNA에 포함된 '슈도우리딘'이라는 변형 염기가 면역 반응을 회피하는 열쇠임을 밝혀냈습니다. 이 발견을 통해 염증 반응 없이 단백질 생산 효율을 수십 배 이상 높인 변형 mRNA를 제작할 수 있게 되었으며, 이는 백신 상용화를 가능케 한 결정적인 돌파구가 되었습니다. 놀라운 발견에도 불구하고 카리코 박사는 소속 대학으로부터 교수 자질이 부족하다는 평가를 받으며 해고 통보를 받는 수모를 겪었습니다. 연구비 수주 실패와 논문 거절이 반복되는 상황에서도 그녀는 과학자로서의 자존심을 지키며 연구를 지속했습니다. 결국 그녀는 독일의 바이오엔테크로 자리를 옮겨 자신의 기술을 믿어주는 동료들을 만났고, 7년 뒤 전 세계를 휩쓴 코로나19에 대항하는 화이자 백신을 탄생시켰습니다. 이는 단기적인 성과에 매몰된 현대 학계에 인내와 기초 연구의 중요성을 일깨워주는 사례입니다. mRNA 기술의 잠재력은 코로나19 백신에 국한되지 않습니다. 이 기술은 암 치료 분야에서도 혁신적인 변화를 예고하고 있습니다. 환자의 암세포에서만 나타나는 특이 단백질 정보를 mRNA에 담아 주입하면, 우리 몸의 면역 체계가 암세포를 직접 공격하도록 유도할 수 있습니다. 이미 30년 전부터 암 치료용으로 연구되어 온 이 플랫폼은 향후 심장 질환, 뇌 질환 등 다양한 난치병 치료제로 확대될 전망입니다. 이제 우리는 mRNA를 통해 질병을 예방하는 시대를 넘어 적극적으로 치료하는 새로운 의학적 시대로 진입하고 있습니다. 과학은 천재들만의 전유물이 아니라, 실패를 두려워하지 않는 인내와 집념의 산물입니다. 카리코 박사는 과학 연구를 조정 경기에 비유하며, 결승선을 보지 못하더라도 동료를 믿고 노를 젓는 과정 자체가 중요하다고 강조합니다. 수많은 거절과 무시 속에서도 묵묵히 자신의 길을 걸어온 그녀의 삶은 우리에게 깊은 감동을 줍니다. 진정한 혁신은 화려한 조명 아래서가 아니라, 아무도 알아주지 않는 실험실에서 묵묵히 흘린 땀방울을 통해 완성된다는 사실을 그녀의 노벨상 수상이 증명하고 있습니다.

안광석

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생명과학

[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

카오스재단카오스크로스

물리학

[강연] 양자점, 색에 대한 생각을 바꾸다_by 이광렬 | 고등과학원&카오스재단 '2023 노벨상 해설강연' | 3강

세상은 다채로운 색으로 가득 차 있지만, 이 색을 인지하기 위해서는 반드시 빛이 필요합니다. 2023년 노벨 화학상은 '양자점'이라 불리는 아주 작은 반도체 입자를 발견하고 발전시킨 세 명의 과학자에게 수여되었습니다. 양자점은 나노기술의 상징적인 물질로, 탄소 나노튜브와 함께 현대 과학의 지평을 넓힌 핵심 소재입니다. 빛의 파장과 진동수에 따라 에너지가 결정되듯, 양자점은 그 크기에 따라 독특한 광학적 성질을 나타내며 우리가 색을 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓았습니다. 물질이 빛을 내는 원리를 이해하려면 원자 내부의 전자를 살펴봐야 합니다. 전자는 특정한 에너지 상태를 가진 '오비탈'이라는 공간에 존재하며, 높은 에너지 상태에서 낮은 상태로 이동할 때 그 차이만큼의 에너지를 빛의 형태로 방출합니다. 수소 원자의 스펙트럼이나 밤하늘의 오로라 역시 전자가 에너지를 얻었다가 다시 안정된 상태로 돌아오며 내뿜는 빛의 결과물입니다. 이러한 현상은 분자나 네트워크 구조를 가진 고체 물질에서도 동일하게 나타나며, 물질의 고유한 색을 결정하는 중요한 요인이 됩니다. 수많은 원자가 모여 네트워크를 이루면 각각의 오비탈이 겹쳐지며 '전자띠'를 형성합니다. 전자가 가득 찬 원자가띠와 비어 있는 전도띠 사이의 간격을 '띠간격'이라고 부르는데, 이 간격의 크기에 따라 도체, 반도체, 부도체가 구분됩니다. 특히 반도체는 이 간격이 가시광선 영역에 걸쳐 있어 독특한 색을 띨 수 있습니다. 하지만 전통적인 과학에서는 물질의 색을 그 물질만이 가진 고유한 성질로 정의해 왔으며, 입자의 크기가 작아질 때 나타나는 변화에 대해서는 명확한 답을 내놓지 못했습니다. 리처드 파인만은 나노세계에 숨겨진 흥미로운 현상이 많을 것이라 예견했습니다. 나노입자는 수천에서 수만 개의 원자가 뭉쳐진 아주 작은 입자로, 현미경 기술의 발달 덕분에 비로소 그 실체가 드러나기 시작했습니다. 에키모프는 유리 속에서 자라나는 반도체 입자의 크기에 따라 흡수하는 빛의 파장이 달라진다는 사실을 발견했고, 브루스는 이를 이론적으로 증명했습니다. 입자가 작아질수록 전자가 움직일 수 있는 공간이 좁아지면서 띠간격이 넓어지고, 결과적으로 더 짧은 파장의 푸른 빛을 내게 되는 것입니다. 이론적 발견을 넘어 양자점을 실제로 활용하기 위해서는 입자의 크기를 정밀하게 조절하며 합성하는 기술이 필요했습니다. 바웬디 교수는 유기 용매 속에서 계면활성제를 이용해 나노입자의 성장을 제어하는 획기적인 방법을 개발했습니다. 이를 통해 과학자들은 원하는 크기의 양자점을 자유자재로 얻을 수 있게 되었으며, 빨간색부터 보라색까지 모든 가시광선 영역의 색을 구현하는 데 성공했습니다. 이는 기초 과학의 호기심이 실험실의 성과를 거쳐 우리 손안의 실질적인 물질로 탄생하게 된 결정적인 계기가 되었습니다. 양자점 기술이 대중화된 데에는 기업의 역할이 컸습니다. 특히 삼성은 카드뮴과 같은 유해 물질을 배제하면서도 효율이 높은 양자점을 개발하고, 이를 대량 생산하는 공정을 완성하여 세계 최초로 양자점 디스플레이를 상용화했습니다. 양자점은 빛의 순도가 매우 높아 선명한 색상을 구현할 수 있으며, 백라이트의 빛을 효율적으로 변환하여 총천연색을 만들어냅니다. 이러한 상업적 성공은 나노기술이 단순한 이론에 머물지 않고 인류의 삶을 풍요롭게 만드는 혁신적인 도구로 자리 잡았음을 증명하는 사례입니다. 양자점의 응용 분야는 디스플레이를 넘어 의료 진단과 센서 기술로 확장되고 있습니다. 특정 세포에 결합하는 항체를 양자점에 부착하면 암세포의 위치를 정확히 파악하거나 적외선 투시를 통해 정밀한 수술을 돕는 등 바이오 분야에서도 혁신을 일으키고 있습니다. 이 모든 성과는 '나노입자의 띠간격은 어떠한가'라는 순수한 기초 과학적 질문에서 시작되었습니다. 미래의 과학 기술 혁신 역시 이러한 나노과학의 토대 위에서 탄생할 것이며, 새로운 세대의 과학자들이 그 주인공이 될 것입니다.

이광렬

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화학

[연구뭐하지?] 가장 오래된 학문이자 가장 최첨단의 학문, 천문학_황호성 교수 | 서울대학교 "외부은하와 우주론 연구실"

천문학은 인류가 출현한 이래 가장 오래된 학문으로 꼽힙니다. 밤하늘을 올려다보며 달과 해의 움직임에 의문을 품었던 고대인들의 호기심이 그 시작이었습니다. 자연과학의 근간이 되는 이 학문은 단순히 과거의 유산에 머물지 않고, 인간이 우주라는 거대한 공간 속에서 자신의 위치를 확인하려는 본능적인 탐구심을 대변합니다. 이러한 순수한 궁금증은 수천 년의 시간을 넘어 현대 천문학의 발전으로 이어지는 강력한 동력이 되었으며, 인류가 자연을 이해하는 첫 번째 창구가 되었습니다. 오늘날 천문학은 가장 오래된 학문인 동시에 가장 최첨단의 학문으로 불립니다. 약 10조 원이 투입된 제임스 웹 우주 망원경과 같은 장비는 인류 기술력의 결정체라 할 수 있습니다. 우리가 우주의 기원을 밝혀내기 위해서는 이처럼 막대한 자본과 고도의 기술이 집약된 장비가 필수적입니다. 보이지 않는 진실을 포착하기 위해 최첨단 장비를 활용하는 과정은 천문학이 현대 과학의 정점에 서 있음을 증명하며, 우리가 그동안 몰랐던 우주의 새로운 면모를 발견하게 해주는 중요한 열쇠가 됩니다. 우리가 알고 있는 별과 은하 등 눈에 보이는 물질은 우주 전체의 단 5%에 불과합니다. 나머지 95%는 정체가 밝혀지지 않은 암흑 물질과 암흑 에너지로 구성되어 있습니다. 현대 천문학의 핵심 과제는 바로 이 보이지 않는 95%를 이해하는 것입니다. 은하들의 3차원 우주 지도를 제작하고 그들의 움직임을 정밀하게 분석함으로써, 보이지 않는 거대한 힘의 분포와 본질을 추론해 나가는 과정은 우주의 기원을 찾는 여정에서 가장 중요한 이정표가 되며, 보이지 않는 세계를 향한 인류의 도전을 상징합니다. 천문학 연구는 크게 관측, 이론, 기기 제작의 세 분야로 나뉩니다. 보통 한 분야에 집중하는 경우가 많지만, 종합적인 사고를 기르기 위해서는 이 세 가지를 두루 섭렵하는 과정이 필요합니다. 다양한 경험이 축적될 때 현상을 이해하는 시각이 성숙해지고, 비로소 창의적인 연구가 가능해지기 때문입니다. 기획 단계부터 데이터 도출까지 전 과정을 경험하며 얻는 통찰력은 연구자가 복잡한 우주의 원리를 다각도에서 조명할 수 있는 든든한 밑거름이 되어 주며, 학문적 경계를 허무는 창의성의 원천이 됩니다. 연구의 과정은 때로 고독하고 괴롭지만, 학회에서 동료들과 연구 결과를 공유하고 소통하는 순간은 그 모든 고통을 상쇄하는 보람을 줍니다. 천문학자는 혼자만의 세계에 갇히기보다 동료 및 제자들과 협력하며 진리를 탐구하는 사람들입니다. '다른 과학자를 위한 과학자'가 되고자 했던 선구자들의 정신을 이어받아, 함께 연구하며 우주의 비밀을 하나씩 풀어나가는 과정이야말로 천문학이 지닌 진정한 가치이자 매력입니다. 이러한 공동체적 노력은 우리가 우주라는 거대한 신비에 한 걸음 더 다가갈 수 있게 만드는 힘이 됩니다.

황호성

카오스재단연구뭐하지

천문학

[강연] 2023 '노벨상 해설강연' by 안광석, 김경택, 이광렬 l 고등과학원&카오스재단

2023년 노벨 생리의학상은 인류를 팬데믹의 공포에서 구원한 mRNA 백신 기술에 수여되었습니다. 카탈린 카리코와 드루 와이즈만 박사는 뉴클레오사이드 염기 변형이라는 획기적인 발견을 통해 외부 mRNA가 체내에서 일으키는 과도한 염증 반응을 억제하는 데 성공했습니다. 이 기술은 단순히 코로나19 대응을 넘어 암 치료와 유전병 극복을 위한 차세대 의학 혁명의 토대를 마련했다는 점에서 그 가치가 매우 높습니다. 카탈린 카리코 박사의 여정은 과학적 집념이 무엇인지 보여줍니다. 그녀는 연구비 중단과 해고라는 모진 시련 속에서도 mRNA 치료제에 대한 확신을 굽히지 않았습니다. 슈도우리딘을 이용한 염기 변형 기술은 당시 학계에서 외면받았으나, 결국 단백질 생산 효율을 높이고 면역 거부 반응을 해결하는 열쇠가 되었습니다. 한 과학자의 끈질긴 인내심이 전 세계 수백만 명의 생명을 구하는 기적으로 이어진 셈입니다. 물리학 분야에서는 찰나의 순간을 포착하려는 인류의 도전이 결실을 맺었습니다. 아토초 펄스는 100경 분의 1초라는 상상조차 하기 힘든 짧은 시간 폭을 가진 빛입니다. 이는 원자 내부에서 빛의 속도에 가깝게 움직이는 전자의 역학을 관찰할 수 있게 해주는 유일한 도구입니다. 아토초 과학의 등장은 정지된 사진처럼 전자의 움직임을 포착함으로써 물질의 근본적인 성질을 이해하는 새로운 지평을 열었습니다. 아토초 펄스 생성의 핵심은 고차 조화파라는 현상에 있습니다. 초강력 레이저를 기체 원자에 쏘아 전자를 이온화시키고 다시 결합하는 과정에서 발생하는 이 빛은 기존 펨토초 레이저의 한계를 뛰어넘었습니다. 피에르 아고스티니, 페렌츠 크라우스, 안 릴리에 교수는 실험적 방법을 통해 단일 아토초 펄스를 측정하고 제어하는 데 성공했습니다. 이로써 인류는 미시 세계의 초고속 현상을 직접 제어할 수 있는 능력을 갖추게 되었습니다. 노벨 화학상은 나노 세계의 보석이라 불리는 양자점의 발견과 발전에 돌아갔습니다. 양자점은 크기에 따라 방출하는 빛의 색깔이 변하는 독특한 반도체 결정입니다. 이는 '물질의 색은 고유한 성질'이라는 기존의 상식을 뒤엎는 발견이었습니다. 입자의 크기를 조절하는 것만으로도 빨간색부터 파란색까지 모든 가시광선 영역의 색을 구현할 수 있게 된 것입니다. 이러한 양자 역학적 특성은 나노 기술의 무한한 가능성을 상징합니다. 양자점 기술이 실험실을 넘어 우리 삶에 들어오기까지는 정밀한 합성 기술의 발전이 필수적이었습니다. 문지 바웬디 교수는 유기 용매 내에서 균일한 크기의 양자점을 대량으로 생산할 수 있는 공정을 확립했습니다. 이후 이 기술은 디스플레이 산업과 결합하여 QLED TV와 같은 상업적 성공으로 이어졌습니다. 기초 과학의 호기심에서 시작된 연구가 기업의 기술력과 만나 인류의 삶을 풍요롭게 만드는 선순환 구조를 보여준 대표적 사례입니다. 2023년 노벨상 수상 업적들은 공통적으로 수십 년에 걸친 기초 과학 연구의 중요성을 시사합니다. 당장의 경제적 이익이나 가시적인 성과에 매몰되지 않고, 자연의 근본 원리를 탐구하는 과학자들의 순수한 열정이 혁신의 원동력이 되었습니다. 과학은 단거리 경주가 아니라 긴 호흡으로 이어지는 마라톤과 같습니다. 기초 과학에 대한 지속적인 관심과 인내심 있는 지원만이 인류의 미래를 밝히는 새로운 발견을 가능하게 할 것입니다.

김경택, 안광석, 이광렬

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물리학
화학
생명과학

[Q&A] '상대성 이론' 10강 Q&A_by 오정근 / 2023 봄 카오스강연 '상대성 이론'

전자기력과 중력은 모두 거리의 제곱에 반비례하는 힘의 법칙을 따릅니다. 하지만 전하가 가속 운동을 할 때 전자기파가 발생하듯, 질량을 가진 물체가 가속 운동을 하면 시공간의 물결인 중력파가 발생합니다. 흥미로운 점은 이 파동들의 세기가 거리의 제곱이 아닌 거리에만 반비례한다는 사실입니다. 이는 중력파가 아주 먼 우주에서 발생하더라도 우리가 그 신호를 포착할 수 있는 물리적 근거가 됩니다. 전자기파와 중력파는 우주를 이해하는 서로 다른 창이지만, 그 발생 원리와 전파 방식에서 놀라운 대칭성을 보여줍니다. 중력파는 주파수 대역에 따라 관측할 수 있는 천체가 다릅니다. 지상의 라이고(LIGO)는 수십 헤르츠 대역에서 태양 질량의 수십 배인 블랙홀 충돌을 포착하며, 우주로 나갈 리사(LISA)는 초거대 질량 블랙홀의 병합을 감시합니다. 최근에는 펄사 타이밍 어레이(PTA)를 통해 우주 전체에 잔잔하게 퍼져 있는 초저주파 중력파 배경의 증거가 발견되기도 했습니다. 이처럼 다양한 검출기는 우주가 중력파로 가득 차 있음을 증명하고 있습니다. 각기 다른 주파수 대역을 탐사함으로써 우리는 우주의 탄생부터 거대 은하의 진화까지 폭넓은 역사를 재구성할 수 있습니다. 중력파 신호는 거대한 잡음 속에 아주 작게 숨어 있어 이를 찾아내는 과정이 매우 정교합니다. 과학자들은 이론적으로 계산된 '템플릿'이라는 파형을 실제 데이터와 대조하는 정합 필터 방식을 사용합니다. 두 별이 가까워지며 회전 속도가 빨라질 때 나타나는 독특한 '첩(chirp)' 신호는 질량과 거리 같은 핵심 정보를 담고 있습니다. 특히 병합하는 천체의 질량이 태양의 2배 이하인지 혹은 5배 이상인지에 따라 중성자별과 블랙홀을 명확히 구분할 수 있습니다. 이러한 정밀한 분석 기법 덕분에 우리는 보이지 않는 천체들의 정체를 파악하고 그들의 역학적 특성을 이해하게 됩니다. 현재 천문학계의 큰 숙제 중 하나는 항성 질량 블랙홀과 초거대 질량 블랙홀 사이의 '중간 질량 블랙홀'을 찾는 것입니다. 이들은 0.1에서 10헤르츠 사이의 특정 대역에서 중력파를 방출하는데, 기존 검출기로는 접근하기 어려운 영역입니다. 이를 해결하기 위해 한국에서는 중력 경사계를 이용한 '소그로(SOGRO)' 프로젝트를 추진하며 미지의 영역을 탐사하고자 합니다. 초전도 기술을 활용해 중력의 미세한 변화를 측정하는 이 장치는 우주의 빈틈을 메워줄 중요한 열쇠가 될 것입니다. 새로운 탐사 영역의 개척은 블랙홀 진화의 잃어버린 고리를 찾는 결정적인 계기가 될 것으로 기대됩니다. 중력 측정 기술은 우주 탐사를 넘어 지구의 재난 안전 분야에도 혁신을 가져오고 있습니다. 지진이 발생할 때 생기는 중력 변화는 지진파보다 빠른 빛의 속도로 전달되므로, 이를 감지하면 기존보다 훨씬 신속한 조기 경보가 가능합니다. 강원도 정선의 예미랩 지하 1km 지점에 설치된 초전도 중력계는 이미 수만 킬로미터 떨어진 곳의 지진을 감지하며 그 성능을 입증하고 있습니다. 중력파 분석에서 축적된 고도의 기법들이 지진 탐지에 접목되면서 과학은 인류의 안전을 지키는 새로운 패러다임을 제시하고 있습니다. 학문 간 경계를 허무는 이러한 시도는 미래 과학의 무한한 가능성을 보여줍니다.

카오스재단석학인터뷰

형형색색 국수🍜 만들기!! 실험🔬으로 알아보는 산성과 염기성ㅣ별별실험실x국립과천과학관

적양배추를 활용한 산성과 염기성 구분 실험은 우리 주변의 친숙한 재료로 과학적 원리를 이해하는 아주 좋은 방법입니다. 적양배추에는 안토시아닌이라는 성분이 풍부하게 들어 있어 천연 지시약 역할을 훌륭히 수행합니다. 보라색으로 물든 국수 면에 산성 물질인 구연산이나 레몬즙을 떨어뜨리면 선명한 붉은색으로 변하고, 염기성인 베이킹소다나 과탄산소다를 만나면 초록색이나 노란색으로 변하는 것을 관찰할 수 있습니다. 이는 안토시아닌이 수소 이온 농도에 따라 구조가 변하며 색깔이 달라지기 때문입니다. 수산화나트륨 수용액에 만능 지시약을 넣으면 강한 염기성을 띠며 보라색이나 푸른색을 나타냅니다. 여기에 드라이아이스를 넣으면 매우 흥미로운 변화가 일어납니다. 고체 이산화탄소인 드라이아이스가 물에 녹아 탄산이 되면서 수소 이온을 내놓기 때문입니다. 이 과정에서 용액은 염기성에서 중성을 거쳐 산성으로 변하게 되며, 지시약의 색깔 또한 보라색에서 초록색을 지나 주황색으로 서서히 바뀌는 마법 같은 광경을 선사합니다. 이는 액체의 성질이 실시간으로 변하는 과정을 시각적으로 보여주는 대표적인 실험입니다. 산성과 염기성은 특정 물질과 반응하는 성질에서도 뚜렷한 차이를 보입니다. 묽은 염산에 달걀껍데기를 넣으면 기포가 발생하며 격렬하게 반응하는 모습을 볼 수 있습니다. 이는 달걀껍데기의 주성분인 탄산칼슘이 산과 만나 이산화탄소 기체를 만들어내기 때문입니다. 반면 염기성 용액인 수산화나트륨 수용액에 달걀껍데기를 넣었을 때는 아무런 반응이 일어나지 않습니다. 이러한 반응의 차이는 물질의 화학적 특성을 구분하는 중요한 기준이 되며, 산성 물질이 석회질 성분을 부식시키는 원리를 잘 설명해 줍니다. 염기성 물질의 가장 대표적인 특징 중 하나는 단백질을 녹이는 성질입니다. 수산화나트륨 수용액에 두부나 달걀흰자를 넣고 며칠간 관찰하면 형체를 알아볼 수 없을 정도로 녹아버리는 것을 확인할 수 있습니다. 염기성이 단백질의 복잡한 구조를 파괴하여 변성시키기 때문입니다. 우리가 일상에서 청소할 때 염기성 세제를 사용하는 이유도 바로 이러한 성질을 이용해 단백질 성분의 오염물을 효과적으로 제거하기 위함입니다. 다만 강한 염기성은 우리 피부의 단백질도 손상시킬 수 있으므로 취급 시 각별한 주의가 필요합니다. 이번 실험들을 통해 산성과 염기성이 단순히 색깔만 바꾸는 것이 아니라, 물질의 구조를 변화시키고 새로운 화합물을 만들어내는 강력한 화학적 성질을 지니고 있음을 배웠습니다. 지시약을 통해 눈에 보이지 않는 수소 이온의 농도 변화를 시각적으로 확인하고, 단백질이나 탄산칼슘과의 반응을 통해 각 성질의 위력을 실감할 수 있었습니다. 우리 주변의 다양한 물질들이 가진 산도와 그에 따른 반응을 이해하는 것은 과학적 사고를 넓히는 소중한 경험이 될 것입니다. 앞으로도 일상 속 과학의 신비는 계속될 것입니다.

국립과천과학관별별실험실🥽

화학

이 어려운 걸 해냅니다! ☁구름과 비를 직접 만들다?!😮😮ㅣ별별실험실x국립과천과학관

하늘에 떠 있는 구름은 어떻게 만들어지는 것일까요? 구름 생성의 핵심 원리는 바로 '단열 팽창'에 있습니다. 공기 덩어리가 위로 올라가면 주변 기압이 낮아지면서 부피가 팽창하게 되는데, 이때 외부와 열을 주고받지 않은 상태에서 스스로 에너지를 소모하며 온도가 낮아집니다. 실험을 통해 용기 안의 공기를 압축했다가 순간적으로 압력을 낮추면, 내부 온도가 급격히 떨어지면서 수증기가 응결되어 하얀 구름이 만들어지는 현상을 관찰할 수 있습니다. 구름이 더 잘 만들어지기 위해서는 수증기뿐만 아니라 '응결핵'이라는 존재가 필요합니다. 자연 상태에서는 먼지나 소금 입자 등이 그 역할을 수행하며, 실험에서는 향 연기를 넣어 이를 대신할 수 있습니다. 응결핵은 수증기가 물방울로 변할 때 달라붙을 수 있는 자리를 제공하여 구름 생성을 돕습니다. 압축된 공기가 팽창하며 온도가 이슬점 아래로 내려갈 때, 이 미세한 입자들 주변으로 수증기가 모여들면서 우리 눈에 보이는 뿌연 구름의 형태를 갖추게 되는 것입니다. 구름에서 비가 내리는 과정은 매우 역동적입니다. 구름 내부에는 다양한 크기의 물방울들이 존재하며, 이들이 서로 충돌하고 병합하면서 크기를 키우게 됩니다. 특히 온도가 낮은 구름 상층부에서는 수증기가 얼음 결정에 달라붙어 덩치가 커지기도 합니다. 이렇게 성장한 물방울들이 공기의 저항을 이겨내고 지면에 도달하게 되면 우리가 보는 비나 눈이 됩니다. 이는 대기 중의 수분이 순환하며 지구의 환경을 유지하는 중요한 기상 현상입니다. 비가 만들어지는 과정에서 흥미로운 현상 중 하나는 '과냉각' 상태의 물방울입니다. 일반적으로 물은 영하의 온도에서 얼음으로 변해야 하지만, 특정 조건에서는 어는점 이하에서도 얼지 않고 액체 상태를 유지하는 경우가 있습니다. 이를 과냉각 상태라고 부르며, 구름 속에서도 이러한 물방울들이 존재하여 비나 눈이 형성되는 데 중요한 역할을 합니다. 과냉각 상태의 물은 매우 불안정하기 때문에 작은 충격이나 자극만으로도 순식간에 고체인 얼음으로 상변화가 일어나는 특징을 보입니다. 기상 현상을 이해하기 위한 실험은 때로 정교한 조건이 맞지 않아 실패하기도 하지만, 그 과정 자체에서 과학적 원리를 발견할 수 있습니다. 지상의 높은 압력 상태를 재현하거나 드라이아이스로 상층부의 낮은 온도를 만들어보는 시도는 자연의 거대한 순환을 작은 실험 장치 안에 담아내려는 노력입니다. 비록 눈앞에서 완벽한 과냉각 현상을 매번 관찰하기는 어려울지라도, 이러한 탐구 과정을 통해 우리는 매일 마주하는 날씨 뒤에 숨겨진 정교한 물리 법칙을 더욱 깊이 이해하게 됩니다.

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물리학
지구환경과학

원소의 모든 것을 파헤친다🧐 희귀동위원소를 찾아라! 👨‍🔬중이온가속기 RAONㅣ해썰이 있는 과학뉴스

우리가 흔히 접하는 주기율표에는 118개의 원소가 기록되어 있지만, 자연계에는 아직 우리가 발견하지 못한 수많은 '희귀 동위원소'가 존재합니다. 동위원소란 양성자의 수는 같지만 중성자의 수가 다른 원소를 말하는데, 이 중 일부는 수명이 매우 짧아 순식간에 사라지기 때문에 관측하기가 매우 어렵습니다. 이러한 미지의 영역을 탐구하기 위해 대전 국제과학비즈니스벨트에는 중이온가속기연구소가 설립되었습니다. 이곳에서는 인위적으로 입자를 충돌시켜 자연 상태에서 보기 힘든 희귀 동위원소를 생성하고 그 성질을 연구함으로써 우주의 비밀에 한 걸음 더 다가가고자 노력하고 있습니다. 중이온가속기 '라온(RAON)'은 희귀 동위원소를 만들어내기 위해 두 가지 혁신적인 방식을 동시에 사용합니다. 가벼운 입자를 무거운 입자에 충돌시켜 많은 양의 희귀 동위원소를 얻는 ISOL 방식과, 무거운 입자를 가벼운 입자에 충돌시켜 짧은 순간 존재하는 다양한 종류의 동위원소를 관측하는 IF 방식이 그것입니다. 전 세계의 다른 가속기들이 대개 한 가지 방식만을 채택하고 있는 것과 달리, 라온은 이 두 방식을 결합하여 세계 최초로 설계되었습니다. 이러한 독창적인 구조 덕분에 라온은 희귀 동위원소 발견의 효율성을 극대화할 수 있으며, 기초과학 연구의 새로운 지평을 열 것으로 기대받고 있습니다. 가속기는 가속하는 입자의 종류와 활용 목적에 따라 여러 형태로 나뉩니다. 양성자가속기는 양성자를 충돌시켜 우주 탄생의 기원을 연구하거나 암세포를 사멸시키는 의료용으로 활용됩니다. 중입자가속기 역시 암 치료에 탁월한 성능을 보이는데, 특히 피부 깊숙한 곳에 위치한 암세포에만 에너지를 집중시켜 주변 조직의 손상을 최소화하는 장점이 있습니다. 이처럼 가속기 기술은 단순히 물리적 충돌을 넘어 생명 연장을 위한 첨단 의료 기술로도 그 가치를 인정받고 있습니다. 기초과학의 성과가 실생활의 문제를 해결하는 강력한 도구로 변모하고 있는 셈입니다. 전자를 가속시켜 발생하는 강력한 빛을 이용하는 방사광가속기는 일종의 '거대한 현미경' 역할을 수행합니다. 여기서 발생하는 빛은 품질이 매우 뛰어나 0.1나노미터 수준의 미세한 구조까지 구별해낼 수 있습니다. 과학자들은 이 빛을 활용해 단백질의 복잡한 구조를 파악하거나 나노 수준의 신물질 내부를 정밀하게 관찰합니다. 이는 앞서 언급한 다른 가속기들이 입자의 충돌과 붕괴에 집중하는 것과는 차별화된 특징입니다. 미세 세계를 시각화하는 방사광가속기의 능력은 생명공학과 재료공학 분야에서 혁신적인 연구 결과를 도출하는 데 핵심적인 기여를 하고 있습니다. 기초과학 연구에 투입되는 막대한 예산은 당장의 경제적 이익보다 인류의 지식 지평을 넓히는 데 그 목적이 있습니다. 과거 상대성 이론이나 양자역학이 순수한 호기심에서 시작되어 오늘날의 GPS와 반도체 기술을 탄생시켰듯, 중이온가속기 연구 역시 미래의 세상을 바꿀 잠재력을 품고 있습니다. 라온을 통해 발견될 새로운 희귀 동위원소들은 신물질 개발이나 우주 기원 규명에 결정적인 단서를 제공할 것입니다. 수많은 시행착오 끝에 본격적인 가동을 앞둔 라온이 우리나라 기초과학의 위상을 높이고, 나아가 노벨상 수상이라는 결실로 이어지기를 전 세계 과학계가 주목하고 있습니다.

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물리학
융합

[질문과 토론의 과학 #33] 🙋‍♀️🙋‍♂️인간도 페로몬을 사용할까?

2008년 노벨 화학상은 녹색 형광 단백질(GFP)을 발견하고 이를 응용할 수 있는 길을 연 세 명의 과학자에게 수여되었습니다. GFP는 1962년 일본의 해양생물학자 시모무라 오사무가 해파리를 연구하던 중 우연히 발견한 물질로, 특정 빛을 받으면 선명한 녹색 빛을 내는 성질을 가지고 있습니다. 이는 높은 에너지를 가진 자외선을 흡수하여 에너지가 낮은 가시광선으로 방출하는 원리로 작동합니다. 보이지 않는 자외선을 눈에 보이는 빛으로 변모시키는 이 신비로운 단백질은 발견 당시만 해도 단순한 해양 생물의 특성으로 여겨졌으나, 이후 현대 생물학의 지형을 완전히 바꾸어 놓았습니다. GFP가 '21세기의 현미경'이라 불리며 극찬을 받는 이유는 살아있는 생명체의 세포 내 활동을 실시간으로 확인할 수 있게 해주기 때문입니다. 연구하고자 하는 특정 유전자에 GFP 유전자를 연결하면, 해당 유전자가 발현될 때 단백질이 함께 빛을 내어 그 위치와 이동 경로를 시각적으로 추적할 수 있습니다. 특히 독성이 없다는 장점 덕분에 암세포의 성장과 전이 과정을 생물체를 해부하지 않고도 관찰할 수 있는 혁신적인 도구가 되었습니다. 이처럼 기발한 아이디어와 결합한 GFP는 보이지 않는 미세 세계를 탐구하는 과학자들에게 강력한 등불이 되어주고 있습니다. 생명체는 빛뿐만 아니라 화학 물질인 페로몬을 통해서도 정교한 소통을 이어갑니다. 페로몬은 곤충이나 포유류가 수 킬로미터 밖의 짝을 찾거나 정보를 전달할 때 분비하는 물질로, 종의 번식과 생존에 결정적인 역할을 합니다. 북극곰이 광활한 설원에서 냄새만으로 짝을 찾아내고, 곤충들이 복잡한 환경 속에서도 서로를 인지하는 것은 모두 이 화학적 신호 덕분입니다. 인간의 경우 페로몬의 영향이 명확히 규명되지는 않았으나, 후각 정보가 이성 간의 상호작용이나 정서적 반응에 일정 부분 기여한다는 연구 결과들이 지속적으로 보고되고 있습니다. 자연계에서는 이러한 화학적 신호를 역이용한 놀라운 속임수도 빈번하게 발생합니다. 어떤 식물은 암말벌의 외형과 페로몬을 완벽하게 흉내 내어 수말벌을 유인함으로써 수분을 시도하기도 합니다. 인간은 이러한 생물의 생존 전략을 농업에 응용하여, 해충의 페로몬을 인공적으로 합성해 짝짓기를 방해하거나 특정 장소로 유인하여 포획하는 친환경 방제 기술을 발전시켰습니다. 또한 바이러스가 세포막의 수용체를 속여 내부로 침투하는 과정 역시 생존을 위한 고도의 정보전이라 할 수 있습니다. 이처럼 생태계는 속고 속이는 치열한 신호의 전쟁터이기도 합니다. 최근 과학계는 형광 단백질과 발광 메커니즘을 예술과 결합한 '바이오 아트'라는 새로운 분야를 개척하고 있습니다. 유전공학을 통해 형광을 띠는 토끼를 탄생시키거나, 스스로 빛을 내는 미생물을 이용해 캔버스 위에 살아있는 작품을 구현하는 시도들이 이어지고 있습니다. 이러한 혁신은 결국 바닷가 해파리를 관찰하던 한 과학자의 순수한 호기심에서 시작되었습니다. 당장의 쓸모를 따지기보다 자연의 원리를 깊이 있게 탐구하는 기초 과학의 힘이, 훗날 인류의 의학적 진보와 예술적 영감으로 이어지는 거대한 결실을 본 것입니다.

카오스재단질토과 + 짧강

[강연] 2022 '노벨상 해설강연' by 정충원, 김재완, 이동환 l 고등과학원&카오스재단

2022년 노벨 생리의학상은 멸종한 고인류의 유전체를 해독하여 인류 진화의 비밀을 밝힌 성과에 돌아갔습니다. 스반테 페보 교수는 수만 년 전의 화석에서 DNA를 추출하고 분석하는 고유전체학이라는 새로운 분야를 개척했습니다. 이를 통해 현생 인류가 아프리카에서 기원하여 전 세계로 퍼져나가는 과정에서 네안데르탈인과 같은 고인류와 유전적으로 섞였다는 사실이 과학적으로 증명되었습니다. 이는 우리가 누구이며 어디에서 왔는가라는 근원적인 질문에 대해 유전학적인 답을 제시한 혁신적인 성과로 평가받습니다. 고인류 유전체 연구는 단순히 과거를 밝히는 데 그치지 않고 현대인의 건강과 질병 이해에도 기여합니다. 아프리카 밖의 현대인들은 유전체의 약 2%를 네안데르탈인으로부터 물려받았으며, 티베트인의 고지대 적응 유전자는 데니소바인에게서 유래한 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 유전적 유산은 면역 체계나 환경 적응력에 중요한 역할을 하며, 인류가 다양한 환경에 적응하며 생존해 온 역사를 보여줍니다. 결국 우리는 순수한 단일 계통이 아니라 여러 고인류의 역사가 얽혀 만들어진 존재임을 알 수 있습니다. 노벨 물리학상은 양자 얽힘이라는 기묘한 현상을 실험적으로 증명한 성과를 기렸습니다. 아인슈타인이 '유령 같은 원격 작용'이라 부르며 의구심을 가졌던 양자 얽힘은, 멀리 떨어진 두 입자가 빛보다 빠른 상관관계를 갖는 현상을 의미합니다. 알랭 아스페, 존 클라우저, 안톤 차일링거는 벨 부등식 위배 실험을 통해 양자역학의 예측이 옳음을 입증했습니다. 이는 고전적인 물리 법칙을 뛰어넘는 양자 세계의 본질을 확인한 사건으로, 현대 물리학의 패러다임을 바꾸고 새로운 기술적 토대를 마련한 계기가 되었습니다. 양자 얽힘의 실증은 단순한 이론적 확인을 넘어 양자 정보 과학이라는 새로운 시대를 열었습니다. 과거의 양자역학이 반도체나 레이저 같은 하드웨어 발전에 기여했다면, 이제는 양자 상태 그 자체를 정보의 단위로 사용하는 소프트웨어와 운영 체제의 영역으로 확장되고 있습니다. 양자 컴퓨터, 양자 암호 통신, 양자 센서 등은 기존 기술로는 불가능했던 계산과 보안을 가능하게 할 것으로 기대됩니다. 이는 정보 통신 기술의 한계를 극복하고 미래 산업의 지형을 바꿀 핵심적인 동력이 될 것이며 젊은 세대의 창의력에 그 미래가 달려 있습니다. 노벨 화학상은 분자들을 마치 단추를 채우듯 쉽고 정확하게 결합하는 '클릭 화학'의 시대를 열었습니다. 배리 샤플리스와 모르텐 멜달은 복잡한 과정 없이도 높은 수율과 선택성으로 두 분자를 연결하는 반응을 개발했습니다. 이는 마치 레고 블록을 조립하듯 원하는 구조를 효율적으로 만들어낼 수 있게 하여 합성 화학의 패러다임을 실용 중심으로 전환했습니다. 클릭 화학은 신약 개발이나 신소재 합성 과정에서 발생하는 불필요한 부산물을 줄이고 시간을 단축하는 등 화학 공정 전반에 혁신적인 변화를 가져왔습니다. 캐롤라인 베르토지는 클릭 화학의 개념을 살아있는 생명체 내부로 확장하여 '생체 직교 화학'을 완성했습니다. 이는 생명체 고유의 화학 반응을 방해하지 않으면서도 특정 분자만을 선택적으로 표지하거나 결합하는 기술입니다. 이를 통해 세포 표면의 당사슬 구조를 관찰하거나 암세포만을 추적하여 약물을 전달하는 정교한 치료가 가능해졌습니다. 자연이 진화 과정에서 사용하지 않은 화학 결합을 인간이 발명하여 생체 시스템에 적용함으로써, 생물학과 화학의 경계를 허물고 질병 치료의 새로운 가능성을 제시한 것입니다. 과학은 단순히 지식을 축적하는 과정을 넘어, 보이지 않는 세계를 탐구하고 연결하는 인류의 끊임없는 도전입니다. 고인류의 뼈에서 추출한 DNA 조각부터 양자의 기묘한 얽힘, 그리고 분자 간의 정교한 클릭에 이르기까지, 올해의 노벨상은 서로 다른 분야가 어떻게 연결되어 인류의 지평을 넓히는지 보여줍니다. 과학자들은 여전히 호기심을 동력 삼아 실패를 두려워하지 않고 미지의 영역으로 나아갑니다. 이러한 탐구 정신은 우리 사회를 지탱하는 등불이 되어, 미래의 예기치 못한 문제들에 대한 해답을 제시할 것입니다.

김재완, 이동환, 정충원

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물리학
화학
생명과학

[인터뷰] 이준호 _ 진화와 발생의 만남, 이보디보! | 2022 카오스강연 '진화'

서울대학교 생명과학부 이준호 교수는 예쁜꼬마선충을 통해 생명의 신비를 탐구합니다. 1mm 남짓한 이 작은 생명체는 '엘레강스'라는 종명처럼 투명하고 아름다운 구조를 지니고 있습니다. 약 천 개의 세포로 이루어진 단순함 덕분에 수정란부터 성체까지의 모든 세포 계보와 유전 정보가 완전히 밝혀져 있습니다. 이러한 특징은 인간을 직접 연구하기 어려운 한계를 극복하게 해주며, 노화나 신경계와 같은 복잡한 생명 현상을 빠르고 정확하게 이해할 수 있는 훌륭한 모델이 됩니다. 노화 연구는 정의하기 까다로운 분야이지만, 예쁜꼬마선충은 약 3주의 짧은 수명 덕분에 효율적인 연구가 가능합니다. 유전자 조작을 통해 수명이 몇 배로 늘어난 돌연변이를 관찰하거나, 수만 가지의 신약 후보 물질을 투여해 수명 연장 효과를 확인하는 실험이 활발히 진행되고 있습니다. 이는 단순히 수치를 기록하는 것을 넘어, 생명체가 노화를 지연시키는 보편적인 메커니즘을 찾아가는 과정입니다. 세포 수준의 분열 정지와 개체 수준의 죽음을 연결하는 연구는 현대 생물학의 핵심 과제 중 하나입니다. 최근 생물학계에서 주목받는 '이보디보(Evo-Devo)'는 진화발생생물학의 줄임말로, 발생 과정의 진화를 연구하는 학문입니다. 정자와 난자가 만나 하나의 개체가 되는 '발생'과, 서로 다른 종 사이에서 발생하는 차이를 다루는 '진화'를 결합한 것입니다. 과거의 진화학이 주로 추론과 계산에 의존했다면, 이보디보는 분자생물학적 수단을 통해 유전자의 변화와 작용을 직접 들여다봅니다. 이는 생명의 다양성이 어떤 유전적 원리로 형성되었는지 분자 수준에서 설명할 수 있는 강력한 관점을 제공합니다. 이보디보의 학문적 토대는 유전체 분석 기술의 비약적인 발전과 궤를 같이합니다. 최근 10년 사이 유전체 서열 분석 비용이 낮아지면서, 이제는 마음만 먹으면 지구상의 모든 생물 유전체를 분석하려는 거대한 꿈을 꿀 수 있게 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 특정 종의 연구를 넘어 생명 전체의 연결 고리를 파악하게 합니다. 유전체 데이터의 축적은 우리가 생명의 역사를 이해하는 방식을 근본적으로 바꾸어 놓을 것이며, 이는 현대 생물학이 나아가는 가장 역동적인 방향 중 하나라고 할 수 있습니다. 기초과학의 위기 속에서도 변하지 않는 가치는 인간의 본원적인 호기심입니다. 자연과학은 '어떻게'를 넘어 '왜'라는 질문에 답을 찾아가는 과정이며, 이는 국가의 기초를 튼튼히 하는 선진국의 필수적인 덕목입니다. 유전학자로 시작해 진화의 문제에 도달하게 된 여정은 생명 현상의 보존과 변화를 이해하려는 끊임없는 탐구의 결과입니다. 예쁜꼬마선충이라는 작은 창을 통해 바라본 생명의 신비는, 결국 우리 자신을 포함한 모든 생명체가 공유하는 거대한 이야기의 일부임을 깨닫게 해줍니다.

이준호

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[질문Q] 알파폴드가 단백질 구조 예측을 잘하는 이유? | 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 9강

단백질 구조 예측의 정확성을 검증하는 것은 연구의 핵심적인 단계입니다. CASP와 같은 대회에서는 실험적으로 밝혀질 예정인 구조를 대상으로 예측을 수행하지만, 실제 연구 현장에서는 간접적인 실험을 통해 이를 확인합니다. 특정 아미노산을 변형했을 때 나타나는 성질의 변화를 관찰함으로써 예측된 구조의 타당성을 검토하는 방식입니다. 이러한 과정을 거쳐 구조 전체를 완벽히 풀어내지 못하더라도, 단백질이 가진 고유한 특성을 파악하고 다음 단계의 응용 연구로 나아갈 수 있는 토대를 마련하게 됩니다. 초저온 전자현미경(Cryo-EM)은 기존의 X선 방식보다 편리한 도구이지만, 여전히 단백질 시료 확보라는 큰 과제를 안고 있습니다. 특히 세포막에 파묻힌 단백질은 분리 과정에서 안정화하기가 매우 까다로워 실험적 접근이 어렵습니다. 실제 시료를 다루는 실험은 계산 과학에 비해 막대한 비용과 시간이 소요되며, 실험 환경과 실제 생체 환경 사이의 차이를 극복해야 하는 문제도 존재합니다. 따라서 실험 데이터의 한계를 인지하고 이를 보완할 수 있는 다각적인 연구 태도가 필수적입니다. 첨단 과학 연구를 지속하기 위해서는 이를 뒷받침할 수 있는 기반 시설과 컴퓨팅 자원이 필수적입니다. 우리나라는 IT 강국으로 불리지만, 기초 과학 분야에 투입되는 슈퍼컴퓨팅 자원은 주요 선진국들에 비해 다소 부족한 실정입니다. 계산 과학의 비중이 커지는 현대 연구에서 인프라에 대한 관심과 투자는 과학자들이 연구에 몰입할 수 있는 중요한 토대가 됩니다. 국가적 차원의 인프라 구축은 단순히 장비를 갖추는 것을 넘어, 미래 과학 기술의 경쟁력을 결정짓는 핵심 요소로 작용합니다. 전통적인 분자 구조 예측은 물리학 법칙에 기반하여 차근차근 계산을 쌓아가는 방식을 취해왔습니다. 하지만 원자 수가 늘어날수록 계산량이 기하급수적으로 증가하여 현재의 슈퍼컴퓨터로도 수개월에서 수년이 걸리는 한계가 있습니다. 이러한 물리적 계산의 시간적 제약을 극복하기 위해 최근에는 머신러닝 기법이 적극적으로 도입되고 있습니다. 머신러닝은 데이터로부터 학습하여 실용적인 예측 결과를 도출하며, 원리 기반의 프로그램이 해결하지 못하는 영역을 보완하는 중요한 역할을 수행합니다. 인공지능을 활용한 화학 연구에서 가장 중요한 것은 양질의 데이터를 어떻게 효율적으로 학습시키느냐에 달려 있습니다. 알파폴드의 성공 사례에서 보듯, 기존의 과학적 지식과 서열 진화 법칙 같은 정교한 데이터를 입력값으로 사용하는 것이 결과의 질을 결정합니다. 또한 분자의 3차원 구조나 텍스트 표현 등 컴퓨터가 이해하기 쉬운 방식으로 데이터를 가공하는 연구도 활발히 진행 중입니다. 인공지능은 우리가 미처 알지 못했던 새로운 화학적 원리를 발견하게 해주는 강력한 계기가 될 것입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[질문Q] 금나노입자가 금색이 아닌 이유? | 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 8강

과학의 여정에서 가장 중요한 동력은 멈추지 않는 질문과 호기심입니다. 나노과학 역시 나노 크기의 소재가 가진 특이한 현상에 대한 순수한 흥미에서 시작되었습니다. 과학자는 미래의 응용 가능성과 사회적 기여를 고민하지 않을 수 없지만, 그 근간에는 항상 '왜 그럴까'라는 원초적인 물음이 자리 잡고 있습니다. 이러한 호기심은 우리가 아직 알지 못하는 자연과 우주의 비밀을 밝히고 지식의 영역을 조금씩 넓혀가는 소중한 출발점이자 과학의 본질입니다. 현대 과학 연구는 기초 연구와 응용 연구 사이의 균형이라는 중요한 과제에 직면해 있습니다. 많은 연구가 국민의 세금으로 조성된 연구비를 통해 이루어지는 만큼, 사회적 문제를 해결하고 실질적인 도움을 주는 기술을 개발하는 것은 과학자의 당연한 책무입니다. 하지만 기초 과학에 대한 지원이 응용 분야에 비해 부족한 현실은 반드시 개선되어야 합니다. 문제를 해결하기 위한 창의적인 아이디어와 지적 호기심이 극대화될 때 비로소 현대 과학이 지향해야 할 진정한 혁신과 발전이 가능하기 때문입니다. 과학적 발견이 실생활의 기술로 구현되기까지는 생각보다 오랜 인고의 시간이 필요합니다. 1980년대 초반에 태동한 나노기술이 40여 년이 지난 지금에야 가시적인 성과를 내고 있는 것이 그 증거입니다. 우리가 현재 누리는 컴퓨터와 전자공학 기술 역시 이미 1920년대 물리학자들이 정립해 놓은 기초 원리에 기반하여 수십 년 뒤에야 구현되었습니다. 이처럼 기초적인 호기심과 응용은 서로 분리된 것이 아니라, 긴 시간을 두고 함께 호흡하며 인류의 삶을 풍요롭게 만드는 동반자 관계라고 할 수 있습니다. 나노 세계에서는 입자의 크기와 모양에 따라 물질의 안정성과 특성이 흥미롭게 변화합니다. 예를 들어 양자점은 입자가 커질수록 표면의 계면활성제 간 상호작용으로 인해 둥근 모양보다 면이 있는 구조가 더 안정적인 상태가 됩니다. 또한 원자 단위의 정밀한 관찰을 가능하게 하는 주사 탐침 현미경 기술은 나노 세계를 이해하는 핵심적인 도구입니다. 아무리 뭉툭해 보이는 탐침이라도 그 끝에는 결국 하나의 원자가 존재하며, 이를 통해 원자 사이의 거리를 정밀하게 제어함으로써 나노 수준의 이미지를 얻어낼 수 있습니다. 나노 물질이 보여주는 특별한 색깔은 빛의 파장과 소재의 크기 사이의 상호작용에서 비롯됩니다. 가시광선의 파장보다 작은 금 나노입자의 경우, 빛의 전기장 안에서 입자 내부의 전자들이 전체적으로 출렁거리는 표면 플라즈몬 공명 현상이 발생합니다. 이는 일반적인 염료가 분자 오비탈의 에너지 간격에 따라 특정 빛을 흡수하는 것과는 다른 원리입니다. 소재가 빛의 파장 안으로 쏙 들어갈 만큼 작아질 때 발생하는 이러한 독특한 광학적 특성은 나노과학만이 가진 독보적인 매력이자 연구의 가치라고 할 수 있습니다.

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[질토과+짧강] 👨‍💻화학자, 무엇을 합성해야 할까? by 이윤호｜2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 7강

합성화학은 단순히 물질을 섞는 과정을 넘어, 세상에 없던 새로운 분자를 창조하는 학문입니다. 직접 분자를 설계하고 합성하지 않는다면 측정할 대상도, 모델링할 현상도 존재하지 않기에 합성은 모든 화학 연구의 출발점이라 할 수 있습니다. 유기합성이 탄소를 중심으로 생명의 기초를 다룬다면, 무기합성은 금속을 포함한 다양한 원소로 영역을 확장하며 우리 삶을 지탱하는 수많은 소재의 근간을 마련합니다. 이는 현대 문명을 구성하는 모든 물질적 토대를 쌓는 일과 같습니다. 인공지능과 자동화 기술의 발전은 합성화학의 미래에 대한 새로운 질문을 던집니다. 하지만 합성은 단순히 레고 블록을 조립하듯 결과물만을 향해 달려가는 단거리 경주가 아닙니다. 분자를 만들어가는 긴 여정 속에서 예상치 못한 반응을 목격하고, 우연한 발견을 통해 새로운 과학적 원리를 깨닫는 과정은 오직 인간만이 경험할 수 있는 영역입니다. 효율성만을 강조하는 시스템에서는 놓치기 쉬운 이러한 '우회로의 미학'이야말로 합성화학이 단순한 기술을 넘어 하나의 깊이 있는 학문으로 존재해야 하는 이유를 증명합니다. 새로운 길을 개척하는 실험은 열 번 중 아홉 번의 실패를 동반하며, 수많은 변수를 조정하는 인내의 시간을 요구합니다. 실험실에서 홀로 보낸 시간 끝에 마침내 원하는 분자를 얻었을 때 느끼는 성취감은 학문적 진보로 이어지는 원동력이 됩니다. 비타민 B12 합성 과정에서 물리화학적 개념인 오비탈 대칭 이론이 정립된 사례처럼, 합성은 단순히 물질을 만드는 행위를 넘어 기초 과학의 지평을 넓히는 결정적인 역할을 수행해 왔습니다. 이러한 과정은 과학이 인간의 지적 호기심을 충족시키는 숭고한 활동임을 보여줍니다. 화학의 진정한 가치는 인류가 직면한 현실적인 불편함을 해결하는 데서 빛을 발합니다. 과거 하버-보슈법을 통한 암모니아 합성이 비료 생산으로 이어져 인류의 굶주림을 해결했듯이, 합성화학은 우리 삶의 질을 직접적으로 변화시킵니다. 고지혈증 치료제나 항암제 같은 의약품부터 스마트폰의 배터리와 디스플레이를 구성하는 핵심 소재에 이르기까지, 우리가 누리는 현대 문명의 편리함 뒤에는 보이지 않는 곳에서 분자를 설계하고 다듬어온 합성화학자들의 치열한 노력이 숨어 있습니다. 앞으로의 합성화학은 에너지 고갈과 환경 오염이라는 거대한 과제를 해결하는 데 집중해야 합니다. 식물의 광합성 원리를 모방하여 태양 에너지를 화학 에너지로 전환하는 인공 광합성 기술이나, 대기 중의 이산화탄소를 유용한 자원으로 바꾸는 연구는 지속 가능한 미래를 위한 필수적인 도전입니다. 단순히 부를 창출하는 수단을 넘어, 질병과 환경 문제로부터 인류를 보호하고 널리 인간을 이롭게 하는 물질을 만드는 것, 그것이 바로 현대 합성화학이 나아가야 할 궁극적인 지향점이자 과학자의 사명입니다.

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[해썰이 있는 과학뉴스] 핵심만 알려주는 2022 필즈상

최근 대한민국 수학계는 허준이 교수의 필즈상 수상이라는 역사적인 쾌거를 맞이했습니다. 수학은 단순히 숫자를 계산하는 학문을 넘어, 우리 주변의 다양한 대상 속에 숨겨진 질서와 구조를 탐구하는 학문입니다. 특히 조합론은 순열이나 그래프와 같이 셀 수 있는 이산적인 대상들을 연구하며, 그 구조를 통해 개수를 세거나 반대로 개수를 통해 구조를 파악하는 학문입니다. 이러한 수학적 사고는 복잡한 현상 속에서 명확한 규칙을 찾아내는 강력한 도구가 됩니다. 수학계의 노벨상이라 불리는 필즈상은 4년마다 40세 이하의 젊은 수학자들에게 수여됩니다. 이는 과거의 업적뿐만 아니라 미래의 가능성을 함께 평가하는 상으로, 수학자들에게는 최고의 영예로 통합니다. 반면 노르웨이 왕실에서 제정된 아벨상은 연령 제한 없이 일생의 업적을 기린다는 점에서 노벨상과 더욱 유사한 성격을 띱니다. 허준이 교수의 수상은 한국 수학계의 성숙도를 증명하는 계기가 되었으며, 향후 아벨상 수상자 배출에 대한 기대감도 높이고 있습니다. 허준이 교수의 핵심 연구 분야는 조합론과 대수기하학을 결합한 조합 대수기하학입니다. 그는 서로 다른 두 분야 사이에 다리를 놓아 한쪽의 관점으로 다른 쪽의 난제를 해결하는 독창적인 방식을 보여주었습니다. 특히 '로그 오목성'이라는 성질을 깊이 있게 탐구하여, 수십 년간 해결되지 않았던 리드 추측을 비롯한 수많은 난제들을 증명해 냈습니다. 이는 단순히 문제를 푸는 것에 그치지 않고 새로운 수학적 방법론을 제시했다는 점에서 학계에 엄청난 파급력을 미쳤습니다. 그래프 이론에서 채색 다항식은 그래프의 꼭짓점을 인접한 것끼리 서로 다른 색으로 칠하는 방법의 수를 나타냅니다. 허준이 교수는 이 다항식의 계수들이 일정한 패턴을 그리며 증가하다 감소하는 '단봉성'과 그보다 강력한 조건인 '로그 오목성'을 가진다는 사실을 증명했습니다. 이러한 연구는 매트로이드라고 불리는 조합론의 핵심 대상에 대한 기하학적 이해를 가능하게 했습니다. 이는 추상적인 수학 이론이 어떻게 구체적인 구조적 특징으로 나타나는지를 보여주는 대표적인 사례입니다. 허준이 교수의 연구는 순수 수학의 영역을 넘어 실용적인 가치도 지니고 있습니다. 그의 이론은 복잡한 네트워크 구조에서 완벽 매칭의 개수를 빠르게 세는 알고리즘 개발에 기여하는 등 컴퓨터 과학 분야에도 영향을 미치고 있습니다. 수학은 인간의 이해를 무한히 확장해 나가는 과정이며, 하나의 난제를 해결하는 것은 더 넓은 미지의 세계로 나아가는 문을 여는 것과 같습니다. 이번 성과를 발판 삼아 기초 과학 전반에서 한국의 위상이 더욱 높아지기를 기대해 봅니다.

국립과천과학관요즘과학👏

수학

[페스티벌+어스] 트랜스버스 특별대담 by 장동선, 이명현 ㅣ 2022 대한민국 과학축제(페스티벌 어스)

과학자의 삶은 단순히 연구실 안에만 머물지 않습니다. 서로 다른 분야의 전문가들이 만나 경계를 넘나들며 대화하는 과정은 그 자체로 새로운 지평을 열어줍니다. 나이나 배경에 상관없이 공통의 가치를 공유하며 마음이 통하는 친구가 될 수 있다는 점은 과학이 주는 뜻밖의 선물입니다. 이러한 연결은 우리가 세상을 더 넓게 바라보게 하며, 각자의 전문 지식이 서로 맞물려 더 큰 의미를 만들어내는 토대가 됩니다. 경계를 허물고 소통하는 과정에서 우리는 혼자일 때보다 훨씬 더 풍요로운 지적 세계를 경험하게 됩니다. 과학자의 길을 걷게 하는 가장 강력한 동기는 모르는 것을 알아가는 즐거움에 있습니다. 거창한 우주의 기원을 단번에 밝혀내기보다는, 구체적이고 작은 질문을 던지며 이를 증명해 나가는 과정이 본질입니다. 망원경으로 하늘을 관측하거나 실험을 통해 가설을 검증하며 얻는 작은 깨달음들은 과학자에게 무엇과도 바꿀 수 없는 뿌듯함을 선사합니다. 질문을 만들고 그에 대한 답을 찾아가는 매 순간이 과학적 삶의 아름다움이며, 이러한 탐구 정신은 우리를 더 깊은 진실의 세계로 인도하는 나침반이 되어줍니다. 앎이 깊어질수록 우리가 느끼는 아름다움의 크기도 커집니다. 단순히 대상을 바라보는 것을 넘어, 그 이면에 숨겨진 원리와 질서를 이해할 때 비로소 전체적인 그림이 보이기 시작합니다. 수학적 질서나 뇌의 작동 방식을 이해하는 것은 세상을 더 풍성하게 경험하게 하는 도구가 됩니다. 과학은 차가운 객관성만을 따지는 학문이 아니라, 자연의 정교한 설계를 발견함으로써 인간이 느낄 수 있는 미적 경험을 한 단계 더 높은 차원으로 끌어올려 줍니다. ‘아는 만큼 보인다’는 말은 과학의 세계에서 가장 명확하게 증명됩니다. 과학 커뮤니케이션은 복잡한 수식과 데이터를 대중의 언어로 번역하는 과정입니다. 전문가들 사이의 소통이 정확성에 초점을 맞춘다면, 대중과의 과학 커뮤니케이션은 마음의 문을 여는 공감의 언어가 필요합니다. 정보의 손실을 감수하더라도 본질적인 메시지를 친절하게 전달하는 ‘의역’의 기술이 중요합니다. 훌륭한 과학 커뮤니케이터는 과학적 사실을 나열하는 데 그치지 않고, 그 속에 담긴 흥미진진한 이야기를 찾아내어 많은 이들에게 울림과 깨달음을 전달합니다. 이는 과학과 대중 사이의 거리를 좁히는 가장 핵심적인 역할입니다. 과학적 지식은 우리의 일상을 더 나은 방향으로 설계하는 데 실질적인 도움을 줍니다. 인간의 본성과 진화적 기원을 이해하면, 질투나 불안 같은 감정에 매몰되지 않고 자신을 다스리는 ‘행복 엔지니어링’이 가능해집니다. 또한 과학은 사회적 혼란 속에서 스스로 판단할 수 있는 ‘지식의 백신’ 역할을 합니다. 막연한 믿음이나 선동에 휘둘리지 않고, 확률과 논리에 근거해 합리적인 결정을 내릴 수 있게 돕는 것이 바로 과학이 우리 삶에 기여하는 방식입니다. 과학적 사고는 우리를 더 주체적인 삶으로 이끄는 강력한 힘이 됩니다. 기초과학에 대한 투자는 현재의 자원을 나누는 문제를 넘어, 인류가 누릴 수 있는 파이 자체를 키우는 일입니다. 당장 눈앞의 실용성이 보이지 않더라도, 호기심에 기반한 탐구는 반도체나 항공우주 기술처럼 세상을 바꾸는 혁신의 씨앗이 됩니다. 과학은 한정된 자원을 두고 벌이는 갈등에서 벗어나, 더 넓은 우주와 미래를 꿈꾸게 함으로써 인류 문명의 가능성을 확장합니다. 이러한 도전 정신이야말로 우리가 끊임없이 새로운 지식을 갈구해야 하는 이유이며, 다음 세대에게 더 나은 세상을 물려주기 위한 필수적인 과정입니다. 궁극적으로 과학적 태도는 우리를 끊임없이 성장하게 만드는 삶의 방식입니다. 정해진 답에 안주하기보다 끊임없이 질문을 던지고 자신의 오류를 인정하는 태도는 인간을 더 겸손하고 유연하게 만듭니다. 과학을 통해 자신을 객관적으로 바라보는 ‘메타인지’를 기를 때, 우리는 실존적인 불안을 넘어 삶의 진정한 의미를 발견할 수 있습니다. 세상을 향한 호기심을 잃지 않고 주도적으로 답을 찾아 나가는 과정 속에서 인간은 비로소 지적으로 풍요로운 삶을 완성합니다. 과학은 단순한 지식의 집합이 아니라 세상을 대하는 가장 고결한 태도입니다.

이명현, 장동선

카오스재단2022 대한민국 과학축제 ㅣ 페스티벌 어스

뇌인지과학
융합

[카오스+어스] 🌎Live Earth_여러분은 지구에 계속 남겠습니까? by 최덕근, 김웅서, 손석우

지구 내부는 오랫동안 인류에게 신비의 영역이었습니다. 19세기에는 지하 깊은 곳이 모두 녹아있을 것이라 추측하기도 했으나, 20세기 지진파 연구를 통해 지각, 맨틀, 외핵, 내핵이라는 정교한 층상 구조가 밝혀졌습니다. 특히 P파와 S파의 특성 차이는 지구 내부의 액체 층인 외핵의 존재를 확인시켜 주었으며, 이는 지구 자기장 형성의 근원이 됩니다. 우리가 딛고 선 단단한 땅 아래에는 이처럼 역동적인 과학적 진실이 숨겨져 있으며, 이는 지구가 단순한 암석 덩어리가 아님을 시사합니다. 지구의 겉부분은 여러 개의 판으로 나뉘어 끊임없이 이동하며 지표의 모습을 바꿉니다. 이를 판구조론이라 하며, 판들이 서로 멀어지거나 충돌하는 과정에서 거대한 산맥과 깊은 해구가 만들어집니다. 과거의 판게아처럼 대륙이 하나로 모였다가 다시 흩어지는 '윌슨 주기'는 수억 년에 걸쳐 반복됩니다. 이러한 지질학적 순환은 지구가 내부의 열에너지를 동력 삼아 살아 움직이는 거대한 기계임을 증명합니다. 대륙의 이동은 단순한 지형의 변화를 넘어 지구 전체의 환경 변화를 이끄는 중요한 동력이 됩니다. 바다는 지구 표면의 71%를 차지하며 생명체의 탄생과 생존을 책임지는 거대한 자궁과 같습니다. 단순히 수산 자원을 제공하는 것을 넘어, 지구의 기온을 조절하고 막대한 양의 이산화탄소를 흡수하는 정화조 역할을 수행합니다. 특히 조력, 파력, 해상 풍력 등 친환경 에너지를 품고 있는 바다는 인류의 지속 가능한 미래를 위한 핵심 열쇠입니다. 하지만 최근 지구 온난화로 인해 바다의 온도가 상승하면서 해양 생태계 전반에 심각한 위기가 닥치고 있으며, 이는 인류의 생존과도 직결되는 문제입니다. 극지방의 빙하가 녹아내리는 현상은 해수면 상승이라는 직접적인 재앙으로 이어집니다. 남극과 그린란드의 얼음이 모두 녹는다면 해수면은 수십 미터 이상 상승하여 전 세계 연안 도시들을 위협하게 될 것입니다. 또한 따뜻해진 바다는 더 많은 수증기를 증발시켜 과거보다 훨씬 강력한 슈퍼 태풍을 빈번하게 발생시킵니다. 해양의 변화는 단순히 수온의 상승에 그치지 않고, 인류의 거주 환경과 안전을 근본적으로 뒤흔드는 기후 변화의 전초전이 되고 있습니다. 이러한 변화는 생태계의 서식지 파괴로까지 이어집니다. 대기의 온도는 지표에서 멀어질수록 낮아지다가 성층권에 이르면 다시 상승하는 독특한 연직 구조를 가집니다. 과거에는 기구를 타고 직접 하늘로 올라가 이를 관측했으나, 현대에는 GPS 위성 기술을 활용해 상층 대기의 기온과 기압을 정밀하게 측정합니다. 이러한 관측 기술의 발전은 우리가 기후 변화의 양상을 입체적으로 파악할 수 있게 해주었습니다. 하늘은 단순히 비와 바람이 지나는 통로가 아니라, 지구 시스템의 에너지를 순환시키는 정교한 층으로 구성되어 있으며 지표면의 생명체를 보호하는 방패 역할을 합니다. 최근의 기후 변화는 지표면보다 상층 대기에서 더욱 뚜렷한 온난화 신호를 보이고 있습니다. 따뜻해진 공기가 더 많은 수증기를 머금게 되면서 상층 대기의 기온 상승을 가속화하고, 이는 전 지구적인 대기 대순환의 패턴을 변화시킵니다. 제트기류의 흐름이 바뀌고 기후 변동성이 커지면서 우리가 겪는 이상 기후 현상들은 더욱 예측하기 어려운 방향으로 흘러가고 있습니다. 상층 대기의 변화는 결국 지상의 날씨와 직결되며, 지구 전체의 에너지 균형이 무너지고 있음을 경고하는 중요한 지표가 되고 있습니다. 지구는 지권, 수권, 기권, 생물권이 서로 긴밀하게 상호작용하는 하나의 거대한 시스템입니다. 산소의 증가가 생물의 진화를 이끌고, 바다와 숲이 탄소를 흡수하며 기온을 조절하는 과정은 지구가 유기체처럼 작동하고 있음을 보여줍니다. 인류는 과학 기술을 통해 이러한 지구의 메커니즘을 이해하고 위기를 극복해야 할 책임이 있습니다. 기초 과학에 대한 지속적인 관심과 연구만이 푸른 행성 지구를 보존하고 우리 후손들에게 안전한 미래를 물려줄 수 있는 유일한 길임을 잊지 말아야 합니다.

김웅서, 손석우, 최덕근

카오스재단카오스콘서트

지구환경과학

[질문Q] 연료전지가 궁극적 친환경 전지가 될 수 있을까? | 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 4강

과학에서 가장 중요한 것은 질문을 멈추지 않는 태도입니다. 화학의 세계에는 여전히 우리가 알지 못하는 수많은 궁금증이 널려 있으며, 연구자는 주변에 산재한 미지의 영역을 탐구하는 독립적인 존재가 되어야 합니다. 때로는 무엇이 세상을 바꿀지 미리 알 수 없기에, 장님 문고리 잡듯 순수하게 마음이 끌리는 대로 연구하는 과정에서 진정한 창발성이 나타납니다. 수많은 연구자가 각자의 호기심을 따라가다 보면, 우리 주변의 분자 수만큼이나 다양한 새로운 발견이 튀어나올 확률은 무궁무진합니다. 오늘날 전기화학은 주로 공학적인 관점에서 다루어지며, 이차전지나 태양 전지, 센서 연구실이라는 이름으로 우리 곁에 존재합니다. 하지만 자연과학으로서의 전기화학은 단순히 배터리 용량을 늘리는 효율 개선을 넘어, 우리가 미처 알지 못했던 근본적인 원리를 탐구하는 데 목적이 있습니다. 미래의 전기화학은 뇌 안에서 일어나는 반응이나 예상치 못한 열역학적 관점 등 전혀 새로운 영역으로 전개될 것입니다. 이러한 기초적인 탐구는 결국 다시 공학에 파급되어 혁신적인 기술의 토대가 됩니다. 인간의 뇌는 전자의 움직임을 제어하는 기존 컴퓨터와는 전혀 다른 방식으로 정보를 처리합니다. 뇌는 복잡한 계산보다는 패턴 인식과 연상에 특화되어 있으며, 이온과 양성자의 움직임을 정교하게 제어하며 작동합니다. 만약 우리가 이러한 메커니즘을 이해하고 물속에서 작동하는 이온 기반의 장치를 구현할 수 있다면, 현재의 컴퓨팅과는 차원이 다른 지능형 장치를 만들 수 있을 것입니다. 이는 단순한 상상을 넘어 인간의 의식에 접근하는 새로운 기술적 도약이 될 수 있습니다. 전기화학의 핵심적인 역할 중 하나는 전자기의 세계와 생체의 세계를 잇는 계면을 다루는 것입니다. 로봇 팔을 제어하거나 질병을 치료하는 과정에서 발생하는 가장 큰 난관은 바로 이 계면을 넘지 못하는 데 있습니다. 우리가 의지대로 외부 장치를 움직이거나 생체 신호를 완벽하게 주고받기 위해서는 두 세계 사이의 간극을 메워줄 정교한 인터페이스가 필요합니다. 이 계면에서 일어나는 반응을 연구하는 전기화학은 노화나 장애를 극복하고 인간의 능력을 확장하는 미래 사회의 열쇠가 될 것입니다. 최근 전기화학에서 가장 빠르게 확장되는 분야는 자연계의 촉매를 활용하는 바이오 전기화학입니다. 자연계의 효소는 상온에서도 완벽하게 작동하는 정교한 기계적 구조를 갖추고 있어 인간이 만든 어떤 촉매보다 효율적입니다. 하지만 이러한 생체 촉매를 인공적인 전극 위에 올려놓으면 그 효율이 급격히 떨어지는 문제가 발생합니다. 생체 내 환경에 최적화된 단백질 구조가 오히려 전자 전달을 방해하기 때문입니다. 이를 해결하기 위해 생체의 원리를 모사하거나 새로운 타협점을 찾는 연구가 활발히 진행 중입니다. 생체 시스템과 달리 우리가 만드는 전기화학 장치는 스스로 부산물을 제거하거나 기능을 회복하는 능력이 부족한 죽어 있는 시스템입니다. 혈당 센서처럼 일회성으로 사용되는 경우에는 효소의 효율을 충분히 활용할 수 있지만, 지속적으로 에너지를 생산해야 하는 연료전지 분야에서는 수명과 효율의 한계가 뚜렷합니다. 생명체처럼 저렴하게 촉매를 교체하거나 유지할 수 없는 환경에서, 어떻게 하면 생체 촉매의 강력한 성능을 인공 시스템에 안정적으로 이식할 수 있을지가 현대 과학의 중요한 과제입니다. 친환경 에너지로 주목받는 수소 경제 역시 현재는 냉정한 현실에 직면해 있습니다. 현재 생산되는 수소의 대부분은 물을 전기분해하기보다 화석 연료를 분해하는 과정에서 얻어지며, 이 과정에서 상당량의 이산화탄소가 배출됩니다. 태양광이나 풍력 같은 재생 에너지를 이용한 수전해 방식이 정착되지 않는다면, 연료전지는 진정한 의미의 친환경 기술이라 불리기 어렵습니다. 따라서 전기화학적 효율을 극대화하여 경제성 있는 수전해 기술을 확보하는 것이 탄소 중립 사회로 나아가기 위한 필수적인 단계라 할 수 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[22 대한민국 과학축제] 본격! 과학자가 축제를 즐기는 방법 [김상욱 교수] EP.1 #히어로 #김상욱 #대한민국과학축제

우리는 종종 스스로가 세상을 변화시킬 수 있는 거대한 존재라고 믿곤 하지만, 사실 대자연의 유구한 역사와 광활한 질서 속에서 인류가 차지하는 위치는 매우 제한적입니다. 인류가 쌓아온 모든 역사와 문명은 거대한 행성의 흐름 속에서 아주 찰나의 순간에 벌어진 일들에 불과하며, 이러한 사실을 직시할 때 비로소 우리는 자연에 대한 경외심을 갖게 됩니다. 우리는 우주적 시간표 안에서 잠시 머물다 가는 존재로서, 우리를 둘러싼 세계를 대하는 겸손한 태도를 배울 필요가 있습니다. 인류가 직면한 위기를 해결하지 못한다면 우리의 미래는 불투명해질 수밖에 없습니다. 과학자들은 인류의 생존을 위해 우주를 개척하거나, 현재의 삶의 방식을 완전히 바꾸어 극도의 절제를 실천하는 등 다양한 가능성을 타진하고 있습니다. 어떤 길을 선택하든 지금과는 전혀 다른 삶의 방식이 요구될 것이며, 이는 인류 전체가 함께 고민해야 할 중대한 과제입니다. 생존을 위한 해답을 찾는 과정은 고통스러울 수 있지만, 이는 인류의 멸종을 막기 위한 필수적인 선택입니다. 과학 탐구의 시작은 거창한 이론이나 복잡한 수식이 아니라, 주변 세상을 향한 아주 작은 호기심에서 비롯됩니다. 과학자들 역시 일상에서는 평범한 사람들과 다를 바 없이 각자의 방식으로 휴식을 취하고 즐거움을 찾으며 살아갑니다. 그들에게 연구는 딱딱한 업무가 아니라 세상의 비밀을 풀어나가는 흥미로운 놀이와도 같습니다. 따라서 과학을 어렵게만 느끼기보다는, '이것은 왜 그럴까'라는 질문을 던지며 가벼운 마음으로 다가가는 태도가 무엇보다 중요합니다.

카오스재단석학인터뷰

[질문Q] 우리는 대체 언제쯤 노벨상을 받을 수 있을까? | 2018 가을 카오스 강연 '화학의 미스터리, CheMystery' 3강

효소는 단백질로 이루어진 복잡한 생체 고분자로, 화학 반응에서 촉매 역할을 수행하며 생명 현상을 유지하는 핵심적인 존재입니다. 인공적으로 이러한 효소의 기능을 완벽히 구현하는 것은 매우 어려운 과제이지만, 현대 과학은 기존 효소의 구조를 개질하여 필요한 반응을 유도하는 '유도 진화(Directed Evolution)'라는 혁신적인 방법을 찾아냈습니다. 이는 자연의 진화 과정을 실험실에서 재현하여 인류에게 유용한 촉매를 설계하는 학문으로, 기초 과학의 무한한 가능성을 보여주는 대표적인 사례라고 할 수 있습니다. 기초 과학의 성과는 단순히 연구비 투입만으로 단기간에 이루어지는 것이 아니라, 과학적 사고가 사회 전반에 뿌리내린 오랜 전통 속에서 꽃을 피웁니다. 서구의 경우 대중과 과학이 소통해 온 역사가 수백 년에 달하지만, 우리나라는 세계적인 수준의 연구를 본격적으로 수행한 역사가 상대적으로 짧은 편입니다. 과학적 사고방식이 널리 퍼지고 기초 과학의 전통이 축적되는 과정은 절대적인 시간이 필요한 일이며, 이러한 문화적 토양이 마련될 때 비로소 지속 가능한 과학 발전의 기틀이 형성될 수 있습니다. 최근 우리나라의 정부 연구비는 비약적으로 증가하여 GDP 대비 세계적인 수준에 도달했습니다. 하지만 누적된 투자 규모를 선진국과 비교해 보면 여전히 큰 격차가 존재하는 것이 현실입니다. 과학 기술의 성과는 축적의 시간이 필요하기에, 지금의 집중적인 투자가 결실을 보기까지는 앞으로 10~15년 정도의 시간이 더 필요할 것으로 보입니다. 현재 최고의 교육을 받은 차세대 연구자들이 현장에서 활약하고 있는 만큼, 머지않은 미래에는 우리나라도 일본과 같이 안정적인 과학 강국으로 자리매김할 것입니다. 과학자의 성장은 그가 속한 사회의 진보 및 자유의 확대와 궤를 같이합니다. 좋은 과학적 토양은 무엇이든 질문할 수 있고 어떤 의견이든 자유롭게 나눌 수 있는 환경에서 만들어지기 때문입니다. 노벨상과 같은 성과는 단순히 탁월한 개인의 업적을 넘어, 우리 사회가 얼마나 합리적이고 자유로운 사고를 수용할 수 있는지를 보여주는 인증 마크와도 같습니다. 우리 사회가 더 진보하고 자유로워질 때, 그 구성원인 과학자 또한 더욱 창의적이고 발전된 사고를 할 수 있게 되며 이는 곧 국가의 경쟁력으로 이어집니다. 본래 과학자는 '자연 철학자'라 불렸으며, 과학은 참과 거짓을 판단하기 위해 실험과 재현이라는 기준을 도입한 철학의 한 줄기에서 시작되었습니다. 오늘날 과학은 인류의 사고 체계를 지배하는 거대한 철학적 틀로 자리 잡았으며, 이는 원소의 발견과 같은 기초 연구에서도 잘 드러납니다. 118개의 원소 너머를 탐구하는 과정은 물리적인 한계를 극복하려는 노력이자, 찰나의 순간만 존재하는 존재를 어떻게 정의할 것인가라는 철학적 질문에 답하는 과정이기도 합니다. 과학은 결국 우리가 세상을 이해하는 가장 정교한 방식입니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[국제천문연맹총회] 8/5 모두를 위한 천문학 by 셰퍼트 돌먼 교수(Prof. Sheperd S. Doeleman)

2022년 부산에서 열린 국제천문연맹 총회는 '모두를 위한 천문학'이라는 슬로건 아래 인류 역사상 가장 도전적인 프로젝트 중 하나인 사건의 지평선 망원경(EHT)을 조명했습니다. 블랙홀은 빛조차 빠져나올 수 없는 강력한 중력을 가진 천체로, 본질적으로 보이지 않으려는 속성을 지니고 있습니다. 하지만 전 세계의 과학자들은 지구 크기의 가상 망원경을 구축하여 5,500만 광년 떨어진 M87 은하 중심의 블랙홀을 포착하는 데 성공했습니다. 이는 단순한 사진 촬영을 넘어 우주의 근원적인 비밀을 밝히려는 인류의 거대한 여정이었습니다. 블랙홀의 존재는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 시작되었습니다. 그는 중력을 시공간의 왜곡으로 정의했으며, 이는 별빛이 태양 근처에서 휘어지는 현상을 통해 증명되었습니다. 이후 슈바르츠실트는 특정 질량이 아주 작은 영역에 응축될 때 빛조차 탈출할 수 없는 '사건의 지평선'이 형성됨을 수학적으로 밝혀냈습니다. 초기에는 수학적 호기심에 불과했던 이 개념은 현대 천문학을 통해 우주에서 가장 강력한 엔진인 블랙홀로 실체화되었습니다. EHT는 바로 이 이론적 경계인 사건의 지평선을 직접 관측하여 아인슈타인의 예견을 검증하고자 했습니다. 블랙홀은 모든 것을 삼키는 어둠의 존재처럼 보이지만, 역설적으로 우주에서 가장 밝은 천체 중 하나입니다. 블랙홀 주변으로 끌려 들어가는 물질은 엄청난 속도로 가속되며 수십억 도까지 가열되고, 이 과정에서 막대한 복사 에너지를 방출합니다. 핵융합의 효율이 1% 미만인 데 비해 블랙홀의 자기장은 물질의 에너지를 최대 40%까지 변환하는 놀라운 효율을 자랑합니다. 이러한 에너지는 은하 규모의 물질 재분배를 일으키며 밤하늘의 모습을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 우리가 본 고리 모양의 빛은 바로 이 거대한 우주 엔진이 내뿜는 마지막 광휘인 셈입니다. 지구 크기의 망원경을 만들기 위해 연구진은 초장기선 간섭계(VLBI) 기술을 활용했습니다. 하와이, 칠레, 남극 등 세계 각지의 전파 망원경을 연결하고 원자 시계를 이용해 데이터를 1,000만 년에 1초 오차 수준으로 정밀하게 기록했습니다. 이렇게 수집된 방대한 데이터는 물리적인 하드 드라이브에 담겨 슈퍼컴퓨터로 운송되었으며, 컴퓨터 알고리즘을 통해 하나의 거대한 가상 렌즈로 합성되었습니다. 이는 달 표면에 놓인 오렌지를 지구에서 식별할 수 있을 정도의 초고해상도를 구현한 것으로, 현대 과학 기술이 도달한 정밀함의 정점을 보여주는 사례입니다. 과학적 객관성을 유지하기 위해 EHT 팀은 인간의 편견을 배제하는 엄격한 과정을 거쳤습니다. 데이터를 분석할 때 연구진을 네 개의 독립된 팀으로 나누어 서로 소통하지 않은 채 각자의 방식으로 이미지를 재구성하도록 했습니다. 이는 마치 치와와와 머핀을 구별하는 것처럼, 인간의 뇌가 익숙한 형태를 찾으려는 성향을 경계하기 위함이었습니다. 2018년 여름, 네 팀이 한자리에 모여 각자 도출한 이미지를 공개했을 때 모두가 동일한 고리 구조를 확인하며 전율했습니다. 이러한 철저한 검증 과정은 블랙홀의 첫 사진이 단순한 우연이 아닌 확고한 과학적 사실임을 뒷받침합니다. 관측 결과는 놀라웠습니다. M87 블랙홀은 태양 질량의 65억 배에 달하는 거대함을 드러냈고, 우리 은하 중심의 궁수자리 A* 역시 태양 질량의 400만 배라는 사실이 확인되었습니다. 두 블랙홀은 질량 차이가 엄청남에도 불구하고 아인슈타인의 이론이 예측한 고리 모양을 정확히 유지하고 있었습니다. 특히 궁수자리 A*는 물질의 움직임이 매우 빨라 관측이 어려웠음에도 불구하고, 수많은 시뮬레이션과 데이터 처리를 통해 그 실체를 드러냈습니다. 이는 일반 상대성 이론이 우주의 서로 다른 규모에서도 변함없이 성립함을 보여주는 결정적인 증거가 되었습니다. 이제 인류는 블랙홀의 정지화면을 넘어 동영상을 촬영하려는 차세대 사건의 지평선 망원경(ngEHT) 프로젝트를 준비하고 있습니다. 더 많은 망원경을 지구 곳곳에 추가하고 우주 궤도에까지 관측망을 확장함으로써, 블랙홀에서 뿜어져 나오는 제트의 역동적인 변화를 실시간으로 관찰하려는 것입니다. 이 거대한 프로젝트의 성공은 20개국 300명이 넘는 과학자들이 국경과 장벽을 넘어 협력했기에 가능했습니다. 기초 과학에 대한 투자는 당장의 실용성을 넘어 인류의 지적 지평을 넓히는 가장 확실한 길이며, 100년 전 아인슈타인의 방정식과 오늘날의 관측 데이터가 만나는 경이로운 악수와도 같습니다.

Sheperd S. Doeleman(셰퍼트 돌먼)

카오스재단카오스크로스

천문학

[강연] 한국 기초과학 연구정책 역사와 전망 by 김근배ㅣ대학과 함께하는 2022 UN 세계기초과학의 해 한국 선포식 특별강연

1922년 안창남의 고국 방문 비행과 발명학회의 등장은 한국 과학기술사의 중요한 기점입니다. 당시 과학으로 고난을 극복하고 나라를 일으키자는 '과학조선' 운동이 활발히 전개되었습니다. 1934년에는 김용관 선생의 주도로 4월 19일을 '과학의 날'로 정하며 민족적 과학 운동이 정점에 달했습니다. 이러한 역사적 흐름은 오늘날 대한민국이 과학기술 강국으로 도약할 수 있었던 소중한 밑거름이 되었으며, 우리가 잊지 말아야 할 소중한 자산입니다. 해방 이후 1970년대까지 한국의 기초과학은 대학을 중심으로 그 기틀을 마련했습니다. 1946년 서울대학교 문리과대학의 설립은 기초 학문의 근간을 세우는 계기가 되었으며, 이후 1975년 자연과학대학으로 분리 독립하며 전문성을 강화했습니다. 비록 당시 KIST와 같은 기관들이 기술 개발에 치중했으나, 1977년 한국과학재단이 설립되면서 대학의 기초과학 연구를 지원하는 체계적인 제도가 비로소 마련되기 시작하며 연구 현장에 활력을 불어넣었습니다. 1989년은 한국 기초과학 역사에서 '진흥 원년'으로 불리는 특별한 해입니다. 당시 정부는 기초과학연구진흥법을 제정하여 기초과학을 다른 학문보다 우선시하는 특별법적 지위를 부여했습니다. 이를 통해 우수연구센터(SRC)와 같은 장기 지원 사업이 시작되었고, 대학 연구의 중심에 기초과학을 위치시키려는 노력이 이어졌습니다. 조완규, 장세희 교수와 같은 선구자들의 헌신은 한국 기초과학이 세계적 수준으로 성장하는 데 있어 결정적인 발판이 되었습니다. 하지만 기초연구 예산이 증가함에도 불구하고 순수기초과학의 비중은 오히려 줄어드는 역설적인 상황이 발생했습니다. 1980년대 중반 이후 연구 지원의 방향이 목적기초와 공학 중심으로 이동하면서, 기초과학 연구비는 상대적으로 위축되었습니다. 특히 유전공학 등 특정 분야의 급격한 성장은 고무적이었으나, 학문 간의 균형 잡힌 발전보다는 실용적 성과를 중시하는 경향이 짙어지며 기초과학의 입지는 점차 좁아지는 결과를 초래하고 말았습니다. 2011년 기초연구진흥법의 전면 개정은 기초과학계에 커다란 전환점이자 위기로 다가왔습니다. 법령에서 '과학'이라는 단어가 대거 삭제되고 '기초연구'라는 포괄적인 개념으로 대체되면서, 기초과학 육성을 위한 법적 근거가 희박해졌습니다. 이제 기초과학은 기초연구의 핵심이 아닌 공학, 의학, 농학 등과 혼재된 작은 일부로 전락했습니다. 이러한 정책적 변화는 기초과학의 독자적인 위상을 약화시키고 연구 현장의 정체성 혼란을 가중시키는 원인이 되었습니다. 현재 한국의 기초과학은 지역 대학의 학과 폐지와 연구 인력 감소라는 심각한 도미노 위기에 직면해 있습니다. 공학 분야에 비해 연구비 지원 경로가 제한적임에도 불구하고, 단순한 선정률 중심의 형평성 잣대는 기초과학의 생존을 위협하고 있습니다. 정부 부처 내에 기초과학을 전담하는 부서나 담당자가 부재한 현실은 이러한 위기를 더욱 심화시킵니다. 청소년들의 장래 희망에서 과학자가 멀어지는 현상은 우리 사회의 식어버린 과학 열정을 대변합니다. 새로운 100년을 향한 '과학 한국'의 부흥을 위해서는 과학 생태계의 근본적인 재구축이 필요합니다. 다양성, 지속가능성, 수월성이 조화를 이루는 환경 속에서 정부와 국민, 과학기술계가 다시 한번 과학에 대한 열정을 회복해야 합니다. 기초과학은 단순한 지식 습득을 넘어 인류 문명에 기여하고 국가의 지속 가능한 발전을 담보하는 핵심 동력입니다. 과학자가 사회적으로 존경받는 문화를 조성하여 기초과학의 미래를 밝히고 새로운 도약을 준비해야 할 때입니다.

김근배

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융합

[강연] 우주 얼음과 유기 분자 by 이정은 ㅣ 대학과 함께하는 2022 UN 세계기초과학의 해 한국 선포식 특별강연

우주에서 별과 행성이 탄생하는 과정은 생명의 기원을 찾는 여정과 맞닿아 있습니다. 천문학자들은 별이 만들어지는 물질 속에서 일어나는 화학적 변화를 분석하여, 지구 생명체의 필수 요소인 물과 유기 분자의 존재를 추적합니다. 우주의 물질을 직접 채취하는 것은 불가능하기에 빛의 스펙트럼을 분석하는 방법을 사용하는데, 이는 원자와 분자가 내뿜는 고유한 '지문'을 읽어내는 과정입니다. 전자기파와 양자역학에 대한 이해를 바탕으로 수만 광년 떨어진 곳의 성분을 정확히 파악할 수 있습니다. 별은 영하 260도에 달하는 차가운 성간 분자 구름이 중력으로 수축하며 태어납니다. 이 과정에서 회전 원반 구조인 '원시행성계 원반'이 형성되며, 그 중심에는 아직 핵융합을 시작하지 않은 원시별이 자리 잡습니다. 가시광선으로는 두꺼운 먼지 층에 가려 보이지 않지만, 적외선이나 전파 영역의 빛을 이용하면 이 신비로운 탄생의 현장을 들여다볼 수 있습니다. 이 원반 속의 물질들이 서로 뭉치고 충돌하는 과정을 거치면서, 우리가 살고 있는 지구와 같은 행성계가 서서히 모습을 갖추게 됩니다. 원시행성계 원반은 크기가 작고 온도가 낮아 매우 미약한 빛을 내뿜기에, 이를 관측하려면 여러 개의 안테나를 하나로 묶어 사용하는 전파 간섭계 기술이 필수적입니다. 대표적인 시설인 칠레의 '알마(ALMA)'는 66개의 안테나를 통해 놀라운 분해능을 제공하며 행성 탄생의 생생한 현장을 포착합니다. 실제로 관측된 원반의 나이테 모양 구조는 행성이 궤도를 돌며 주변 물질을 청소하고 있다는 증거입니다. 이러한 첨단 기술 덕분에 인류는 우주의 깊은 곳에서 벌어지는 행성 형성의 비밀을 직접 확인할 수 있게 되었습니다. 원반 내부의 온도 차이는 행성의 성격을 결정짓는 '스노우 라인'을 형성합니다. 별과 가까운 곳에서는 지구형 행성이, 먼 곳에서는 얼음과 가스가 뭉친 거대 목성형 행성이 만들어집니다. 메마른 환경에서 태어난 지구가 생명체를 품게 된 배경에는 외곽에서 형성된 혜성들이 물과 유기 분자를 얼음 형태로 배달해준 역할이 컸을 것으로 보입니다. 로제타 미션과 같은 탐사를 통해 혜성에 다양한 유기 분자가 존재한다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 우주가 생명의 씨앗을 품고 있음을 시사합니다. 최근에는 '폭식'하듯 물질을 흡수하며 밝아지는 원시별을 통해 유기 분자 탐사의 새로운 지평이 열렸습니다. 별의 급격한 활동으로 스노우 라인이 확장되면 얼어붙어 있던 유기 분자들이 기체로 승화하여 관측 가능한 스펙트럼을 내놓기 때문입니다. 제임스 웹 우주 망원경과 스피어엑스(SPHEREx)는 이러한 우주의 화학 지도를 더욱 정밀하게 그려낼 것입니다. 기초과학은 '왜'라는 질문에서 시작해 진리를 발견하는 기쁨을 선사하며, 이는 한 국가의 과학적 역량과 문화적 수준을 보여주는 소중한 지표가 됩니다.

이정은

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천문학

[강연] 인공지능으로 단백질 이해하기 by 백민경 ㅣ 대학과 함께하는 2022 UN 세계기초과학의 해 한국 선포식 특별강연

단백질은 흔히 필수 영양소로만 알려져 있지만, 실제로는 우리 몸의 거의 모든 생명 현상을 주도하는 핵심 생체 분자입니다. 헤모글로빈처럼 산소를 운반하거나 효소로서 물질을 분해하고 합성하며, 외부 바이러스에 맞서는 항체 역할까지 수행합니다. 약 2만 가지의 단백질은 20종의 아미노산이 사슬처럼 연결된 구조를 가지며, 이들의 배열 순서인 서열에 따라 고유한 3차원 구조를 형성합니다. 이러한 구조는 단백질의 기능을 결정짓는 가장 중요한 요소로 작용하며 생명의 신비를 푸는 열쇠가 됩니다. 단백질의 구조를 파악하는 것은 생명 현상을 이해하고 질병의 기전을 밝히는 데 필수적입니다. 예를 들어 코로나바이러스의 스파이크 단백질 구조를 정확히 알면 감염 경로를 차단하는 치료제나 백신을 더욱 효과적으로 설계할 수 있습니다. 하지만 현재 우리가 알고 있는 단백질 서열은 3억 개에 달하는 반면, 실험적으로 밝혀진 구조는 16만 개에 불과합니다. 엑스레이 결정학이나 극저온 전자현미경 같은 실험 방식은 정확하지만, 하나의 구조를 밝히는 데 수개월에서 수년의 시간과 막대한 비용이 소요된다는 한계가 있습니다. 물리화학적 원리에 기반한 컴퓨터 시뮬레이션은 탐색해야 할 구조의 가짓수가 너무 많아 우주의 나이만큼의 시간이 걸릴 정도로 복잡합니다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 자연의 진화 데이터에 주목했습니다. 단백질이 기능을 유지하며 진화하는 과정에서, 서로 상호작용하는 아미노산들은 함께 변이하는 '공진화' 패턴을 보입니다. 인공지능은 이러한 방대한 서열 데이터 속에 숨겨진 복잡한 패턴을 학습하여, 아미노산 간의 접촉 지점을 찾아내고 단백질의 3차원 구조를 놀라운 속도로 예측해내는 혁신을 이루었습니다. 최근 등장한 알파폴드2와 로제타폴드는 인공지능 기반 단백질 구조 예측의 새로운 지평을 열었습니다. 이 모델들은 과거 수년이 걸리던 작업을 단 몇 분 만에 실험 결과와 거의 일치하는 정확도로 수행합니다. 더 나아가 단일 단백질을 넘어 두 단백질이 결합하는 복합체 구조까지 예측할 수 있게 되었습니다. 이는 세포 내에서 일어나는 유전 정보의 전사나 번역, DNA 수리 등 복잡한 생체 반응들을 데이터에 기초하여 깊이 있게 이해할 수 있는 강력한 도구가 되어 생명공학 연구의 패러다임을 바꾸고 있습니다. 인공지능 기술은 이제 구조 예측을 넘어 새로운 단백질을 디자인하는 단계로 진화하고 있습니다. 암세포의 증식을 억제하기 위해 특정 단백질 간의 결합을 방해하는 새로운 단백질 치료제를 설계하는 것이 대표적인 사례입니다. 이러한 혁신은 양자역학에서 시작된 컴퓨터 기술이 생명과학과 만나 탄생한 결과입니다. 기초과학 연구는 당장의 성과를 넘어 인류의 삶을 풍요롭게 할 무궁무진한 잠재력을 지니고 있으며, 앞으로도 다양한 질병 치료와 생명 현상 규명에 있어 가장 강력한 토대가 될 것입니다.

백민경

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생명과학

[인터뷰] 김상규_식물이 사용한다는 언어는? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

식물학의 세계에서 야생 담배는 매우 흥미로운 연구 대상입니다. 산불이 난 뒤 연기 속의 특정 물질을 인식해 발아하는 이 식물은 밤이면 나방을 유인하기 위해 향기로운 꽃을 피웁니다. 이러한 식물의 독특한 형질을 연구하는 기초 과학자들은 유전체 교정 기술을 통해 특정 유전자의 기능을 밝혀내고자 노력합니다. 이는 단순히 작물의 생산성을 높이는 것을 넘어, 자연계에서 식물이 생존하고 상호작용하는 근본적인 원리를 이해하려는 학문적 열정에서 비롯됩니다. 식물은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 능동적으로 소통하며, 그 수단은 바로 화학 물질입니다. 식물은 이 화학적 언어를 통해 주변 식물이나 곤충에게 자신의 상태를 알리거나 특정 행동을 유도합니다. 과학자들은 특정 물질을 만들거나 만들지 못하게 조작한 식물을 자연에 내놓고 관찰함으로써 이 언어를 해독합니다. 이러한 연구는 식물이 단순히 제자리에 머무는 존재가 아니라, 화학 물질을 통해 복잡한 사회적 관계를 맺고 있음을 보여주는 중요한 지표가 됩니다. 지구상에 속씨식물이 번성하게 된 비결은 생존 파트너를 찾아낸 지혜에 있습니다. 과거의 식물들이 바람이나 물에 의존해 수동적으로 번식했다면, 속씨식물은 벌과 나비 같은 곤충을 유혹하는 법을 터득했습니다. 꽃향기와 색깔로 매개자를 불러들여 자신의 씨앗을 더 멀리, 더 효과적으로 퍼뜨린 것입니다. 이러한 상호작용은 생태계의 다양성을 풍성하게 만들었으며, 식물이 환경에 적응하기 위해 얼마나 정교한 전략을 진화시켜 왔는지를 잘 보여주는 사례입니다. 찰스 다윈은 일찍이 뿌리를 식물의 뇌라고 주장하며 그 중요성을 강조했습니다. 실제로 식물은 뿌리가 충분한 영양분과 물을 찾기 전까지 지상부의 성장을 억제하며 신중하게 판단을 내립니다. 최근 연구에 따르면 숲속의 나무들은 미생물을 매개로 뿌리끼리 연결되어 영양분과 정보를 주고받는다는 사실이 밝혀졌습니다. 이는 식물이 개별적인 존재를 넘어 거대한 네트워크를 형성하고 있음을 시사하며, 우리가 아직 알지 못하는 뿌리 중심의 의사소통 체계가 존재함을 암시합니다. 훌륭한 식물학자가 되기 위해 필요한 것은 지식이나 기술 이전에 식물의 입장에서 생각해보는 마음가짐입니다. 관심 있는 식물 곁에 가만히 앉아 그들이 어떻게 세상을 느끼고 살아가는지 관찰하는 시간은 식물의 본질을 이해하는 데 필수적입니다. 이러한 훈련은 식물이 가진 다양한 형질에 대한 깊은 호기심을 자극하고, 보이지 않는 생태계의 연결 고리를 발견하는 밑거름이 됩니다. 식물이 되어 보는 연습을 통해 우리는 자연을 대하는 새로운 시각을 얻게 될 것입니다.

김상규

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생명과학

[인터뷰] 박연일_인공광합성에 도전하는 ‘호모 솔라리우스(Homo Solarius)? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

지구 생태계의 근간을 이루는 광합성은 단순한 생물학적 현상을 넘어 인류의 기원과 밀접한 관련이 있습니다. 충남대학교 박연일 교수는 40년 동안 남세균이라 불리는 미세조류를 연구하며 지구의 변화를 추적해 왔습니다. 남세균은 지구상에 산소를 공급함으로써 인간과 같은 고등 생물이 진화할 수 있는 토대를 마련한 존재입니다. 이들은 단순한 연구 대상을 넘어 지구 역사의 산증인이자 인류의 생존을 가능하게 한 소중한 동반자라고 할 수 있습니다. 생명의 시작과 진화의 과정을 이해하기 위해서는 이 작은 생명체가 일구어낸 광합성의 역사를 먼저 들여다보아야 합니다. 광합성 연구는 20세기 중반에 정점을 찍었으며, 생화학, 물리학, 공학 등이 어우러진 대표적인 다학제적 융합학문입니다. 하지만 우리나라는 기초과학 연구가 본격화된 시기가 다소 늦어 이 분야의 성숙기에 합류하는 데 어려움이 있었습니다. 광합성은 단순히 유전자를 찾는 수준을 넘어 복합적인 시스템을 이해해야 하는 고난도 분야이기에 오늘날 연구자들의 관심이 상대적으로 적은 편입니다. 그러나 기후위기 시대에 탄소순환의 핵심인 광합성의 가치는 더욱 커지고 있습니다. 다양한 학문적 배경을 가진 연구자들이 협력하여 광합성의 신비를 풀어나가는 집단 연구 체계가 절실한 시점입니다. 식물은 태양 에너지를 이용해 생명 활동에 필요한 에너지화폐인 ATP를 스스로 만들어냅니다. 인간이 음식물을 섭취하고 세포 호흡을 통해 에너지를 얻는 것과 달리, 식물은 광합성을 통해 대기 중 이산화탄소의 90% 이상을 고정하며 지구의 탄소순환을 주도합니다. 우리가 인식하지 못하는 사이에도 광합성은 대기순환과 에너지 공급의 중추적인 역할을 수행하고 있습니다. 이러한 독립영양방식은 식물이 지구 환경을 결정짓는 강력한 주체임을 보여줍니다. 결국 식물의 생존 전략을 이해하는 것은 지구 전체의 에너지 흐름을 파악하는 것과 같습니다. 최근 주목받는 인공광합성은 식물의 메커니즘을 모방하여 물을 분해하고 수소 에너지를 생산하려는 시도입니다. 빛을 포집하는 색소와 물 분해 기구, 수소화효소를 인공적으로 구현하는 것이 핵심입니다. 다만 현재 기술의 가장 큰 장벽은 빛에 의해 장치가 파괴되는 산화 현상입니다. 살아있는 식물은 손상된 부위를 스스로 수선하는 놀라운 보수 기능을 갖추고 있지만, 인공 장치에는 아직 이러한 시스템이 부재합니다. 이를 해결하기 위해서는 식물의 자가치유 메커니즘을 공학적으로 완벽하게 재현할 수 있는 혁신적인 기술적 돌파구가 마련되어야 합니다. 미래의 지구는 다시 한번 식물과 광합성에 의해 그 운명이 결정될 것입니다. 지구온난화와 기후변화 문제를 해결할 열쇠 역시 광합성에 대한 깊은 이해와 활용에 있습니다. 나아가 인류는 광합성 기구를 모방하거나 스스로 에너지를 생산하는 '호모 솔라리우스'로의 진화를 꿈꿀지도 모릅니다. 식물의 과거와 현재를 살피는 일은 단순히 지식을 쌓는 것을 넘어, 우리 후손들이 살아갈 미래의 생존 전략을 모색하는 가장 근본적인 과정이라 할 수 있습니다. 광합성은 과거의 유산이 아니라 인류의 지속 가능한 미래를 보장할 가장 강력한 생명 공학적 도구가 될 것입니다.

박연일

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생명과학

[선포식] 대학과 함께하는 2022 UN 세계기초과학의 해 한국 선포식

기초과학은 인류 문명의 근간이자 지속 가능한 발전을 위한 핵심적인 토대입니다. UN이 2022년을 '세계 기초과학의 해'로 지정한 것은 기후 위기, 감염병, 에너지 문제 등 인류가 직면한 거대한 난제들을 해결하는 데 기초과학의 역할이 그 어느 때보다 중요해졌음을 의미합니다. 기초과학은 당장의 실용적 이익을 넘어 자연의 이치를 탐구하고 새로운 지식의 지평을 넓힘으로써 미래 세대에게 더 나은 세상을 물려줄 수 있는 원동력이 됩니다. 한국의 기초과학은 일제강점기 민족 과학 운동을 시작으로 1960년대 정부의 본격적인 진흥 정책을 거쳐 비약적인 발전을 이루어왔습니다. 초기에는 선진국의 기술을 습득하는 데 주력했으나, 점차 독자적인 연구 역량을 강화하며 세계적인 수준의 성과를 창출하는 단계에 이르렀습니다. 이러한 역사는 단순한 기술 발전을 넘어 우리 사회 전반에 과학적 사고방식을 확산시키고 국가 경쟁력을 높이는 데 결정적인 기여를 해왔음을 보여줍니다. 대학은 기초과학 연구와 교육이 공존하는 가장 중요한 현장입니다. 학문의 축적과 후속 세대 양성이 이루어지는 대학의 기초 연구 역량은 국가 과학기술의 뿌리와도 같습니다. 하지만 최근 대학 내 기초과학의 입지가 좁아지고 학과 통폐합 등의 위기를 겪으면서 연구 생태계의 근간이 흔들리고 있습니다. 기초과학의 지속적인 발전을 위해서는 대학이 연구에 몰입할 수 있는 안정적인 환경을 조성하고, 장기적인 관점에서의 투자가 반드시 뒷받침되어야 합니다. 현대 과학은 우주의 기원과 생명의 신비를 밝히기 위해 첨단 기술을 적극적으로 활용하고 있습니다. 전파 간섭계와 적외선 우주 망원경을 통해 원시별 주위의 행성계 원반을 관측하고, 그 속에 포함된 유기 분자의 화학적 성분을 분석하는 연구가 대표적입니다. 이러한 시도는 지구가 어떻게 형성되었는지, 그리고 생명 현상을 일으키는 물질들이 우주 어디에서 왔는지를 이해하는 데 중요한 단서를 제공하며 인류의 지적 지평을 우주적 규모로 확장하고 있습니다. 생명과학 분야에서도 인공지능 기술의 도입으로 혁신적인 변화가 일어나고 있습니다. 수많은 아미노산의 결합으로 이루어진 단백질의 3차원 구조를 예측하는 인공지능 모델은 질병의 원인을 규명하고 신약을 개발하는 데 획기적인 전기를 마련했습니다. 기초과학 연구를 통해 축적된 방대한 데이터와 디지털 기술의 융합은 생명 현상에 대한 이해를 심화시킬 뿐만 아니라, 인류의 건강과 안전을 지키는 실질적인 해결책을 제시하며 기초과학의 무궁무진한 응용 가능성을 증명하고 있습니다. 그러나 화려한 성과 이면에는 연구 인력 부족과 지역 대학의 위기라는 엄중한 현실이 놓여 있습니다. 특히 학문 후속 세대인 대학원생들이 겪는 경제적 어려움과 불투명한 진로는 기초과학의 미래를 위협하는 심각한 요소입니다. 연구비 지원의 불균형과 수도권 집중 현상은 지역의 과학 혁신 동력을 약화시키고 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 연구자들의 처우 개선과 더불어 실패를 용인하고 도전적인 연구를 장려하는 사회적 문화가 정착되어야 합니다. 기초과학의 위기를 극복하고 새로운 도약을 이루기 위해서는 정부와 대학, 그리고 시민 사회의 공동 노력이 필요합니다. 기초과학은 단순히 과학자들만의 영역이 아니라 우리 모두의 삶을 풍요롭게 만드는 문화적 자산입니다. 2022년 세계 기초과학의 해를 기점으로 기초과학의 가치에 대한 사회적 공감대가 확산되고, 이를 뒷받침하는 체계적인 법적·제도적 기반이 강화되기를 기대합니다. 튼튼한 기초과학의 뿌리 위에서만 인류의 지속 가능한 미래라는 열매를 맺을 수 있습니다.

김근배, 박기범, 백민경, 성창원, 이상욱, 이석봉, 이정은, 최성희, 하유경

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물리학
생명과학
천문학
융합

[인터뷰] 조현우_뿌리를 식물의 뇌라고 말할 수 있을까? | 2022 봄 카오스강연 '식물행성(plant planet)'

농업은 단순히 먹거리를 생산하는 1차 산업을 넘어, 식물이 성장하는 근본적인 원리를 탐구하는 기초 과학의 영역입니다. 식물 연구는 인간의 풍요로운 삶뿐만 아니라 지구가 함께 건강해질 수 있는 방법을 찾는 여정이라 할 수 있습니다. 한곳에 뿌리를 내리고 움직일 수 없는 식물에게 성장은 주어진 환경에 적응하며 다음 세대를 이어가는 치열한 생존 게임과 같습니다. 이러한 식물의 고군분투를 이해하는 것은 생명 본연의 가치를 깨닫는 중요한 시작점이 됩니다. 식물의 성장에 가장 필수적인 요소는 빛과 물이지만, 모든 식물이 동일한 조건을 요구하는 것은 아닙니다. 지구상에 존재하는 40만 종의 식물들은 각기 선호하는 빛의 파장이 다르며, 어떤 종은 적외선을, 어떤 종은 청색광을 더 좋아하기도 합니다. 이러한 다양성은 식물이 각자의 환경에서 살아남기 위해 선택한 진화의 결과입니다. 식물형태학은 이처럼 다양한 형태가 어떤 환경 적응 과정을 거쳐 형성되었는지, 그리고 그 속에 숨겨진 공통적인 원리는 무엇인지 탐구하는 학문입니다. 인류가 생명 과학 분야에서 이룩한 위대한 발견들 중 상당수는 식물 연구에서 시작되었습니다. 유전 법칙을 밝힌 멘델의 완두콩 실험부터, 현대 의학의 핵심인 줄기세포라는 개념의 어원 역시 식물의 줄기에서 비롯되었습니다. 또한 유전자 이동 현상을 처음 발견하게 해준 것도 옥수수 연구였습니다. 이처럼 식물은 인류의 지적 발전에 지대한 공헌을 해왔으며, 우리가 생명체를 이해하는 방식에 혁신적인 변화를 불러일으킨 반전 매력을 지니고 있습니다. 지구의 생물량 중 탄소의 80% 이상을 식물이 차지하고 있다는 사실은 식물이 실질적으로 지구를 지배하는 주인공임을 시사합니다. 육상 생태계가 생명체가 살 수 있는 환경으로 조성된 것 역시 식물의 역할이 결정적이었습니다. 현재 인류가 직면한 가장 큰 위기인 기후 변화 문제를 해결할 열쇠 또한 식물이 쥐고 있습니다. 지구의 환경을 근본적으로 바꾸어 놓았던 식물의 힘을 빌려, 우리는 위기에 처한 지구를 다시 회복시킬 수 있는 실마리를 찾을 수 있을 것입니다. 최근 연구에 따르면 식물의 뿌리는 단순히 양분을 흡수하는 기관을 넘어, 주변 환경을 감지하고 반응하는 '뇌'와 같은 역할을 수행합니다. 뿌리는 물을 찾아 이동할 뿐만 아니라, 화학 물질을 내뿜어 주변 식물이나 미생물과 소통하며 복잡한 관계망을 형성합니다. 식물이 어떻게 길어지고 두꺼워지는지, 그 성장 과정을 정밀하게 이해하는 것은 농업의 미래를 설계하는 데 필수적입니다. 식물의 성장을 깊이 있게 들여다봄으로써 우리는 자연과 공존하는 새로운 길을 모색할 수 있습니다.

조현우

카오스재단카오스강연

생명과학

[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.

손석우, 정현석

카오스재단서울대자연과학공개강연

물리학
지구환경과학

[강연] 제29회 서울대 자연과학대학 공개강연_'과학동행'1 by정충원, 송성주 l 서울대학교&카오스재단 | 1부

서울대학교 자연과학대학이 주최한 제29회 자연과학 공개 강연은 '과학자의 꿈과 도전: 과학 동행'이라는 주제 아래 인류와 과학이 걸어온 긴밀한 여정을 깊이 있게 조명했습니다. 1994년 첫 발을 내디딘 이래 대중과 소통하며 자연과학의 원리와 첨단 기술의 발전 경향을 알기 쉽게 전달해 온 이 강연은 우리 사회의 미래를 견인할 혁신적 가치 창출의 장으로 자리매김했습니다. 이번 행사는 환경, 인구 예측, 양자 세계, 기후 변화 등 현대 사회가 직면한 복잡하고 어려운 문제들을 과학적 시각에서 함께 고민하고 해결책을 모색하는 소중한 기회가 되었습니다. 첫 번째 강연에서는 집단 유전학이라는 학문적 도구를 통해 인류의 역사가 환경과 어떻게 상호작용하며 변화해 왔는지 살펴보았습니다. 과거 플라이스토세의 시베리아는 현재와 달리 '매머드 초원'이라 불리는 풍요로운 생태계를 유지하고 있었으며, 인류는 이러한 독특한 환경에 적응하며 자신들만의 생활 양식을 구축했습니다. 유전자 염기서열 분석 기술의 비약적인 발전은 화석과 유적 속에 숨겨진 고대 인류의 이동 경로와 혼합 과정을 정밀하게 추적할 수 있게 함으로써, 문헌에 기록되지 않은 잊힌 역사의 퍼즐을 맞추는 강력하고 객관적인 수단이 되어주고 있습니다. 특히 타림 분지의 미라 집단이나 보타이 문화의 말 사육 사례는 유전적 정보가 기존의 고고학적 가설을 어떻게 검증하고 때로는 반박할 수 있는지 명확히 보여줍니다. 외형적으로는 서구적 특징을 가졌으나 유전적으로는 주변 집단과 섞이지 않은 고립된 수렵채집인의 후손이었던 타림 분지 사람들의 사례는 문화적 교류와 유전적 계통이 반드시 일치하지 않음을 시사합니다. 이러한 연구 결과들은 인류가 급격한 기후 변화와 환경적 제약 속에서도 어떻게 생존을 도모하고 외부 문화를 수용하며 자신들만의 독자적인 문명을 발전시켰는지에 대한 깊은 통찰을 제공합니다. 이어지는 강연에서는 도박사의 소박한 호기심에서 시작된 확률론이 어떻게 현대 통계학으로 진화하여 사회의 불확실성을 관리하는 핵심 기술이 되었는지 논의되었습니다. 17세기 파스칼과 페르마의 서신 교환에서 싹튼 확률 개념은 오늘날 인구 조사와 미래 예측을 가능하게 하는 이론적 토대가 되었습니다. 통계학은 단순히 흩어진 숫자를 집계하는 것을 넘어, 방대한 데이터 속에 숨겨진 일정한 패턴을 읽어내고 미래의 위험을 정량적으로 평가함으로써 국가 정책 수립과 합리적인 사회적 의사결정을 내리는 데 있어 없어서는 안 될 필수적인 역할을 수행하고 있습니다. 인구 추계는 출생, 사망, 국제 이동이라는 세 가지 핵심 요인을 바탕으로 미래 사회의 구조적 변화를 그려내는 정교한 작업입니다. UN과 통계청은 코호트 요인 추계법과 확률적 모형을 활용하여 저출산과 고령화라는 인류 공통의 과제를 분석하고 대응 방안을 마련하고 있습니다. 미래 인구에 대한 정확한 예측은 식량, 자원, 환경 문제뿐만 아니라 연금이나 복지 정책의 방향성과도 직결됩니다. 따라서 통계적 불확실성을 과학적으로 이해하고 대비하는 과정은 우리 사회의 지속 가능성을 확보하기 위해 반드시 거쳐야 하는 가장 기본적인 준비 단계라 할 수 있습니다. 과학의 발전은 단일 학문의 고립된 성과에 그치지 않고 다양한 분야 간의 긴밀한 협력과 동행을 통해 완성됩니다. 인류 유전학이 진화의 수리 모형을 정립하기 위해 통계학을 필수적으로 활용하듯, 현대 과학은 학제 간 경계를 허물며 복잡한 현상을 다각도에서 분석하고 있습니다. 과학자들은 자신의 연구가 사회에 미칠 영향을 깊이 고민하며 진실한 태도로 연구에 임해야 하며, 대중 또한 과학적 탐구 과정에 지속적인 관심을 두고 참여해야 합니다. 이러한 상호 작용은 과학과 사회가 서로를 신뢰하며 더 나은 방향으로 나아가는 건강한 동행을 가능하게 합니다. 기초과학은 인류와 지구의 지속 가능한 발전을 가능하게 하는 가장 강력한 원동력이자 미래를 여는 열쇠입니다. 순수한 호기심에서 시작된 탐구는 수많은 시행착오와 인내의 시간을 거쳐 인류의 지평을 넓히는 위대한 발견으로 이어집니다. 이번 공개 강연은 과학이 단순히 교과서 속의 어려운 지식이 아니라, 우리의 삶과 역사를 이해하고 더 나은 미래를 설계하기 위한 필수적인 동반자임을 다시 한번 확인시켜 주었습니다. 과학과의 슬기로운 동행을 통해 우리는 직면한 위기를 새로운 기회로 바꾸며, 인류 사회를 위한 혁신적인 가치를 끊임없이 창출해 나갈 것입니다.

송성주, 정충원

카오스재단서울대자연과학공개강연

생명과학
수학

[인터뷰] 송충의_과학자는 질문으로 농사짓는 사람

화학의 세계에서 분자를 합성하는 과정은 우리 실생활 전반에 걸쳐 매우 중요한 역할을 수행합니다. 인류는 오랫동안 자연계의 원리를 모방하거나 특정 원소를 활용해 화학 반응을 조절해 왔지만, 최근에는 기존의 틀을 깨는 새로운 촉매 기술이 등장하여 학계의 주목을 받고 있습니다. 이 새로운 기술은 복잡한 실험 장치나 막대한 비용 없이도 효율적인 분자 합성을 가능하게 하여 기초 과학 연구의 패러다임을 바꾸고 있으며, 화학자들이 분자 구조를 더욱 자유롭게 설계할 수 있는 새로운 가능성을 열어주었습니다. 새로운 촉매의 발견은 단순히 실험 기법의 변화를 넘어, 우리가 원하는 성질의 분자를 만드는 제3의 고속도로를 건설한 것과 같습니다. 지금까지 인류는 특정 구조의 분자를 생성하기 위해 제한적인 방법론에 의존해 왔지만, 유기 촉매는 물리적, 화학적, 의학적 성질을 정밀하게 설계할 수 있는 새로운 선택지를 제공합니다. 이는 마치 목적지로 가는 기존의 두 갈래 길 외에 훨씬 빠르고 효율적인 새로운 경로를 발견한 것과 같으며, 화학자들이 분자 구조를 더욱 자유롭게 설계할 수 있는 토대가 됩니다. 한국의 과학 기술이 세계적인 수준으로 도약하기 위해서는 창의적인 발상과 이를 뒷받침하는 전폭적인 지원 시스템이 필수적입니다. 과거 콜럼버스가 신항로를 개척할 때 이사벨라 여왕의 지원이 있었기에 아메리카 대륙 발견이 가능했듯, 과학자의 무모해 보이는 도전에도 믿음을 주는 사회적 분위기가 필요합니다. 또한, 단순히 새로운 발견에 그치지 않고 많은 연구자가 그 길을 따라가며 연구의 즐거움을 공유할 때 비로소 노벨상과 같은 세계적인 성과가 탄생할 수 있습니다. 현재 학계에서는 '카이랄 분자'의 자기 복제와 진화에 관한 심도 있는 연구가 진행되고 있습니다. 분자가 스스로를 복제하며 진화하는 과정을 탐구하는 것은 지구가 탄생한 초기 단계에서 생명체가 어떻게 태동했는지에 대한 시나리오를 그리는 작업입니다. 아직 명확하게 밝혀지지 않은 생명 탄생의 초기 단계를 과학적 가설로 증명해 나가는 과정은 매우 도전적인 과제입니다. 이러한 연구는 분자 수준에서의 진화를 이해함으로써 생명의 근원에 한 발짝 더 다가가는 중요한 이정표가 될 것입니다. 과학자의 본질적인 역할은 단순히 지식을 습득하는 것이 아니라, 인류를 위한 '질문'을 심고 가꾸는 농부가 되는 것입니다. 농부가 씨앗을 뿌려 가을에 풍성한 수확을 거두어 사람들을 배부르게 하듯, 과학자는 엉뚱해 보일지라도 가치 있는 질문을 던짐으로써 인류의 발전에 기여해야 합니다. 좋은 질문은 그 자체로 새로운 연구의 씨앗이 되며, 이를 통해 얻은 해답은 세상을 변화시키는 힘을 가집니다. 끊임없이 질문을 농사짓는 자세야말로 미래의 과학자들이 지향해야 할 진정한 모습입니다.

송충의

카오스재단석학인터뷰

화학

[인터뷰] 현택환_세계적인 연구는 무엇이라고 생각하시나요?

시골 초등학교 시절 과학 경시 대회에서 은상을 받으며 과학자로서의 소질을 발견한 경험은 한 평생의 길을 결정짓는 중요한 계기가 되었습니다. 당시 산·염기 적정 실험을 통해 느꼈던 흥미는 단순한 호기심을 넘어 40년이 넘는 시간 동안 화학이라는 한 우물을 파게 만든 강력한 원동력이 되었습니다. 이처럼 어린 시절에 자신의 적성을 일찍이 발견하고, 그 길을 묵묵히 걸어온 끈기와 열정은 오늘날 세계적인 석학으로 자리매김할 수 있었던 가장 결정적인 요인이 되었습니다. 서울대 석좌교수이자 IBS 단장이라는 직함은 영광스러운 만큼 막중한 책임감과 스트레스를 동반합니다. 이러한 압박감을 해소하기 위해 선택한 테니스는 단순한 운동 이상의 의미를 지닙니다. 일주일에 12시간 이상 코트 위에서 땀을 흘리며 스트레스를 날려버릴 뿐만 아니라, 다양한 분야의 사람들과 복식 경기를 즐기며 폭넓은 인간관계를 형성하고 있습니다. 건강한 신체와 활발한 소통은 연구에 몰입할 수 있는 에너지를 재충전하는 소중한 시간이 됩니다. 나노기술은 현대 문명을 지탱하는 다양한 완제품의 성능을 결정짓는 핵심적인 원천기술입니다. 스마트폰의 디스플레이, 배터리, 반도체 소자 등은 모두 특정한 재료로 만들어지는데, 나노미터 크기에서 이 재료들의 성질을 정밀하게 조절함으로써 기기의 효율을 극대화할 수 있습니다. 이는 IT 분야를 넘어 수소연료전지, 태양전지와 같은 에너지 산업은 물론 암 진단 및 치료를 포함한 의료 분야에 이르기까지 21세기 인류의 삶을 혁신하는 필수적인 기반 기술로 자리 잡고 있습니다. 노벨 재단은 후보자 명단을 50년간 비밀에 부치기 때문에 공식적인 '노벨상 후보'라는 표현은 사실과 다를 수 있습니다. 하지만 세계적인 논문 인용 분석 기관인 '웹 오브 사이언스'에서 발표하는 '피인용 우수 연구자' 명단에 이름을 올렸다는 것은 학계에서 노벨상급 연구력을 인정받았음을 의미합니다. 실제로 리튬 이온 배터리나 유전자 가위 기술로 노벨상을 받은 석학들도 과거 이 명단에 포함된 바 있습니다. 이러한 국제적 인정은 연구자에게 큰 영광이자 지속적인 연구를 이어가게 하는 강력한 자극제가 됩니다. 기초과학연구원(IBS) 단장으로 부임한 이후의 10년은 연구 인생에서 '세계 최고 수준'을 넘어 '독보적인 세계 최고'로 도약하는 전환점이 되었습니다. 나노입자 연구단은 지난 10년간 누구도 따라올 수 없는 압도적인 연구 업적을 쌓아왔으며, 이는 기초 연구의 감동과 응용 연구의 실용성을 동시에 추구한 결과입니다. 당장의 성과에 급급하기보다 먼 미래에 인류의 난치병을 치료하고 새로운 에너지 패러다임을 제시할 수 있는 파괴적인 혁신을 목표로 삼아, 연구의 즐거움을 만끽하며 끊임없이 정진하고 있습니다.

현택환

카오스재단석학인터뷰

화학
생명과학
융합

[인터뷰] 염한웅 _ 발열 없는 꿈의 소자, 솔리톤 입자

최근 포스텍 연구팀은 실리콘 기판 위에서 새로운 형태의 입자인 '솔리톤'을 발견하는 성과를 거두었습니다. 솔리톤은 원자 두세 개 정도의 아주 작은 크기를 지니며 매우 빠르게 움직이는 특성이 있어, 그동안 개별 입자를 정지된 상태에서 관찰하는 것이 물리학계의 난제로 남아 있었습니다. 연구진은 특정한 조건을 조성하여 수십 년간 베일에 싸여 있던 솔리톤의 정지 상태를 현미경으로 포착하는 데 성공했습니다. 이는 미시 세계의 역동적인 입자를 정밀하게 제어할 수 있음을 보여주는 중요한 이정표가 되었습니다. 우리가 일상에서 사용하는 컴퓨터와 전자기기는 전자의 흐름인 전류를 이용해 정보를 전달합니다. 하지만 전자는 이동 과정에서 필연적으로 에너지를 소모하며 열을 발생시킨다는 한계가 있습니다. 만약 에너지를 소모하지 않고 이동하는 새로운 입자를 정보 매개체로 활용할 수 있다면, 전력 소모가 거의 없는 혁신적인 정보 전달 체계를 구축할 수 있습니다. 이번에 발견된 솔리톤은 이러한 차세대 소자 개발의 핵심적인 후보로 주목받고 있으며, 에너지 효율을 극대화한 미래 기술의 토대가 될 것으로 기대됩니다. 성공적인 과학 연구를 위해서는 요리처럼 정교한 '레시피'가 필요합니다. 어떤 재료를 언제 투입하고 실험의 각 단계를 어떻게 구성하느냐에 따라 연구의 결과물은 완전히 달라지기 때문입니다. 기초과학연구원(IBS)은 이러한 전문적인 연구를 수행하기 위해 학생 교육을 넘어 박사급 연구원들이 협력하는 집단 연구 체제를 지향합니다. 고도의 전문성을 갖춘 연구자들이 모여 협동 연구를 진행함으로써, 개별 연구실 단위에서는 달성하기 어려운 수준 높은 과학적 성취를 이끌어내고 국가 기초과학의 경쟁력을 강화하고 있습니다. 한국의 본격적인 기초과학 연구 역사는 약 30년 정도로, 짧은 시간 동안 비약적인 발전을 이루어 왔습니다. 하지만 노벨상 수준의 세계적인 성과를 내기 위해서는 단순히 현재의 성과를 홍보하는 것을 넘어, 국가 전체의 연구 수준을 한 단계 더 끌어올려야 합니다. 세계가 주목할 만한 독창적인 연구 성과를 창출하는 데 최소 10년, 그리고 그 성과가 국제 학계에서 충분히 검증되고 확산되는 데 또 다른 10년의 시간이 필요합니다. 즉, 긴 호흡으로 기초 체력을 다지는 과정이 노벨상이라는 결실을 맺기 위한 필수적인 전제 조건입니다. 최근 우수한 인재들이 의대로 쏠리는 현상에 대해, 과학계는 단순히 우려하기보다 과학 자체의 매력을 높이는 근본적인 대책을 고민해야 합니다. 의료 서비스의 질을 높이기 위해 재능 있는 이들이 의사가 되는 것은 자연스러운 일이지만, 과학에 흥미를 가진 인재들이 주저 없이 과학자의 길을 선택할 수 있는 환경이 조성되어야 합니다. 과학자들이 사회적으로 충분한 보상과 인정을 받고, 자신의 연구가 세상을 바꿀 수 있다는 확신을 가질 수 있을 때 비로소 다양한 재능을 가진 인재들이 과학기술의 미래를 밝히는 주역으로 성장할 것입니다.

염한웅

카오스재단석학인터뷰

물리학

[강연] 얼음과학 : 스케이팅에서 투명전극까지 by박문정ㅣ2021 '대한민국 과학기술대전' 네번째 | 4강

포스텍 화학과 박문정 교수는 에너지 나노 재료 연구의 일환으로 '얼음 화학'이라는 새로운 학문 분야를 개척하고 있습니다. 이공계 여학생 비율이 10%도 되지 않던 시절부터 연구의 길을 걸어온 그는, 현재 포스텍에서 다양한 나노 재료를 연구하며 과학의 대중화에도 힘쓰고 있습니다. 특히 얼음이라는 친숙한 소재 속에 숨겨진 독특한 화학적 성질을 탐구하여 에너지와 환경 문제를 해결할 수 있는 혁신적인 방안을 제시하고자 노력하고 있습니다. 겨울철 빙판길이 왜 미끄러운지에 대한 질문은 1800년대부터 시작된 오래된 과학적 난제였습니다. 과거에는 스케이트 날의 강한 압력으로 인해 얼음이 녹는다는 '압력 융해' 가설이나, 마찰에 의해 발생하는 열이 얼음을 녹인다는 '마찰열' 가설이 지배적이었습니다. 하지만 이러한 가설들은 아주 낮은 온도에서 얼음이 미끄러운 이유를 완벽하게 설명하지 못했습니다. 최근 연구에 따르면 이러한 현상들은 미끄러움의 일부 원인일 뿐, 근본적인 이유는 따로 있음이 밝혀졌습니다. 1850년 마이클 패러데이는 얼음 표면에 항상 얇은 물층이 존재한다는 직관적인 가설을 세웠으나, 당시 기술로는 이를 증명할 수 없어 오랜 시간 무시되었습니다. 그러나 최근 5년 사이의 정밀한 측정을 통해 얼음 표면에는 '준액체층(Quasi-Liquid Layer)'이라 불리는 나노미터 두께의 독특한 물층이 존재한다는 사실이 입증되었습니다. 이 층은 일반적인 액체 물과는 다른 화학적 특성을 지니며, 분자의 확산 속도가 매우 빨라 독특한 화학 반응의 장이 됩니다. 얼음 표면의 준액체층에서는 상온의 물에서보다 훨씬 빠른 속도로 화학 반응이 일어납니다. 예를 들어 강물이 얼어붙으면 그 표면에서 유해 물질인 질산이 생성되는 반응이 평소보다 수만 배 빠르게 진행되어 생태계에 영향을 주기도 합니다. 또한 물을 얼릴 때 미네랄 성분이 얼음 결정 밖으로 밀려나 특정 부분에 농축되는 현상도 발생합니다. 이러한 특성은 우리가 일상에서 마시는 얼음물의 성분이 시간에 따라 달라질 수 있음을 시사하며, 환경 오염 분석에도 중요한 지표가 됩니다. 연구팀은 얼음 표면의 얇은 액체 층을 '나노 반응기'로 활용하여 전기가 통하는 플라스틱인 전도성 고분자를 합성하는 데 성공했습니다. 얼음 위에 원료를 뿌리고 단 몇 분만 기다리면 친환경적이고 경제적인 방식으로 고성능 전극 재료를 만들 수 있습니다. 이 방식은 기존의 복잡하고 독성이 강한 공정을 대체할 수 있으며, 투명하고 유연한 전극을 대면적으로 제작할 수 있다는 장점이 있습니다. 이는 차세대 배터리나 태양 전지 등 에너지 소자 분야에 혁신적인 변화를 가져올 기술입니다. 얼음 화학 기술은 환경 오염 문제 해결에도 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 미세플라스틱이 섞인 물을 얼리면 플라스틱 입자들이 얼음 표면으로 농축되는데, 이때 전도성 고분자를 합성하여 이를 효과적으로 닦아낼 수 있습니다. 또한 이 과정에서 생성된 다공성 고분자 구조는 정전기적 인력을 통해 코로나바이러스와 같은 유해 입자를 높은 효율로 포집하는 필터로 활용될 수 있습니다. 이는 단순한 기초 과학 연구가 실생활의 안전을 지키는 기술로 확장될 수 있음을 보여줍니다. 나아가 얼음 위에서 제작된 특수 고분자 소재는 전기적 신호에 따라 수축과 이완을 반복하는 인공 근육으로 응용되고 있습니다. 이는 재활이 필요한 환자들의 보행을 돕는 보조 장치나, 가상 현실에서 정교한 움직임을 감지하는 웨어러블 센서 제작에 활용될 수 있습니다. 얼음이라는 자연적인 소재에서 시작된 창의적인 아이디어가 첨단 나노 기술과 결합하여 의료, 스포츠, IT 등 다양한 산업 분야에서 인류의 삶의 질을 향상시키는 미래 기술로 거듭나고 있는 것입니다.

박문정

카오스재단카오스크로스

화학

[인터뷰] 노정혜_과학이 문화에 스며드는 사회의 품격

노정혜 교수는 한국연구재단 이사장직을 마치고 다시 연구 현장으로 돌아오며 큰 홀가분함과 행복을 느낀다고 전합니다. 재임 기간 동안 약 3만 개에 달하는 연구 과제를 관리하며 연구자들이 공정하고 전문적인 평가를 받을 수 있는 신뢰의 토대를 마련하고자 노력했습니다. 특히 연구자들이 창의적이고 자유롭게 연구할 수 있는 환경을 조성하기 위해 개인 연구 지원 비중을 높이고, 전체 연구 생태계의 건강성을 유지하는 데 주력했습니다. 이러한 노력은 단순히 성과를 내는 것을 넘어, 연구자들이 지속 가능한 연구를 이어갈 수 있는 든든한 기반이 되었습니다. 연구 과제 선정에서 가장 중요한 요소는 독창적인 연구 주제를 명확하게 표현하는 능력입니다. 선정률이 높지 않은 현실에서 연구자는 남들이 시도하지 않은 독창적인 연구 주제를 발굴해야 합니다. 아이디어가 애매하거나 이미 존재하는 것이라면 좋은 평가를 받기 어렵습니다. 따라서 연구자는 자신의 연구 목적과 가치를 논리적으로 설명할 수 있어야 하며, 이는 연구의 성패를 가르는 핵심적인 단계가 됩니다. 기술적인 실험 능력만큼이나 과학적 글쓰기 역량이 강조되는 이유입니다. 한국 과학은 지난 수십 년간의 축적을 통해 이제 본격적으로 열매를 맺는 단계에 진입했습니다. 과거에는 선진국의 연구 주제를 따라가는 경향이 있었으나, 이제는 세계 수준을 선도하기 위해 독창적인 연구 주제를 발굴하는 것이 필수적입니다. 또한 연구 결과를 논문으로 발표하는 데 그치지 않고, 국제 학계와 적극적으로 소통하며 교류하는 자세가 필요합니다. 국제 학술대회 참여나 해외 연구실과의 협력을 통해 한국 과학의 위상을 높이고, 우리만의 독특한 연구 성과를 세계 무대에 널리 알리는 노력이 한국 과학의 미래를 결정지을 것입니다. 카오스재단은 지난 10년 동안 훌륭한 과학자들을 대중 앞에 세워 과학 지식을 쉽게 전달하며 과학의 대중화에 앞장서 왔습니다. 율곡 이이의 '10만 양병설'처럼 과학을 깊이 이해하는 대중 10만 명을 양성하겠다는 목표는 이미 온라인 채널 구독자 20만 명을 돌파하며 가시적인 성과를 거두었습니다. 이제는 국내를 넘어 콘텐츠의 국제화를 도모해야 할 시점입니다. 영어 자막 제작이나 콘텐츠 가공을 통해 외국 유학생과 국제 커뮤니티에도 한국의 우수한 과학 콘텐츠를 제공한다면, 온라인 교육의 활성화와 맞물려 더 큰 파급력을 발휘할 수 있을 것입니다. 과학이 문화의 일부로 스며드는 것은 사회의 품격을 높이고 인간의 삶을 정확하게 이해하는 데 필수적입니다. 팬데믹이나 기후 변화와 같은 현대 사회의 복잡한 문제들을 객관적으로 바라보기 위해서는 기초 과학 지식이 탄탄한 기반이 되어야 합니다. 비록 짧고 감각적인 정보가 넘쳐나는 시대이지만, 깊이 있는 과학 콘텐츠를 지속적으로 생산하고 공유하는 활동은 우리 사회가 당당하고 풍요로운 미래로 나아가는 데 중요한 밑거름이 될 것입니다. 현상의 근본 원리를 이해할 때 우리는 비로소 세상을 더 넓고 깊게 바라볼 수 있는 안목을 갖게 됩니다.

노정혜

카오스재단석학인터뷰

생명과학
융합

[인터뷰] 윤성철_의식을 가진 생명체가 만든 문명에서 발견되는 공통현상은?

별의 탄생과 죽음은 우주의 역사를 이해하는 핵심적인 열쇠입니다. 특히 별이 생애의 마지막 단계에서 보여주는 초신성은 우주에서 가장 역동적인 현상 중 하나로 꼽힙니다. 초신성은 그 밝기와 형태가 제각각인데, 이는 별이 죽기 직전의 구조와 성질에 따라 결정됩니다. 과학자들은 이러한 폭발의 특성을 역추적하여 별이 어떤 진화 경로를 거쳐왔는지 연구하며, 이를 통해 보이지 않는 우주의 과거를 재구성하는 흥미로운 탐구를 이어가고 있습니다. 이러한 연구는 단순히 별의 종말을 보는 것이 아니라 우주 구성 물질의 기원을 찾는 과정이기도 합니다. 외계 생명체의 존재 가능성은 인류의 오랜 호기심을 자극해 왔습니다. 만약 외계에 생명체가 존재한다면 그들은 어떤 모습일까요? 지구의 돌고래가 육지 동물의 후손임에도 물속 환경에 적응하며 물고기와 비슷한 외형을 갖게 된 것처럼, 외계 생명체 역시 물리 법칙의 영향 아래 유사한 형태로 진화했을 가능성이 큽니다. 이는 진화의 방향성이 환경과 물리적 제약에 의해 결정된다는 '수렴 진화'의 원리를 보여줍니다. 결국 우주 어디에서든 생명은 보편적인 물리 법칙 안에서 그 형태를 갖추게 될 것이며, 이는 외계 생명체의 모습을 예측하는 중요한 근거가 됩니다. 우주적 관점에서 지성체의 문명화 과정에는 공통적인 패턴이 존재할 가능성이 큽니다. 외계 지성체와 조우한다면 우리는 양자역학의 해석이나 블랙홀 사건의 지평선 내부의 물리적 특성에 대해 깊이 있는 대화를 나눌 수 있을 것입니다. 아직 인류가 도달하지 못한 뇌과학이나 인공지능의 고도화된 영역에 대해 그들은 이미 해답을 찾았을지도 모릅니다. 이러한 지적 교류는 인간의 의식이 우주에서 얼마나 보편적인 현상인지, 그리고 우리가 가진 감정이 생명 진화의 필연적인 결과인지를 확인하는 계기가 될 것이며, 이는 인류가 우주에서 차지하는 위치를 재정의하게 할 것입니다. 과학의 발전은 수많은 시행착오와 실패를 자양분 삼아 이루어집니다. 우주 발사체 개발과 같은 거대 과학 프로젝트에서 성공과 실패를 이분법적으로 나누기보다, 그 과정에서 무엇을 배웠는가에 집중하는 태도가 필요합니다. 특히 천문학과 같은 기초 과학은 국민의 세금으로 연구가 진행되는 만큼, 과학자들은 자신의 연구가 왜 중요하고 어떤 가치를 지니는지 대중에게 설명할 의무가 있습니다. 과학적 진실을 왜곡하지 않으면서도 대중과 진정성 있게 소통하는 것은 현대 과학자가 짊어져야 할 중요한 사회적 책임 중 하나이며, 이를 통해 과학에 대한 사회적 합의를 이끌어내야 합니다. 현대 문명은 과학 기술이라는 견고한 토대 위에 세워져 있습니다. 하지만 그 이면에 숨겨진 과학적 원리를 제대로 이해하지 못한다면 의사 과학이나 잘못된 정보에 휘둘려 사회적 에너지를 낭비하게 될 위험이 큽니다. 과학은 단순히 지식의 나열이 아니라 인류가 성취한 가장 위대한 문화적 유산입니다. 상대성 이론이나 빅뱅 이론과 같은 경이로운 발견을 온전히 즐기고 향유하는 것은 현대인을 풍요롭게 만드는 권리이기도 합니다. 과학을 통해 미래의 비전을 제시하고 대중과 함께 호흡하는 문화가 정착될 때 우리 사회는 지성적인 성숙함과 함께 한 단계 더 도약할 수 있습니다.

윤성철

카오스재단석학인터뷰

천문학
융합

[유퀴즈 온더 사이언스] 2021년 마지막회!

국립과천과학관은 한 해를 마무리하는 시기에 방문객들에게 특별한 추억을 선사하는 공간입니다. 중앙홀을 중심으로 펼쳐지는 다양한 전시와 체험 프로그램은 과학이 단순히 어려운 학문이 아니라 우리 삶 가까이에 있는 즐거움임을 깨닫게 해줍니다. 특히 연말을 맞아 진행되는 기획전 '시메트리'는 과학적 원리가 시각적으로 얼마나 아름다울 수 있는지를 잘 보여줍니다. 이곳에서 가족과 함께 나누는 대화는 일상 속의 호기심을 자극하며 새로운 배움의 기회를 제공합니다. 거대한 규모의 과학관을 하루 만에 모두 관람하려는 욕심보다는, 한두 개의 전시관을 집중해서 살펴보는 것이 효과적인 관람 방법입니다. 부모님들이 아이들과 함께 여유롭게 공간을 즐길 때 과학에 대한 흥미도 자연스럽게 깊어질 수 있습니다. 저렴한 입장료 덕분에 부담 없이 여러 번 방문할 수 있다는 점도 큰 장점입니다. 서두르지 않고 천천히 전시물을 관찰하며 대화를 나누는 시간은 아이들에게 단순한 지식 습득 이상의 소중한 경험이 됩니다. 아이들에게 과학관은 상상력이 현실이 되는 놀이터와 같습니다. 곤충생태관에서 평소 무서워하던 생물을 직접 관찰하며 두려움을 호기심으로 바꾸기도 하고, 야외에 전시된 거대한 로켓을 보며 달로 여행을 떠나는 꿈을 꾸기도 합니다. 달의 중력이 지구보다 작아 멀리 뛰어다닐 수 있다는 과학적 사실을 배우며 아이들은 우주에 대한 동경을 키워갑니다. 이러한 직접적인 체험은 교과서에서 배우는 이론보다 훨씬 더 강렬한 기억으로 남게 됩니다. 현대 과학 기술은 우리 주변의 모든 사물을 연결하는 사물인터넷(IoT)부터 수천만 년 전의 생태계를 보여주는 화석에 이르기까지 폭넓은 영역을 아우릅니다. 과학관의 퀴즈와 체험 활동을 통해 아이들은 보이지 않는 미시 세계를 관찰하는 현미경의 원리를 배우고, 인공지능 기술이 어떻게 우리 삶을 편리하게 만드는지 이해하게 됩니다. 과거와 현재, 그리고 미래를 잇는 과학적 발견들은 세상을 바라보는 시야를 넓혀주며 논리적인 사고력을 길러주는 밑거름이 됩니다. 항공우주공학자나 생명공학자를 꿈꾸는 아이들의 늠름한 모습에서 우리 과학 기술의 밝은 미래를 엿볼 수 있습니다. 과학관은 단순히 지식을 전달하는 곳을 넘어, 가족이 함께 소통하고 행복한 미래를 설계하는 희망의 장소이기도 합니다. 어려운 시기를 지나 다시 활기를 찾은 과학관에서 많은 이들이 과학의 매력을 느끼고 새로운 도전을 시작하기를 기대합니다. 아는 만큼 보인다는 말처럼, 지속적인 관심과 방문이 우리 모두의 과학적 소양을 높여줄 것입니다.

국립과천과학관과학예능😆

물리학
생명과학
지구환경과학
천문학
융합

[강연] 우리의 유전 정보, DNA를 유지하려는 생명체의 노력 by 명경재 ㅣ 기초과학연구원(IBS) x 카오스재단 기초과학 석학 강연 '새로운 발견을 위한 과학' | 3강

우리 몸의 설계도인 유전체는 생명 활동에 필요한 모든 정보를 담고 있는 거대한 저장소입니다. 이 정보는 아데닌(A), 구아닌(G), 사이토신(C), 티민(T)이라는 네 가지 염기의 조합으로 구성되며, 세포 하나당 약 30억 개의 염기서열이 이중 나선 구조의 DNA 안에 빽빽하게 기록되어 있습니다. 컴퓨터가 0과 1의 이진법을 사용하듯 생명체는 네 종류의 알파벳을 활용해 훨씬 더 방대하고 정교한 데이터를 보존합니다. 이러한 유전 정보는 단백질을 만드는 지침서 역할을 하며 우리가 숨 쉬고 생각하는 모든 생명 현상을 가능하게 하는 근간이 됩니다. 생명체가 성장하고 유지되기 위해서는 세포 분열 과정에서 DNA가 정확하게 복제되어야 합니다. 하지만 30억 개에 달하는 방대한 정보를 복사하는 과정은 생각보다 완벽하지 않으며, 외부 자극이나 내부적 요인으로 인해 끊임없이 손상이 발생합니다. 유전체 항상성이란 이처럼 불안정한 유전 정보를 안정적으로 보존하고 오류를 복구하려는 생명체의 노력을 의미합니다. 만약 복제 과정에서 문제가 생기거나 손상된 부위가 제대로 고쳐지지 않으면 유전 정보에 변이가 쌓이게 됩니다. 이는 단순한 개별적 차이를 넘어 질병이나 노화의 근본적인 원인이 되기도 합니다. DNA의 손상을 복구하기 위해 우리 몸은 정교한 복구 기작을 갖추고 있습니다. 이중 나선의 한쪽이 끊어지거나 염기에 이상이 생기는 등 다양한 형태의 손상에 대응하여 약 8개에서 10개에 달하는 복구 경로가 작동합니다. 이러한 복구 과정의 중요성은 2015년 노벨 화학상을 통해 그 가치를 인정받기도 했습니다. 만약 이러한 복구 시스템이 제대로 작동하지 않으면 세포는 비정상적인 분열을 거듭하게 됩니다. 결국 핵 밖으로 유전 물질이 유출되거나 세포끼리 엉겨 붙는 현상이 발생하며, 이는 암세포로 변모하는 결정적인 계기가 됩니다. 기초과학 연구는 암 치료의 새로운 지평을 열었습니다. 대표적인 사례가 '합성 치사' 원리를 이용한 치료법입니다. 정상 세포는 DNA 손상을 복구할 수 있는 여러 경로를 가지고 있지만, 특정 유전자에 변이가 있는 암세포는 복구 경로 중 하나를 상실한 상태입니다. 이때 암세포에 남은 마지막 복구 경로마저 차단하면 정상 세포는 살아남지만 암세포만 선택적으로 사멸하게 됩니다. 안젤리나 졸리의 사례로 유명해진 BRCA 유전자 변이 환자들에게 사용되는 표적 항암제가 바로 이 원리를 이용한 것입니다. 이는 기초과학의 발견이 실제 환자의 생명을 구하는 강력한 도구가 된 사례입니다. 과거에는 한 사람의 유전체 지도를 완성하는 데 10년 이상의 시간과 천문학적인 비용이 소요되었습니다. 그러나 기술의 비약적인 발전으로 이제는 단 1~2주일 안에, 100만 원 미만의 비용으로 개인의 염기서열을 분석할 수 있는 시대가 되었습니다. 이러한 기술적 진보는 암세포 특유의 유전적 특징을 파악하는 데 결정적인 역할을 합니다. 암세포는 정상 세포와 달리 특정 염기서열이 삽입되거나 결실되는 등 수많은 돌연변이를 가지고 있습니다. 과학자들은 이제 방대한 데이터를 분석하여 암세포에만 존재하는 고유한 유전적 표적을 찾아내는 데 집중하고 있습니다. 최근 노벨상을 받은 유전자 가위 기술인 '크리스퍼 캐스(CRISPR-Cas)'는 암 치료의 패러다임을 바꾸고 있습니다. '신델라(Cindela)'라고 불리는 새로운 치료법은 암세포에만 나타나는 특이적인 염기서열을 유전자 가위로 정밀하게 타격합니다. 방사선 치료가 정상 세포와 암세포를 가리지 않고 무차별적으로 DNA를 절단하여 부작용을 일으키는 것과 달리, 신델라는 암세포의 특정 부위만을 인식하여 절단합니다. 이는 정상 세포에는 아무런 영향을 주지 않으면서 암세포만을 선택적으로 제거할 수 있는 획기적인 방법입니다. 동물 실험을 통해 그 효과가 증명되었으며 맞춤형 치료의 가능성을 보여줍니다. 유전체 연구의 궁극적인 목표는 환자 개개인에게 최적화된 맞춤형 의료를 실현하는 것입니다. 암세포는 사람마다, 그리고 암의 종류마다 서로 다른 유전적 변이를 보이기 때문에 표준화된 약물만으로는 한계가 있습니다. 하지만 환자의 암세포를 분석하여 그에 맞는 유전자 가위를 제작하는 방식은 치료 효율을 극대화하고 재발 위험을 낮출 수 있습니다. 기초과학에서 시작된 호기심과 탐구가 면역 항암제와의 병용 요석 등 더 발전된 형태의 4세대 항암 치료로 이어지고 있습니다. 이러한 노력은 인류가 암이라는 난제를 극복하고 건강한 삶을 영위하는 데 핵심적인 기여를 할 것입니다.

명경재

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생명과학

[강연] 어떻게 세계적인 연구를 할까? by 현택환 ㅣ기초과학연구원(IBS) x 카오스재단 기초과학 석학 강연 '새로운 발견을 위한 과학' | 2강

나노기술은 현대 과학의 한계를 극복하는 결정적인 '도우미' 역할을 수행합니다. 21세기의 핵심 기반 기술인 나노기술은 우리 일상에 이미 깊숙이 들어와 있습니다. 삼성전자의 퀀텀닷 TV는 반도체 나노입자인 양자점을 기초로 하며, 우리가 접한 mRNA 백신 역시 지질 나노입자 기술이 없었다면 불가능했을 결과물입니다. 이처럼 나노기술은 보이지 않는 작은 세계에서 시작되어 인류의 건강과 기술적 진보를 이끄는 거대한 변화를 만들어내고 있습니다. 나노입자 연구에서 가장 중요한 과제 중 하나는 입자의 크기를 균일하게 만드는 것입니다. 나노 크기에서는 입자의 크기가 작아짐에 따라 에너지 상태가 변하는 독특한 성질이 나타나기 때문입니다. 예를 들어 반도체 나노입자는 크기에 따라 방출하는 빛의 색깔이 달라지는데, 입자들이 제각각이면 선명한 색을 얻을 수 없습니다. 따라서 나노입자를 똑같은 크기로 정밀하게 합성하는 기술은 고성능 디스플레이나 정밀 의료 기기 구현을 위한 필수적인 토대가 됩니다. 과거에는 균일한 나노입자를 얻기 위해 뜨거운 용매에 반응물을 주입하는 방식을 사용했으나, 이는 대량 생산에 한계가 있었습니다. 이를 해결하기 위해 개발된 '승온법(Heat-up process)'은 상온에서부터 서서히 온도를 올려 입자를 합성하는 혁신적인 방법입니다. 이 공정은 별도의 분리 과정 없이도 균일한 입자를 대량으로 찍어낼 수 있게 해주었습니다. 이러한 연구 성과는 전 세계 실험실의 표준 레시피가 되었으며, 대한민국 나노 연구가 세계 정상급 수준으로 도약하는 계기가 되었습니다. 세계적인 연구 성과를 내기 위해서는 기존 연구의 흐름을 파악하고 아직 해결되지 않은 핵심 이슈를 찾아내는 통찰력이 필요합니다. 새로운 아이디어는 무(無)에서 창조되는 것이 아니라, 최신 논문들을 깊이 있게 읽으며 타인의 기발한 생각을 자신의 연구에 적용해보는 과정에서 탄생합니다. 또한 떠오르는 영감을 즉시 기록하는 습관은 매우 중요합니다. 찰나의 아이디어를 놓치지 않고 메모하며 고민을 거듭하는 태도가 과학적 발견의 시작점이 되기 때문입니다. 과학자의 길은 항상 탄탄대로일 수 없으며, 때로는 수년간 결과가 나오지 않는 시련의 시기를 겪기도 합니다. 하지만 대나무가 마디를 만들며 튼튼하게 자라듯, 연구에서의 실패와 고통은 과학자를 더욱 단단하게 만드는 자양분이 됩니다. 극심한 슬럼프 속에서도 포기하지 않고 도서관에서 수많은 자료를 뒤적이며 해답을 찾으려 노력했던 시간은 결국 새로운 물질을 발견하는 밑거름이 되었습니다. 시련을 극복하는 끈기야말로 위대한 발견을 향한 필수적인 과정이라 할 수 있습니다. 현대 과학은 한 명의 천재가 이끄는 시대를 지나, 다양한 분야의 전문가들이 협력하는 융합의 시대로 접어들었습니다. 복잡한 난제들을 해결하기 위해서는 생물학자, 화학자, 공학자들이 서로의 지식을 나누고 부대끼며 연구해야 합니다. 따라서 연구자에게는 뛰어난 실력 못지않게 타인을 배려하고 소통하는 인성이 요구됩니다. 함께 일하는 즐거움을 알고 동료와 시너지를 낼 수 있는 태도가 뒷받침될 때, 비로소 세상을 감동시킬 수 있는 진정한 의미의 세계적인 연구가 완성됩니다. 기초과학연구원(IBS)과 같은 연구 기관들은 세계적인 수준의 연구 환경을 제공하며 대한민국 과학의 미래를 밝히고 있습니다. 지난 10년간의 집중적인 투자를 통해 우리나라는 나노입자 분야에서 명실상부한 세계 1위의 경쟁력을 확보하게 되었습니다. 앞으로도 젊은 과학자들이 실패를 두려워하지 않고 새로운 영역에 도전할 수 있는 토양이 지속적으로 마련되어야 합니다. 이러한 노력이 결실을 맺을 때, 우리 곁에서 노벨상 수상자에 버금가는 위대한 과학자들이 계속해서 배출될 것입니다.

현택환

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화학
융합

[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

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물리학
화학
생명과학
지구환경과학

[인터뷰] 유주연_바이러스와의 공존, 어느날 일어나보니...? | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

과학자의 길을 걷다 보면 자연스레 '까칠하고 깐깐하다'는 평을 듣게 되곤 합니다. 이는 직업병이라기보다 사실에 기반한 사고를 지향하는 과학적 태도에서 비롯된 결과입니다. 주관적인 추정이나 근거 없는 가정을 철저히 경계하고, 오직 명확한 증거(Evidence)에 기반하여 의견을 개진하는 것이 연구의 기본이기 때문입니다. 이러한 비논리적인 행위를 피하려는 노력은 일상생활에도 영향을 미치지만, 결국 이는 현상을 왜곡 없이 바라보려는 과학자만의 정직한 시선이라고 할 수 있습니다. 스스로를 끊임없이 경계하며 질문을 던지는 태도야말로 진실에 다가가는 첫걸음이 됩니다. 처음부터 과학자를 꿈꿨던 것은 아니었습니다. 본래 질병을 고치는 의사가 되고 싶었으나, 우연한 기회에 접한 유전학 수업이 인생의 전환점이 되었습니다. 특히 '선천성 대사 이상'이라는 책과 겸상 적혈구 빈혈증에 대한 사례를 접하며 큰 전율을 느꼈습니다. 단순히 병을 치료하는 행위를 넘어, 특정 단백질의 아미노산 변이가 어떻게 질병으로 이어지는지 그 근원적인 기전을 이해하고 싶다는 강렬한 열망이 생겨난 것입니다. 병이 왜 생기는지를 탐구하는 과정에서 찾은 깨달음은 지금까지 연구의 길을 걷게 하는 가장 강력한 동력이 되었습니다. 연구라는 긴 여정에서 '희열'의 순간은 아주 간헐적으로 찾아옵니다. 그 짧은 찰나를 위해 연구자는 기나긴 인고의 시간을 열정으로 버텨내야 합니다. 하지만 열정은 가만히 둔다고 유지되는 것이 아니라, 마치 식물처럼 정성껏 물을 주고 가꾸어야 하는 대상입니다. 특히 정신력은 체력 상태와 밀접하게 연결되어 있습니다. 체력이 뒷받침되지 않으면 열정은 금방 시들기 마련이기에, 규칙적인 운동을 통해 최상의 몸 상태를 유지하는 것은 연구의 연장선이자 필수적인 과정입니다. 건강한 신체는 곧 창의적인 연구를 지속할 수 있는 든든한 버팀목이 됩니다. 복잡한 연구 데이터 속에서 길을 잃었을 때, 해답은 의외로 단순함에 있었습니다. '생각의 탄생'이라는 책을 통해 깨달은 것은, 핵심 아이디어를 찾기 위해 불필요한 것들을 과감히 버려야 한다는 점이었습니다. 모든 데이터를 끌어안고 이해하려 하기보다, 생명 현상의 본질을 흐리는 군더더기를 솎아내는 작업이 선행되어야 합니다. "버릴 것이 무엇인지 찾아야 한다"는 가르침은 연구실의 중요한 철학이 되었고, 이는 복잡한 현상을 명료한 법칙으로 설명해 내는 과학적 통찰력의 핵심이 되었습니다. 비우는 과정을 통해 비로소 현상의 진정한 의미가 보이기 시작합니다. 현재 우리는 바이러스와 함께 살아가는 시대를 지나고 있습니다. 바이러스의 변이는 두려움의 대상이 아니라, 생존을 위한 자연스러운 변화의 과정입니다. mRNA 백신은 우리 몸이 바이러스를 기억하고 빠르게 대응할 수 있도록 돕는 정교한 기술의 산물입니다. 궁극적으로 바이러스는 인간과 공존할 수 있는 평화로운 방향으로 진화해 나갈 것입니다. 마치 소설 '안드로메다 스트레인'의 결말처럼, 치명적이었던 존재가 어느 순간 우리와 공존 가능한 형태로 변모하기를 기대합니다. 연구의 즐거움을 잃지 않고 이 신비로운 생명 현상을 탐구하는 여정은 앞으로도 계속될 것입니다.

유주연

카오스재단카오스강연

생명과학

[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] 심상희_과학연구 99% 좌절 | 2021 가을 카오스강연 '과학의 희열'

뚜렷한 목표가 없어도 괜찮습니다. 심상희 교수는 자신이 하고 싶은 대로 살아오며 다양한 분야를 탐색해 온 과정을 담담하게 고백합니다. 학부 시절부터 대학원 과정에 이르기까지, 그는 한 우물만 파기보다 화장품 동호회 활동이나 밀라노 박람회 방문 등 다채로운 경험을 쌓았습니다. 이러한 방황은 결국 자신에게 가장 잘 맞는 길을 찾는 소중한 밑거름이 되었습니다. 과학자의 길 역시 99%의 좌절과 1%의 희열로 이루어져 있지만, 그 찰나의 성취감이 주는 중독성이 그를 계속해서 연구의 세계로 이끌었습니다. 새로운 세상을 향한 갈망은 그를 유학의 길로 인도했습니다. 그는 단순히 학위를 따기 위한 목적보다는, 평생 가는 공부인 만큼 가장 어렵고 재밌어 보이는 분야를 선택하는 용기를 보여주었습니다. 전공과 전혀 상관없는 박사후연구원(포닥) 과정을 거치며 기존 지식이 통하지 않는 어려움도 겪었지만, 펨토초 펄스를 이용한 복잡한 분광학 실험을 통해 자신만의 연구 영역을 구축해 나갔습니다. 남들이 잘 가지 않는 길을 선택하고 헤매는 과정 속에서도 자신의 마음이 가는 대로 움직였기에, 결국 초고해상도 형광 현미경법이라는 독자적인 분야에 도달할 수 있었습니다. 화학은 흔히 '중심 과학(Central Science)'이라고 불리며 다양한 기초 학문의 중심점 역할을 수행합니다. 심상희 교수의 연구 역시 분자와 빛의 상호작용을 이용해 현미경의 물리적 해상도 한계를 뛰어넘는 혁신적인 기술을 다룹니다. 이는 단순히 물질을 섞어 새로운 것을 만드는 전통적인 화학의 범위를 넘어, 생명 현상을 실시간 동영상으로 촬영하는 공학적이고 생물학적인 측면까지 아우릅니다. 보이지 않는 미시 세계를 시각화하여 남들이 보지 못한 새로운 생명 영상을 얻어내는 과정은 화학이 가진 무한한 확장성과 가능성을 잘 보여주는 사례입니다. 일상 속의 과학은 거창한 발견에만 국한되지 않습니다. 세 살배기 아이를 키우는 육아의 과정은 매일매일 새로운 도전에 직면하고 이를 해결해야 하는 과학 연구와 닮아 있습니다. 말이 통하지 않는 아이의 의중을 파악하고 돌발 상황에 대처하는 일은, 마치 실험실에서 고장 난 레이저를 수리하거나 컴퓨터 문제를 해결하는 과정과 비슷합니다. 매일 주어지는 사소한 문제들을 하나씩 해결해 나가는 과정은 게임 속 퀘스트를 깨는 것과 같은 성취감을 줍니다. 이러한 일상의 반복은 과학자로서의 끈기와 문제 해결 능력을 더욱 단단하게 만들어 줍니다. 어린 시절 탐독했던 만화적 상상력은 현재의 과학적 탐구와 맞닿아 있습니다. 만화가 글과 그림을 결합해 허구의 이야기를 전달한다면, 과학은 이미지와 데이터를 통해 자연 현상이라는 실재하는 이야기를 풀어내는 작업입니다. 비주얼한 측면에 매료되었던 소년의 호기심은 이제 현미경을 통해 세포의 움직임을 포착하고 이를 서사로 구성하는 과학자의 시선으로 진화했습니다. 매일 새로운 이미지를 찍고 재구성하며 대중에게 소개하는 작업은 결국 만화적 감수성과 과학적 엄밀함이 만나는 지점입니다. 자신만의 이야기를 찾아가는 여정은 지금도 계속되고 있습니다.

심상희

카오스재단카오스강연

화학

[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

카오스재단카오스강연

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

[유퀴즈 온더 사이언스] 5화 별난공간

국립과천과학관의 야외 전시장은 계절의 변화를 온몸으로 느낄 수 있는 매력적인 공간입니다. 많은 관람객이 실내 전시관에만 머무르곤 하지만, 사실 야외에는 천체투영관과 기차 전시물, 공룡 동산 등 훨씬 더 넓고 다채로운 볼거리가 가득합니다. 특히 환절기의 선선한 공기와 함께 어우러진 스페이스 월드와 생태 공원은 과학적 호기심을 자극하기에 충분합니다. 이곳은 단순히 전시물을 보는 곳을 넘어, 자연과 과학이 조화를 이루는 풍경 속에서 여유를 즐기며 과학의 즐거움을 발견할 수 있는 특별한 장소입니다. 1915년 아인슈타인이 발표한 일반 상대성 이론은 당시 사람들에게 매우 생소한 개념이었습니다. 그는 거대한 질량을 가진 천체가 주변의 시공간을 휘게 만든다는 가설을 세웠고, 이는 1919년 에딩턴의 일식 관측을 통해 증명되었습니다. 과학관의 '별난 공간'은 바로 이 휘어진 우주 공간을 시각적으로 형상화한 곳입니다. 직선이 아닌 곡선으로 이루어진 격자 구조를 통해 관람객들은 중력이 시공간을 어떻게 변화시키는지 직관적으로 체험할 수 있습니다. 유클리드 기하학을 넘어선 비유클리드적 공간의 신비로움을 직접 몸으로 느끼는 경험은 과학적 사고를 넓혀줍니다. 과학관을 찾은 아이들은 저마다의 시선으로 인생과 과학을 바라봅니다. 자신의 인생을 제자리로 돌아오는 '동그라미'에 비유하거나, 점점 재미있어지는 '올라가는 모양'이라고 표현하는 아이들의 대답 속에는 순수한 철학이 담겨 있습니다. 야구부에서 활동하며 공의 궤적을 곡선으로 인식하고, 나이가 들면서 스스로 할 수 있는 일이 많아지는 것에 기쁨을 느끼는 모습은 일상 속의 과학적 원리와 맞닿아 있습니다. 아이들의 창의적인 생각은 정형화된 틀을 벗어나 과학을 더욱 친근하고 재미있는 대상으로 만들어주는 중요한 열쇠가 됩니다. 현장에서 진행된 과학 퀴즈는 아이들의 뛰어난 관찰력과 지식을 확인하는 시간이었습니다. 레이더망을 피하는 스텔스 기술부터 빙하기의 상징인 매머드, 그리고 태풍의 중심인 '태풍의 눈'에 이르기까지 다양한 분야의 질문들이 이어졌습니다. 특히 태풍이 인명 피해를 주기도 하지만 지구의 열 균형을 맞추고 생태계를 활성화하는 긍정적인 역할을 한다는 점을 배우는 과정은 과학의 양면성을 이해하는 계기가 됩니다. 정답을 맞히며 즐거워하는 아이들의 모습에서 미래의 과학자들이 자라나고 있음을 실감할 수 있습니다. 다섯 살 어린이가 로켓을 타고 화성에 가고 싶다는 꿈을 꾸는 곳, 바로 과학관이 주는 가장 큰 선물입니다. 백열전구를 발명한 에디슨처럼 엉뚱한 호기심을 잃지 않고 탐구하는 자세는 과학 발전의 원동력이 됩니다. 인공위성이 지구 주변을 돌며 우리 삶에 편리함을 주듯, 과학은 멀리 있는 것이 아니라 우리 곁에서 항상 작동하고 있습니다. 가족과 함께 야외 전시장을 거닐며 나누는 대화는 아이들에게 우주를 향한 더 큰 꿈을 심어줍니다. 앞으로도 많은 이들이 이곳에서 과학과 소통하며 새로운 미래를 그려나가기를 기대해 봅니다.

국립과천과학관과학예능😆

물리학
생명과학
지구환경과학
천문학
융합

[인터뷰] 박창범_암흑에너지는 있다!ㅣ 2021 봄 카오스강연 'GREAT DEBATE 우주론대토론'

밤하늘의 별을 바라보는 것은 누구에게나 아름다운 경험이지만, 천문학자에게 그 빛은 단순한 감상을 넘어 탐구의 대상이 됩니다. 수학적 원리와 물리 법칙을 통해 별의 움직임을 이해하던 단계를 지나, 실제로 우주의 천체들을 연구한다는 사실은 무엇보다 가슴 벅찬 일입니다. 특히 가을 하늘에 옹기종기 모여 빛나는 좀생이별, 즉 플레이아데스 성단은 동북아시아 사람들에게 오랫동안 사랑받아온 천체로, 연구자에게도 늘 특별한 영감을 주는 존재입니다. 우주의 신비를 풀기 위해 현대 천문학은 정밀한 시뮬레이션을 활용합니다. 먼저 우주가 어떻게 팽창하고 천체가 생성되는지를 결정하는 초기 조건을 설정한 뒤, 이를 거대한 메모리와 빠른 속도를 갖춘 슈퍼컴퓨터에 입력합니다. 중력과 유체역학적 힘을 모두 고려하여 이 방대한 데이터를 진화시키면, 관측 데이터라는 단편적인 스냅샷으로는 알 수 없었던 천체 형성의 전 과정을 시간의 흐름에 따라 상세히 분석할 수 있게 됩니다. 한국 연구진이 주도한 '호라이즌 5' 시뮬레이션은 기존의 중력 중심 연구를 넘어 가스의 흐름을 다루는 유체역학까지 포함한 세계 최대 규모의 프로젝트입니다. 이는 기존 시뮬레이션보다 약 10배나 큰 규모로, 은하의 진화와 우주 거대 구조의 변화를 동시에 관찰할 수 있는 최초의 시도를 가능케 했습니다. 현재는 은하의 외부 구조를 분해하는 수준이지만, 향후 분해능을 더 높인다면 별의 탄생과 은하의 성장을 한 화면에서 목격하는 혁신적인 연구가 실현될 것입니다. 이러한 거대 시뮬레이션은 국제적인 협력과 연구원들의 헌신적인 노력이 있었기에 가능했습니다. 프랑스와 영국 팀의 코드를 바탕으로 국내 연구진이 성능을 10배 이상 개선했으며, KISTI 슈퍼컴퓨팅 센터에서 약 1년이라는 긴 시간 동안 계산을 수행했습니다. 예상치 못한 시스템 부하나 소프트웨어의 버그를 해결하기 위해 밤을 지새우며 고군분투한 연구자들의 열정은, 방대한 데이터를 학술적 가치로 전환하는 가장 강력한 원동력이 되었습니다. 우주론은 대상을 쪼개어 이해하는 분석의 학문이라기보다, 여러 관측적 근거를 바탕으로 거대한 체계를 완성하는 과정입니다. 현재의 우주 모형은 수많은 관측 데이터와 수치 실험의 결과가 촘촘하게 얽혀 형성된 견고한 기둥과 같습니다. 따라서 우주론의 변혁은 단 하나의 발견으로 급격히 일어나는 것이 아니라, 방대한 자료에 대한 신중한 검증과 상호 비교를 통해 서서히, 그리고 깊이 있게 진행되는 종합적인 과학의 결실이라 할 수 있습니다.

박창범

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물리학
천문학

[과학관 Life] 뉴턴의 사과나무 이야기

아이작 뉴턴은 사과나무 아래에서 휴식을 취하던 중 우연히 떨어지는 사과를 목격하며 인류 과학사의 획기적인 발견을 이루어냈습니다. 그는 단순히 사과가 땅으로 떨어진다는 사실에 그치지 않고, 우주의 모든 물체가 서로를 끌어당기는 힘이 있다는 '만유인력의 법칙'을 정립했습니다. 이 위대한 발견은 우리가 발을 딛고 서 있는 지구의 중력뿐만 아니라 거대한 행성들의 움직임까지 설명하는 중요한 기초가 되었습니다. 보이지 않는 힘이 세상을 움직인다는 사실은 여전히 우리에게 놀라움을 줍니다. 국립과천과학관에는 뉴턴의 일화 속에 등장하는 사과나무의 후손이 실제로 자라고 있어 관람객들의 눈길을 끕니다. 과학의 역사적 순간을 상징하는 이 나무는 단순한 식물을 넘어 과학적 호기심과 탐구 정신을 일깨워주는 살아있는 유산입니다. 계절에 따라 변화하는 나무의 모습은 뉴턴이 느꼈을 영감을 오늘날의 우리에게도 고스란히 전달해 줍니다. 직접 국립과천과학관을 방문하여 역사적인 사과나무를 마주한다면 과학이 훨씬 더 친근하게 다가올 것이며, 자연 속에 숨겨진 원리를 탐색하는 즐거움을 느낄 수 있습니다. 과학적 영감을 담아 나만의 사과나무를 클레이로 만들어보는 과정은 창의력을 발휘하기에 아주 좋은 활동입니다. 먼저 나무의 든든한 기둥이 될 줄기를 만들기 위해 노란색, 빨간색, 검은색 클레이를 적절히 섞어 자연스러운 갈색을 만들어냅니다. 클레이를 충분히 주물러주면 내부의 공기가 빠져나가면서 더욱 매끄럽고 단단한 모양을 잡을 수 있습니다. 색을 완벽하게 섞지 않고 결을 살리면 실제 나무껍질과 같은 질감을 표현할 수 있어 더욱 사실적인 작품이 완성됩니다. 손끝에서 탄생하는 나무의 형상은 과학적 상상력을 자극합니다. 나무의 생명력을 더해줄 잎사귀와 탐스러운 사과를 만드는 과정은 세밀한 손길이 필요합니다. 노란색과 파란색을 혼합하여 싱그러운 연두색을 만든 뒤, 물방울 모양으로 빚어 잎맥을 새겨 넣으면 생동감이 살아납니다. 그 위에 빨간색 클레이로 동그랗게 빚은 사과를 배치하는데, 도구를 이용해 꼭지가 들어갈 자리를 만들고 작은 줄기를 더하면 완성도가 높아집니다. 여러 개의 사과를 풍성하게 매달아 주면 수확의 기쁨이 느껴지는 멋진 사과나무의 형상이 갖춰지게 됩니다. 이러한 과정은 색의 원리와 형태의 구성을 동시에 익히는 유익한 시간이 됩니다. 정성껏 완성한 클레이 사과나무는 뉴턴의 발견을 되새기게 하는 특별한 장식품이 됩니다. 비록 지금은 작은 모형에 불과하지만, 이를 통해 과학 원리를 이해하고 자연의 법칙을 고민해 보는 소중한 시간을 가질 수 있습니다. 봄에는 푸른 잎이 돋아나고 가을에는 붉은 열매가 맺히는 실제 사과나무처럼, 우리의 지식도 계절을 거듭하며 풍성하게 자라날 것입니다. 탐스러운 사과가 열리는 계절에 맞추어 국립과천과학관을 방문해 실제 뉴턴의 사과나무를 직접 확인해 보시길 바랍니다. 직접 보고 만지며 배우는 경험은 과학을 향한 꿈을 더욱 크게 키워줄 것입니다.

국립과천과학관곤충 Life🐝

물리학
생명과학

과린이를 부탁해&과수다의 콜라보 이벤트

과학은 멀리 있는 학문이 아니라 우리 곁에서 늘 함께 숨 쉬는 일상의 일부입니다. 대중과 과학 사이의 심리적 거리를 좁히기 위해 직접 발로 뛰며 소통하는 노력은 현대 사회에서 매우 가치 있는 일로 평가받습니다. 특히 과학을 막연히 어렵게만 느끼는 이들에게 친숙한 방식으로 다가가는 시도는 과학의 대중화라는 측면에서 큰 의미를 지닙니다. 이러한 소통의 과정은 단순히 지식을 전달하는 것을 넘어, 과학이 우리 삶의 질을 어떻게 높이고 있는지 다시금 깨닫게 해주는 소중한 계기가 됩니다. 도서관은 지식의 보고이자 지역 사회의 문화를 선도하는 거점입니다. 비전문가의 시선에서 과학을 친절하게 풀어내는 콘텐츠는 과학 도서 읽기를 어려워하던 이들에게 새로운 독서의 즐거움을 선사합니다. 특히 팬데믹이라는 어려운 시기에도 비대면 서비스와 철저한 소독 시스템을 통해 지식의 끈을 놓지 않으려는 도서관의 노력은 매우 인상적입니다. 과학이 더 이상 전문가들만의 전유물이 아니라, 누구나 일상에서 즐길 수 있는 인문학적 소양으로 자리 잡는 과정이 도서관이라는 공간을 통해 구체화되고 있습니다. 교육 현장에서 아이들을 가르치는 이들에게 과학은 미래를 여는 소중한 열쇠와 같습니다. 아이들의 눈높이에 맞춘 흥미진진한 콘텐츠는 호기심을 자극하고 창의력을 키우는 훌륭한 밑거름이 됩니다. 역사를 가르치는 교육자조차 과학 콘텐츠의 유익함에 깊이 공감하는 모습은, 학문의 경계를 넘어선 융합적 사고가 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 재미와 유익함을 동시에 잡은 양질의 콘텐츠는 자라나는 세대에게 과학에 대한 긍정적인 인식을 심어주며, 이는 곧 우리 미래 과학기술 발전의 든든한 토대가 될 것입니다. 우리가 매일 일하는 공간과 주변 환경은 창의적 사고를 자극하는 데 큰 영향을 미칩니다. 전통적인 달항아리에서 영감을 받은 현대적 건축물처럼, 예술적 감성과 과학적 설계가 만나는 지점은 새로운 영감의 원천이 됩니다. 자연과 조화를 이룬 근무 환경은 업무의 효율을 높일 뿐만 아니라, 기초과학이 우리 삶을 지탱하는 보이지 않는 기둥임을 상기시킵니다. 일상 속에서 마주하는 건축과 디자인 속에도 수많은 과학적 원리가 숨어 있으며, 이를 발견하고 즐기는 과정은 우리의 삶을 더욱 풍요롭고 깊이 있게 만들어 줍니다. 기초과학은 우리 사회를 지탱하고 발전시키는 가장 근본적이고 보이지 않는 힘입니다. 어렵고 딱딱하게만 느껴졌던 과학의 원리들을 쉽고 재미있게 풀어내려는 진정성 있는 시도는 많은 이들에게 과학적 사고의 즐거움을 일깨워줍니다. 대중의 목소리에 직접 귀를 기울이고 그들의 삶의 현장으로 찾아가는 소통 방식은 미래의 과학 문화가 나아가야 할 올바른 방향을 제시합니다. 앞으로도 다양한 세대와 여러 분야의 사람들이 과학이라는 매개체를 통해 연결되고, 그 속에서 새로운 가치를 발견하는 즐거운 여정이 계속되기를 기대해 봅니다.

국립과천과학관어린이👧 과학뉴스

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[유퀴즈 온더 사이언스🔍] 2화-미래상상SF관

국립과천과학관의 미래상상 SF관은 SF 영화 속 상상이 현실로 구현되는 마법 같은 공간입니다. 이곳에서는 4차 산업혁명의 핵심 기술들과 미래 생활의 변화상을 한눈에 살펴볼 수 있어 방문객들에게 새로운 영감을 제공합니다. 특히 화성 탐사를 목적으로 개발된 4족 보행 로봇과 같은 첨단 기술들은 관람객들의 시선을 사로잡으며 미래 사회에 대한 기대감을 높입니다. 과학은 단순히 책 속에 머무는 지식이 아니라, 우리가 직접 보고 만지며 경험할 수 있는 생생한 현실임을 이곳 SF관의 풍경이 잘 보여주고 있습니다. 어린아이들에게 과학은 세상에 대한 호기심을 풀어가는 즐거운 놀이와 같습니다. 망원경을 통해 먼 별을 관찰하고 거울에 비친 자신의 모습을 보며 빛의 반사 원리를 배우는 과정은 아이들에게 잊지 못할 경험이 됩니다. 순간 이동을 통해 집으로 빨리 가고 싶다는 순수한 상상력이나 엄마와 함께 우주 여행을 떠나고 싶다는 소망은 과학적 탐구의 출발점이 되기도 합니다. 이처럼 아이들의 눈높이에서 시작된 작은 질문들이 모여 미래의 과학자를 길러내는 소중한 밑거름이 된다는 점이 인상적입니다. SF 영화는 아이들에게 과학적 상상력을 자극하는 훌륭한 매개체입니다. 어벤져스나 트랜스포머 같은 영화 속 영웅들의 활약을 보며 아이들은 자연스럽게 미래 기술에 관심을 갖게 됩니다. 우리 몸의 엔진 역할을 하는 심장의 기능이나 차세대 청정 에너지원으로 주목받는 수소의 특성을 퀴즈로 풀어보며, 영화 속 상상이 실제 과학 원리와 어떻게 연결되는지 깨닫게 됩니다. 하늘을 나는 집이나 작아지는 기술 같은 영화적 상상력은 아이들이 과학을 더욱 친숙하고 재미있게 느끼도록 돕는 중요한 역할을 합니다. 청소년들에게 과학관은 학교에서 배운 지식을 심화하고 미래 사회를 준비하는 학습의 장입니다. 제트 엔진의 추진 원리를 이해하고 인공지능이 인류의 삶에 미칠 영향을 고민하는 과정은 중학생들에게 매우 유익한 시간입니다. 특히 로봇 기술의 발전이 인간의 삶을 어떻게 변화시킬지, 혹은 인공지능과 인간이 어떻게 공존해야 할지에 대한 진지한 질문들은 미래 세대가 갖추어야 할 비판적 사고력을 길러줍니다. 과학 기술의 발전상을 미리 확인하며 자신의 진로와 미래를 설계해 보는 경험은 청소년들에게 큰 자산이 됩니다. 과학은 특정 연령층의 전유물이 아니라 전 세대가 함께 즐기고 소통할 수 있는 문화입니다. 성인 관람객들에게도 SF 소설이나 영화는 우주와 인간의 존재에 대해 철학적으로 사유하게 만드는 깊이 있는 소재가 됩니다. 138억 년 전 대폭발로 시작된 우주의 기원을 설명하는 빅뱅 이론처럼 거대한 과학적 담론은 어른과 아이 모두에게 경외감을 선사합니다. 부모와 아이가 함께 과학적 원리를 탐구하고 미래를 상상하는 과정은 세대 간의 간극을 좁히고, 우리 사회 전체의 과학적 소양을 높이는 소중한 계기가 됩니다.

국립과천과학관과학예능😆

물리학
생명과학
천문학
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[과수다]멋진신세계

과학은 단순히 지식의 나열이 아니라 세상을 바라보는 하나의 틀입니다. 많은 이들이 과학을 어렵고 딱딱한 학문으로만 여기지만, 사실 우리 주변의 모든 현상에는 과학적 원리가 숨어 있습니다. 책을 통해 과학을 접하는 것은 전문가의 시선을 빌려 우주와 생명, 그리고 인간의 본질을 탐구하는 흥미로운 여정입니다. 이러한 과정은 우리에게 논리적 사고를 길러줄 뿐만 아니라, 미지의 세계에 대한 경외심을 갖게 합니다. 국립과천과학관과 같은 공간은 대중이 과학에 더 친숙하게 다가갈 수 있도록 돕는 가교 역할을 합니다. 이곳에서 이루어지는 다양한 프로그램 중에서도 과학 책을 매개로 한 대화는 지식의 깊이를 더해줍니다. 책 속에 담긴 복잡한 이론들이 대화를 통해 일상의 언어로 번역될 때, 과학은 비로소 우리의 삶 속으로 들어옵니다. 독서는 저자와의 대화이며, 그 대화가 확장되어 타인과 공유될 때 새로운 통찰이 태어납니다. 과학 책을 읽는 즐거움은 정답을 찾는 데 있지 않고 질문을 던지는 과정에 있습니다. 당연하게 여겼던 현상들에 대해 '왜?'라는 의문을 품는 순간, 일상은 탐구의 대상이 됩니다. 최신 과학 기술의 발전부터 고전적인 물리 법칙까지, 책은 우리가 직접 경험하지 못한 영역까지 상상력을 넓혀줍니다. 이러한 지적 자극은 뇌를 활성화하고 세상을 더 넓은 관점에서 이해할 수 있는 힘을 제공합니다. 함께 책을 읽고 의견을 나누는 소통의 시간은 과학적 사고를 사회적으로 확장하는 행위입니다. 서로 다른 배경을 가진 사람들이 하나의 주제를 놓고 토론하며 각자의 해석을 덧붙일 때, 지식은 입체적으로 변합니다. 이는 단순히 정보를 습득하는 것을 넘어, 과학적 사실이 우리 사회에 어떤 의미를 갖는지 성찰하게 합니다. 소통을 통해 다듬어진 지식은 개인의 삶을 풍요롭게 만드는 소중한 자산이 됩니다. 결국 과학 독서는 세상을 더 깊이 사랑하기 위한 방법 중 하나입니다. 복잡한 수식이나 난해한 용어에 가로막히기보다, 그 이면에 담긴 자연의 질서와 아름다움을 발견하는 것이 중요합니다. 꾸준히 과학 책을 가까이하며 질문을 멈추지 않는다면, 우리는 변화하는 시대 속에서도 흔들리지 않는 지적 중심을 잡을 수 있습니다. 과학과 함께하는 일상은 매일 새로운 발견으로 가득 찬 모험이 될 것입니다.

국립과천과학관과학책📚수다

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[연구뭐하지] 이성근 교수_서울대학교 '지구물질과학 실험실' | 아주 작은 단위로 설명하는 지구 시스템?!

지구 시스템은 수천 킬로미터에 달하는 거대한 규모를 가지고 있지만, 그 이면에는 원자와 전자 수준의 아주 단순한 원리들이 숨어 있습니다. 서울대학교 지구물질과학 연구실은 지난 20여 년간 복잡해 보이는 행성의 변화 과정을 원자핵이나 전자의 스핀과 같은 미시적인 정보를 통해 정량적으로 설명하려는 노력을 지속해 왔습니다. 거시적인 현상을 단순히 관찰하는 것에 그치지 않고, 이를 관통하는 근본적인 물리 법칙을 찾아내어 복잡한 자연 현상을 명쾌하게 이해하는 것이 연구의 핵심 목표입니다. 지구 내부에서 일어나는 과정들은 대부분 한 번 발생하면 되돌릴 수 없는 비가역적인 특성을 지닙니다. 이러한 복잡성을 전 지구적인 단위의 거시적 관점으로만 바라보기에는 한계가 존재하기에, 연구자들은 자연스럽게 더 작은 단위인 원자의 세계로 시선을 돌리게 됩니다. 미시적 단위에서 얻은 물리·화학적 정보는 거시적인 지구 시스템의 문제를 해결하는 열쇠가 되며, 이 두 정보가 통합될 때 비로소 우리는 지구라는 거대한 시스템을 온전히 이해할 수 있는 학문적 토대를 마련하게 됩니다. 구체적인 연구로는 비정질 규산염 마그마에 납이나 아연 같은 미량 원소를 첨가했을 때 나타나는 물성 변화를 고상 NMR 장비로 분석하는 작업이 이루어집니다. 또한, 현무암질 마그마의 성분 모델을 구축하고 멀티앤빌 프레스라는 기기를 활용해 초고압 환경에서의 구조 변화를 정밀하게 측정하기도 합니다. 이러한 실험들은 극한 환경에서 물질이 어떻게 반응하고 변하는지를 규명함으로써, 지구 내부의 물질 순환과 진화 과정을 과학적으로 증명하는 데 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 이 연구실의 성과는 지질학적 영역을 넘어 신소재 개발이나 물질의 구조적 성질 이해가 필요한 다양한 산업 분야로 확장됩니다. 특히 유리 물질의 구조 변화에 대한 연구는 자연계의 현상뿐만 아니라 우리가 일상에서 흔히 사용하는 스마트폰 강화 유리의 성능 개선과도 밀접하게 연결될 수 있습니다. 기초 과학의 본질적인 질문에 대한 답을 찾는 과정이 결국 첨단 기술의 발전과 새로운 물질의 발견으로 이어지는 가교 역할을 하며, 학문 간의 경계를 허무는 융합적 가치를 창출합니다. 연구실은 지구과학에 국한되지 않고 물리와 화학을 아우르는 폭넓은 주제를 다루며, 자연과학 전반에 호기심을 가진 이들에게 열려 있습니다. 교수님이 직접 실험에 참여하고 연구를 주도하는 솔선수범의 자세는 학생들에게 큰 귀감이 되며, 자유로운 연구 분위기 속에서 각자의 주제를 깊이 있게 탐구할 수 있는 환경이 조성되어 있습니다. 또한, 구성원들이 서로의 연구를 존중하고 건강한 식단과 생활 습관을 공유하는 문화는 연구자들이 장기적으로 학문에 몰입할 수 있게 돕는 든든한 버팀목이 됩니다.

이성근

카오스재단연구뭐하지

지구환경과학

[유퀴즈 온더 사이언스🔍] 1화

국립과천과학관은 관람객들에게 더 가까이 다가가기 위해 '유 퀴즈 온 더 사이언스'라는 특별한 프로그램을 선보였습니다. 과학은 어렵고 딱딱하다는 편견을 깨고, 누구나 즐겁게 참여할 수 있는 소통의 장을 마련한 것입니다. 관람객들이 직접 전시물을 체험하며 느낀 호기심을 퀴즈로 풀어보는 과정은 과학에 대한 흥미를 자연스럽게 유도합니다. 이러한 시도는 과학관이 단순히 지식을 전달하는 장소를 넘어, 대중과 함께 호흡하는 문화 공간으로 거듭나고 있음을 보여줍니다. 이번 프로그램의 진행자들은 친근한 애칭을 사용하여 권위적인 이미지를 탈피했습니다. 파라솔과 의자만 있으면 어디든 퀴즈 광장이 되는 유연한 운영 방식은 관람객들에게 신선한 즐거움을 선사합니다. 특히 과학관 곳곳에 배치된 수많은 전시물들이 퀴즈의 소재가 된다는 점이 인상적입니다. 정답을 맞힌 이들에게 주어지는 특별한 선물은 퀴즈 풀이의 재미를 더하며, 과학관에서의 추억을 더욱 풍성하게 만들어 줍니다. 유아체험관은 글을 모르는 어린아이들도 오감을 통해 과학의 원리를 깨우칠 수 있는 따뜻한 공간입니다. 이곳에서 만난 아이들은 순수한 호기심을 바탕으로 거침없이 퀴즈에 도전합니다. 예를 들어, 바다에 사는 가장 큰 포유류에 대한 질문에 망설임 없이 정답을 외치는 모습은 과학이 우리 생활과 얼마나 밀접한지를 잘 보여줍니다. 아이들의 눈높이에 맞춘 체험형 전시는 미래의 과학자를 꿈꾸는 이들에게 소중한 밑거름이 됩니다. 과학탐구관으로 자리를 옮기면 테슬라 코일이나 정전기 발전기 같은 흥미로운 장치들이 관람객을 맞이합니다. 이곳에서는 구름의 생성 원리나 비가 내리는 과정처럼 일상적인 자연 현상을 과학적 시각으로 재해석하는 퀴즈가 진행됩니다. 복잡한 수식이나 이론 대신, 우리가 매일 마주하는 하늘과 날씨를 주제로 대화를 나누다 보면 과학은 어느새 친숙한 친구처럼 다가옵니다. 질문을 주고받는 과정 속에서 관람객들은 자연스럽게 탐구의 즐거움을 경험하게 됩니다. 과학은 정답을 맞히는 것보다 질문을 던지는 과정에서 그 진가가 드러납니다. 타임머신과 같은 상상 속의 기술부터 우리 주변의 생태계까지, 과학의 영역은 무궁무진합니다. 국립과천과학관의 이러한 소통 노력은 대중이 과학을 더 쉽고 재미있게 받아들이는 계기가 될 것입니다. 앞으로도 더 많은 이들이 과학관을 찾아 지적 호기심을 충족하고, 세상을 바라보는 새로운 시각을 얻기를 기대합니다. 과학은 우리 모두의 일상 속에 살아 숨 쉬고 있습니다.

국립과천과학관과학예능😆

물리학
생명과학
지구환경과학
융합

[석학인터뷰] 김근수 ─ 네이처에 게재될 발견을 하면 어떤 기분일까?

고체물리학은 물질 내부의 양자 현상을 탐구하고 이를 제어하는 학문입니다. 최근 주목받는 2차원 물질인 그래핀과 포스포린은 원자 수준으로 얇다는 공통점이 있지만, 전기적 특성에서는 큰 차이를 보입니다. 그래핀은 전기가 매우 잘 통하는 도체에 가깝지만 전기를 차단하기 어렵다는 단점이 있는 반면, 포스포린은 반도체적 특성을 지녀 트랜지스터 활용에 유리합니다. 다만 포스포린은 산화에 취약하고 대면적 양산이 어렵다는 기술적 난제가 남아 있어, 이를 극복하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 물리학자들은 특정 물질의 상용화에만 매몰되지 않고, 그 이면에 숨겨진 보편적인 물리 법칙을 찾는 데 집중합니다. 물질은 일종의 도구이며, 그 안에서 발견된 원리가 다른 물질에도 적용될 수 있다면 그것으로 충분한 가치를 지닙니다. 이는 인류가 도구를 발전시켜 온 역사와 맥을 같이합니다. 과거의 돌멩이가 현대의 반도체로 진화했듯, 2차원 반도체 연구는 인공지능 반도체의 저전력 고성능화를 이끄는 핵심 동력이 됩니다. 결국 물질 연구는 인간의 도구를 목적에 맞게 최적화하려는 노력의 산물이라 할 수 있습니다. 전자의 특성을 이해하는 데 있어 '유사스핀'은 매우 중요한 개념입니다. 이는 실제 스핀은 아니지만 물질 속에서 스핀과 동등한 효과를 내는 현상으로, 그래핀 연구를 통해 널리 알려졌습니다. 과학자에게 가장 큰 희열은 이러한 복잡한 현상들이 하나의 명쾌한 원리로 통합되는 찰나에 찾아옵니다. 단순히 논문이 게재되는 기쁨을 넘어, 오랜 고민 끝에 퍼즐 조각이 맞춰지듯 결론이 도출되는 정신적 카타르시스는 연구를 지속하게 하는 강력한 동기가 됩니다. 이러한 순간은 과학을 단순한 문제 풀이가 아닌 창의적 예술의 영역으로 격상시킵니다. 연구의 길은 결코 화려한 꽃길만이 아닙니다. 세계적인 경쟁 속에서 성과를 내기 위해서는 끊임없는 노력과 개인적인 희생이 수반됩니다. 가족과 보내는 시간을 줄여가며 주말에도 연구에 매진해야 하는 현실은 때로 무거운 고민으로 다가오기도 합니다. 특히 다음 세대 연구자인 학생들이 교수의 치열한 삶을 보고 회의감을 느낄 때면 연구자로서의 책임감과 고뇌는 더욱 깊어집니다. 그럼에도 불구하고 한 명의 과학자를 탄생시키는 과정과 새로운 지식을 창조하는 즐거움은 그 모든 고단함을 상쇄할 만큼 가치 있는 일입니다. 최근의 연구는 완벽한 결정 구조를 넘어 자연계에 보편적으로 존재하는 '무질서 효과'로 확장되고 있습니다. 우리는 흔히 결함이 없는 완벽한 물질을 상상하지만, 실제 물질은 항상 무질서한 요소를 포함하고 있습니다. 이러한 무질서가 전자의 이동에 어떤 영향을 미치는지 탐구하는 것은 이론적으로 매우 도전적인 과제입니다. 포스포린이라는 물질을 통해 자연의 근원적인 질문에 다가가는 이 과정은 여태껏 아무도 가지 않은 길을 개척하는 일입니다. 보편적인 물리 법칙을 향한 이러한 탐구는 기초과학의 본질을 지키며 새로운 지평을 열어줄 것입니다.

김근수

카오스재단석학인터뷰

물리학

[석학인터뷰] 장혜식_ 코로나 RNA 전사체를 세계 최초로 분석하다! | 2021 서울대 자연과학대 공개강연

코로나19 팬데믹 초기, 전 세계 과학자들은 전례 없는 속도로 바이러스 연구에 뛰어들었습니다. 흥미로운 점은 뛰어난 성과를 낸 연구진 대부분이 완전히 새로운 분야를 개척한 것이 아니라, 기존에 수행하던 연구 주제를 코로나19로 전환했다는 사실입니다. RNA 전사체 분석이나 다른 바이러스 연구를 10년 이상 지속해온 전문가들은 축적된 기술력을 바탕으로 단기간에 유의미한 결과를 도출할 수 있었습니다. 이는 기초 과학 연구에 대한 꾸준한 지원이 위기 상황에서 얼마나 중요한지를 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 연구의 속도에는 지리적 요인과 사회적 환경도 큰 영향을 미쳤습니다. 우리나라는 비교적 초기에 확진자가 발생하면서 연구에 필요한 환자 검체를 신속하게 확보할 수 있는 여건이 마련되었습니다. 당시 중국은 강력한 봉쇄 조치로 인해 연구 활동에 제약이 많았던 반면, 한국은 상대적으로 정상적인 연구 환경을 유지하며 분석 작업을 이어갈 수 있었습니다. 이러한 환경적 이점과 연구진의 노력이 결합되어 전사체 분석과 같은 정밀한 작업에서 세계적인 경쟁력을 확보하며 빠르게 대응할 수 있었던 것입니다. 하지만 치료제나 백신 개발과 같은 제품화 단계에서는 기존 산업 기반의 중요성이 더욱 극명하게 드러났습니다. 생물학적 제제는 개발 자체보다 안전성 테스트와 각종 규제 해결에 막대한 시간이 소요되며, 수많은 실패를 거쳐야 완성됩니다. 모더나나 화이자와 같은 글로벌 제약사들이 mRNA 백신을 신속히 내놓을 수 있었던 것은 이미 관련 플랫폼 기술을 완성해 두었기 때문입니다. 우리나라도 기초적인 기술은 보유하고 있었으나, 즉각적으로 대응할 수 있는 완성된 플랫폼의 부재로 인해 초기 개발 단계에서 다소 뒤처지는 한계를 경험했습니다. 유전체 정보가 생명체의 모든 것을 결정한다는 생각은 일종의 오해일 수 있습니다. 따로 자란 일란성 쌍둥이 사례를 보면 유전자가 같은데도 성격이나 직업, 세부적인 신체 특징에서 차이를 보입니다. 이는 유전자가 생명의 설계도 역할을 하지만 환경적 요인 또한 무시할 수 없음을 시사합니다. 인간의 유전자 수가 생쥐와 큰 차이가 없음에도 더 복잡한 지능을 갖는 이유는 유전자 개수 자체보다 이를 어떻게 조합하고 활용하느냐의 차이에 있습니다. 마치 한정된 단어로 얼마나 풍성한 소설을 써내느냐와 같은 원리라고 볼 수 있습니다. 유전체 분석 기술인 시퀀싱은 현재 정확도 향상을 넘어 산출량 증대와 휴대성 강화라는 두 가지 방향으로 발전하고 있습니다. 분석 비용이 획기적으로 낮아지면 특정 질환자뿐만 아니라 전 국민이 일상적으로 유전체 정보를 활용하는 시대가 열릴 것입니다. 또한, 장비의 소형화는 연구실을 벗어나 오지나 극지방, 심지어 우주 공간에서도 즉석 분석을 가능하게 합니다. 스마트폰에 연결해 침 한 방울로 유전체를 해독하는 기술이 완성 단계에 이른 만큼, 미래에는 누구나 자신의 생물학적 정보를 실시간으로 확인하는 삶을 살게 될 것입니다.

장혜식

카오스재단석학인터뷰

생명과학

[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

카오스재단연구뭐하지

물리학

[연구뭐하지?] 윤태영 교수_서울대학교 '막단백질단분자 연구실' | 과학계의 신대륙, 막 단백질의 세계로 오세요

서구 문명이 콜럼버스의 신대륙 발견을 통해 비약적인 발전을 이룩했듯이, 과학 연구에서도 아무런 보장이 없는 새로운 분야를 개척하려는 개척자 정신은 매우 중요합니다. 서울대학교 막 단백질 단분자 연구실은 이러한 개척자 정신을 바탕으로 막 단백질이 형성되는 복잡한 과정을 탐구하고 있습니다. 특히 이곳에서 독자적으로 개발한 '단분자 자기 집게' 기술은 자석의 힘을 이용해 단백질 분자 하나를 정밀하게 조절하며 그 구조적 변화를 관찰할 수 있게 해줍니다. 이는 생명 현상의 근원을 단분자 수준에서 이해하려는 혁신적인 시도로 평가받으며 세계적인 주목을 받고 있습니다. 연구실은 크게 두 팀으로 나뉘어 각기 다른 접근 방식으로 생명과학의 난제를 풀어나갑니다. 한 팀은 암과 밀접하게 연관된 막 단백질을 중심으로 단백질 간의 상호작용을 형광 기술을 통해 실시간으로 관찰하며, 다른 팀은 단분자 자기 집게를 이용해 단백질에 물리적인 힘을 가함으로써 그 안정성과 에너지 상태를 분석합니다. 이러한 연구는 단순히 기초 과학에 머물지 않고 향후 신약 개발의 물리적 토대를 마련하는 데 기여합니다. 생물학뿐만 아니라 물리, 화학, 수학적 지식을 아우르는 다학제적 접근은 이 연구실이 가진 강력한 경쟁력 중 하나로, 복잡한 생명 현상을 다각도에서 조명합니다. 자유로운 토론 문화와 자기주도적인 연구 환경은 학생들이 전문가로서 성장할 수 있는 훌륭한 밑거름이 됩니다. 스스로 문제를 찾고 해결하려는 의지를 갖춘 연구자들은 동료들과의 활발한 교류를 통해 지식의 스펀지처럼 성장해 나갑니다. 연구실 구성원들은 서로의 재능을 공유하며 남에게 도움을 구하는 것을 주저하지 않는 유연한 사고방식을 공유합니다. 남들이 가지 않은 새로운 길을 선택하여 자신만의 희소성을 확보하는 것, 그것이 바로 이 연구실이 지향하는 궁극적인 가치이자 지속 가능한 연구의 원동력입니다. 이러한 과정을 통해 연구자들은 단순한 지식 습득을 넘어 세상을 바라보는 깊이 있는 통찰력을 갖추게 됩니다.

윤태영

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생명과학

[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

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생명과학

[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

[석학인터뷰] 금종해 ─ 10년 내에 수학계 노벨상 나온다!

수학은 많은 이들에게 어렵고 딱딱한 학문으로 인식되곤 합니다. 최근 우리나라에서는 '수포자'라는 용어가 유행하며 수학 교육과정을 약화시키려는 움직임도 있지만, 단순히 내용을 줄인다고 해서 수학을 포기하는 학생들이 사라지는 것은 아닙니다. 오히려 과거에 비해 기초과학의 인기가 줄어든 상황에서도 우수한 학생들이 수학과로 몰리는 현상은 주목할 만합니다. 이는 수학이 단순히 학문적 탐구에 그치지 않고, 대학원 등 더 높은 단계에서 의미 있고 재미있는 일을 할 수 있는 강력한 도구가 될 것이라는 기대감이 반영된 결과라고 볼 수 있습니다. 현재 우리나라의 수학 교육과정은 과거에 비해 상당히 쉬워졌으며 교과서의 두께도 얇아졌습니다. 초등학교에 도입된 스토리텔링 수학은 본래 흥미를 유발하려는 목적이었으나, 이를 평가와 연결하면서 오히려 학생과 학부모들에게 또 다른 부담으로 작용하고 있습니다. 한때 미국 대통령들이 한국의 수학 교육을 모범 사례로 언급하던 시절도 있었지만, 이제는 더 이상 세계적인 벤치마킹 대상이 되지 못할 정도로 교육의 질적 수준이 약화되었습니다. 아이들에게 배움의 기회를 박탈하기보다, 제대로 가르치되 평가의 방식을 개선하는 방향으로 나아가야 합니다. 수학자가 되기 위해 가장 필요한 자질은 빠른 계산 능력이나 암기력이 아닙니다. 진정한 수학자는 수학적 상황 자체를 즐기고 분석하는 과정을 사랑하는 사람입니다. 학교 시험처럼 정해진 시간 내에 문제를 풀어내는 능력은 수학적 연구를 수행하는 데 필수적인 요소가 아닙니다. 계산이 틀리는 것은 주변의 도움이나 도구로 충분히 보완할 수 있는 부분입니다. 중요한 것은 어려운 문제에 직면했을 때 이를 포기하지 않고 끈기 있게 매달리는 태도입니다. 수학을 좋아하는 마음을 잃지 않고 꾸준히 탐구하는 과정 자체가 수학자의 길로 이어지는 비결입니다. 한국의 수학은 짧은 역사에도 불구하고 비약적인 발전을 거듭하여 현재 세계 10위권 내외의 위상을 확보하고 있습니다. 특히 대수기하학 분야에서 한국인 수학자들의 활약은 눈부시며, 머지않은 미래에 필즈상 수상자가 배출될 것으로 기대됩니다. 필즈상은 마흔 살 이전의 젊은 수학자에게 주어지는 영예로운 상으로, 현재 한국에는 그 자격을 갖춘 우수한 인재들이 존재합니다. 이러한 성과는 특정 분야에 국한되지 않고 여러 학문을 융합하여 새로운 길을 찾아내려는 수학자들의 끊임없는 도전과 연구가 뒷받침되었기에 가능한 일이었습니다. 과학계와 우리 사회 전반에 필요한 것은 합리적인 의사결정과 결과에 승복하는 문화입니다. 과학적 지식을 확산하는 것만큼이나 중요한 것은 전문가의 의견을 존중하고 합리적으로 행동하는 태도입니다. 정치 지도자들이 모든 과학 분야를 깊이 있게 알기는 어렵지만, 해당 분야의 전문가 커뮤니티에 자문을 구하고 그들의 판단을 정책에 반영하는 시스템이 정착되어야 합니다. 수학과 과학은 단순히 정답을 찾는 과정이 아니라, 끊임없이 새로운 문제를 발견하고 탐구하는 끝없는 여정입니다. 이러한 학문적 열정이 국가 경쟁력의 근간이 될 것입니다.

금종해

카오스재단석학인터뷰

수학

올해 과학책 10권 핵심은? - [KAOS X] APCTP 2020 올해의 과학도서 선정 기념 방송 'Book Show'

코로나19라는 유례없는 팬데믹 상황 속에서 과학 도서는 우리에게 단순한 지식 전달 이상의 의미를 갖게 되었습니다. 외부 활동이 제한된 시기에 많은 이들이 책을 통해 세상과 소통하며, 과학적 사고를 바탕으로 현재의 위기를 이해하려 노력했습니다. 이러한 흐름은 과학이 전문가들만의 전유물이 아니라, 시민들이 갖추어야 할 필수적인 교양으로 자리 잡고 있음을 보여줍니다. 과학 문화를 확산시키려는 노력은 결국 우리 사회의 합리성을 높이는 밑거름이 됩니다. 최근 출판 시장의 경향을 살펴보면 과학과 인문학의 경계가 점차 모호해지고 있음을 알 수 있습니다. 과거에는 두 분야가 서로 독립된 영역으로 여겨졌으나, 이제는 인간과 세상을 온전히 이해하기 위해 과학적 배경지식이 필수적이라는 인식이 확산되었습니다. 과학자들은 인문학적 시선으로 자신의 연구를 돌아보고, 인문학자들은 과학적 데이터를 바탕으로 사회 현상을 분석합니다. 이러한 융합적 시도는 독자들에게 더욱 풍성하고 깊이 있는 통찰을 제공하며 과학의 외연을 넓히고 있습니다. 새로운 과학 도서를 선정하는 과정은 단순히 우수한 책을 고르는 것을 넘어, 시대의 변화에 발맞춰 지식을 업데이트하는 과정이기도 합니다. 고전으로 불리는 과학 도서들도 훌륭하지만, 현대 과학이 새롭게 밝혀낸 사실들을 반영한 최신 도서들은 우리에게 더 생생한 정보를 전달합니다. 또한, 신진 작가들을 발굴하여 그들이 지속적으로 좋은 콘텐츠를 생산할 수 있는 토대를 마련하는 것도 중요합니다. 이는 과학 커뮤니케이션 생태계를 건강하게 유지하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 과학은 우리 사회의 복잡한 관계망을 분석하는 강력한 도구가 됩니다. 통계물리학의 원리를 인간 사회의 상호작용에 적용하거나, 과학 기자의 시각으로 사회적 이슈의 팩트체크를 하는 시도들이 대표적입니다. 이러한 접근은 우리가 막연하게 느끼던 사회 현상들을 객관적인 데이터와 가설을 통해 냉정하게 바라볼 수 있게 해줍니다. 시민들이 과학적 사고를 갖추게 될 때, 우리 사회는 갈등을 해결하고 더 나은 방향으로 나아갈 수 있는 합리적인 토대를 마련하게 될 것입니다. 현장에서 직접 발로 뛰는 과학자들의 기록은 독자들에게 특별한 감동을 줍니다. 남극의 극한 환경에서 우주를 관측하거나 박물관에서 고고학 유물을 발굴하며 얻은 생생한 경험담은 과학이 이론에만 머물지 않는다는 사실을 일깨워줍니다. 또한, 인류의 시작부터 현재까지의 과학사를 되짚어보는 작업은 우리가 걸어온 길을 통해 미래를 조망하는 지혜를 제공합니다. 과거의 발견들이 현대 문명에 미친 영향을 이해함으로써, 우리는 과학이 지닌 진정한 가치를 재발견하게 됩니다. 물질의 근본 원리를 탐구하는 물리학이나 우주의 기원을 다루는 천문학은 여전히 많은 이들에게 경이로움을 선사합니다. 우리 주변의 평범한 물질 속에 숨겨진 복잡한 물리 법칙을 이해하고, 광활한 우주 속에서 인류의 위치를 확인하는 과정은 지적 호기심을 충족시키는 소중한 경험입니다. 특히 최신 과학적 성과를 바탕으로 고전적 주제를 재해석한 과학 도서들은 독자들에게 현대 과학의 정수를 맛보게 합니다. 이러한 지식의 탐구는 인간이 세상을 바라보는 시야를 근본적으로 확장해 줍니다. 기후 위기와 환경 파괴는 현재 인류가 직면한 가장 시급하고도 엄중한 과제입니다. 과학적 데이터를 통해 경고하는 거주불능 지구의 시나리오는 우리에게 즉각적인 행동 변화를 촉구합니다. 이는 단순히 과학적 예측을 넘어, 다음 세대에게 어떤 세상을 물려줄 것인가에 대한 윤리적 질문을 던집니다. 우리가 누리는 환경이 결코 당연한 것이 아님을 깨닫고, 과학적 근거를 바탕으로 지속 가능한 미래를 고민해야 합니다. 결국 과학은 인류의 생존과 희망을 위한 가장 강력한 길잡이가 될 것입니다.

백두성, 손승우, 이강영, 장동선

카오스재단읽다과학

융합

[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

카오스재단연구뭐하지

생명과학

[노벨상 해설강연] 노벨화학상: 다가오는 유전자 교정 시대_ 배상수｜카오스재단 x 고등과학원 '2020 노벨상 해설강연' | 3강

지구상의 모든 생명체는 세포를 기본 단위로 하며, 그 안에는 생명 활동을 영위하고 정보를 전달하는 유전 물질인 DNA가 존재합니다. DNA는 아데닌, 구아닌, 사이토신, 티민이라는 네 가지 염기로 이루어진 일종의 문자열과 같습니다. 우리가 외국어를 공부하여 그 의미를 이해하듯, DNA의 서열을 읽고 쓰는 기술은 생명의 신비를 풀기 위한 핵심적인 도구입니다. 특히 유전자 가위 기술은 DNA를 직접 표적화하여 정보를 수정함으로써, 유전자의 기능과 원리를 규명하고 질병을 치료할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 유전자 교정의 역사는 1960년대 제한 효소의 발견으로부터 시작되었습니다. 초기에는 특정 염기 서열을 인식해 자르는 제한 효소를 이용해 인슐린을 대량 생산하는 등 유전공학의 혁명을 일으켰으나, 인간과 같은 복잡한 생명체에 적용하기에는 한계가 있었습니다. 인식하는 서열이 너무 짧아 원치 않는 부위가 함께 잘리는 문제가 있었기 때문입니다. 이후 단백질을 이용해 정밀도를 높인 1세대 징크 핑거와 2세대 탈렌 기술이 개발되었지만, 제작 과정이 까다롭고 비용이 많이 들어 대중적으로 활용되기에는 어려움이 따랐습니다. 3세대 기술인 크리스퍼 유전자 가위는 구조가 단순하고 제작이 쉬워 유전자 교정의 대중화를 이끌었습니다. 이 기술은 박테리아가 바이러스의 공격에 대항하기 위해 갖춘 후천적 면역 체계에서 착안한 것으로, 특정 DNA를 찾아가는 가이드 RNA와 절단 역할을 하는 단백질로 구성됩니다. 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나는 이 시스템을 인공적으로 재설계하여 효율적인 도구로 만들어낸 공로로 노벨 화학상을 수상했습니다. 이제 연구자들은 RNA 서열만 교체함으로써 원하는 유전자를 자유자재로 교정할 수 있는 강력한 수단을 갖게 되었습니다. 크리스퍼 유전자 가위 기술은 기초 과학 연구부터 실생활 응용까지 광범위한 변화를 가져왔습니다. 실험실에서는 특정 유전자가 제거된 형질 전환 동물을 단기간에 만들어 질병 모델 연구에 활용하며, 농업 분야에서는 갈변하지 않는 버섯이나 기후 변화에 강한 작물을 개발하고 있습니다. 의료 분야에서는 환자의 세포를 체외에서 교정해 다시 주입하거나, 체내 특정 기관에 유전자 가위를 직접 전달하여 희귀 질환을 치료하는 연구가 활발히 진행 중입니다. 심지어 멸종 동물의 복원이나 특정 유전자를 종 전체에 확산시키는 유전자 드라이브 기술까지 논의되고 있습니다. 유전자 교정 기술이 인간 배아에 적용되면서 사회적, 윤리적 논란이 제기되기도 했지만, 이는 기술의 발전 과정에서 반드시 거쳐야 할 숙제입니다. 과거 시험관 아기 기술이 처음 등장했을 때도 많은 우려가 있었으나, 현재는 수많은 난임 부부에게 희망을 주는 보편적인 기술로 자리 잡았습니다. 유전자 가위 역시 법적, 제도적 틀 안에서 안전하게 관리된다면 인류의 건강과 복지에 크게 기여할 것입니다. 상상 속의 미래가 현실이 되는 시대에, 우리는 이 강력한 도구를 지혜롭게 통제하고 활용하여 더 나은 세상을 만들어가야 합니다.

배상수

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

생명과학

[강연] 2020 노벨상 해설강연 | 고등과학원 x 카오스재단

기초과학은 인류 문명의 근간을 이루는 지식의 보고입니다. 2020년 노벨상은 인류의 건강을 위협하던 바이러스를 정복하고, 우주의 신비인 블랙홀의 실체를 밝히며, 생명의 설계도를 편집하는 혁신적인 성과들에 주목했습니다. 이러한 발견들은 단순히 학문적 성취에 그치지 않고, 우리가 세상을 바라보는 관점을 바꾸며 실질적인 삶의 질을 향상시키는 데 기여하고 있습니다. 과학자들의 끈질긴 탐구 정신은 보이지 않는 위협과 미지의 영역을 개척하는 원동력이 됩니다. 생리의학상 분야에서는 C형 간염 바이러스의 발견이 주인공이었습니다. 과거 수혈 후 원인 모를 간염에 걸리는 환자들이 많았으나, 하비 얼터 박사는 이것이 A형도 B형도 아닌 새로운 바이러스에 의한 것임을 밝혀냈습니다. 그는 수십 년간 환자의 혈액 샘플을 체계적으로 수집하며 후대 과학자들이 바이러스를 규명할 수 있는 결정적인 토대를 마련했습니다. 이는 임상 의사의 예리한 관찰력이 질병 정복의 첫걸음이 된다는 사실을 잘 보여주는 사례입니다. 이후 마이클 호턴과 찰스 라이스의 연구를 통해 C형 간염 바이러스의 실체가 완전히 드러났습니다. 유전자 서열을 분석하고 침팬지 실험을 통해 바이러스의 병원성을 확증함으로써, 인류는 비로소 이 질병을 정복할 수 있는 길을 열었습니다. 오늘날 C형 간염은 약 복용만으로도 99% 완치가 가능한 질환이 되었으며, 이는 기초과학 연구가 어떻게 실질적인 의료 혁명으로 이어지는지를 증명합니다. 이제 과학의 시간은 공중보건의 시대로 넘어가 더 많은 환자를 구하고 있습니다. 물리학상 분야에서는 우주에서 가장 기이한 천체인 블랙홀이 조명받았습니다. 로저 펜로즈는 일반 상대성 이론을 바탕으로 블랙홀의 특이점이 수학적으로 반드시 존재할 수밖에 없음을 증명했습니다. 아인슈타인조차 회의적이었던 블랙홀의 존재를 이론적으로 확립한 그의 연구는 현대 우주론의 새로운 지평을 열었습니다. 이는 복잡한 우주의 원리를 수학이라는 언어로 풀어낸 인류 지성의 승리이며, 보이지 않는 진리를 찾아가는 이론 물리학의 정수를 보여줍니다. 이론적 예측은 정밀한 관측을 통해 비로소 완성됩니다. 라인하르트 겐첼과 안드레아 게즈는 우리 은하 중심의 별들을 20년 넘게 추적하여, 보이지 않는 거대 질량의 실체인 블랙홀의 존재를 입증했습니다. 적응 광학 기술을 활용해 대기의 흔들림을 극복하고 별들의 궤도를 정밀하게 측정한 이들의 노력은 경이로운 성과를 낳았습니다. 태양 질량의 400만 배에 달하는 블랙홀이 우리 은하 중심에 자리 잡고 있다는 사실은 우주의 거대함과 신비로움을 다시금 일깨워 줍니다. 화학상 분야의 크리스퍼 유전자 가위(CRISPR-Cas9) 기술은 생명과학의 패러다임을 바꾸어 놓았습니다. 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나는 박테리아의 면역 체계에서 착안하여 DNA의 특정 부위를 정교하게 절단하고 편집할 수 있는 도구를 개발했습니다. 이 기술은 기존의 방식보다 훨씬 저렴하고 간편하여 전 세계 연구실에서 보편적으로 사용되고 있습니다. 유전병 치료부터 농작물 개량에 이르기까지, 생명의 설계도를 직접 수정할 수 있게 된 인류는 이제 생명공학의 새로운 시대를 맞이하고 있습니다. 과학의 발전은 우리에게 무한한 가능성을 제시하는 동시에 무거운 책임감을 부여합니다. 유전자 편집 기술이 가져올 윤리적 논란이나 블랙홀 연구가 던지는 근원적인 질문들은 과학자뿐만 아니라 사회 전체가 함께 고민해야 할 과제입니다. 노벨상은 단순한 영광의 기록이 아니라, 인류가 직면한 문제를 해결하기 위해 헌신해 온 모든 과학자의 노력을 기리는 이정표입니다. 우리는 이러한 성과를 바탕으로 더 나은 미래를 설계하고, 미지의 영역을 향한 탐구를 멈추지 말아야 할 것입니다.

카오스재단노벨상/필즈상 해설강연

[과학원리체험]@HOME 시즌2 -균형 잡는 인형-

일상 속에서 우리는 다양한 물체가 균형을 잡는 모습을 목격합니다. 그 핵심 원리는 바로 '무게중심'에 있습니다. 무게중심이란 물체의 무게가 어느 한 점에 집중되어 있다고 간주할 수 있는 지점을 의미합니다. 일반적으로 무게중심이 아래쪽에 위치할수록 물체는 더욱 안정적인 상태를 유지하며 외부의 충격에도 쉽게 넘어지지 않습니다. 이러한 원리를 활용하면 아주 좁은 면적 위에서도 물체를 안정적으로 세울 수 있는 신기한 현상을 구현할 수 있습니다. 균형 잡는 인형인 피에로 인형은 이러한 물리 법칙을 시각적으로 잘 보여줍니다. 피에로의 무게중심을 아래로 설계하면, 손가락 끝이나 좁은 줄 위에서도 넘어지지 않고 서 있을 수 있습니다. 만약 인형을 거꾸로 세우려 하여 무게중심이 위로 향하게 되면 금세 균형을 잃고 쓰러지지만, 무게중심이 지지점보다 아래에 있도록 배치하면 마치 마법처럼 스스로 중심을 잡습니다. 이는 물체가 기울어지더라도 다시 원래의 안정된 상태로 돌아오려는 성질 때문입니다. 무게중심을 찾는 방법은 생각보다 간단합니다. 긴 자의 양끝에 손가락을 대고 천천히 가운데로 모으다 보면, 어느 지점에서 자가 수평을 유지하며 멈추게 됩니다. 이곳이 바로 해당 물체의 무게중심입니다. 만약 중심에서 조금이라도 벗어나게 되면 한쪽으로 무게가 쏠리면서 자는 기울어지게 됩니다. 수평을 맞출 때 중심에서 거리가 멀어질수록 기울어지는 힘이 강해지기 때문에, 정확한 중심점을 찾는 것은 물체의 평형을 이해하는 데 매우 중요한 과정입니다. 물체가 기울어질 때 다시 되돌아오는 원리는 회전축과 무게중심 사이의 거리 변화로 설명할 수 있습니다. 무게중심이 아래에 있을 때는 물체가 한쪽으로 기울어지면 반대편의 길이가 상대적으로 길어지면서 다시 원래 위치로 끌어당기는 복원력이 작용합니다. 반면 무게중심이 위쪽에 있으면 기울어지는 방향으로의 거리가 더 길어져 결국 중력에 의해 바닥으로 추락하게 됩니다. 즉, 무게중심의 높낮이가 물체의 복원력과 안정성을 결정짓는 결정적인 요소가 되는 셈입니다. 이러한 과학적 원리는 우리 실생활 곳곳에 숨어 있습니다. 대표적인 예로 오뚝이는 아랫부분을 무겁게 만들어 아무리 밀어도 다시 일어나는 구조를 가집니다. 또한 과거 우리 조상들이 양동이에 물을 담아 지게로 나를 때 균형을 잡던 지혜 속에도 무게중심의 원리가 담겨 있습니다. 한쪽으로 기울어질 때 반대되는 힘이 작용하여 다시 평형을 유지하도록 돕는 이 원리는, 단순한 장난감을 넘어 건축과 운송 등 다양한 분야에서 안전을 지키는 핵심적인 역할을 수행하고 있습니다.

국립과천과학관👩‍🔬과학원리체험@home

물리학

[그림으로 보는 과학뉴스] 대전과학벨트에 외국인투자지역

대전 유성구에 위치한 국제과학비즈니스벨트에 첫 단지형 외국인 투자지역이 조성된다는 소식은 국내 과학기술계에 큰 활력을 불어넣고 있습니다. 이번 지정은 산업통상자원부의 심의를 통과하며 공식화되었으며, 약 2,100억 원의 생산 유발 효과가 기대됩니다. 단지형 외국인 투자지역은 외국인 투자를 활성화하기 위해 임대료 감면 등 다양한 혜택을 제공하는 공간으로, 지난 2016년부터 과학기술정보통신부와 대전광역시가 긴밀히 협력해 온 결실입니다. 이는 단순한 공간 조성을 넘어 글로벌 과학 기술의 거점으로 도약하기 위한 중요한 발판이 될 것입니다. 국제과학비즈니스벨트 조성의 핵심 목적은 세계적 수준의 기초과학 연구 환경을 구축하고, 이를 비즈니스와 융합하여 새로운 성장 동력을 창출하는 데 있습니다. 단순히 연구 시설만 모아놓는 것이 아니라, 기초과학의 성과가 산업 현장으로 자연스럽게 흘러 들어갈 수 있는 생태계를 마련하는 것이 핵심입니다. 이를 통해 대한민국은 세계적인 기초과학 연구의 중심지로 거듭나고, 미래 산업을 선도할 수 있는 기반을 갖추게 됩니다. 기초과학과 비즈니스의 결합은 국가 경쟁력을 높이는 강력한 엔진이 되어 줄 것이며, 장기적인 관점에서 국가의 미래를 설계하는 중요한 사업입니다. 이 거대한 프로젝트의 중심에는 기초과학연구원(IBS)과 대형 연구 시설인 중이온 가속기가 자리 잡고 있습니다. 중이온 가속기는 이른바 '거대과학'의 상징으로, 우주의 근원과 물질의 구조를 탐구하는 데 필수적인 장비입니다. 물리, 화학, 생명과학 등 다양한 분야의 연구단이 이곳에서 세계적인 수준의 연구를 수행하며 지식의 지평을 넓혀가고 있습니다. 이러한 대규모 인프라는 국내외 우수한 인재들을 불러 모으는 강력한 유인책이 되며, 기초과학 분야에서 한국의 위상을 높이는 데 결정적인 역할을 합니다. 이는 곧 응용 연구와 개발 연구로 이어지는 튼튼한 뿌리가 됩니다. 국제과학비즈니스벨트는 연구자들만의 고립된 섬이 아니라, 주거와 교육, 의료, 문화가 어우러진 복합적인 정주 환경을 지향합니다. 연구원들이 안정적으로 연구에 몰입할 수 있도록 도시 기반 시설을 확충하고, 기업과 학계가 유기적으로 연계될 수 있는 네트워크를 구축하는 것이 사업의 주요 내용입니다. 이러한 환경은 국내외 기업들이 국제과학비즈니스벨트 내로 유입되는 동기를 부여하며, 연구 성과가 실제 비즈니스 모델로 전환되는 속도를 높여줍니다. 결국 국제과학비즈니스벨트는 과학 기술과 산업 역량이 결합하여 시너지를 내는 거대한 혁신 클러스터로서, 지역 경제 활성화와 국가 균형 발전에도 크게 기여할 것입니다. 과거 대한민국이 제조와 생산 중심의 경제 성장을 이루었다면, 이제는 기초과학을 바탕으로 한 기술 강국으로 진화해야 할 시점입니다. 정부의 꾸준한 지원과 국제과학비즈니스벨트와 같은 상징적인 인프라 구축은 기초과학에 대한 국가적 의지를 보여주는 중요한 지표입니다. 기초과학의 성과가 비즈니스로 연결되기까지는 오랜 시간이 걸릴 수 있지만, 그 과정에서 축적된 지식과 인재는 미래 세대에게 소중한 자산이 될 것입니다. 국제과학비즈니스벨트가 완성됨에 따라 청년 과학도들이 꿈을 펼칠 수 있는 무대가 넓어지고, 대한민국이 진정한 의미의 과학 기술 선진국으로 자리매김하기를 기대해 봅니다.

국립과천과학관

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