원자에서 인공지능까지, 하나로 이어진 물질의 세계를 탐험하는 8가지 과학 개념 이야기

우리의 삶과 무관한 것으로 과학을 오해하고 흥미를 잃어버린 청소년들을 위해 과학의 여덟 가지 핵심 주제를 친근한 이야기로 풀어썼다. 과학이 실험과 탐구를 거듭하여 오늘날에 이르기까지의 이야기를 들려준다. 과학적 사고가 싹튼 이야기, 참과 거짓을 하나둘 증명해 내면서 발달한 과학 개념들, 그리고 과학적 진리를 알기 위해 헌신한 과학자들의 삶의 이야기가 흥미롭게 담겨 있다.

V. 원자 : 세상의 모든 것은 원자로 되어 있다 13
1. 원소에서 빛이 나오다 17
햇빛이 들지 않는 파리ㆍ라듐의 색깔이 아름다웠으면ㆍ방사능은 무엇일까?
2. 원소들 사이에 질서가 있다 27
물질 분열시키기ㆍ데이비의 전기 분해와 돌턴의 원자 모형
아보가드로의 분자ㆍ분광학, 원자의 빛ㆍ주기율의 수수께끼가 풀리다
3. 원자를 쪼개다 53
당신이 원자를 본 적이 있어?ㆍ알파 입자의 산란 현상은 악마 같다
방사능은 원소 변환이다ㆍ헨리 모즐리의 원자 번호
이상하고 요상한 양자의 세계
4. 원자에서 핵에너지를 꺼내다 78
인공적으로 핵분열시키기ㆍ우왕좌왕 핵폭탄 만들기ㆍ세상의 파괴자가 되다

VI. 빅뱅 : 우주의 기원을 탐구한다는 것의 의미 91
1. 별을 보다 95
세페이드 변광성과 사진 기술ㆍ여성 계산원, 헨리에타 레빗
빛, 우주에서 온 메신저ㆍ태양의 구성 성분은 무엇일까?
2. 은하를 보다 112
안드로메다는 성운일까, 은하일까?ㆍ아인슈타인과 르메트르의 논쟁
우주는 팽창한다
3. 빅뱅을 보다 127
우주가 5분 만에 만들어졌어ㆍ가모브와 호일의 논쟁ㆍ우주 배경 복사의 관측
4. 우주의 소리를 보다 144
코비 위성이 찾아낸 빅뱅의 얼굴ㆍ허블 망원경과 더블유맵
우주의 이야기는 우리의 이야기ㆍ시작이 있으면 끝이 있다

VII. 유전자 : 생물의 특성은 어떻게 전해지는 것일까? 161
1. 유전은 운명이다 165
우생학의 그림자ㆍ수수께끼 중의 수수께끼ㆍ수도사 멘델의 정원
2. 초파리가 유전학을 세우다 178
돌연변이와 염색체의 등장ㆍ파리방(Fly Room)으로 오세요
초파리 유전자 지도를 그리다ㆍ진화론과 유전학이 만나다
3. DNA 구조를 보다 194
세균의 형질 전환ㆍ누가 추측이나 할 수 있었겠어?
한 명의 여성 과학자와 세 명의 과학자ㆍ복제, 정보, 변이
4. 인간 유전체를 알다 210
유전자에서 단백질로ㆍ필요한 단백질만 만든다ㆍ재조합 DNA 기술
이제 인류가 연구할 대상은 인간이다

VIII. 지능 : 왜 인간일까? 231
1. 마음은 뇌의 활동이다 235
놀라운 가설ㆍ위대한 뇌과학자, 카할ㆍ신경 세포가 말하다
2. 기억, 감정, 공감 248
기억 저장의 분자적 메커니즘ㆍ감정은 가치 판단 능력이다
거울 신경 세포와 공감 능력
3. 인공지능의 역사 263
튜링 기계의 탄생ㆍ기계는 생각할 수 있을까?ㆍ기계가 자율 학습을 한다고?
4. 인공지능 시대에 우리가 해야 할 일 279
‘지능을 가졌다’는 것은 무슨 뜻일까?ㆍ사회적 지능과 메타인지
인공지능의 역습에 어떻게 대처할 것인가
더 읽어 볼 책 & 참고 문헌 291

유독 마리 퀴리만 베크렐의 우라늄 방사선에 관심을 가졌어. 그녀는 방사선을 방출하는 다른 원소가 있는지 찾아보기로 결심했어. 퀴리 부부는 그때까지 알려진 70가지 원소를 대상으로 체계적인 조사에 착수했지. 그 결과 토륨에서 우라늄과 같은 방사선이 나오는 것을 발견했어. 우라늄과 토륨은 몇 년 혹은 몇 달 동안 똑같은 양의 에너지를 외부로 내놓았던 거야. 더위나 추위, 자기장, 진공관, 태양 광선, 화학 시약 등에 전혀 영향을 받지 않았는데도 말이지. 퀴리 부부는 이 현상을 방사능(radioactivity)이라고 처음으로 명명했어. 방사능 원소의 중요성을 알아본 거야. 2권 19쪽그런데 일반 상대성 이론을 우주 전체에 적용했더니 이상한 결과가 나오는 거야. 우주가 대단히 불안정했어. 중력 때문에 우주의 모든 물체가 서로 잡아당겨서 파국을 맞이했어. 여러 개의 볼링공이 있는 고무판을 상상해 보자. 각각의 볼링공은 깊은 웅덩이를 만들겠지. 두 개가 서로의 웅덩이로 굴러갈 것이고, 더 깊은 웅덩이가 만들어질 거야. 마침내 그 웅덩이가 다른 공들까지 끌어들이겠지. 결국 거대한 하나의 웅덩이로 빠져 버리는 종말이 그려질 거야. 이렇게 우주는 스스로를 파괴시키는 운명이었어. 아인슈타인은 이 우주의 운명을 도저히 받아들일 수가 없었지. 그는 우주가 고요하고 영원하고, 변함없다고 생각했거든. 아인슈타인은 고심 끝에 자신의 중력 법칙에 우주 상수를 포함시켰어. 우주학자나 천문학자들은 아인슈타인의 우주 상수에 만족했어. 많은 과학자들은 우주가 변하지 않는다고 믿었거든. 그런데 천재의 아이디어인 우주 상수에 반대하는 과학자가 나타났어. 러시아의 천문학자 알렉산드르 프리드만은 수학적 기법을 이용해서 우주가 팽창할 수 있다는 것을 보여 주었어. 2권 120쪽감정이 있어야 무엇이 좋은지 나쁜지를 가치 판단할 수 있어. 그래서 감정을 가치 판단 능력이라고 해. 특히 다른 사람과 소통하는 데 감정이 중요해.
다윈은 인간이 어떻게 감정을 갖게 되었는지를 탐구하고 『인간과 동물의 감정 표현』이라는 책을 썼어. 진화의 과정에서 공동체 생활을 하던 인간은 다른 사람의 마음을 느끼고 이해할 필요가 있었어. 우리가 느끼는 기쁨, 슬픔, 혐오, 분노, 행복 등의 감정에는 사회적 관계가 들어가 있어.
우리가 진정으로 무언가를 깨우친다면 감정의 변화를 동반해. 단순히 아는 것을 넘어서 마음이 움직일 때 진짜 배우는 거야. 학습이나 인간관계, 모든 면에서 감정은 중요한 역할을 해. 그런데 기계는 감정, 즉 가치 판단의 능력이 없어. 만약 기계가 감정을 갖는다면 주체적으로 의사 결정을 하겠지. 뇌과학자들은 감정을 연구하면서 인간을 인간답게 만들어 준 감정을 이해하게 되었단다.
2권 258쪽

누구나 빅 아이디어를 통해 과학의 세계로 들어간다! 4차 산업혁명과 인공지능 등 과학 기술이 우리 삶의 모습을 크게 바꿔놓을 것이라는 기대와 두려움 속에서 이제 과학은 이 시대 개인과 사회의 필수 교양이 되었다. 과학 지식 그 자체가 인문학의 범주에 들어와 버린 것이다. 오늘날 과학 없이는 누구도 미래를 상상하지 못한다. 그런데 과학을 이해하고 과학 기술이 일으키는 사회적 문제의 해결에 참여할 수 있는 능력이 거저 주어지지는 않는다.
누구나 어릴 적에는 과학에 흥미를 느끼는 순간이 있지만, 암기해야 하는 불변의 법칙들, 진저리나는 시험을 거치다 보면 어느새 과학은 삶에서 멀리 떨어진 학문이 되어 있다.
현대 사회에서 가장 중요한 것이 과학이라고들 하지만, ‘과학에 입문’하기란 쉽지 않다. 과학 교과서는 여전히 연관성을 찾기 힘든 개별적인 지식들로 채워져 있고, 과학 고전을 보려 해도 어려울 뿐더러 현대 과학의 성취까지 담아내지는 못한다.
과학의 핵심은 ‘결과’가 아니라 ‘과정’이다. 그런데 과학 교과서에는 과학의 역사에서 잘못된 이론으로 판명난 것들을 제거하고 결과만을 열거하고 있다. 학생들은 과학이 오류를 수정해 가는 과정에서 발전했다는 사실을 모르는 채, 처음부터 과학이 훌륭했던 것으로 여기고 쉽게 사고를 확장하려 하지 않는다. 과학적 사고를 체화하고 과학적 성취의 비결을 알기 위해서는 과학의 역사가 꼭 필요하다. 그렇다고 기존과 같이 사건의 시간적 순서로 된 과학의 역사는 역사적 사실의 나열 이상의 의미를 갖기 힘들 것이다.
이 책은 과학의 빅 아이디어로 일컬어지는 개념들로 과학의 역사를 재구성함으로써 과학의 세계로 들어가는 독특하고도 흥미로운 길을 제시했다. 빅 아이디어를 중심에 놓고 과학적 발견 과정을 추적함으로써 과학의 결과물이 아니라 과학자들이 했던 질문, 그리고 그 질문에 답하기 위해 필요했던 용기와 끈질김, 과학적 성취의 기쁨에 더욱 실감나게 다가가 과학을 보는 새로운 눈을 제시해 준다. 고대로부터 현대의 최신 과학까지 이어진 생각들을 통합하여, 분화되고 개별화된 과학의 세계를 하나로 꿰뚫는다. 그 과정에서 과학을 사회적 시대적 문제를 해결하는 인간의 이야기로 통찰하게 돕는다. 과학 개념이 사람과 사건, 삶의 이야기로 되살아난다이 책은 우리의 삶과 무관한 것으로 과학을 오해하고 흥미를 잃어버린 청소년들을 위해 과학의 여덟 가지 핵심 개념을 친근한 이야기로 풀어썼다. 저자 정인경은 신화적 설명에 맞서 스스로 생각하기 시작한 그리스의 자연철학자들의 질문으로 시작하여 물질, 에너지, 진화, 원자, 빅뱅, 유전자, 지능에 이르는 빅 아이디어를 하나하나 풀어 나간다.
고대 그리스의 자연철학자들로부터 시작한 과학적 전통은 모른다는 것을 인정하고 열린 마음으로 세상을 바라보라는 소크라테스 철학으로 연결되며 이후 수많은 과학자들의 탐구 정신으로 면면히 이어졌다. 과학이 오늘에 이르기까지 그 배경에는 끈질기게 자연현상을 관찰하고 수없이 질문을 던지며 과학적 사실을 밝히기 위해 애쓴 과학자들이 있었다. 빅 아이디어는 이런 과학자들의 삶에서 비롯되었다. 세상의 근본 물질이란 무엇인가? 생명은 어떻게 이어지는가? 에너지의 정체는 무엇인가? 지금의 과학 기술 문명을 만든 위대한 질문과 발견의 순간들을, 도전하고 모험하는 과학자들의 인간적인 이야기와 함께 읽다 보면 과학 개념의 큰 흐름이 저절로 잡히게 된다.
또한 우리가 잘 몰랐던 과학자들의 뒷이야기는 과학을 더욱 친근하게 만들어 준다. 음악가인 아버지의 영향으로 악기를 응용한 자유 낙하 운동 장치를 발명한 갈릴레오, 전자기파를 발견하기까지 헤르츠의 인내, 어린 딸의 죽음으로 주류였던 창조론을 회의하고 용기 있게 진화론을 확립한 다윈, 상대성 이론으로 큰 획을 그었지만 확장하는 우주론을 폄훼하는 실수를 저지르기도 했던 아인슈타인 등등. 그 가운데 천체까지의 거리를 알 수 있는 법칙을 발견한 헨리 레빗, 태양의 구성 원소를 밝힌 페인가포슈킨이나, DNA의 구조를 파악하는 데 큰 역할을 했지만 크릭과 왓슨의 그늘에 가려진 로잘린드 프랭클린의 이야기 등 남성 중심의 과학 세계에서 과학 발전에 지대한 공헌을 한 여성 과학자들의 이야기도 빠지지 않는다.
이 책은 과학자들이 어떤 시도와 실패를 거쳐 하나의 결론에 도달했는지, 그것이 어떤 반론과 갈등을 이겨 내고 현재에 이르렀는지를 생생하게 펼쳐내면서 교과서의 딱딱한 과학 개념들을 삶의 이야기로, 감수성 있는 과학으로 살려냈다. 과학은 인간을 가장 깊숙이 이해하는 열쇠다. 책 1권에서는 과학에서의 질문의 중요성과 함께 물질, 에너지, 진화를, 2권은 원자, 빅뱅, 유전자, 지능을 다루었다. 1, 2권은 20세기 이전과 이후로 나뉘었는데 앞선 개념들이 기초가 되어 현대 과학으로 확장하며 전체를 이룬다.
세상이 물질로 되어 있다는 단순한 깨달음에서, 원자라는 개념이 성립되고 더 작은 입자가 발견되기까지, 진화론이 제기되고 분자생물학이 진화의 메커니즘을 규명하기까지, 원소의 규칙성이 밝혀지고 빅뱅 이론이 인정받기까지, 신경 세포의 작용 원리에서 인공지능까지, 과학의 빅 아이디어를 따라가면 과학 교과서에서 단편적으로 접했던 개념들이 하나로 이어지면서 과학이 세상에 대한 이해만이 아니라 인간 자신을 설명하기 위한 치열한 현장이었음을 알게 된다. 빅 아이디어들은 모두 과학이 밝혀내고자 한 인간학이다. 커다란 과학의 질문과 대답을 통해서 인간은 자신의 존재의 이유와 위치를 숙고하게 되었다. 그래서 과학은 인간을 가장 깊숙이 이해하는 열쇠다. 빅 아이디어를 중심에 두고 인간으 이야기를 풀어낸 이 책은 그런 관점에서 진정 통합적이고 인문학적인 과학책이다.