이인식의 멋진과학 1

이인식의 멋진과학 1

이인식 지음

고즈윈 / 2011년 6월 / 360쪽 / 13,800원



나노물질이 수상하다

석탄과 다이아몬드는 똑같이 탄소 원자로 구성되어 있지만 원자배열 상태가 달라 하나는 값싼 땔감으로, 다른 하나는 값비싼 보석으로 사용된다. 이처럼 물질의 특성과 가치는 원자들의 배열에 따라 결정된다. 따라서 원자들의 배열을 바꿔 줄 수 있다면 얼마든지 새로운 물질을 만들 수 있다.

원자의 크기는 나노미터로 측정된다. 1나노미터는 10억 분의 1미터로서, 사람 머리카락 굵기의 5만 분의 1에 해당된다. 이와 같이 극미한 원자나 분자를 개별적으로 다루어 전혀 새로운 성질과 기능을 가진 물질을 만드는 기술을 나노기술(NT)이라 한다. 2000년 1월, 빌 클린턴 미국 대통령은 처음으로 정부 차원의 나노기술 육성 계획을 발표하면서 나노기술은 “미국 의회도서관에 소장된 모든 정보를 한 개의 각설탕 크기 장치에 집어넣을 수 있는 기술”이라고 설명하였다.

나노기술은 나노물질(nanomaterial), 곧 지름이 1~100나노미터인 물질을 다룬다. 나노물질로 가장 각광을 받는 것은 탄소나노튜브(CNT)이다. 1991년 일본의 재료과학자가 전자현미경으로 검댕 얼룩에서 처음 발견한 탄소나노튜브는 지름이 1나노미터에 불과하지만 밧줄처럼 다발로 묶으면 인장력이 강철보다 100배 강하다. 따라서 하늘과 지구를 왕복하는 우주 엘리베이터의 꿈을 실현시켜 줄 소재로 각광을 받는다. 또한 1998년 서울대의 임지순 교수는 미국 캘리포니아대와 공동 연구를 하여 탄소나노튜브를 열 개 이상 밧줄처럼 꼬아 합성하면 금속 성질이 없어지면서 반도체처럼 전기 흐름을 제어할 수 있는 성질을 나타낸다는 사실을 밝혀냈다. 탄소나노튜브는 이처럼 뛰어난 여러 특성 때문에 야구 방망이나 골프채 같은 스포츠 용품에서부터 텔레비전과 컴퓨터의 평판 디스플레이 장치까지 전자산업, 생명공학, 보건의료, 에너지 등 다양한 분야에서 신제품을 탄생시킬 것으로 전망된다.

그런데 2003년 3월 미국화학회에서 황금알을 낳는 거위로 여겨진 탄소나노튜브가 독성을 지니고 있다는 충격적인 보고서가 발표되었다. 과학자들은 탄소나노튜브를 쥐의 폐 조직에 주입한 결과 질식사 했다고 밝히고 인체에 치명적인 상처를 입힐 수 있음을 경고했다. 탄소나노튜브는 덩어리일 때는 문제가 없던 물질도 나노크기의 입자가 되면 독성을 지닐 가능성이 높다는 것을 보여준 셈이다.

탄소나노튜브의 독성 문제를 놓고 논란이 확산되고 있는 가운데 2007년 2월 미 연방정부 환경보호국(EPA)이 발간한 백서는 가령 탄소나노튜브로 만든 야구 방망이가 깨질 때 독성을 지닌 나노입자가 방출되어 물이나 공기를 오염시킬 수 있다고 경고했다. 요컨대 탄소나노튜브는 제품 밖으로 노출될 가능성은 낮지만 높은 독성을 지닌 나노입자라는 잠정적인 결론이 났다. 앞으로 탄소나노튜브를 사용한 제품이 쏟아져 나올 터이므로 환경에 노출될 가능성은 갈수록 높아질 것임에 틀림없다. 탄소나노튜브를 계기로 나노입자가 사람의 건강과 환경에 나쁜 영향을 끼칠지 모른다는 이른바 나노오염의 문제가 대두되었다. 탄소나노튜브는 꿈의 신소재로 불리는 나노물질의 한 가지 사례에 불과할 따름이다. 화장품에서 가전제품까지 나노물질을 활용한 제품이 일상생활에 파고드는 상황에서 나노오염은 사회적 관심사가 되어야 마땅할 것이다.

화장품의 경우, 자외선을 막는 선 스크린(햇볕 타기 방지제)크림에 산화티타늄의 나노입자가 들어 있다. 미국의 《사이언티픽 아메리칸》 인터넷판은 환경 단체인 ‘지구의친구들(Friends of the Earth)’이 38개 사의 선 스크린을 분석한 뒤 나노입자를 사용하지 말 것을 요청했다고 8월 20일 보도했다. 한편 은나노입자는 휴대전화, 냉장고, 장난감, 도자기, 속옷, 콘돔 등 각종 생활용품에 항균성 피복 재료로 사용되고 있으며, 공기와 물로 배출될 가능성이 높다.

나노물질이 환경오염을 일으킬 조짐이 보이지만 미국 정부조차 아직 이렇다 할 대책을 세우지 못한 실정이다. 영국 주간지 《뉴 사이언티스트》는 7월 14일 자 논설에서 “나노기술이 환경문제의 덫에 걸려 제자리걸음을 하게 될지 모른다.”고 우려를 표명했다.(2007년 8월 25일)

로봇 자동차가 달려온다

2007년 11월 3일 미국에서 역사적인 로봇 자동차 경주 대회가 열린다. 미국 국방부(펜타곤)가 개최하는 이 대회의 명칭은 ‘다르파 도시 도전’(DARPA Urban Challenge)이다. 미군 최고의 과학 연구기관인 다르파(방위고등연구계획국)는 전투에 필요한 첨단 기술 프로젝트에 자금을 지원하며, 이렇게 개발된 원천기술은 대부분 기업으로 넘겨져 상용화되어 세계시장을 주도하고 있다.

로봇 자동차는 펜타곤이 심혈을 기울여 개발하는 무인 병기의 일종이다. 대표적인 무인 병기로는 무인 항공기와 무인 지상 차량을 꼽을 수 있다. 1985년부터 연구에 착수한 무인 지상 차량은 전쟁터에서 사람의 도움을 전혀 받지 않고 자율적으로 굴러다니면서 스스로 정찰임무를 수행하고, 장애물을 피해 나가면서 목표물을 공격할 수 있는 로봇 자동차이다.

무인 지상 차량의 출현은 전투 자동화 또는 전쟁 무인화가 현실로 다가오고 있음을 상징적으로 보여 준다. 미국 의회는 2015년까지 지상 전투 차량의 3분의 1을 무인화하도록 법률로 규정했다. 머지않아 싸움터에서 사람이 사라지고 감정이 없는 무자비한 로봇 병기가 주역으로 등장할지 모른다. 이처럼 군사활동의 컴퓨터 의존도가 증대함에 따라 자동화된 병기에 대한 인간의 통제가 불가능해질수록 그만큼 작전사령관도 모르는 사이에 컴퓨터의 지시로 전투가 발발할 개연성을 배제할 수 없게 되었다. 따라서 일각에서는 무공훈장이 병사보다는 로봇공학 전문가, 나아가서는 보고 듣고 움직일 줄 아는 살인 로봇의 몫이 될 것이라고 비꼰다.

펜타곤은 로봇 자동차의 개발을 지원하고 독려하기 위해 2004년 3월 13일 ‘대단한 도전’(Grand Challenge)대회를 열었다. 출전 자격은 스스로 속도와 방향을 결정해서 달리는 무인 차량에게만 주어졌다. 모양과 성능이 다른 25종의 자동차가 참가했다. 이들은 우승 상금 100만 달러를 거머쥐기 위해 로스앤젤레스에서 라스베이거스에 이르는 483킬로미터의 모하비 사막을 10시간 안에 완주해야 했다. 상세한 코스는 대회 시작 두 시간 전에야 공개되었다. 결승선을 통과하기는커녕 코스의 5퍼센트 이상을 내달린 차량조차 나타나지 않았다.

2005년 10월 8일 펜타곤은 ‘대단한 도전’ 대회를 다시 개최했다. 10시간 안에 모하비 사막을 212킬로미터 횡단하는 경주였다. 우승 상금은 200만 달러로 올랐다. 23대가 출전해 무려 5대가 결승선에 도착했다. 우승은 평균 시속 30.7킬로미터로 6시간 54분만에 완주한 ‘스탠리(Stanley)’에게 돌아갔다. 스탠퍼드대에서 만든 스탠리는 폴크스바겐을 개조한 것으로 지구위치측정위성(GPS) 시스템 수신기, 레이저 거리 측정 장치, 레이더, 스테레오 카메라, 각종 센서와 함께 랩톱컴퓨터 7대가 장착되었다. 2007년 11월 3일 열리는 ‘다르파 도시 도전’ 대회는 그 무대를 사막에서 대도시로 옮겨 실시된다. 무인 자동차들은 도시를 흉내 내서 만든 96킬로미터(60마일) 구간을 6시간 내에 완주해야 한다. 실제 도로처럼 코스에는 건물과 가로수 등 장애물이 나타나는데, 다른 차량들과 뒤섞여 교통신호에 따라 주행하면서 제한속도를 지키는 등 교통법규도 준수하고 잠깐 동안 주차장에도 들어가야 한다. 사람이 거리에서 차를 운전할 때와 거의 똑같은 조건에서 우승하는 무인 자동차가 나타날지 벌써부터 궁금하지 않을 수 없다.

10월 25일 다르파가 선정한 35개 차량이 대회가 열릴 장소인 캘리포니아 빅터빌에 집결한 것으로 알려졌다. 이 중에는 스탠퍼드대에서 만든 ‘주니어’도 들어 있다. 이들은 10월 26일부터 31일까지 일종의 예선전을 거치게 된다. 상금도 3등까지 수여되므로 경쟁이 더욱 치열할 것 같다. 우승자는 200만 달러, 2등은 100만 달러, 3등은 50만 달러를 받게 된다. 2030년쯤 사람의 도움을 받지 않고 거리를 누비는 승용차가 나타나게 되면 운전대를 잡을 필요가 없으므로 출퇴근을 하면서 차 안에서 다른 일을 처리할 수 있을 것이다. 얼마나 많은 사람이 운전하는 즐거움을 자동차에 기꺼이 양보할지는 두고 볼 일이다. (2007년 10월 27일)

우생학의 망령

지난 10월 25일 세계적인 유전학자인 미국의 제임스 왓슨(79)이 1968년부터 40년 가까이 몸담았던 암 연구기관인 콜드 스프링 하버연구소(CSHL)를 그만두었다. 왓슨은 1953년 25살 때 프랜시스 크릭과 함깨 유전자의 본체인 디옥시리보핵산(DNA)의 분자구조를 밝혀낸 공로로 1962년 노벨상을 받았으며 인간게놈프로젝트를 주도한 거물이다.

왓슨의 퇴진을 두고 뒷말이 무성하다. 영국 《선데이 타임스》 10월 14일자 인터뷰 기사가 빌미가 되었기 때문이다. 그는 9월에 발간된 저서인 『지루한 사람을 피하라Avoid Boring People』를 홍보하기 위해 런던에 가서 “아프리카의 장래에 대해 비관적인 생각을 갖고 있다. 왜냐하면 서방의 사회정책은 흑인과 백인의 지능이 동등하다고 전제하지만 사실은 그렇지 않기 때문”이라고 말했다. 그의 저서에도 흑인들이 백인들보다 지능이 열등하다고 주장한 대목이 나온다.

왓슨이 사회적 물의를 빚은 발언을 한 것은 이번이 처음은 아니다. 1997년 《선데이 텔레그래프》에는 "만일 배 속의 태아가 동성애자로 판명된다면 산모에게 낙태할 권한이 주어져야 한다."는 그의 말이 대서특필되었다. 그 밖에도 깜짝 놀랄 만한 발언을 곧잘 했다. 비키니를 입은 여인과 베일을 쓴 아랍 여인의 사진을 보여 주면서 햇빛에의 노출이 성적 충동과 관계가 있으므로 서양 여자들이 애인으로 라틴계 사내를 선호하는 것이라고 주장했다. 그는 유전자 검사를 해서 머리 나쁜 아기가 태어나는 것을 막아야 한다고도 말했다.

왓슨이 이번에 흑인 비하 발언을 한 것은 그가 우생학에 경도되었음을 보여 준다. 우생학은 소극적 우생학과 적극적 우생학으로 나뉜다. 전자는 생물학적 부적격자, 이를테면 정신이상자, 저능아 또는 범죄자를 집단으로부터 조직적으로 제거하려는 시도인 반면에 후자는 생물학적으로 우수한 형질을 가진 적격자의 수를 늘리려는 연구이다. 우생학은 20세기 초반부터 대부분의 국가, 특히 미국의 공식적인 정부 정책으로 채택되었다. 범죄, 빈궁 및 사회악에 대한 만능 약으로서 호소력이 대단했기 때문이다. 미국의 지배층은 하층민을 생물학적 열등자로 몰아붙여 그들에게 사회악의 모든 책임을 전가시킴으로써 자신들의 기득권 수호를 위해 공권력을 임의로 행사할 수 있다고 생각했던 것이다. 그러나 독일의 아돌프 히틀러가 “고등 인종인 아리아 민족의 피가 하등 인간의 피와 섞여서는 안 된다.”고 주장하며 유대인, 집시, 러시아인을 수천만 명 학살함에 따라 미국의 우생학 운동은 숨을 죽였다.

하지만 일부 노벨상 수상자들은 우생학을 지지하는 발언을 멈추지 않았다. 프랜시스 크릭은 “어떤 신생아를 막론하고 유전적 자질에 대한 검사를 받기까지는 인간으로서 인정되어서는 안 된다. 그 검사에서 실격하면 생존권을 박탈할 수밖에 없다.”고 주장했다. 1954년 노벨 화학상을 탄 라이너스 폴링은 “젊은이는 모름지기 각자의 유전자형을 나타내는 문신을 이마에 새겨야 한다. 그러면 무서운 유전병의 유전자를 가진 사람과 사랑에 빠지는 불행을 막을 수 있다.”고 말했다. 1956년 노벨 물리학상을 받은 윌리엄 쇼클리는 지능이 낮은 사람들이 자손을 많이 퍼뜨려 인류의 지능 수준을 저하시키므로 지능지수가 100 미만인 사람들은 아기를 낳지 못하도록 거세시켜야 한다는 극단적인 주장을 펼치기도 했다.

우생학에서 가장 논란거리가 되는 것은 지능의 유전성 여부이다. 1994년 10월 출간된 『종형곡선The Bell Curve』이 미국 사회를 발칵 뒤집어 놓은 것도 그 때문이다. 지능지수로 사람을 나누면 그 분포가 종 모양을 이룬다는 전제하에 저능아의 대부분이 흑인이라고 주장하여 베스트셀러가 되었다. 왓슨은 『종형곡선』의 주장을 확대 재생산한 셈이다. 왓슨의 인종차별적인 발언에 여론의 비난이 빗발친 까닭은 유전공학이 발달할수록 우생학의 망령이 되살아나서 인류를 불행하게 만들지도 모른다고 우려하는 사람들이 적지 않기 때문인 것 같다. 경제 능력에 따라 유전자가 보강된 슈퍼인간과 그렇지 못한 자연인간으로 인류 사회가 양극화되지 말란 법이 없을 테니까. (2007년 11월 3일)

죽음 너머의 세계

사람은 누구나 반드시 한 번 죽게 마련이지만 무덤 저쪽의 세계는 오랫동안 과학적으로 탐구가 불가능한 영역이었다. 죽은 사람은 말이 없으므로. 그러나 저승의 문턱까지 다녀온 사람들이 되살아난 경험담을 털어놓으면서 임사 체험(near-death experience)이라는 용어가 등장하게 된다. 미국 정신과 의사인 레이먼드 무디가 만든 이 용어는 죽음의 한 발 앞까지 갔다가 목숨을 건진 사람들이 죽음 너머의 세계를 엿본 신비스러운 체험을 일컫는다.

1975년 무디가 펴낸 『삶 이후의 삶Life After Life』은 1,300만 부 이상 팔린 베스트셀러가 되었다. 무디는 이 책에서 사망 선고를 받은 후 소생한 환자 150명의 사례 보고서를 제시했는데, 모든 임사 체험에는 비슷한 요소들이 나타난다는 결론을 내렸다. 같은 시기에 정신과 여의사인 엘리자베스 퀴블러 로스 역시 무디와 비슷한 결론에 도달했다. 1980년 심리학자인 케네스 링은 임사 체험에서 다섯 가지 요소가 똑같은 순서로 발생하는 경향이 있다고 발표했다. 임사 체험의 다섯 단계는 평화로운 감정, 유체 이탈 경험, 터널 같은 어둠으로 들어가는 기분, 빛의 발견, 빛을 향해 들어가는 단계를 가리킨다.

임사 체험자는 마지막 단계에서 아름다운 꽃이 가득하고 가끔 황홀한 음악이 들려오기도 하는 등 별천지에 온 듯한 느낌을 받는다. 죽은 가족이나 친구를 만나고 빛을 발하는 전능한 존재와 함께 이승에서의 삶을 되돌아본다. 결국 임사 체험자는 가족을 돌보기 위해서 또는 아직 마무리하지 못한 삶의 목적을 완수하기 위해 육신이 이승으로 되돌아가도록 권유받는다. 그러나 대부분 이승으로의 복귀를 별로 달가워하지 않는다고 한다. 저승이 낙원이어서일까, 아니면 이승이 고해이기 때문일까.

1982년 갤럽 조사를 보면 미국의 성인 800만 명, 즉 20명에 한 명꼴로 임사 체험을 한 것으로 나타났다. 그러나 많은 과학자들은 임사 체험을 죽어 가는 뇌에서 산소가 결핍되어 발생하는 환각일 따름이라고 일소에 부쳤다. 물론 환각 이론에 허점이 적지 않다. 뇌의 산소 결핍으로 발생하는 환각은 혼란스럽고 두려움이 뒤따르지만 임사 체험은 생생하며 평화로운 느낌을 수반하기 때문이다.

2001년 네덜란드 의사인 핌 반 롬멜은 영국 의학 전문지 《랜싯Lancet》 12월 15일 자에 이러한 환각 이론이 옳지 않음을 입증한 논문을 발표했다. 심장마비 뒤에 의식을 회복한 평균 62세의 환자 344명중에서 18퍼센트만이 임사 체험을 보고했기 때문이다. 임사 체험이 뇌의 산소 결핍에서 비롯된 환각이라면 모든 환자가 반드시 임사 체험을 했어야 한다는 뜻이다.

2006년에는 프랑스에서 제1회 ‘국제 임사 체험 의학 회의’가 열렸는데, 참가자들은 임사 체험이 단순한 환각일 수 없다는 결론을 도출했다. 미국 켄터기대의 신경생리학자인 케빈 넬슨 역시 독특한 연구 결과를 내놓았다. 《신경학Neurology》에 2006년 11월과 2007년 3월 두 차례 발표한 ‘렘 방해‘(REM intrusion)이론은 많은 지지를 받았다. 렘은 ‘급속한 안구 운동’(Rapid Eye Movement)이라는 뜻이다. 사람은 잠자는 동안 ‘렘수면’을 한다. ‘렘수면’은 눈꺼풀이 닫힌 상태에서 안구가 급속한 운동을 하는 단계이다. ‘렘수면’ 중인 사람을 깨우면 대개 꿈을 꾸고 있다고 말한다. 뇌가 극심한 스트레스를 받으면 ‘렘수면’ 중에 부분적으로 깨어 있게 되는데, 이러한 상태를 ‘렘 방해’라고 한다. ‘렘 방해’가 발생하면 뇌는 아직 수면 중이고 몸은 마비 상태이지만 정신은 깨어나 있기 때문에 근육이 마비된 듯한 착각을 하게 된다. 넬슨은 ‘렘 방해’로 사람들이 꿈속에서 자신의 몸이 완전히 마비되었다고 의식하기 때문에 자신이 실제로 죽었다고 믿게 되어 임사체험을 하게 되는 것이라고 설명했다.