이인식의 멋진과학 2

이인식 지음

고즈윈 / 2011년 7월 / 388쪽 / 13,800원



대대로 가난한 사람들

가난이 대물림되어 서러워하는 사람이 아직도 우리 주변에 적지 않다. 부자의 자손들이 잘사는 것이야 문제 삼을 일이 아니지만 가난한 부모를 둔 탓에 평생 동안 밑바닥 삶을 꾸려 나가는 사람들이 많다면 사회문제가 아닐 수 없다. 사회학자들은 가난한 집안의 자식들이 가난하게 사는 원인을 다각도로 분석했다. 카를 마르크스는 『자본론』(1867)에서 가난은 개인적인 문제가 아니라고 주장했다. 그는 노동자가 자신의 보수를 능가하는 가치를 생산하고서도 이 잉여가치를 자본가에게 착취당하고 있다고 본 것이다.

1959년 미국 인류학자 오스카 루이스(1914~1970)는 '빈곤의 문화'라는 이론을 제시했다. 루이스는 가난이 대물림되는 것은 사회적 요인보다는 개인이 속한 집단의 문화 때문이라고 강조했다. 그러나 사회학자들의 어느 이론도 완벽한 설명을 하지 못했다. 이런 상황에서 획기적 돌파구를 마련한 것으로 평가되는 이론이 인지신경과학자에 의해 발표되었다. 인지신경과학은 지각, 언어, 기억, 학습과 같은 인지 기능이 뇌의 신경회로에서 발생하는 매커니즘을 탐구하는 분야이다. 미국 펜실베이니아대 마사 파라는 어린 시절 가난이 인지능력의 발달을 저해하여 성인이 된 뒤 사회경제적 지위(SES)에 부정적 영향을 미친다는 이론을 내놓았다.

2006년 『뇌 연구(Brain Research)』 9월 19일 자에 실린 논문에서 파라는 궁핍한 가정에서 자란 아이의 작업 기억(working memory)이 중산층 자녀보다 용량이 작은 것으로 나타났다고 주장했다. 작업 기억은 장기를 둘 때 말들을 움직이는 방법을 아는 것처럼 당면한 과제와 관련된 정보를 기억하는 능력이다. 작업 기억은 언어의 이해, 읽기, 문제해결에 결정적인 능력이다. 파라에 따르면 가난한 어린이는 열악한 환경에서 뇌가 제대로 발육하지 못해 어른이 되어서도 중산층 가정 출신과의 경쟁에서 패배하여 결국 사회경제적으로 하위 계층에 머물 수밖에 없는 것이다.

파라의 획기적인 연구 결과는 코넬대의 게리 에반스와 미셸 샘버그에 의해 이론적 타당성이 확인되었다. 두 사람은 가난한 어린이들의 뇌 기능 발육에 영향에 미치는 요인을 밝혀내기 위해서 백인 남녀가 엇비슷하게 섞인 195명을 대상으로 연구를 했다. 실험 대상자들이 평생 동안 받는 스트레스의 양을 측정하기 위해 혈압, 비만, 스트레스 호르몬 등을 조합한 지수의 값을 측정했다. 이 지수의 값이 높은 사람은 스트레스가 많은 생활을 한 것으로 평가된다.

연구 결과 궁핍한 어린 시절을 보낸 사람들이 중산층 가정 출신보다 이 지수가 더 높게 나타났다. 작업 기억의 용량 역시 차이가 났다. 중산층 출신의 작업 기억은 평균 9.4건을 보유하지만 빈곤층 출신은 8.5건에 머물렀다. 두 가지 연구 결과에서 가난한 사람은 어린 시절 스트레스를 많이 받아 작업 기억이 손상당한 것이라는 결론이 도출되었다. 2009년 『미 국립과학원 회보(PNAS)』 온라인판 3월 30일 자에 발표한 논문에서 가난이 대물림되는 까닭은 어린 시절 받은 스트레스 때문이라고 주장했다. 사회 밑바닥의 사람들은 일상적으로 스트레스에 시달린다. 대대로 가난한 서민들이 스트레스를 극복하도록 도와주는 사회적 장치는 어떤 것이 있을까. (2009년 4월 25일)

2045년 특이점 통과한다

미국 실리콘밸리에 미래학 전문 교육기관 '특이점 대학'(Singularity University)이 문을 열었다. 2008년 9월 설립된 이 대학은 올여름 첫 입학생으로 40명을 선발해 9주간의 과정을 가르칠 예정이다. 사전을 보면 특이점은 '특별히 다른 점'(singular point)을 의미하지만 과학기술 분야에서는 전혀 다른 뜻으로 사용된다. 1993년 미국의 수학자이자 과학소설 작가인 버너 빈지는 「다가오는 기술적 특이점-포스트휴먼 시대에 살아남는 방법」이라는 논문을 발표하고 인간을 초월하는 기계가 출현하는 시점을 처음으로 특이점이라고 명명했다. 빈지는 생명공학, 신경공학, 정보기술의 발달로 2030년 이전에 특이점을 지나게 될 것이라고 주장했다. 특이점은 인류에게 극적인 변화가 일어난다는 의미에서 일종의 티핑 포인트라고 할 수 있겠다. 그렇다면 특이점은 정녕 언제 나타날 것이며 그때 인류의 운명은 어찌될 것인가.

미국의 컴퓨터 이론가 레이 커즈와일은 『특이점이 다가온다』(2005)에서 2030년 전후에 지능 면에서 기계와 인간 사이의 구별이 사라질 것이라고 전망했다. 미국의 로봇공학 전문가 한스 모라벡은 『로봇』(1999)에서 2050년 이후 지구의 주인은 인류에서 로봇으로 바뀌게 된다고 주장했다. 그는 이러한 로봇이 인류의 정신적 유산을 물려받게 될 것이므로 일종의 자식이라는 의미에서 '마음의 아이들'이라고 불렀다.

영국의 로봇공학자 케빈 워릭 역시 『로봇의 행진』(1997)에서 21세기 지구의 주인은 로봇이 될 것이라고 단언했다. 워릭은 2050년 기계가 인간보다 더 똑똑해져서 인류의 삶은 기계에 의해 통제되고 기계가 시키는 일은 무엇이든지 하지 않으면 안 되는 처지에 놓일 것이라고 전망했다. 남자들은 포로수용소 같은 곳에서 거세된 채 노동자로 사육된다. 여자들 역시 오로지 아이를 낳기 위해 사육된다. 여자들은 50여 명 정도 아기를 낳은 뒤에 쓰레기처럼 소각로에 버려진다. 워릭 교수의 가상 시나리오는 영화 「매트릭스」(1999)를 떠올리게 한다. 2199년 인공지능 기계와 인류의 전쟁으로 폐허가 된 지구에서 인간들은 땅속 깊은 곳에서 기계에게 에너지를 공급하는 노예로 사육되기 때문이다.

지난 5월 초 미국에서 개봉된 영화 「초월적 인간」 역시 인간과 기계의 미래를 다루고 있어 주목을 받고 있다. 이 영화는 GNR 기술, 곧 유전공학(G), 나노기술(N), 로봇공학(R)의 발달로 2045년 특이점이 온다는 뜻이다. 더욱이 커즈와일의 개인적 이야기가 뒤섞여 영화에 대한 관심이 증폭되고 있다.

커즈와일은 나치의 핍박을 받다가 사망한 아버지를 못내 그리워해서 그의 부활을 꿈꾼다. 아버지의 무덤에서 나노로봇으로 유전자를 추출해 낸 다음에 아버지의 친지들로부터 그에 관한 정보를 긁어모아 추가하면 생전의 아버지 모습을 생생히 되살릴 수 있다고 본 것이다. 특이점 대학을 설립한 사람이 바로 커즈와일이다. 그는 인류의 미래에 관련된 문제의 해결책을 모색할 생각이다. 우리나라에서도 한두 명쯤 다녀왔으면 좋겠다. (2009년 6월 6일)

해수면 1미터 상승의 재앙

지구가 점점 더워지면서 바닷물이 불어나고 있다. 20세기에 해수면이 상승한 요인은 세 가지로 분석된다. 영국 주간지 『뉴 사이언티스트』 7월 4일 자에 따르면 가장 크게 영향을 미친 요인은 알래스카와 히말라야의 빙하와 만년설이다. 앞으로도 지속적으로 녹아내리면 2100년까지 해수면을 10~20센티미터 높일 전망이다. 두 번째 요인은 바다 온도의 증가에 따른 육지 근처 물의 팽창이다. 바닷물이 열에 의해 팽창하면 2100년까지 해수면을 20센티미터 끌어올릴 것 같다. 세 번째 요인은 그린란드와 남극의 대빙원이다. 20세기에는 해수면 상승에 미친 영향이 미미했지만 지구온난화에 따라 2100년까지 해수면을 1미터 이상 높일 것으로 예상된다. 이런 추정을 합산하면 21세기 말까지 해수면은 적어도 1.3미터 이상 상승할 가능성이 높다.

그러나 2007년 유엔 정부간기후변화위원회(IPCC)가 발표한 지구온난화 4차 보고서는 2100년까지 해수면이 19~59센티미터 상승한다고 전망했다. 결국 이 보고서와 견해를 달리하는 기후과학자들의 주장이 주목을 받을 수밖에 없다. 2007년 독일 기후 전문가 스테판 람스톨프는 『사이언스』 1월 19일 자에 발표한 연구 결과에서 해수면이 0.5~1.4미터 상승할 것이라고 전망했다. 람스톨프는 지난 120년 동안의 자료를 근거로 미래를 예측하는 단순한 방법을 채택했지만 IPCC 전망치와 달리 해수면이 1~2미터 상승할 것이라는 기후과학자들의 예측을 뒷받침하는 결과를 내놓은 셈이다. 멕시코의 지구과학자 폴 블랜천은 더 비관적인 연구 결과를 발표했다.

그는 해수면이 오늘날보다 6미터가량 높았던 빙하기에 형성된 산호초를 연구하고 바닷물이 갑자기 치솟을 경우 최대 높이를 추정했다. 2009년 『네이처』 4월 16일 자에 발표한 논문에서 향후 50~100년 안에 어느 순간 바닷물이 3미터까지 솟구칠 것이라고 주장했다. 어쨌거나 그린란드와 남극을 연구하는 대부분의 빙하학자들은 IPCC와 달리 21세기 말까지 해수면이 적어도 1미터는 상승할 것이라는 공감대를 형성하고 있다.

해수면 1미터 상승으로 인류가 입게 될 피해는 끔찍할 정도이다. 현재 해수면보다 1미터 높은 땅에 사는 사람은 6,000만 명이며 2100년까지 1억 3,000만 명으로 늘어날 것이기 때문이다. 주로 동남아시아에 사는 이들은 물귀신이 될 운명이라는 뜻이다. 2005년 발표된 보고서에 따르면 해수면 1미터 상승으로 유럽 5개국의 1,300만 명도 피해를 볼 것 같다. 해수면이 상승하면 폭풍해일과 홍수가 발생하여 미국 동남부의 해안 도시 대부분이 허리케인 앞에 더 전전긍긍하게 될 것 같다.

『뉴 사이언티스트』는 커버스토리에서 네덜란드와 방글라데시가 대부분 물밑으로 사라지고 뉴욕, 런던, 시드니, 도쿄의 도로는 물에 잠길 것이라고 전망했다. 해수면 상승을 늦추기 위해 온실효과 기체의 방출을 억제함과 아울러 가급적이면 대도시에 고층 건물 짓는 것을 중단해야 한다고 충고한다. 특히 현재 해수면보다 겨우 4미터 높은 상하이에 마천루가 대규모로 건설되는 것에 우려를 표명했다. 해수면 상승은 피할 수 없는 재앙이며 전문가들이 예상한 것보다 훨씬 빠르게 진행되고 있다. 21세기에 세계 지도가 어떻게 바뀔지 누가 짐작이나 하겠는가. (2009년 7월 25일)

바보야, 문제는 IQ가 아니야

미국 대통령으로 8년 재직하는 동안 조지 W. 부시는 정적뿐 아니라 측근으로부터 사려 깊지 못한 정치인 취급을 받았다. 그는 생각이 짧고 곧잘 어리석은 언행을 일삼는 사람처럼 여겨졌다. 하지만 부시의 지능지수(IQ)는 120 이상으로 미국 인구의 상위 10퍼센트에 들 정도였다. 부시처럼 머리가 나쁘지 않은 사람이 바보 같은 행동을 하는 이유는 심리학의 흥미로운 연구 주제이다.

IQ 검사의 타당성에 의문을 제기한 대표적 이론가는 미국 하버드대 인지심리학자 하워드 가드너이다. IQ 검사는 단일한 지능에 의해 다른 지적 능력이 모두 형성된다는 전제하에 이른바 일반 지능을 측정한다. 그러나 가드너는 1983년 펴낸 『마음의 틀』에서 여러 개의 독립적인 지적 능력이 존재한다는 다중지능(MI) 이론을 제안했다. 다중지능 이론은 IQ 검사 자체를 인정하지 않는 셈이다.가드너처럼 지능의 개념을 다시 정의하려고 시도하는 대신 인지능력의 하나인 합리적 사고에서 실마리를 찾는 학자들도 적지 않다. IQ 검사는 기억, 추리, 학습 같은 지적 능력을 효과적으로 측정하지만 일상생활에서 의사결정 할 때 필요한 능력은 가늠하기 어렵기 때문이다. 가령 우리는 날마다 어떤 음식을 먹을지, 어느 회사의 주식을 살지, 누구와 연애를 해야 할지 결정하지 않으면 안 된다. 말하자면 합리적 사고를 잘할수록 복잡한 세상에서 성공적인 삶을 꾸려나갈 수 있다.

IQ 검사로 합리적 사고 능력을 가려낼 수 없는 까닭은 우리의 뇌가 두 가지 상이한 체계로 일상생활의 정보를 처리하기 때문이다. 하나는 직관 체계이고, 다른 하나는 숙고 체계이다. 직관 체계는 정보를 자동적으로 빠르게 처리한다. 가령 맞선 상대를 본 순간 금세 결혼을 결심한다. 숙고 체계는 정보를 깊이 생각해서 천천히 처리한다.

다시 말해 지능지수가 높은 사람도 직관으로 판단해서 엉뚱한 결정을 내릴 가능성이 크다고 할 수 있다. 지능지수가 높았음에도 불구하고 우둔한 사람으로 비친 부시가 그 좋은 예이다. 이런 문제를 15년 이상 연구한 캐나다 토론토대 응용심리학자 카이스 스태노비치는 지능과 직관 사이의 관계를 분석했다. 2008년 스태노비치는 《인성과 사회심리학 저널JPSP》 4월호에 실린 논문에서 지능이 높은 것과 직관적 판단의 오류에 빠지지 않는 능력 사이에는 아무런 관계가 없다고 주장했다.

이를테면 지능과 합리적 사고는 별개 능력이라는 뜻이다. 키가 크다고 누구나 유능한 농구 선수가 될 수 없는 것처럼 IQ가 높다고 누구나 합리적으로 의사결정을 하는 것은 아니라는 의미이다. 요컨대 IQ 검사로는 합리적 사고 능력을 측정하기 어렵다. 2009년 1월 스태노비치가 『지능검사가 놓친 것』이라는 제목의 책을 펴낸 것도 그 때문이다. 그는 《사이언티픽 아메리칸 마인드》 11~12월호에 기고한 글에서도 합리적 사고 능력을 측정하는 RQ(합리성 지수) 검사의 필요성을 역설했다. (2009년 12월 12일)

동물의 자살

3월 7일 제82회 아카데미상의 장편 다큐멘터리 부문은 〈코브〉가 수상했다. 미국 사진작가가 찍은 이 영화는 일본의 작은 어촌에서 돌고래를 포획해 식용으로 판매하는 현장을 보여 준다. 다큐멘터리 주인공은 돌고래 조련사에서 동물보호 운동가로 변신한 인물이다. 그는 자신이 길들이던 돌고래가 자살하는 사건을 겪고 충격을 받아 돌고래 보존 운동에 나선 것으로 알려졌다. 돌고래가 수조 밑바닥으로 가라앉으면서 호흡을 스스로 멈추는 순간을 목격한 주인공은 "돌고래는 사람보다 큰 뇌를 가진 동물이므로 사는 것이 힘들면 다음 숨을 내쉬지 않을 수 있다."고 말한다. 돌고래도 얼마든지 자살할 수 있다는 뜻이다. 동물이 사람처럼 스스로 목숨을 끊는 능력을 갖고 있다는 주장은 고대 그리스 때부터 논란의 대상이었다. 아리스토텔레스가 말이 자살한 이야기를 꺼냈기 때문이다.

스키티아 왕은 영리하고 잘생긴 망아지의 씨를 보존하기 위해 두건으로 눈을 가리고 어미 말과 짝짓기를 시켰다. 교미 직후 머리에 씌운 두건이 벗겨지면서 짝짓기 상대가 어미였음을 알게 된 수말은 미친 듯이 날뛰다가 결국 낭떠러지로 뛰어내려 자살했다. 1845년 영국 런던의 신문은 개가 자살한 사건을 보도했다. 값비싼 검정개가 스스로 강물 속으로 뛰어들어 바닥으로 가라앉으려고 했으며 몇 차례 건져 냈으나 다시 물속으로 몸을 던져 마침내 뜻을 이루었다는 기사가 실렸다. 1880년대 초 유럽에서는 전갈이 자살할 수 있다는 속설을 놓고 학자들 사이에 논쟁이 붙었다. 이베리아 사람들은 전갈이 불길에 휩싸이면 스스로 몸뚱이를 찔러 자살한다고 믿었다.

먼저 영국 동물학자가 이베리아의 속설대로 유리병 속에서 전갈이 반복적으로 자신을 파괴하는 장면을 관찰했다고 보도했다. 이에 대해 심리학자가 반론을 제기했다. 1883년 《네이처》에 발표된 논문이다. 전갈을 병 안에 넣은 뒤 열을 높이고 전기 충격을 가하는 실험을 한 결과 몸뚱이를 찌르는 행동을 되풀이했지만 자살하려는 것보다는 본능적으로 자극을 피하려는 단순한 몸짓으로 보였다고 주장했다. 이 연구는 동물이 계획적으로 자신의 목숨을 끊는 능력을 갖고 있다는 주장을 비판한 최초의 학문적 성과로 평가된다. 어쨌거나 동물의 자발적 죽음은 끊임없이 관찰되고 있다.

수많은 개들이 주인의 무덤 앞에서 굶어 죽었다. 침팬지 수컷이 어미가 죽은 뒤 단식 끝에 숨을 거두었다. 새끼가 죽자 나뭇가지에 목매달아 죽은 고양이도 있었다. 짝을 잃은 슬픔에 스스로 익사한 오리 이야기도 전해진다. 심지어 돌고래나 향유고래의 집단 자살이 목격되었다는 기록도 남아 있다. 1971년 200마리 이상의 향유고래가 함께 죽기 위해 영국의 해변으로 상륙한 것으로 알려졌다. 동물의 자발적 죽음은 인간의 자살을 이해하는 데 큰 도움이 된다. 3월 발행된 과학사 전문 계간지 《엔데버》에 실린 논문에서 영국 엑시터대 과학사학자 에드먼드 램스덴은 동물의 자살 현상을 연구함으로써 인간의 자멸적 본성을 파악할 수 있다고 강조한다. 전갈에서 사람까지 대부분의 동물은 생존 욕망과 함께 자신을 파괴하는 본능도 타고나는지도 모른다. (2010년 5월 1일)

집단지능의 두 얼굴