과학의 성과

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과학의 성과

- 신은 우주를 창조하지 않았다

2001년 09월 19일

20세기 과학기술의 성과
아인슈타인(A. Einstein)의 상대론과 막스 플랑크(M. Planck)의 양자 가설로 20세기의 첫 장을 연 물리학은 곧이어 원자의 미세 구조를 밝히는 개가를 올렸다. 상대론은 시공간, 물질, 에너지를 혁명적으로 새롭게 보는 새로운 물리학의 패러다임을 제공했다. 하이젠버그(W. Heisenberg), 닐스 보어(N. Bohr)와 같은 물리학자는 불확정성 원리나 상보성 이론에 근거해서 원자나 전자와 같은 미시세계를 기술하는 양자 물리학의 체계를 세웠고, 이는 아인슈타인처럼 이를 받아들이지 않은 과학자들의 저항에도 불구하고 1927년 코펜하겐 해석을 기점으로 정설로 받아들여졌다. 1930년대에 과학자들은 인공핵변환에 성공했고, 이 성공은 핵에너지를 이용할 길을 열었다. 물리학자들은 중성자, 중간자(meson), 중성미자(neutrino)와 같은 새로운 입자를 가속기와 같은 기계와 우주선을 통해 발견했고, 20세기 후반에는 쿼크(quark)라는 더 근본적인 입자가 이런 소립자를 구성한다는 ＂표준이론＂(Standard Theory)이 제창되었다. 이어서 1970-80년대를 통해 여섯 가지 쿼크의 존재가 실험적으로 입증되었다. 최근 일군의 물리학자들은 여기에 만족하지 않고 10차원의 초끈(superstring)이 쿼크를 구성하는 더 근본적인 입자라는 가설을 발전시키고 있다.

천문학과 우주론에서도 비약적인 발전이 있었다. 19세기 과학자들은 우리의 태양이 속해있는 은하(the Milky Way)가 우주의 전부인줄 알았는데, 20세기 천문학은 우주 속에 이런 은하수와 비슷한 은하계가 수천 억 개 존재함을 보여주었다. 우주는 우리의 상상으로도 그 크기를 가름할 수 없을 정도로 커졌던 것이다. 우주에는 별 이외에도 퀘이저(quasar), 펄서(pulsar), 블랙 홀과 같은 것이 있음도 알려졌다. 1920년대 천문학자 허블(E. Hubble)은 관찰을 바탕으로 우주가 팽창하고 있다는 이론을 제창했으며, 이는 아인슈타인의 일반상대론과 잘 들어맞았다. 이에 근거해서 과학자들은 지금은 끔찍하게 방대한 우주가 오래 전에 (약 160억 년 전에) 한 점의 폭발에서 시작했다는 ＂빅뱅(Big Bang) 이론＂을 제창했다. 빅뱅 이론은 우주의 시작과 끝을 생각할 수 없다는 안정상태(steady-state) 이론과 오랫동안 논쟁을 거듭했지만, 우주의 배경복사(background radiation)처럼 빅뱅을 지지하는 증거가 발견됨에 따라 우주의 기원에 대한 정통 이론으로 자리잡았다.

의학의 발달은 평균수명의 놀라운 신장을 가지고 왔다. 20세기 초반에 선진국 국민의 평균수명이 45세였지만, 지금은 거의 80세에 육박하고 있다. 20세기 초반에 인간의 혈액형이 밝혀져서 수혈이 자유로와졌고, 곧이어 인슐린이 발견되어 당뇨병을 치료할 수 있게 되었다. 1928년 페니실린의 발견과 30년대 이의 대량 생산은 그 동안 인간이 속수무책이었던 결핵, 성병, 성홍열등 박테리아에 의해 야기된 질병을 획기적으로 치유할 길을 열어주면서 2차 세계대전에만 수백 만 명의 목숨을 구할 수 있었다. 유아사망률의 큰 비중을 차지했던 소아마비의 백신이 1950년대에 개발되었고, 1980년 세계보건기구는 지구를 통 털어 천연두가 박멸되었다고 선언했다. 인간의 의술은 사람을 치료하는 단계를 벗어나서 신만이 할 수 있다고 생각되던 새 생명을 만드는 일에도 개입하기 시작했다. 1978년 첫 시험관 아기인 루이스 브라운(Louis Brown)을 필두로 다양한 생식보조기술이 발달했다. 1960년대에 ＂성혁명＂의 기폭제가 된 피임약은 여성을 원하지 않는 임신으로부터 자유롭게 하면서 여성의 사회활동을 폭발적으로 증가시켰다. 장기 이식과 성전환 수술이 시작되었으며, 페이스메이커(pacemaker)와 같은 인공장기도 도입되고 점차 보편화되었다.

20세기에는 무엇보다 생물학의 발전이 두드러졌다. 1900년 멘델(G. Mendel)의 유전법칙이 다시 발견되면서 다윈(C. Darwin)의 진화론과 유전학 사이에 교두보가 만들어 졌다. 이후 유전학자들은 눈에 보이지 않는 유전자(gene)에 생명체의 비밀이 숨어 있다고 생각하고 이 본질을 규명하는데 총력을 기울였다. 미국 유전학자였던 모르간(T.H. Morgan)은 초파리를 대상으로 유전자의 비밀을 연구했고, 뮐러(H.J. Müller)는 X선으로 유전자의 변형을 일으켜서 돌연변이를 연구했다. 양자물리학에 중요한 공헌을 하였던 슈뢰딩거(E. Schrödinger)는 그의 「생명이란 무엇인가」(1945)라는 책에서 유전정보가 마치 모르스 부호처럼 유전자에 각인 되어 있음을 주장했다. 유전자가 효소와 단백질 합성에 관여한다는 사실도 밝혀졌고, 이런 분자 생물학 연구가 축적되면서 유전자가 염색체(chromosome)의 DNA에 있다는 사실도 밝혀졌다. 생명체의 비밀이 유전정보의 형태로 DNA에 있음이 밝혀진 것이다.

DNA의 구조를 밝히는 것은 1950년대 초반 최고의 숙제였다. 1953년 제임스 왓슨(J. Watson)과 프랜시스 크릭(F. Crick)은 라이너스 폴링(L. Pauling)이라는 거장을 따돌리고 DNA의 이중나선 구조와 그 복제의 메커니즘을 최초로 규명했다. 이후 1959년 크릭에 의해 DNA의 명령과 RNA의 매개에 의해 단백질 합성이 일어난다는 ＂센트럴 도그마＂(the Central Dogma)가 제창되었고, 1960년대에는 세 개의 염기의 조합으로 20개의 아미노산이 합성되는 유전자 암호(genetic code)의 신비가 벗겨졌다. 이후 1970년대에 원하는 유전자를 잘라서 복제하고 이를 다른 곳에 붙일 수 있는 유전자 재조합 (Recombinant DNA)의 방법이 실용화되면서, 유전공학(genetic engineering)의 새 장을 열었다. 동식물은 물론 인간의 다양한 유전자들의 배열과 그 기능이 발견되었고, 이는 환경과 유전이 인간의 지능, 행동, 질병에 미치는 영향에 대한 새로운 이해를 낳았다. 1990년에는 인간의 게놈에 있는 30억 개의 염기의 배열과 유전 정보를 모두 알아내는 인간게놈계획(Human Genome Project)이 출범했다. 인간게놈계획은 21세기의 원년인 2001년에 첫 보고서를 내는 것을 목표로 하고 있다.

기술의 발전도 과학의 발전 못지 않게 눈부신 것이었다. 20세기는 1903년 라이트 형제(the Wright Brothers)가 엔진을 단 비행기 Flyer기를 만들어 창공에 띄운 것을 기점으로 인간이 하늘과 우주를 정복한 시기였다. 독일과 미국의 과학자들은 로켓을 만들었고, 1957년 소련은 첫 번째 인공위성인 스푸트니크(Sputnik)호를 발사했다. 이는 미국과 소련의 우주개발 경쟁의 기폭제가 되었다. 1961년 케네디 대통령은 10년 안에 달에 사람을 보내고 그를 무사히 귀환시키겠다고 공언했고, 이 공언은 1969년 아폴로 11호가 우주인을 달에 보냄으로써 현실화되었다. 미-소의 우주경쟁에서 파생한 통신위성은 전 지구를 연결하는 통신망을 낳았다. 전 지구적 소식이 사람들의 관심사가 되고 지구 오지의 소식이 세상에 알려지기 시작했으며, 맥루헌(M. McLuhan) 같은 미디어 학자는 이를 보면서 1967년 ＂지구촌＂(global village)이라는 신조어를 만들었다.

통신기술과 컴퓨터의 발전 또한 괄목할 만 했다. 미국의 경우 1920년대부터 라디오가 가정에 보급되었고, 1940년대에는 TV가 보급되었다. 1937년 영국의 수학자 앨런 튜링(A. Turing)은 인간 두뇌의 논리적 사고를 수행하는 기계를 만드는 것이 가능함을 보였고, 이는 1940년대 ENIAC이나 EDVAC같은 컴퓨터의 탄생으로 실현되었다. 1949년, 벨연구소의 윌리엄 쇼클리(W. Shockley)와 동료들은 트랜지스터를 발명했다. 트랜지스터는 거추장스럽고 에너지가 많이 소모되는 진공관을 대체함으로써 20세기 후반기의 전자혁명을 출범시켰다. 트랜지스터가 개발되고 10년 후에 첫 집적 회로(IC)가 만들어졌다. IC는 처음에는 컴퓨터의 메모리로 사용되었는데, 1970년대에는 이를 사용해서 마이크로프로세서가 개발되었다. 인간으로 따지면 두뇌와 같은 마이크로프로세서는 애플, IBM PC와 같은 개인컴퓨터(PC)의 개발과 보급을 가져왔다. 1960년대부터 엔지니어들은 컴퓨터를 계산기만이 아닌 통신기기로 사용하는 법을 모색했는데, 이런 노력은 1970년에 미국 고등군사연구소(ARPA)의 네트웍인 Arpanet을 낳았던 동력이 되었다. Arpanet은 1970년대와 80년대를 통해 서서히 확장되었고 결국 인터넷의 모체가 되었다. 이후 워드 와이드 웹(World Wide Web)과 웹 브라우저 모자익(1993), 넷스케이프(1994)는 과학자들이 사용하던 인터넷을 전세계 인구를 연결하는 범지구적인 네트웍으로 탈바꿈시키면서, 세계화 시대의 새로운 상징으로 부상했다.

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