들어가며: 과학에서 최전선이란, 궁극이란, 그리고 끝이란
• 동시대성을 이야기하면서 과학을 뺴놓을 수 없는 시대가 되었다. 아니, 과학을 이야기해야만 동시대를 호흡하고 향유할 수 있는 세상이 되었다. 과학을 이해한다는 것, 과학에 대해서 말한다는 것, 더 나아가서 과학을 누린다는 것이야말로 현대적이고 동시대적인 태도이자 삶의 양식이라고도 말할 수 있겠다.
• 해결 가능한 질문을 만드는 것은 아주 중요하다. 그래야 답을 내놓을 수 있게 때문이다. 질문을 잘게 쪼개는 작업이 무척 중요하다. 그런데 해결 가능한 질문으로 쪼개지면 쪼개질수록 처음 던졌던 거대 담론은 종종 사라져 버린다.
1부 우주의 끝
1 물질의 최소 단위를 찾는 모험의 끝은?: 입자 물리학의 표준 모형을 넘어서
• 물질의 최소 단위인 기본 입자의 발견은 1897년 전자 그리고 1900년 광자의 발견으로부터 시작했다고 볼 수 있다. 전자는 페르미 입자 중 첫 번째로 발견된 입자이고, 광자는 보스 입자 중 첫 번째로 발견된 입자인데, 각각 ‘물질을 이루는 입자’와 ‘힘을 전달하는 입자’의 대표적 입자로 생각할 수 있다.
• 원자핵 내부에는 쿼크라고 부르는 입자들이 존재한다. 원자핵은 원자에 비해서 매우 작기 때문에 쿼크들을 묶어 두기 위해서는 전자기력보다 훨씬 강한 힘이 필요하다. 이 힘을 강한 핵력 또는 강력이라고 부른다. 이 힘은 글루온이라는 보스 입자에 의해 매개된다.
• 쿼크와 전자, 중성미자 등 이른바 표준 묘형 입자가 우주 물질을 모두 설명할 수 없다는 것이 21세기에 정밀한 우주 관측 실험을 통해 이미 밝혀졌기 때문이다. 암흑 물질이라고 불리는 새로운 종류의 물질은 그 정체가 아직 확인되지 않았지만, 전체 물질 성분의 85% 가량을 차지하고 있다.
2 시간과 공간에도 최소 단위가 있을까?: 플랑크 시간과 공간의 수수께끼
• 양자 역학에 따르면 물질은 입자의 성질만이 아니라 파동의 성질도 가진다. 파동성으로 인해 입자의 위치와 운동량 또는 시간과 에너지 사이에는 불확정성 관계가 성립한다. 두 양의 불확정성을 곱한 값이 양자 역학의 기본 상수인 플랑크 상수보다 크다는 것이 그 유명한 하이젠베르크의 불확정성 원리이다.
3 양자 역학의 두 번째 정보 혁명은 어떻게 오는가?: 양자 컴퓨터의 최전선
• 양자 컴퓨터 구현의 최대 장애물은 ‘결어긋남 decoherence'이다. 양자 컴퓨터가 특별한 것은 중첩 때문인데, 중첩은 아슬아슬하게 쌓아 올린 유리잔과 비슷하다. 작은 충격에도 깨지기 쉽다는 말이다. 중첩이 깨지는 것을 결어긋남이라고 한다. 결어긋남을 막기 위해, 각종 노이즈를 차단하거나 섭씨 -270도에 가까운 극저온으로 온도를 낮춰 열로 인한 간섭을 막아야 한다.
4 궁극의 물리 이론은 무엇인가?: 표준 모형 너머를 꿈꾸는 끈 이론
• 원래 원자란, 더 이상 쪼갤 수 없는 입자라는 뜻이다. 하지만 양성자, 중성자, 전자가 발견되면서 원자라는 이름은 너무 빨리 붙인 이름이 되어 버렸다. 양성자, 중성자, 전자처럼 원자보다 작은 입자는 ‘아원자 입자’라고 한다. - 쿼크가 3개 모여 양성자, 중성자, 같은 아원자를 이룬다. 그러나 이 쿼크는 양성자나 전자처럼 혼자서는 존재하지 못한다.
• 세상 만물을 이루는 기본 입자는 여섯 가지 쿼크, 전자를 포함한 역시 여섯가지 렙톤, 그들 사이의 상호 작용을 매개하는 네 가지의 보손 그리고 흔히 질량의 근원이라고 설명하는 힉스 입자로 구성된다.
5 우주의 끝은 어디인가?: 우리 우주는 매일매일 조금씩 더 ……
• 우주의 팽창은 우주의 나이테다.
2부 생명의 시작과 끝
6 어디서부터가 물질, 어디서부터가 생명?: 생화학의 입장에서 본 생명
7 다윈의 진화론은 지금도 과학의 최전선일까?: 『종의 기원』이 남긴 세 가지 선물
8 우리는 혼자인가?: 태양계 제2생명과 우주 생물학의 최전선
9 지적 생명체 진화의 끝은?: SETI 관점에서 본 지성의 진화
• SETT Search For Extraterrestrial Technology
10 죽음이란 질병을 치료할 수 있을까?: 생명 과학이 도전하는 죽음의 비밀
• DNA의 손상이란 길게 이어진 DNA 일부가 끊어지거나 제대로 된 상보 구조를 이루지 못하는 것을 뜻한다. 이러한 손상 부위, 즉 DSB double-strand break 가 감지되면, 일단 새포는 세포 주기의 진행을 중지하고 손상의 정도를 파악한다. 손상 수준이 낮을 경우, 이를 복구하고 전체 시스템을 유지하지만, 손상 정도가 심각하거나 부위가 지나치게 많다면 세포는 활동을 중지하고 시스템 전체를 꺼버린다. 즉 세포 사멸이 일어나는 것이다. 만약 DNA 손상이 복구되지 않은 상태에서 세포 주기가 지속되어 복제가 이루어진다면, DNA 오류가 수정되지 않은 돌연변이체가 축적되며, 결국 이들은 종양 세포가 되어 개체의 전체 시스템을 붕괴시킬 수 밖에 없기 때문에, 세포의 죽음은 반드시 필요하다.
3부 우리 행성의 끝
11 왜 생명은 그토록 다양한가?: 그 신비와 상실에 대하여
• 우리가 소중히 여기는 모든 것은 특별함과 고유함에 기초한다. 어떤 사람이, 사물이 대체 불가능할 정도로 독보절일 때 비로소 가치가 발생한다. 그 모든 가치는 다양성의 산물이다. 다양성 중에서도 생물다양성의 표현이자 작품이다.
12 섭씨 2도인가, 섭씨 1.5도인가?: 지구 가열과 기후 위기의 최전선
13 일본 거대 지진은 백두산 분화의 방아쇠일까?: 화산학과 지진학의 최신 질문들
14 소행성은 죽음의 사신인가, 생명의 천사인가?: 근지구 천체 연구의 최전선
4부 과학의 끝
15 새로운 통섭은 어떻게 가능한가?: 통섭의 최전선
16 물리학은 어디까지 설명할 수 있을까?: 통계 물리학의 최전선
17 종교의 끝은 과학일까?: 코로나19 시대에 진단하는 종교의 미래
18 구글 신은 모든 것을 알 수 있을까?: 네트워크 과학의 최신 질문들
19 과학은 꼭 인간의 것일까?: 과학에서 인공 지능의 역할
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