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과학은 왜 배워야 할까요?

사람들이 눈치를 채건 말건 아주 많은 과학적인 주제들이 우리 주변을
스치고 지나갑니다. 황우석 박사의 복제 소 논쟁, FTA와 광우병 파동, 구제역과 살처분, 전력위기와 원자력발전소, 후쿠시마
원전 사고, 4대강 정비사업과 환경오염, 구미 불산 유출 사고와 그 후속처리, 나로호 발사와 러시아… 당장 생각나는 굵직한
주제들만 놓고 보더라도 꽤 많네요. 그중 황우석 박사 얘기와 광우병 얘기를 빼면 전부 다 2012년에 문제가 되었던 주제들이죠?

과학은 사람들에게 여러가지를 알려줍니다.

첫
째로, 과학은 현재 인간이 갖고 있는 지식을 알려줍니다. 이 세상이 원자와 분자로 이루어져 있다든지, 별에 작용하는 힘과 사람들
사이에 작용하는 힘이 다르지 않다든지, 이런 여러가지 사실을 알려주죠. 그리고 그런 사실을 바탕으로 아주 많은 도구들을 만들어 낼
수 있게 되었습니다. 그냥 지금 주변에 보이는 물건 전부가 과학 연구를 통해 알아낸 사실에서 만들어 낸 것들이죠.

둘
째로, 과학은 의심하도록 만듭니다. 아마 과학이 믿을만한 것이라고 생각하는 사람들에게는 충격적일지도 모르지만, 과학은 의심에서
출발합니다. 당장, 내가 주장하는 것조차도 의심해야 하죠. 그래서 아무도 의심할 수 없는 확실한 근거를 제시하기 위해서 노력하고,
그래서 더 정확하고 엄밀한 실험을 하려고 노력합니다. 그리고 누구나 그 실험 결과를 재현할 수 있기 때문에, 거짓말은 금방
들통나게 되죠. 과학 논문이 대체로 믿을만한 것은 그렇기 때문입니다. 논문으로 발표된 것들은 어느정도 믿을만한 근거가 있기 때문에
믿어도 됩니다. 물론 누군가는 조작을 하고, 누군가는 잘 몰라서 틀리고, 그런 일들이 있죠. 하지만 그런 경우에도 자신의 잘못을
먼저 말하고 인정하는 것이 제대로 된 과학자입니다.

셋째로, 과학은 뭐가 안되는건지
알려줍니다. 예를 들어, 외부 동력 없이 영원히 작동하는 영구기관은 불가능하다는 것이 아주 잘 알려져 있습니다. 아직도 그게
가능하다며 이런저런 장치들을 만들어 보는 사람들이 있지만 아무도 성공하지 못하고 있습니다. 영구기관이 불가능하다고 주장하는 현재의
이론은 그 외에 엄청나게 많은 사실들을 성공적으로 설명했고, 영구기관이 불가능하다는 것 또한 아직까지 영구기관이 관찰된 적
없다는 점에서 여전히 성공적입니다. 그러므로 되는 것과 안되는 것을 구분할 수 있는 지식을 사람들에게 알려주죠.

넷
째로, 과학은 모르는 것을 모른다고 말하도록 합니다. 어떤 현상과 관찰된 사실이 있을 때, 아는 것은 관찰된 사실이지만 모르는
것은 그 원인이죠. 그 원인에 대해서 난 이렇게 생각해, 넌 저렇게 생각해, 이렇게 말하긴 하지만 증명되지 않은 이론은 언제나
“가설”로 취급받으며 언제든지 틀릴 수 있다는 점을 강조합니다. 과학자의 중요한 덕목 중 하나가 자신이 뭘 알고 뭘 모르는지를
정확히 알아야 한다는 것입니다. 자기가 뭘 아는지 뭘 모르는지조차 모른다면, 실력이 있건 없건간에 분명히 헛소리하다가 혼자
나자빠질 가능성이 높아요.

우리나라 과학 교육에서는 이런 것들을 가르치지 않아요. 뉴턴의
세가지 운동 법칙이나, 멘델의 유전법칙이나, 일정성분비의 법칙, 이런 것들은 매우 중요한 사실들이지만 그것이 매우 중요하다는
사실은 전혀 중요한 것이 아닙니다. 정말로 중요한 것은 그 운동법칙이 어째서 우리에게 의미있고, 실생활에서 어떻게 써먹을 수
있는지 생각하는 것이죠. 이런게 중요하다고 하면 또 교육 정책 만드시는 분들은 어떻게 의미가 있고 어떻게 써먹는지를 가르쳐주기
위해서 교과서를 개편합니다만, 그게 아니죠. 어떻게 써먹을지 생각하고 어떤 의미가 있는지 찾아내는 그 과정을 배워야 하는데 그런건
가르치지 않아요.

내년에 대통령 되시는 분은, 노벨상이나 IT강국같은 헛소리는 그만하고, 세계
최초나 세계 최고같은 헛소리도 그만하고, 교육정책이나 잘 손봐서 제대로 된 과학교육이 이루지도록 했으면 좋겠어요. 지금 교육
정책은, 비유하자면, 이번주에 씨뿌리고 다음주에 수확하려 하니 성과가 없다고 갈아엎고 또 씨뿌리는 삽질이나 하고 있는거죠.

어쩌다보니 얘기가 자연과학만 예를 들었지만, 사회과학, 심리학, 언어학 같은 인문과학 또한 과학입니다. 어렵게만 생각하지 마세요.

1초를 재는 방법은 지난시간에 말한 대로, 그냥 1초에 해당하는 기준을 정해놓고 비교하는 것이라고 했었다. 우리가 1초의
기준을 그냥 시계추에 맞추어 둔다면 재기 쉽겠지만, 프랑스에 있는 국제 도량형 표준국에서는 그렇게 하지 않는다. 시계추는 온도에
따라서 길이가 변할 수도 있고, 때가 타서 무게가 변할 수도 있고, 바람이 불면 흔들릴 수도 있기 때문에 10억분의 1초까지
정확한 1초의 길이를 재기 위해서 아주 좋은 재료는 아니기 ‹š문이다.

그럼 어떻게 하는가? 온도에 따라서 변하지도 않고, 때가 타지도 않고, 바람이 불어도 흔들리지 않는 그런 “흔들림”을 이용해서 측정할 수 있다. 바로, 전자파이다.

실제로 과학자들은 그 전자파의 주기를 재서 1초를 정의하게 된다. 그럼, 전자파의 주기를 어떻게 재는것인가?

가장 기본 원리는 우리가 매일 야식 먹을 때 쓰는 바로 그 장비, 전자레인지를 사용하는 것이다.

실
제로, 국제 표준 시계로 사용하고 있는 세슘 원자 시계는 초정밀 장치이고, 모든 종류의 잡음과 오차를 막기 위하여 엄청나게 복잡한
장치들로 구성되어 있다. 그러나 거기서 시간 재는데 필요없는거 다 떼어내고 나면, 남는건 전자레인지 하나와 라디오 하나가 있을
뿐이다.

물론 우리가 전자레인지 하나 사서 원자시계를 만들 수 있는건 아니지만, 기본적인 원리는 전자레인지에서 나오는 전파를 라디오로 수신해서 맞추는 것이다. 헛소리라고 생각하기 전에 조금 더 상세히 설명을 하겠다.

전
자레인지는 전자파를 만들어 내는 장치이다. 물론 요리 하는데 쓰는 장치인데, 그 근본에는 전자파를 만들어 내는 장치가 있는
것이다. 그럼 전자레인지를 그냥 돌리면 될까? 그렇지 아니하다. 우리는 세슘 원자를 기준으로 쓰기로 했으니 세슘 원자를
전자레인지에 넣고 돌린다. 그럼 무슨 일이 일어나는가? 전자레인지에서 방출된 강력한 전자파가 세슘을 쉐킷쉐킷 해준다. 전자레인지는
세슘 원자를 마구마구 흔들어 대는데, 이 과정에서 전자파가 나온다. 물론 전자파를 뿌려대고 있으니 당연히 전자파는 나오는
것인데, 우리가 넣은 것 말고 다른 전자파도 나온다는 점이 특징이다.

기본적으로, 전자레인지에서
흔들어 주는 전자파는 진동수가 정해져 있다. 세슘은 그 전자파에 따라서 이리비틀 저리비틀 오락가락 할 뿐이다. 이 상태로는 그냥
받은 전파를 그대로 내보낼 뿐이다. 하지만 세슘은 그 전자파를 그냥 내보내는 것이 아니라 한번 흡수했다가 내보낼 수도 있다.
??? 흡수??

여기서 말하는 흡수는 그네를 흔들어 주는 그 따스한 손길을 뜻한다. 그네를 흔들어 줄 때 박자 맞춰서 흔들어 주면 그네가 점점 크게 흔들리다가 확…

물론 여기서는 그네는 세슘이고, 흔들어주는 손은 전자레인지이다. 문제는, 그네를 흔들어 주는데 지 멋대로 흔들어 준다는 것이 문제일 뿐.

지
멋대로 흔들어 주고 있으니, 그네를 탄 사람은 정신이 없다. 뭐가 어떻게 되는지도 모르겠다. 그러니 그 와중에 확 뛰어 내리는
것이다. 세슘 원자의 경우에도 에너지를 그렇게 흡수하다보면 그만 흡수하고 확 뛰어 내리게 되는데, 사람은 그렇게 뛰어내리다가
다쳐서 비명을 지르지만 원자는 뛰어내릴 때 전자파를 방출한다.

이 전자파를 검출하면
되는데, 이걸 검출하는데 라디오를 사용한다. 우리가 라디오 주파수 맞춘다고 지지직 거리면서 이리 돌리고 저리 돌리는 과정이 바로
그것이다. 잘 돌리면서 또르륵 맞춰가다보면 어느 순간 띠링 하고 세슘이 내지른 비명소리를 듣게 된다. 물론 귀에 들리지는
않겠지만.

이 방법을 이용해서 라디오 주파수를 맞출 수 있는데, 주파수는 1초에 흔들리는 횟수이고, 우리는 세슘이 90억번 흔들리면 1초가 지나갔다고 정했으니, 주파수를 맞추면 1초를 잴 수 있게 된 것이다.