[정재승의 과학 콘서트]
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‘정재승’의 과학 콘서트
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이 책은 모두 4악장으로 나누어져 있다. 제 1악장은 매우 빠르고 경쾌하게(Vivace molto), 제 2악장은 느리게(Andante), 제 3악장은 느리고 장중하나 너무 지나치지 않게(Grave non tanto) 그리고 마지막 4악장은 점차 빠르게(Poco a poco Allgro)로 구성되어 있는데 각 악장 별로 5개의 주제가 들어가 있다. 각 주제의 첫머리에는 유명한 사람들이 한 말의 한 대목이나 영화의 한 대목 등이 실려 있다. 20세기를 흔든 최고의 사상가인 칼 마르크스, 추상표현주의의 잭슨 폴록, 스탠포드 대학 경제학과 교수 브라이언 아서, 영화 번지점프를 하다, 소설 <고독>의 한 대목, 빅토르 위고의 <레 미제라블> 중의 한 대목 등 주제와 관련된 문장을 제시함으로써 독자들로 하여금 흥미를 끌게 만든다. 그리고 주제의 맨 마지막 부분에는 더욱 더 많은 정보를 찾을 수 있게 하려는 저자의 독자에 대한 남다른 애정도 들어있다.
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물리학자들이 심장 박동 운동에 과학적 이론을 도입하여 새로운 사실들을 밝혀내고 있다는 대목이 인상적이었다. 오늘날 인류를 괴롭히고 있는 심장 발작은 지난 수 백년 동안 의사들이 그 원인을 밝혀내지 못하였다. 그래서 심장의 역학적인 운동을 정확히 분석하기 위해 물리학자들이 이 분야에 뛰어들게 된 것이다. 그들은 심장이 박동하는 패턴을 찾아내고, 그것으로부터 미분 방정식을 세워내는 등의 수학적인 형태로 심장 발작의 원리를 설명하려고 연구 중이다. 물리학과 의학은 전혀 다른 별개의 학문인 것 같았지만, 막상 물리학 이론이 인체 구조를 파악하는데 응용이 되는 실례를 보니 조금이나마 과학의 실용성을 느낄 수 있었다.
일기 예보에 대한 예측, 드리핑 기법에 의한 그림, 수도꼭지에서의 물 흐름 등은 상당히 불규칙해서 규칙성을 찾아내기 힘들지만, 과학자들은 그 복잡함 안에 간단한 법칙이 들어있다는 카오스 시스템을 적용해서 명쾌하게 설명한다. 다른 학문의 관점에서 보면 그저 구체적으로 표현할 수 없는 대상에 불과하겠지만 과학적으로는 논리적인 분석이 가능한 것이다. 특히 물리학자들은 화가의 그림만 보고도 물감의 점성과 물감통의 속도와 물감을 떨어뜨리는 각도, 높이까지도 찾아낼 수 있다고 한다.
소음 공명이란 적당한 소음이 있을 때 미약한 원신호가 더 잘 들리는 현상을 말한다. 물리학자들은 이러한 현상을 빙하기 시대 분석이나 뇌 연구와 같은 분야에 활용하기 위한 연구를 하고 있다고 한다. 그 중에서도 의학적인 응용이 가장 많은 관심을 받고 있다고 한다. 나이가 들어 감각 기관이 제 기능을 못하는 환자들의 신경 세포에 소음을 주입하여 미약한 신호에도 반응할 수 있도록 치료해주고자 하는 것인데 이 연구가 성공적으로 이루어진다면, 또 하나의 획기적인 발명이 될 수 있을 것 같다.
경제학에서의 물리학 이론 도입에 관한 이야기 또한 흥미로웠다. 물리학자들은 일정한 패턴이 없이 요동치는 주식 가격의 모형이 열전도 방정식과 유사한 형태임을 발견하고 새로운 가격 모형을 도입해 획기적인 변화를 일으켰다고 한다. 현대의 경제는 시대가 복잡하게 변화함에 따라 수많은 변수들이 생겨나서 그 양상을 파악하기 어렵다고 한다. 정해진 틀 안에서의 고전적 경제 이론들이 그 효용을 잃고 있는 상황에서 물리학자들이 경제 분야에 뛰어든 것은 오늘날의 경제가 과학자들의 뛰어난 추리력과 분석력을 요구하기 때문인 것 같다.
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미국 대학 캠퍼스에서 유행하던 영화에 함께 출연한 관계를 1단계로 하여 다른 할리우드 배우들이 케빈 베이컨과 몇 단계 만에 연결이 되는지를 알아보는‘케빈 베이컨 게임’에 대하여 제 1악장이 시작 되었다. 우리나라 사람들에게도 많이 알려진 이 법칙은 <호기심 천국>이라는 TV프로그램에서도 방송된 적이 있다. 이 법칙에 따르면, 지구의 모든 사람들은 여섯 다리만 건너면 모두 아는 사이가 된다. 그리고 네 다리, 정확하게 말하면 3.6다리만 거치면 우리나라 사람들이 모두 다 아는 사이가 된다고 한다. 그렇다면, 나와 이 저자도 아는 사이가 될 수 있는 것이고, 내가 좋아하는 연예인이나 예술인들과도 아는 사이가 될 수 있는 것이다.
비바체 몰토로 경쾌하게 이 책을 읽어 나가다보면, 아인슈타인의 뇌에 대한 이야기가 나온다. 아인슈타인의 뇌에 대한 잘못된 과학 상식으로 보통 인간의 뇌는 죽을 때까지 10%도 채 사용하지 못하고 죽고, 아인슈타인은 자신의 뇌를 15% 밖에 사용하지 못하고 죽었다고 하는 것이다. 하지만 fMRI와 PET 같은 것으로 증명해 볼 때, 우리 뇌의 기능을 알아보면 뇌 전체 영역을 사용하는 것을 알 수 있다. 아인슈타인도 마찬가지이고 특별하게 발견된 다른 점도 없는 것으로 보면, 인체의 신비에서 본 다른 뇌들과 겉모양, 뇌 기능은 비슷한 것 같다.
저자가 생명의 박자라 부르는 심장 박동은 이것이 잠시라도 쉬게 되면 우리는 아주 위험한 상황에 빠지게 된다. 심장이 뛰면서 머리부터 발끝까지 혈액을 전달하여 산소를 공급하는 것이다. 보통 1분에 60회씩 뛴다고 하는데, 얼마 전 맥박을 혈압과 같이 재보니, 나는 1분에 70번 정도 뛰는 것 같다. 심장이 빨리 뛰는 거 같아서 약간의 걱정을 해 보긴 했지만, 혈압을 잰다는 것에 긴장은 한 탓 같았다. 이러한 심장이나 온몸에 퍼져있는 혈관에 이상이 생기면 심장발작이나 심장마비가 오게 되는데, 이를 정상의 상태로 돌리기 위하여 개발한 것인 전기충격장치가 심장 박동의 리듬을 하나로 만들어 준다고 한다. 의학자와 물리학자들이 함께 이 기계의 개발함에 따라 많은 생명들을 구할 수 있었다. 하지만 심장의 역학적 운동에 대해서는 정확하게 알지 못하고 있지만, 학자들로 인해 하나씩 밝혀지고 있다고 한다. 그 중 하나가 심장 박동은 규칙적인 것 같지만, 장시간 동안 정밀하게 측정해 보면 불규칙적이라는 것이다. 이에 대해서는 자신의 심장 박동은 느껴본 사람이라면 잘 알 수 있겠지만, 놀라운 것은 정상인의 심장이 더 불규칙적이라는 것이다. 환자들은 과거의 심장 박동 패턴에 별 상관없이 매우 규칙적으로 뛰고, 정상인들은 증가와 감소를 반복하는 것이다. 이것은 정상인들의 혈액 공급량이 원활한지 그렇지 못한지에 따라 심장 박동 빠르게 느리게 하지만, 환자들은 문제가 생겨도 회복시킬 능력이 안 되는 것이다.
“소음이 있어야 소리가 들린다.”는 말이 뭔가 모순이 되는 것 아닌가 하는 생각을 할 수 있다. 적당한 소음이 있을 때 소리가 더 잘 들린다는 것이다. 이것은 소리가 전달 될 때, 소음과 공명을 일으킨다는 것이다. 이 소음 공명 현상을 응용해 제임스 콜린즈 교수는 의치로도 음식물을 씹는 느낌을 지각할 수 있는 기술을 개발하여 화제가 되었고, 당뇨병이나 중풍 환자가 걷는 것이나 사물을 인식하는데 도움이 되는 치료법을 개발하고 있다. 이처럼 우리가 소음이라 부르는 공해가 적당하다면, 소리를 더 잘 듣게 도와주고, 환자들이 살아가는데 큰 힘이 되는 것이 놀랍고 소음은 공해가 아니라, 산소와 같은 것임을 느꼈다. 이 책의 저자 말대로 세상이 시끄러운 데에는 다 이유가 있는 것 같다.
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