과학은 우리 시대의 필수 교양

우리는 과학으로 이루어진 세상에 살고 있다. 게다가 과학은 더 중요해질 전망이다. 제4차 산업혁명 시대를 이끄는 것은 과학기술이기 때문이다. 이공계 전문가거나 과학을 전공하지 않더라도 과학에 관심을 갖고, 세상을 움직이는 원리인 과학을 이해해야 한다. 과학은 우리 시대의 필수 교양이라고 할 수 있다. 하지만 과학에 관심을 갖기는 쉽지 않다. 우리 주변에 과학이 ‘너무 많기’ 때문이다. 아침에 눈을 떠서 잠이 들 때까지, 집 안에서 벌어지는 일부터 국제사회 갈등까지 과학과 관련 없는 것은 없다. 그래서 어디에서부터 어떻게 알아가야 할지 가늠하기 어렵다.
『침대에서 읽는 과학』은 우리 주변에서 일어나는 일들, 일상의 이면에 숨어 있는 과학 관련 이야기 중에서 중요하고 흥미로우며 많은 사람이 공감할 만한 것을 골라 각종 연구 결과를 근거로 설명한 책이다. 이 책에 실린 26개 에피소드는 그동안 목말랐던 과학적 상식과 호기심을 채워줄 것이다. 우리 주변에서 일어나는 일에 관심 있는 사람, 논란 중인 문제에 객관적인 답을 찾고자 하는 사람, 앞으로 펼쳐질 미래의 모습을 상상하기를 즐기는 사람이라면 누구나 즐겁게 읽을 수 있다. 이 책이 일상에 얽힌 모든 과학적 지식을 전해주는 것은 아니다. 지면에는 한계가 있고 설명하기 어렵거나 명쾌하지 않은 것도 있어 주제 선택에 한계가 있을 수밖에 없다. 이 책은 중·고등학교 교과과정을 비롯해 일상생활에서 꾸준히 제기되는 의문점을 풀이해주는 데 집중했다.

‘이거 나만 궁금해?’
일상에서 마주치는 질문에 과학으로 답하다

고깃집에서 고기를 먹으면 점원이 고기를 구워주면서 탄 부분을 잘라준다. 숯불구이는 불 맛으로 먹는다고 하는데, 왜 탄 부분을 잘라낼까? 벤조피렌이라는 발암물질 때문이다. 고기를 구우면 고기의 지방이 불에 녹아 숯에 떨어지고, 이 과정에서 발생한 벤조피렌이 증기와 연기에 스며들어 고기에 축적된다. 벤조피렌은 국제암연구소(IARC)에서 규정한 1급 발암물질이다. 벤조피렌은 DNA와 지속해서 결합해 세포분열을 방해하고, 암을 유발한다. 그래서 고기를 굽기보다 삶고, 불에 직접 닿지 않도록 하라는 것이다. 고기를 구우면 아무리 주의해도 탄 부분이 생길 수밖에 없다. 탄 부분을 잘라내도 벤조피렌이 기름을 타고 고기 전체로 번지지만, 그래도 벤조피렌이 많은 부분을 먹는 것보다는 잘라내고 먹는 것이 낫다.
집이나 학교, 사무실의 콘센트를 보면 플러그가 안 꽂혀 있는 것을 보기 힘들다. 심지어 멀티탭을 연결해 문어발처럼 전선을 이어놓았다. 보기도 안 좋지만 위험해 ‘문어발식 전기 사용’을 하지 말라고 하지만, 전자 기기 사용이 많으면 어쩔 수 없다. 이렇게 복잡한 전선을 싹 정리하는 방법이 없을까? 방법은 있다. 교류(交流) 대신 직류(直流)를 사용하면 된다. 19세기 후반 ‘전류 전쟁’에서 교류를 앞세운 테슬라가 직류를 앞세운 에디슨을 이긴 이후, 전 세계는 교류를 사용하게 되었다. 하지만 근래 직류가 다시 주목받게 되었다. 직류를 사용하면 가전 기기끼리 통신이 가능해 전선 수가 획기적으로 줄어든다. 어댑터나 충전기 없이 전자 기기를 사용할 수 있다. 대규모 정전 사태, 즉 블랙아웃도 막을 수 있다. 전류 전쟁 당시 직류 보편화를 막았던 기술적 문제는 대부분 해결되었다. 직류 전환 움직임이 세계 곳곳에서 일어나고 있으니, 조만간 전선으로 어지럽혀지지 않는 깔끔한 집을 보게 될지도 모른다.
인간은 남자와 여자로 나뉜다. 같은 인간인데 왜 여자가 더 오래 사는 걸까? 의학 발달의 혜택을 여자만 누리는 것은 아닌데 말이다. 여자에게 뭔가 특별한 것이 있는 걸까? 피하지방, 적혈구 수, 울음 효과, 남성호르몬(테스토스테론)이 유발하는 공격성과 경쟁 등 여러 이론이 있지만 주목해야 할 것은 염색체 중 가장 작고 돌연변이에 취약한 Y염색체였다. 그렇다면 Y염색체가 있는 남자는 단명이 숙명인 걸까? 음주와 흡연을 하지 않고 같은 환경에서 생활하는 모르몬교 사제 부부의 수명을 조사했더니, 남자와 여자의 수명이 거의 차이가 없었다. 호르몬과 염색체도 중요하지만 더 중요한 것은 환경과 생활 태도다.
일본은 독도 문제로 우리나라와 끊임없이 마찰을 빚고 있다. 일본은 왜 그렇게 작은 바위섬인 독도에 집착하는 것일까? 독도 주변이 황금어장이기 때문일까? 아니면 러시아나 중국과의 영토 분쟁에 악영향을 끼칠까 봐 그럴까? 진짜 문제는 더 깊은 곳에 있다. 바로 독도 아래 묻혀 있는 메탄 하이드레이트다. ‘불타는 얼음’이라고도 불리는 메탄 하이드레이트는 메탄을 함유한 얼음 상태의 물질로, 이산화탄소 발생이 적은 청정에너지인 데다 석유와 천연가스 등은 고갈로 더욱 주목받고 있다. 메탄 하이드레이트는 알래스카, 캐나다, 러시아의 영구 동토층에 매장되어 있는데 독도 주변도 주요 매장지로 꼽힌다. 일본이 독도를 탐내는 것은 외교적 문제 때문만이 아니다.

과학으로 상상하는 미래,
판타지보다 더 판타스틱한 과학

『침대에서 읽는 과학』은 우리 주변에서 벌어지는 일들의 과학적 원리를 설명하고, 일상의 궁금증을 풀어주는 것에 주목하는 만큼 과학의 발달로 변화할 미래를 소개하는 데도 집중한다. 과학기술은 지금 이 순간에도 계속 발전하고 있으며, 그 가속도는 놀라울 정도라 순식간에 ‘가능성’이 ‘현실’이 되기 때문이다. ‘실험 성공’이 ‘대중화’로 이어지는 것도 금방이다.
머지않은 미래에는 인공 강우로 비를 내리면서 벼락을 잡아서 전기를 이용하는 ‘꿩 먹고 알 먹고’가 가능할지도 모른다. 반딧불이처럼 스스로 빛을 내는 동물의 몸에서 발광효소를 분리해 식물에 접목해 가로수를 빛나게 만들 수 있을지도 모른다. 이미 야광 동물, 빛나는 당근과 담배 등이 만들어졌다. 금광에서 금을 캐는 대신 미생물을 이용해 황금을 만들 수 있게 될지도 모른다.
민간 우주여행이 대중화되면서 우주에서 결혼식을 올리는 것도 가능해질 전망이고, 우주와 지구를 케이블로 연결해 ‘우주 엘리베이터’로 우주를 다녀올 수 있게 될지도 모른다. 화석연료를 사용하는 화력발전이나 위험한 원자력발전 대신 우주에서 태양광 발전으로 전기를 만들어 지구로 보내는 것도 가능하다. 그렇게 되면 원자력발전소를 두고 벌어지는 대립과 갈등도 사라질지 모른다. 지구가 더 많이 오염된다면, 아예 인류가 화성으로 이사 가는 것도 고려해볼 수 있다. 칼 세이건은 시아노박테리아를 이용하면 300년이면 화성을 지구화할 수 있다고 한다. 영화 <마션>에서처럼 화성산 감자를 먹는 날이 곧 올지도 모른다.

보통 일본이 독도에 집착하는 이유는 한국에 독도를 양보할 경우 ‘러시아가 차지한 북방 영토를 영원히 되찾지 못할 전례를 남길지 모르기 때문’이라고 한다. 또한 중국과 분쟁이 있는 센카쿠 열도(댜오위섬)에 대한 영유권에도 영향을 미칠 것으로 생각해 영토 확장이나 ‘밑져야 본전’이라는 식으로 생떼를 부린다는 것이다. 하지만 근래 일본이 무리한 논리를 내세우면서 독도에 관심을 갖는 이유는 바로 독도 주변에 매장된 메탄 하이드레이트 때문이라는 것이 전문가들의 공통된 의견이다.
-본문 20~21쪽

곤드와나대륙에서 떨어져나온 조각 중에 북중한판과 남중한판이 있는데 이 2개의 판에 한반도를 구성하는 3개의 작은 조각이 들어 있다. 북중한판에는 한반도의 남동쪽에 해당하는 영남지괴, 북한에 해당하는 낭림지괴가 있고 여기에 북중국지괴가 포함되어 있다. 그리고 남중한판에는 남중국을 포함해 한반도의 가운데 부분인 경기지괴가 있다.
2,000만 년이 지난 2억 4,000만 년 전, 먼저 출발한 북중한판은 서쪽 귀퉁이에서 로라시아대륙과 부딪친다. 이때 북상하던 남중한판이 다가와 충돌한다. 이 충돌로 북중한판은 북중국지괴와 영남지괴로 나누어진다. 이때 남중한판이 속해 있는 경기지괴가 사이에 끼게 되면서 오늘날과 같은 한반도의 모습을 갖추게 된다. 이때가 쥐라기 중기로 약 1억 8,000만 년 전이다. 두 대륙이 만나 부딪친 곳이 휴전선이 있는 DMZ 근처기 때문에, 현재의 휴전선을 기준으로 북쪽과 남쪽의 지질 구성이 다르다고 할 수 있다. 그래서 북한에 자원이 많이 매장되어 있는 것이다.
-본문 54쪽

캘리포니아대학 로스앤젤레스 의대 제임스 엔스트롬(James Enstrom) 교수는 음주와 흡연을 하지 않는 모르몬교 사제 부부 1만여 명을 대상으로 8년간 조사한 결과, 남성 평균 수명이 88.5세, 여성은 89.5세로 차이가 거의 없다는 것을 밝혀냈다. 남녀 모두 위험한 환경에 노출되지 않고 동일한 환경에서 생활할 경우 수명 차이가 없다는 것이다.
-본문 80쪽

몸속 박테리아는 3가지 유형의 ‘지배적 박테리아’를 중심으로 네트워크를 구성하는데 나이·성별·인종적 차이는 없다. 체내 박테리아의 생태계는 마치 숲의 조성과 유사하다. 숲에는 여러 종의 생물이 모여 살지만 툰드라·열대우림·사바나처럼 확실하게 분류할 수 있는 생태계 구성 방식이 존재한다. 인간의 몸 안에도 지배적 박테리아를 중심으로 그 밖의 박테리아가 모여 사는, 박테리아 생태계가 만들어져 있다는 것이다.
-본문 116쪽

직류의 가장 큰 장점 중 하나는 대규모 정전 사태를 막을 수 있다는 점이다. 우리나라는 섬을 제외한 전국의 전력망이 하나로 연결되어 있어 전국 어느 곳에서나 똑같이 60헤르츠고 전압과 위상이 모두 맞아야 한다. 위상이 맞는다는 것은 한 부분이 양극일 때 다른 부분이 음극이 되는 일이 없어야 한다는 뜻이다. 즉, 전국의 전기가 ‘박자를 맞춰’ 함께 움직여야 한다는 뜻이다. 그러므로 한 지역의 전력 사용이 갑자기 변하는 등 사고가 생기면 전국의 전기가 함께 동요하므로 수많은 도시에서 한 번에 정전이 발생할 수 있다. 직류는 이런 동요가 생기지 않는다.
-본문 179쪽

미생물 중에는 황화물을 분해해 에너지를 얻는 미생물이 있다. 엑스트레모필(Extremophiles)은 온천이나 바다의 화산 분화구 같이 조건이 매우 열악한 곳에서 서식하며 용해된 금 분자를 금 증착물로 변환시키는 능력이 있다. 이 미생물은 용해된 금속을 흡수해 금으로 변환한다. 한마디로 금을 토해내는 것이다.
-본문 208쪽

원자력발전소는 방사능 문제가 있고, 화력발전소는 화석연료를 사용하는 문제가 있다. 태양광발전 등 대체에너지는 부지 문제가 있다. 그래서 대안으로 우주태양발전소(SPSP, Space Solar Power Plant) 아이디어가 제시되었다. 우주태양광발전의 기본 개념은 지구 정지궤도에 태양전지 패널을 탑재한 태양발전위성(SPS, Space Power Satellite)을 쏘아 올려, 태양광으로 전기를 만들어 마이크로파나 레이저로 지상에 송전하는 것이다. 우주태양발전소는 다른 발전 방법을 능가하는 여러 장점이 있다. 첫째로, 발전소가 우주에 떠 있으므로 그림자가 생기지 않아 24시간 발전이 가능하다. 1년에 2번, 춘분과 추분 밤 72분 동안 지구 그림자에 가려지지만, 이때를 제외하면 매일 충분한 태양 에너지를 모을 수 있으므로 지상의 태양광발전에 비해 최대 10배의 전기를 생산할 수 있다. 둘째는 마이크로파로 지상에 송전하기 때문에, 대기의 산란과 흡수로 에너지가 감소하는 현상을 최소화할 수 있다. 셋째는 지상과 달리 기후나 날씨에 영향을 거의 받지 않으므로 에너지 저장 기술을 거의 요구하지 않는다.

-본문 240~241쪽

머리말

chapter 1 지구의 비밀을 벗겨주는 과학

일본이 독도를 탐내는 이유
백두산은 정말 폭발할까?
원자력발전소는 지진에 안전할까?
북한이 남한보다 자원이 많은 이유
우리 집 아래 다이아몬드가 있을지도 모른다

chapter 2 사람에 관한 과학

인간은 몇 살까지 살 수 있을까?
왜 여자가 남자보다 오래 살까?
사리의 정체는 무엇일까?
냉동 인간을 되살리는 방법
많이 먹어도 살찌지 않는 체질이 있을까?
왜 아프리카 사람들은 피부가 검을까?
한국인은 네안데르탈인의 후손

chapter 3 일상을 움직이는 과학

위험한 불소를 수돗물에 넣는 이유
숯불에 구운 고기를 먹으면 안 될까?
막걸리와 와인의 차이
복잡한 전선을 깔끔하게 정리하는 방법
벼락을 잡아서 쓸 수 있다면
반딧불이처럼 빛나는 가로수
황금을 만들 수 있다면

chapter 4 과학으로 엿보는 미래

우주에서 올리는 낭만 가득한 결혼식
엘리베이터를 타고 우주에 갈 수 있을까?
원자력발전소 대신 우주태양발전소
화성으로 이사 갈 수 있을까?
곤충으로 식량문제를 해결한다
식물에서 자라는 플라스틱
파란 장미를 볼 수 있을까?

참고 문헌