참 바쁜 사람이다. 어제는 무크(Massive Open Online Course, 온라인 공개강좌)에서 ‘일반인을 위한 상대성이론’을 강연하고, 오늘은 팟캐스트에서 <인터스텔라> 속 과학에 대해 방송한다. 각종 신문과 잡지에 칼럼을 썼나 싶더니 어느새 크고 작은 과학 관련 복합 문화 콘서트도 준비 중이다. 재미있는 건 글과 강연, 공연의 내용을 가만히 살펴보면 꼭 과학에만 국한되지 않는다는 점이다. 정치 칼럼도 상당히 오래 써왔고, 과학적 방법론으로 사회문제를 정면에서 비판하기도 한다. 공연 역시 강연 형식의 토크 콘서트를 넘어 여러 문화인들과 이색적인 형태로 구상 중이다. <이종필 교수의 인터스텔라> <신의 입자를 찾아서> <이종필의 아주 특별한 상대성 이론 강의> 등을 저술한 이종필 박사는 2000년 중반 이후 한국 과학 대중화의 선두에 선 사람 중 한명이다. 서울대 대학원에서 입자물리이론으로 박사학위를 받은 후 현재는 고려대 전기전자공학부 연구교수로 재직 중인 그의 본업은 물론 과학자다. 하지만 그의 행보는 과학에서 출발하되 과학에만 머물진 않는다. 상대성이론을 쉽게 풀어주는 강의에서는 영락없이 우리가 아는 과학자의 모습이었다가, 레이저간섭계중력파관측소(LIGO)의 중력파 관측 소식을 전할 땐 기초과학에 장기적 비전이 없는 정책을 꼬집는 통찰력을 선보인다. 그래서 그의 설명은 재미있다. 과학을 고고한 상아탑에 올려두지 않고 예술, 정치, 사회와 엮어 보통 사람들의 눈높이에 맞출 줄 아는 그는 친절한 과학자이자 진보적인 행동가이며 양식 있는 시민이다. 동시에 드라마 본방 사수에 목숨 거는 평범한 싱글이기도 하다. 저서의 제목처럼 쉽고 재미있고 특별한 과학 강의를 듣고 왔다.

-다양한 과학 분야 중에서도 입자물리학은 꽤 생소한 전공이다.

=물리란 말 그대로 사물의 이치를 설명하는 학문이다. 입자물리학은 그중에서도 가장 근본적인 레벨에서 사물의 구성 원리를 파고든다. 기원전 2천년 그리스 철학에서 만물의 근원으로 봤던 아르케(원소)의 정의, 그 추상적인 질문으로부터 과학이 출발했다고 본다면 이에 가장 적극적으로 대답하는 전공이 입자물리학이다.

-근본적인 질문에 대해 파고든다는 걸 좀더 구체적으로 설명한다면.

=뉴턴 이후 현대 물리학의 혁명을 이끌어온 원동력은 입자물리학이 제시한 표준모델들이라고 생각한다. 고대 그리스의 철학적인 레벨을 지나 1803년 돌턴이 원자설을 주장한 이래 1905년 아인슈타인의 브라운 운동을 거쳐 분자, 원자의 존재가 증명됐다. 이후 원자 내부의 새로운 입자인 중성자, 양성자 등이 차례로 발견되고 최근에는 신의 입자라고 불리는 힉스 입자를 이야기한다. 여기가 끝이라고 생각했던 곳에서 새로운 것을 발견해나가는 과정은 과학의 영역을 넓혀온 과정 그 자체다. 호기심은 인간의 중요한 속성 중 하나다. 기록으로는 기원전 몇 세기이지만 최초의 인간이 동굴에 벽화를 그릴 때 세상의 근본적인 모습에 대해 궁금해하지 않았을까. 입자물리학은 그때부터 지금까지 그 질문 하나를 끝없이 파내려가는 학문인 셈이다.

-과학자들은 원래 꿈이 과학자였을지가 항상 궁금했다.

=우리 어린 시절에는 절반 이상이 과학자가 꿈이었다. 로봇 태권V나 마징가Z를 보며 미래를 상상한 아이들 앞엔 두 가지 선택지가 있다. 조종하는 파일럿이 될 건지, 로봇을 만드는 박사가 될 건지. 당시엔 로봇을 조종하는 쇠돌이나 철이는 이미 내 나이 또래랑 별 차이가 없어 안 되겠다는 생각이 들었다. (웃음) 그래서 로봇을 만드는 과학자가 되어야겠다고 결심했는데 입시생이 되고 나서야 과학 분야에 전공이 엄청 많다는 걸 알았다. (웃음) <아이언맨>의 토니 스타크처럼 지하실에서 만들고 싶은 걸 만드는 게 아마 모든 공학도의 궁극적인 꿈 아닐까.

-아직도 로봇을 만들고 싶은가.

=당연하다. 만들 수 있다고 믿는다. 최근 인공지능 분야에 관심이 쏠리면서 다양한 시도들이 있다. 로봇과 예술을 융합한 작업들도 있어 판이 벌어지면 함께해볼까 한다. 얼마 전에는 마임하는 분과 로봇 제작하는 분에게 마임 동작을 로봇이 따라하는 공연을 해보자는 프로젝트를 제안하기도 했다. 기획자이자 일반 동호회 회원으로서 참가할 예정이다.

-전공 분야 이외의 활동을 활발히 하는 편이다. 책 집필, 강연은 물론이고 정치 평론도 기고했다.

=대학 때부터 세상을 바꾸기 위해 우리가 어떤 일을 할 수 있을까 고민해왔다. 정치투쟁도 중요하지만 각자의 전문 분야에서 좀더 나은 세상을 위해 할 수 있는 일들이 있을 거라 생각한다. 전문 분야가 유리벽 안에 머물러 있지 않고 지역 공동체와 유기적으로 이어져 사회에 공헌할 수 있는 뿌리를 내리고 싶다. 토양이 만들어지면 중요한 정책 결정에 능동적으로 참여할 수 있는 기회도 늘어난다. 가령 핵 발전 문제나 핵 폐기물 문제에 목소리를 내기 위해서는 최소한의 소양이 필요하다. 과학이 사회 발전에 영향을 미치는 건 기술적인 진보 차원만이 아니다. 기본 소양으로서의 과학적인 저변을 넓힐 수 있는 창구를 만들어야 한다는 의식은 오랜 고민이자 화두였다. 이제 기회가 오고 환경이 되어서 할 수 있는 일을 하는 것뿐이다.

-과학 교육이라기보다는 과학 문화 활동이라고 불러야 할 것 같다.

=기초과학에 대한 필요성을 의심하는 사람은 없다. 하지만 당장 눈앞의 성과를 원하지 오랜 시간을 들여 육성하려는 의지는 찾기 힘들다. 어린 시절 다들 과학자가 꿈이라곤 하지만 사실 국내 과학 환경은 이루 말할 수 없이 열악하다. 결국은 인식의 개선이 필요하다. 과학은 전공자들만의 세계가 아니며 쉽고 친근하게 다가갈 필요가 있다. 그런 측면에선 복합 문화 활동이라고 봐도 좋다.

-그 성과인지 몰라도 최근엔 과학에 대한 대중적 관심이 다시 일어나고 있는 것처럼 보인다.

=2000년 중•후반부턴 조금씩 그런 분위기가 감지되고 있다. 잠재된 욕구는 항상 있었다고 본다. <인터스텔라>가 천만 관객이 드는 건 그만큼 알고자 하는 욕구가 크다는 방증이다. 근본적인 지적 욕구에 대해 적극적이고 믿을 만한 답을 성공적으로 준 것이 과학이다. 인터넷을 통해 폭발적으로 정보가 유통되면서 그 경로와 방식이 더욱 다양해졌다. 다만 체계적으로 정보를 전달할 시스템이 필요한데, 외국의 경우 대학을 중심으로 대중을 대상으로 한 강의나 자료들이 충실하다. 우리나라는 음지에서 노력한 분들의 결과가 이제야 조금씩 빛을 보고 있다. 대표적인 예가 ‘과학과 사람들’ 같은 회사다. 예전 같으면 대중을 상대로 해 과학 홍보를 수익모델로 삼는 단체는 불가능했다. 과학의 대중화를 위해 노력해온 분들의 각개약진이 이제는 다양한 방식으로 수렴, 확산되고 있는 것 같다. 대중의 욕구와 잠재력을 확인했으니 제대로 된 콘텐츠를 만든다면 과학 대중화도 먼 일은 아니다.

집안일에 강한 과학자

돈을 아끼지 않는 분야를 보면 취향을 파악할 수 있다. 이종필 교수가 과학 이외에 적극 투자하는 분야는 바로 가전제품과 주방기구 구입! 물리학자보다도 김치냉장고 만든 사람이 위대한 것 같다는 그가 최근에 지른 건 스테인리스 냄비 세트, 최근 산 것 중 가장 만족스러운 건 광파오븐과 온수매트, 아쉬운 건 습기제거기와 의류관리기라고. 아인슈타인도 냉장고 관련 특허가 있었다며 모든 가전제품과 주방기구에도 과학이 깃들어 있다고 부연 설명하는 그의 모습이 왠지 친근하다.

<시그널>

드라마 보는 남자

일과 시간 중에는 연구실에 틀어박혀 있고 짬날 땐 과학은 물론 시사, 정치 평론 등 여러 분야의 원고를 쓴다. 일부러 시간을 내서라도 하는 취미활동 중 하나는 드라마 보기. 좋은 영화나 드라마의 스토리 구조는 괜찮은 물리이론과 유사한 면이 있다. 말도 안 되는 가상의 세계를 정교하게 구성해 말이 되게 만드는 상상력이 최전선의 이론물리학과 닮았다고. 최근 본방 사수 중인 드라마는 <시그널>과 <육룡이 나르샤>. 이건 과학이론으로 치면 몇점쯤 될까 상상하며 별점도 매겨본단다.

미국 루이지애나주 리빙스턴에 있는 레이저간섭계중력파관측소(LIGO)

중력파 검출이 화제인 이유

LIGO의 중력파 검출이 21세기 최대의 발견이라며 연일 화제였다. 상대성이론의 직접적인 증거이기 때문이다. 일반상대성이론은 중력을 통해 시공간의 휘어짐을 이해한다. 1915년 이래 일반상대성이론을 지지하는 크고 작은 증거들이 있었지만 이번 중력파가 가장 직접적인 증거다. 우주에 커다란 중력을 지닌 물체가 있으면 그 주변 공간은 사람이 트램펄린 위에 올라탄 것마냥 휘어진다. 만약 시공간의 휘어짐이 급격한 변화를 겪는다면 그 변화가 연못 위 물결처럼 주변으로 퍼져나가는데 이번에 관측된 중력파가 바로 그것이다. 13억 광년이 떨어진 두개의 블랙홀이 합쳐지는 과정에서 발생한 중력파가 지난해 9월14일 지구에 도착했는데, 그 미세한 떨림이 0.2초 동안 기록되었다. 이론물리학은 현상을 축적해 결론을 도출하는 게 아니라 가설과 상황을 상정하여 수학적으로 이를 뒷받침한다. 달리 말하면 직접적인 증거를 찾기가 쉽지 않거나 거의 불가능하다. 아인슈타인이 상대성이론을 완성한 이래 100년 만에 우리가 그 증거를 포착할 수 있었으니 0.2초를 위해 100년을 기다린 셈이다.

<인터스텔라>

Fiction vs Fact

수학을 좋아해야 과학자가 되나요

Fiction

영화 속 과학자들은 알 수 없는 기호들을 보면서 즐거워한다. 이미 우리가 알고 있는 수학의 영역이 아닌 것 같은데, 과학자가 되려면 수학을 좋아해야 하나.

Fact

“분야마다 차이가 있지만 기본적으로는 수학을 좋아할 것 같다. 수학은 (원활한 설명을 위한) 압축된 언어라고 보면 된다. 사실 자기 분야가 아니면 외계어로 보일 때가 많다. 다만 과정 전반에 대한 이해가 있어 막막함은 마찬가지라도 두려움은 조금 덜하다. 과학이란 세상을 설명하는 가장 그럴듯한 정보의 집합이다. 그것을 구축하는 것이 이론이라면 실물화하는 것이 기술이다. 그 정보 내용 자체도 중요하지만 그것을 어떻게 얻게 되었는가 하는 것이 핵심이다. 그런데 한국에선 과학을 도깨비방망이 취급하는 경향이 있다. 현실의 고달픈 문제가 과학기술 한번에 해결되길 바란다. 하지만 과학이란 올바른 정보를 찾아나가기 위한 방법론이며 무수히 많은 오답을 거쳐 정답에 한없이 가까워지는 과정이다. 바꿔 말하면 정답은 없다. 당연히 시간이 오래 걸리고 어렵다. 수학도 마찬가지다. 남들이 모르는 계산식 한두개 아는 걸 수학을 잘하는 걸로 착각한다. 하지만 계산과 수학은 엄연히 다르다. 정확히는 계산은 수학의 일부분이다. 수학에서 진정 중요한 과정은 논리적 정합성을 지닌 계산 체계를 구축하는 일이다. 이를테면 추상적인 구조물을 만드는 것과 유사하다. 조앤 K. 롤링이 <해리 포터>를 쓰기 위해 호그와트 마법학교를 상상하는 것을 떠올리면 이해가 쉬울 것이다. 새로운 세상과 규칙을 만드는 일이기 때문에 추상화 능력이 매우 중요하다. 이를 자연현상과 연결하면 물리학이 된다. 한국에서 노벨상이 나오지 않는다고 매번 푸념하는 사람들이 있는데, 이들은 조급증에 빠져 특정 한두 사람에게 투자를 몰아주면 금방 결과가 나올 거라 착각한다. 그건 투자가 아니라 투기다. 모든 문제를 해결하는 마스터 키, 핵심기술 같은 건 없다. 모든 과학은 시간과 노력, 과정의 축적이다.”

Fiction vs Fact

<인터스텔라> 속 과학이론

Fiction

지구중력을 벗어날 땐 그토록 요란했던 우주선이 산더미 같은 파도가 치는 밀러 행성에서 손쉽게 탈출하는 등 <인터스텔라>의 숱한 과학적 오류는 이미 널리 알려졌다. 반대로 이 영화에서 발견할 수 있는 흥미로운 이론이 있다면.

Fact

“킵 손 교수가 자문했다는 블랙홀 모형은 흥미로운 이미지를 선사한다. 중력에 의해 고리와 유사한 타원 형태를 이룬다는 건 종전에는 접하지 못했던 디자인이고 매우 과학적인 근거를 바탕으로 했다. 블랙홀에는 ‘사건의 지평선’이라 불리는, 넘어서면 빛도 빠져나오지 못하는 경계가 있다. 사건의 지평선을 넘어섰을 때 어떤 일이 일어나느냐에 대해선 두 가지 견해가 있는데 하나는 아무 일도 없다는 것과 또 하나는 뭔지 알 수 없지만 무언가 일이 벌어진다는 거다. <인터스텔라>는 아직 밝혀지지 않은 그 지점 이후를 덧차원(extra dimention)으로 설명한다. 덧차원은 우리의 인지능력으론 감지할 수 없지만 3차원보다 더 높은 차원이 우리 공간과 겹쳐져 있다는 이론인데, 1920년 상대성이론을 확장하기 위해 사용되기도 했다. 전자기력에 비해 현격히 낮은 중력의 문제를 설명할 수 있어(덧차원으로 중력이 빠져나갔다는 가설) 90년대 후반부터 각광을 받았다. <인터스텔라>의 모델은 영화적 상상력으로 구현한 거지만 전혀 엉뚱한 이미지는 아니다. 다만 과학적 증명이라기보다는 시각적으로 상상력을 잘 구현했다고 표현하는 것이 적절할 것 같다.”

<스타워즈 에피소드3: 시스의 복수>

Fiction vs Fact

<스타워즈>의 라이트세이버

Fiction

<스타워즈: 깨어난 포스>에서 카일로 렌은 광선총을 튕겨내는 게 아니라 아예 포스의 힘으로 멈춰버린다. 라이트세이버, 광선총은 실제로 구현할 수 있을까.

Fact

“올드 팬으로서 말하자면 포스는 무엇이든 할 수 있다. (웃음) 하지만 라이트세이버 자체는 이론적으론 불가능하다. 사실 광선-레이저가 아니라 고온의 플라즈마를 전자기장을 이용해 검의 형태로 고정시킨 무기라는 설정인데, 플라즈마라 할지라도 영화와 같은 검투는 불가능하다. 고출력의 플라즈마는 형태를 이룰 수는 있지만 서로 반발하진 않기 때문이다. 두개의 물줄기를 교차시키는 것이라고 보면 이해하기 쉬울 것이다. 광선총을 광선검으로 막아내는 것 역시 광속으로 움직이는 물체를 막아내는 것이니 물리적으로 불가능하다. 영화는 높은 포스로 미리 예측해서 막아낸다고 설정한 걸로 알고 있다. 일단 우주공간에서 대규모 전투가 벌어질 때 현란한 사운드가 등장한다는 것 자체가 대놓고 비현실적인 장면이니, 이 영화를 두고 얼마나 과학적인지 따지는 건 의미 없는 일 아닐까.”

<타임 패러독스>

Fiction vs Fact

시간여행

Fiction

시간여행으로 돌아와 과거를 바꾸면 정말 미래가 바뀔까.

Fact

“인과율을 위배하기에 불가능하다. 인과율이 무너졌을 때의 역설을 극적으로 보여주는 영화로는 <타임 패러독스>(2014)를 추천한다. <터미네이터> <소스 코드> 등 시간여행을 소재로 한 숱한 영화들에서 인과율의 모순을 해결하기 위해 자주 차용하는 설정이 다중우주 또는 평행우주 이론이다. 동일한 시간선상에 놓인 사건이 아니라 우리 우주와 매우 유사하지만 근본적으로 다른 우주와 연결되어 있다고 보는 것이다. 가령 <시그널>에서 이재한(조진웅) 형사가 사는 공간이 박해영(이제훈)이 사는 곳과는 서로 다른 우주라면 인과율의 모순을 피할 수 있다. 지금까지는 우리 우주가 유일한 것으로 생각되어왔는데, 2000년 이후 다른 우주가 존재하는 것이 아닌가에 대한 의견들이 대두되었다. 과거 코페르니쿠스의 태양중심설은 지구가 특별하지 않다는 발상의 전환이 있었기에 가능했고, 진화론도 사람이 특별하지 않다는 인식으로부터 출발한다. 그 연장에서 우리 우주가 특별하고 유일하지 않다고 말하는 이론이다. 다중 우주는 다른 차원의 여러 우주가 있다는 것이고 평행우주는 좀더 좁혀서 그중에서 우리와 매우 유사한, 금방 갈라져 나온 우주가 있다고 가정해보는 것이다. 물론 다수의 과학자들이 지지하는 견해는 아니다. 어떤 이들은 과학이 아니라 소설의 영역에 가깝다고도 하지만 지식의 최전선에서 하나의 가능성을 넓혔다는 점을 강조하고 싶다.”