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돌, 흙, 철, 플라스틱……
인류가 이룩한 문명의 또 다른 주인공, 소재!
소재는 어떻게 세상을 재구성했나?

주위를 한번 둘러보자. 의식주의 기본적인 필요를 채워주는 물건부터 첨단 기기까지 다 ‘무엇’인가로 만들어져 있다. 우리는 평소에 이들을 그저 편하게 사용할 뿐 무엇으로 만든 것인지, 즉 소재가 무엇인지 거의 인식하지 못한다. 그 물건들이 부서지거나 작동하지 않을 때에야 ‘망가졌다’고 불평하며 겨우 관심을 줄 뿐이다. 그러나 제 역할을 다하며 묵묵히 자리를 지킨 소재가 없었다면 지금 우리가 아는 세상은 없었을 것이다. 소재는 인류 역사의 또 다른 주인공이 될 자격이 있다.
이 책은 인류 최초의 소재인 돌부터 도시 문명을 가능하게 한 청동, 로마 제국의 토대가 된 콘크리트와 유리, 산업혁명을 견인하며 소재의 맹주 자리에 오른 철강, 편리함과 환경오염이라는 양면성을 가진 플라스틱까지 소재의 시선으로 인류 역사를 되짚어 내려온다.
우연히 눈에 띄는 소재를 발견하여 쓰기 시작했던 아득히 먼 옛날부터 세상에 없던 소재를 직접 합성하여 쓰는 현재에 이르기까지 상상력과 역사적 사실, 과학적 근거 등을 최적의 비율로 조합해 재구성한 이 책은 2017년 한국대학교육협의회가 주최한 교양기초교육 우수교과목 공모전에서 자연 및 과학 부문에 선정된 ‘소재와 인류문명‘ 교안을 모체로 집필되었다.

｜ 역사를 바꾼 소재, 그리고 소재가 간직한 이야기 ｜

이 책은 인류 역사를 만든 대표적인 소재들을 선정해 각각의 소재가 인류와 만나 쓰임새를 얻고 발전을 거듭하며 우리가 아는 세상을 만들어온 과정을 풍부한 이야기와 비유로 재구성한다. 돌, 금속, 청동, 흙, 콘크리트와 유리, 비료와 화학, 철강, 섬유와 수지, 플라스틱이 그 주인공이다. 저자는 어학, 역사, 경제, 영화, 음악 등 실로 다양한 지식을 곁들여 여러 각도로 소재가 걸어온 길을 조명한다.
돌, 금속, 청동, 흙, 콘크리트와 유리(1장~5장)는 인류가 끼니를 해결하고 건축물을 짓고 도시를 창조하며 세상의 틀을 세우는 이야기를, 비료와 화학, 철강(6장~7장)은 소재가 인류를 굶주림에서 구해내는 한편 전쟁의 승패와 국가의 흥망을 좌우하며 세계 질서 개편의 주체가 되는 이야기를, 섬유와 수지, 플라스틱(8장~9장)은 인류가 직접 소재를 합성하고 만들며 현대 문명을 쌓아올린 이야기를 품고 있다.
소재들이 간직한 이야기를 좀 더 깊이 있게 음미하기 위한 장치도 이 책 곳곳에 녹아 있다. 각 장 말미에 별면으로 배치된 【더 궁금한 소재 이야기】에는 ‘물질의 구성과 주기율표’, ‘유리가 액체라고?’, ‘현미경, 강철의 비밀을 풀다’ 등 소재를 이해하는 데 꼭 알아야 할 내용뿐만 아니라 인류와 소재를 둘러싼 흥미로운 사실들을 정리했다. 한편 이 책에는 다소 많은 주석이 달려 있는데, 주석만 살펴보면 이 책의 ‘장르’를 짐작할 수 없을 정도로 그 분야가 다양하다. 본문과 관련된 내용의 노래 가사를 풀어내기도 하고 서술된 내용이 일어난 당시의 서울(경성) 인구수가 적혀 있기도 하다. 이는 단편적 지식만으로는 제대로 이해하기 어려운, ‘소재’라는 모티브가 갖는 연결성을 강조하기 위한 저자의 의도라 할 수 있다. 별면이나 주석을 건너뛰어도 본문 이해에는 무리가 없지만 함께 읽는다면 이해의 깊이가 달라질 것이다.

｜ 극적 만남의 시작: 돌을 만나고 불을 다루다 ｜

첫 만남은 우연이었을지도 모른다. 인류와 소재 얘기다. 그러나 우연히 만난 소재를 잘 관찰하여 지식을 얻고 개선점을 찾아내면서 끈질기게 발전을 이루어내는 모습에서 우연을 필연으로 바꾸는 인류의 위대함을 느낄 수 있다.
사냥을 하거나 열매를 따서 허기를 채웠던 최초의 인류에게는 단단하면서도 날카로운 모서리를 가진 도구가 절실했다. 사냥감을 공격하려면 충분히 단단해야 하고 수확물을 잘라 나누려면 날카로워야 했기 때문이다. 그러려면 잘 깨지지 않으면서도 동시에 날카롭게 깨져야 한다는 모순되는 조건을 충족시켜야 했다. 인류는 이러한 성질을 가진 흑요석과 수석(부싯돌)을 찾아내 구석기시대의 ‘맥가이버칼’인 좀돌날을 만들면서 이 문제를 해결할 수 있었고 돌은 인류 최초의 소재라는 타이틀을 차지했다.
농업혁명이 일어나고 불을 사용하면서 도구의 개념도 바뀌었다. 농사를 지은 후 남는 수확물을 담아 저장할 용기가 필요했고 음식을 익히려면 뜨거운 불 위에서 견딜 수 있어야 했다. 금속을 발견하기 전이었기에 흙을 굽는 것 외에는 방법이 없었다. 높은 온도에서 구운 토기일수록 조직이 치밀해져 물이 새지도, 잘 깨지지도 않는 것을 알게 된 인류는 자연을 관찰하여 불의 온도를 높이는 방법을 하나하나 터득했고 석기 시대의 최첨단 기술인 가마를 만들었다. 불을 다루게 된 인류는 암석 깊이 숨은 금속을 뽑아낼 수 있게 되었고 금속은 청동, 철 등 인류 문명에 중요한 소재로 발전을 거듭했다.

｜ 보잘것없던 신분에서 소재의 제왕으로, 철강 ｜

인류의 역사를 소재로 구분할 때 현재를 철기시대라고 한다. 가장 중요한 소재로서 철의 위상을 잘 나타내는 말이다. 그러나 철이 처음부터 귀한 대접을 받았던 것은 아니다. 수요에 비해 턱없이 부족한 청동기를 대신하기 위해 개발된 초기의 철은 질감이 푸석푸석하고 녹도 잘 스는 등 품질이 떨어져 외면 받던 소재였다. 그러나 이리저리 두드리고 불에 달구다 보면 철은 놀랍게 단단해졌다. 비밀은 탄소에 있었다. 정확한 비율이나 그 원리는 잘 몰랐지만 사람들은 철에 탄소가 스며들면 청동보다 가볍고 단단해진다는 것을 알아냈다. 탄소의 적정량이 1%라는 것을 알아내기까지는 3,000년 가까운 오랜 시간이 필요했지만 인류는 철을 끈질기게 달구고 두드려 마침내 청동보다 강한 소재로 탈바꿈시켰다. 보잘것없던 소재가 인간의 끈기와 지혜에 힘입어 마침내 소재의 제왕으로 등극한 것이다.
세월이 흘러 철이 단단해지는 과학적 원리가 규명되었고 이를 응용하여 대량생산이 가능해지자 기계, 철도, 교량 등의 재료로 쓰이며 철강의 수요가 폭발했고 산업혁명을 견인한 주인공이 되었다. 우수하고 값싼 철강 개발을 둘러싸고 베서머와 켈리 등 과학자들은 치열한 특허 전쟁을 벌였다. 철이야말로 인간과 소재가 만나 서로를 밀고 끌며 발전을 거듭하고 역사의 물줄기를 바꾼 대표적인 사례라 하겠다.

｜ 만약 불붙지 않는 필름 소재가 없었다면? ｜

이쯤 해서 너무나 당연하게 우리 주변에 존재하는 소재에 대해 ‘만약 그 소재가 없었다면?’이라는 질문을 한번 던져보자. 영화는 오랫동안 많은 사람이 극장에 모여 감상하며 즐겨온 대표적인 문화다. 그런데 하마터면 우리가 영화를 보러 극장에 갈 때마다 방화복을 챙겨가야 했을지도 모를 사연이 숨어 있다. 초기에 필름으로 사용된 소재는 셀룰로이드인데, 이는 당구공을 만드는 데 쓰이던 상아의 대체제로 개발된 것이다. 그런데 셀룰로이드는 불이 잘 붙는 치명적인 단점을 갖고 있었다. 당구를 칠 때 당구공이 부딪히면 폭음을 내며 불이 붙기도 했고 영화 상영 도중 화재를 일으키기도 했다. 보관 중이던 뉴스 필름이 자연 발화로 소실되는 일도 있어 미국에서는 지금도 셀룰로이드 필름이 위험물로 분류되고 이를 취급하려면 면허가 필요하다. 영화 〈시네마천국〉을 보면 셀룰로이드 필름을 상영하던 구식 영사기가 과열되면서 필름에 불이 붙는 장면이 생생하게 묘사된다.
이런 이유로 불이 잘 붙지 않는 셀룰로오스 아세테이트로 만든 필름이 보급될 때 이 필름에는 ‘안전한 필름(safety film)’이라는 이름이 붙었다고 한다. 우리가 좋은 영화를 떠올릴 때 흔히 스타, 명감독, 감동적인 스토리 같은 것을 그 이유로 꼽지만 무엇보다 화재 걱정 없는 필름 소재의 개발이야말로 영화 문화가 존재할 수 있었던 바탕이라는 것을 새삼 실감하게 되는 대목이다.

｜ 철기시대 이후의 세상: 소재에 길을 묻다 ｜

2020년 말, 과학 학술지 《네이처》는 흥미로운 연구결과를 발표하였다. 인간이 만든 인공물의 총 질량이 2020년을 기점으로 자연에서 만들어진 생명체의 총 질량을 넘어서게 되었다는 것이다. 이렇게 인공물이 기하급수적으로 증가하게 된 이유 중 하나는, 자연에서 소재를 얻었던 인류가 현대에 와서는 소재 자체를 새롭게 만들어내고 있기 때문이다. 그 중심에 플라스틱이 있다.
흔히 플라스틱을 20세기에 세상의 얼굴을 바꾼 기적의 신소재라고 한다. 혹자는 20세기를 철기 시대가 아닌 플라스틱 시대라고도 한다. 이전까지 자연에서 채취한 소재를 분리하고 정제하는 데 머무르던 인류는 물질의 기본 단위인 분자를 설계하고 합성하여 새로운 소재를 창출하는 단계로 들어섰다. 플라스틱은 희귀한 소재를 대체하여 많은 동식물의 멸종을 막고 인류에게는 편리함과 풍요로운 물질문명을 가져다주었지만 환경오염 등 생태계를 위협하는 문제를 일으키는 두 얼굴의 소재이기도 하다. 이는 물질문명이 낳는 부작용 제거라는 또 다른 숙제를 인류에게 던져준다.
이 숙제에 대해서 저자는 소재에 길을 묻고 답을 찾아야 한다고 당부한다. 아직 미지의 소재들이 지금도 끊임없이 자신들을 깨워 세상의 빛을 보게 해줄 것을 기다리며 우리에게 물음표를 던지고 있기 때문이다. 소재가 만들어온 변화의 흐름을 파악하면 앞으로의 방향을 그려볼 수 있다는 점에서 이 책이 유용한 가이드가 되어줄 것이다.

책을 내며

여는 말 소재와 문명, 서로를 밀고 끌다
토스터 프로젝트 │ 소재가 제품의 운명을 결정한다
【더 궁금한 소재 이야기】물질의 구성과 주기율표

1. 돌은 어떻게 ‘인류 최초의 소재’가 되었나?
최초의 인류에게 가장 절실했던 것, ‘날카로운 모서리’ │ 잘 깨지면서, 잘 깨지지 않는 것? │
구석기 재료공학의 기원, 돌의 재질 구분하기 │ 구석기 시대의 최고 발명품, 좀돌날 │
뗀석기에서 간석기로: 돌을 갈아서 사용하기까지 5만 년이나 걸린 이유
【더 궁금한 소재 이야기】왜 금속보다 돌이 먼저 인간의 눈에 띄었을까?

2. 금속의 발견은 인류를 어떻게 바꾸었나?
‘날카로운 모서리’에서 ‘저장 용기’로: 흙을 굽기 시작한 인류 │ 석기 시대의 최첨단 기술, 토기와 가마│
도대체 가마 속 온도는 어떻게 알았을까? │ 금속의 발견: 자연 상태에서 인류가 최초로 만난 금과 철 그리고 구리 │
금속의 제련: 돌 속에 갇힌 금속을 뽑아내다 │ 연금술, 금속을 발견한 이래 인류를 사로잡은 꿈 │
오늘날의 현자의 돌, 촉매 │ 진정한 현자의 돌이란?
【더 궁금한 소재 이야기】 금수저와 흙수저: 이온화 경향

3. 왜 구리 시대가 아니고 청동기 시대일까?
구리와 청동, 맹물과 소주만큼이나 다르다 │ 청동기 시대의 가장 큰 발명품, 도시 │ 청동기 시대는 왜 그리 금방 저물었을까 │
언더독의 반란, 청동기의 몰락과 철기의 시작
【더 궁금한 소재 이야기】 청동과 아이들: 황동, 백동, 양은

4. 왜 도자기 시대는 따로 없을까?
불을 다룬다는 것의 의미: 인류, 에너지를 다스리게 되다 │ 불에서 태어난 소재, 세라믹스 │
그 시절 도자기는 금보다 비쌌다! │숨 쉬는 그릇, 옹기: 소박한 재료가 만든 최고의 성능 │
도자기 전쟁 │ 그들은 왜 조선으로 돌아오지 않았을까? │유럽에서 큰 인기를 끈 아리타 자기 │
도자기와 일본의 군국주의: 자기 수출로 전쟁 자금을 조달하다
【더 궁금한 소재 이야기】 진흙의 변신: 말리는 것과 굽는 것

5. 콘크리트와 유리는 어떻게 로마제국의 토대가 되었나?
대자연이 준 결정적 힌트 │ 모든 길이 로마로 통할 수 있었던 까닭: 화산 폭발과 로만 콘크리트 │
유리의 발견: 모래는 번개를 타고 │ 유리공예: 소재를 넘어 예술이 되다 │ 플로트 유리 공법: 건물에 새 옷을 입히다 │
유리가 이루어낸 서구 문명의 빛나는 역사
【더 궁금한 소재 이야기】 유리가 액체라고?

6. 개똥도 약에 쓰려면 귀하다! 비료와 화약
‘맬서스의 덫’을 끊어낸 비료, 인류를 구하다 │ 배설물의 힘: 일제가 조선에 하필 ‘비료 공장’을 지은 이유 │
뚜껑 열리게 하는 법: 산화 반응과 폭발 현상 │ 폭발물을 안전하게: 다이너마이트의 탄생
【더 궁금한 소재 이야기】 다이너마이트와 TNT

7. 산업혁명의 진정한 주인공, 철강
슈퍼맨과 아이언맨이 싸우면? │ 피그말리온의 간절함으로 이룬 철의 환골탈태 │ 탄소의 마술: 연료가 소재로 변신하다 │
면도날: 알렉산더의 또 하나의 무기 │ 십자군 원정과 다마스쿠스 칼: 철제 무기는 어떻게 세계 질서를 바꾸었나 │
미신에서 과학으로: 산업혁명을 견인한 철강│ 대서양을 사이에 두고 벌인 1%의 치열한 경쟁 │
주방에 일어난 혁명: 깨끗하고 반짝거리는 나이프와 포크
【더 궁금한 소재 이야기】 현미경, 강철의 비밀을 풀다

8. 아낌없이 주는 식물, 섬유와 수지
지푸라기의 힘: 섬유와 수지가 만들어준 역사 │ 앞치마가 불타고 있어요!: 건망증이 선물한 인조섬유 │
나무에서 짜낸 젖, 고무 │ 부뚜막 위의 고무: 전쟁터를 누비는 전략물자가 되다 │ 딱딱한 고무, 에보나이트의 탄생 │
특허에 울고 웃고: 또 다른 매킨토시 이야기 │타이어는 둥글다: 다시 부엌으로? │
코끼리와 거북이를 살려라: 셀룰로이드의 출현 │파크스와 스필의 도전: 불굴의 의지로 만든 자일로나이트
【더 궁금한 소재 이야기】 영화보다 더 영화 같은 셀룰로이드의 역사

9. 플라스틱은 현대 사회의 표정을 어떻게 바꾸었나?
플라스틱? 고분자? 합성수지? │ 베이클랜드의 베이클라이트: 최초의 100% 합성 소재 │
석유가 바꾼 인류의 삶과 산업 │고분자 물질, ‘호기심 천국’ 화학자들이 만든 놀라운 설계도 │
‘정부고무’의 탄생: 제2차 세계대전 승리를 위해 합성고무를 개발한 미국│
나일론이라는 마술: 석탄과 물과 공기로 만들어낸 최초의 인조섬유│ 페트병의 끝없는 변신 ｜
"너무 끈적거리는 바람에” 사람을 살린 아크릴 수지 │ 범접할 수 없었던 소재, 테플론 │
테팔의 등장: 아내의 말을 새겨 들었더니 자다가 떡이 생겼다? │ 가문의 영광이 된 고어텍스
【더 궁금한 소재 이야기】 열가소성, 열경화성, 탄성

닫는 말 소재가 보여줄 미래
철기시대 이후의 세상 │ 소재가 던지는 묵직한 질문