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노벨상! 우리 친해지길 바라
- 놀라운 과학은 우리 곁에 있다

아인슈타인, 슈뢰딩거, 퀴리 부부… 누구나 한 번쯤은 들어봤을, 과학 노벨상을 빛낸 인물들이다. 이 책은 현대 과학에서 빼놓을 수 없는 노벨상 수상 연구자들과 그들의 발견 및 발명을 쉽고 풍부한 도판과 박스글로 하나하나 소개하고, 만약 노벨상이 있었다면 상을 받았을 과거의 과학과 강력한 노벨상 후보인 미래의 과학까지 아우른다. 이 책과 함께라면 노벨상이 더는 멀고 어렵게만 느껴지지 않고 우리의 삶을 한 단계 끌어올린, 한층 가깝고 고마운 대상으로 다가올 것이다.

노벨상을 알아야
진짜 과학을 안다고 할 수 있지!

알베르트 아인슈타인, 에르빈 슈뢰딩거, 마리 퀴리… 과알못(과학을 알지 못하는 사람)이라고 하더라도 한 번쯤은 들어본 이름이지 않은가? 하지만 우리는 이들이 왜 노벨상을 받았는지는 정작 모르는 경우가 많다. 이 책은 이렇듯 대단하다고들 하지만 정작 왜 대단한지 궁금한 과학 노벨상의 역사를 한눈에 보여준다.
노벨상은 말 그대로 인류의 삶을 한 단계 끌어올린 과학자들에게 주어지는 최고의 영예라고 할 수 있다. 그만큼 과학 노벨상을 아는 것은 현대 과학의 가장 중요한 흐름을 꿰뚫는 것이나 다름없다. 실제로 수상자들의 면면을 살펴보면 우리에게 그리 낯설지 않은 인물이나 이미 상식으로 굳어지고 실용화된 과학(수억 명의 목숨을 살린 페니실린 발견과 가볍고 여러 번 충전할 수 있어 친환경적인 리튬 이온 전지 발명 등)도 적지 않게 발견할 수 있다.
이 책은 지금까지 과학 노벨상을 받은 연구 중 중요한 업적을 분야별(생리학·의학상, 물리학상, 화학상)로 정리해 일목요연하게 볼 수 있게 했다. 분량은 많지 않지만 책의 앞머리에 수록된 〈이 책을 읽는 법〉에 따라 책을 살피다 보면 현대 과학뿐 아니라 과거부터 미래까지 핵심적인 과학 연구들이 머릿속에 들어와 있음을 느낄 수 있다.

위대하지만 알고 보면
우리 곁에 있었던 과학 이야기

이 책에서 다루는 과학은 하나같이 인류사에 획을 그은 대단한 발견이나 발명 들이다. 하지만 이러한 과학적 산물은 너무나 위대해서 우리의 삶과는 관련 없는 별나라 이야기처럼 느껴지는 것이 사실이다. 저자가 프롤로그에서 밝히고 있듯이, 사실 이 책은 우리의 이러한 오랜 고정관념을 깨기 위해 쓰였다고 해도 과언이 아니다.
특히 이 책에 나오는 사례에는 현재 의료에 없어서는 안 될 X선이나, 점점 심각해지고 있는 지구온난화를 예측하는 방법처럼 중요한 연구가 포함되어 있다. 그런가 하면 우리가 즐겨 마시는 커피 음료나 에너지 음료를 만드는 ‘당과 퓨린 유도체 인공 합성 기술’이나, 화학비료로 식재료 생산량을 크게 늘려 인류의 배고픔을 해결하는 데 결정적인 역할을 한 ‘하버-보슈법’ 등 우리의 일상과 밀접하게 관련된 것도 적지 않다.
이 책의 매력으로는 각 꼭지나 장의 끝머리에 수록된 〈더 알고 싶어요!〉나 〈노벨상 돋보기〉도 빼놓을 수 없다! ‘노벨 수학상은 없는 걸까?’, ‘노벨상 수상자로 선정되었다는 전화를 받았을 때 수상자는 무엇을 하고 있었을까?’ 과학 이야기만큼이나 재미있는 노벨상의 뒷이야기가 이 책에 가득하다.

현재의 첨단 과학뿐 아니라
과거와 미래의 과학까지 생각해보는 책

땅에 떨어진 사과로 그 유명한 만유인력을 발견한 아이작 뉴턴이나 종두법을 고안해 무서운 천연두를 몰아낸 에드워드 제너, 진화론의 아버지로 불리는 찰스 다윈이 지금 살아 있었다면 당연히 노벨상을 받지 않았을까? 바닷물을 식수로 바꾸거나 엘리베이터를 타고 우주로 갈 수 있는 기술이 실현된다면 이 또한 과학 노벨상을 받을 자격이 충분하지 않을까?
이 책에서는 이미 노벨상을 받은 현대 과학만 다루고 있지는 않다. 4장 〈역사를 바꾼 대발견〉에서는 당시 노벨상이 있었다면 충분히 상을 받았을 과거의 위대한 과학자와 그들의 연구를, 5장 〈미래의 노벨상〉에서는 앞으로 강력한 노벨상 후보로 거론될 과학 이론이나 기술을 소개한다. 그 덕분에 노벨상이 현대의 과학자들에게만 수여되었다는 시대적 한계를 아쉬워하는 독자들의 궁금증도 말끔히 씻어준다.
귀여운 고양이 세 마리와 함께 풍부한 도판과 쉽고 명료한 설명, 흥미로운 뒷이야기까지 읽다 보면 낯설게만 느껴지는 과학 노벨상도 어느새 우리 곁에 와 있을 것이다.

프롤로그 4
이 책을 읽는 법 11
등장 캐릭터 소개 12

1장 노벨 생리학·의학상
뉴런설 주장 - 신경은 하나의 세포일까, 여러 세포의 모임일까? 14
심전도 개발 - 몸을 가르지 않고 심장의 상태를 확인하려면? 18
● 더 알고 싶어요! ● 심전도와 심장의 관계를 밝혀낸 의사 21
혈액형 발견 - 100년 전에는 혈액형 성격설이 없었다고? 23
페니실린 발견 - 세계 최초의 항생물질! 푸른곰팡이가 수억 명의 목숨을 구했다고? 28
DNA의 형태 규명 - 생명의 설계도는 어떤 형태일까? 33
● 더 알고 싶어요! ● 숨은 공로자, 로절린드 프랭클린 36
다양한 항체를 만드는 원리 규명 - 우리 몸은 어떻게 수많은 바이러스에 대항할 수 있을까? 38
● 더 알고 싶어요! ● 항체를 연구한 과학자들 41
냄새 센서의 원리 규명 - 우리는 어떻게 냄새를 느낄까? 43
● 더 알고 싶어요! ● 고대 사람들은 후각을 어떻게 생각했을까? 46
iPS 세포 발견 - 난치병 치료에 내려온 한 줄기 빛! 세포의 시간을 되감는다고? 48
● 더 알고 싶어요! ● 야마나카 인자란? 51
C형 간염 바이러스 발견 - 원인 불명의 간염을 일으키는 범인의 정체는? 53
○ 노벨상 돋보기 ○ iPS 세포의 ‘i’ - 생명의 메커니즘만 생리학·의학 연구 대상이 아
니다 58

2장 노벨 물리학상
X선 발견 - 몸을 투과하는 미지의 빛! 병을 발견, 치료할 때도 쓰인다고? 60
방사선 발견 - 방사선은 천연 광물에서도 나온다! 현대에도 사라지지 않은 오해를 풀려면? 65
광전 효과와 광양자설 - 빛을 에너지가 있는 입자로 생각한다면? 70
● 더 알고 싶어요! ● 아인슈타인의 ‘기적의 해’ 73
슈뢰딩거의 파동 방정식 - 양자역학의 기초! 전자가 원자핵 주위를 돌지 않는다고? 75
중간자 예측 - 원자핵은 어떻게 흩어지지 않을까? 80
● 더 알고 싶어요! ● 평화를 소망한 과학자들 84
재규격화 이론 완성 - 전자의 질량이 무한대로 늘어나지 않게 막는다고? 85
● 더 알고 싶어요! ● 물리학과 수학에 몰두한 줄리언 슈윙거 88
우주 배경 복사 발견 - 빅뱅이 실제로 일어났다는 증거를 포착했다고? 90
● 더 알고 싶어요! ● 또 다른 노벨상 수상자, 표트르 카피차 93
우주 중성미자 검출 - 미지의 입자가 새로운 우주 이미지를 만든다! 우리 몸을 통과하는 새로운 소립자? 95
● 더 알고 싶어요! ● 중성미자를 밝혀내려는 이들의 노력 98
지구온난화 모델과 예측 - 지구온난화는 어떻게 예측할까? 100
○ 노벨상 돋보기 ○ 노벨 수학상은 없을까? ｜ 시상식 만찬의 연설 105

3장 노벨 화학상
당과 퓨린 유도체 인공 합성 - 이 연구가 없었다면 커피도 없었다고? 108
하버-보슈법 발명 - 식료품 생산을 바꾼 화학 반응! 공기로 빵을 만들었다고? 113
● 더 알고 싶어요! ● 경제를 살리기 위해 필요했던 암모니아 합성 116
풀러렌 발견 - 마치 축구공 같아! 탄소의 새로운 형태라고? 118
녹색 형광 단백질 발견 - 평면해파리는 어떻게 빛날까? 124
● 더 알고 싶어요! ● 발광 생물의 세계 127
팔라듐 촉매 교차 커플링 반응 발견 - 약이나 액정에 꼭 필요한 반응! 결합하려는 성향이 약한 탄소끼리 결합하려면? 129
저온 전자 현미경 개발 - 세포를 최대한 살아 있는 상태로 자세하게 보려면? 134
● 더 알고 싶어요! ● 현미경의 발전을 예측한 에른스트 아베 137
리튬 이온 전지 발명 - 친환경 전지로 세상을 바꾼다! 가볍고 여러 번 충전할 수 있는 전지? 139
CRISPR / Cas9 개발 - DNA를 간단하고 정확하게 자르는 가위? 144
유기물로 만든 비대칭 촉매 발견 - 거울상 분자를 만드는 새로운 유형의 보조 분자? 149
○ 노벨상 돋보기 ○ 수상을 알리는 전화, 그때 수상자는? ｜ 노벨상 연구의 윤리적인
문제 154

4장 역사를 바꾼 대발견
만유인력의 법칙 발견 - 사과와 지구가 서로 끌어당긴다고? 156
증기기관 발명 - 산업혁명을 뒷받침한 과학의 힘! 증기의 힘으로 물체를 움직인다고? 159
이산화탄소 발견 - 보이지 않는 기체를 발견한 과학 기술! 공기와 다른 무언가가 있다고? 162
세계 최초의 백신 보고 - 우두에 걸린 사람은 천연두에 걸리지 않는다고? 165
플레시오사우루스의 화석 발굴 - 어룡과 악어의 중간 단계인 공룡이 있었다고? 168
세포설 주장 - 모든 생물은 세포에서 만들어졌다고? 171
자연선택설 주장 - 생물이 역사 속에서 점점 변했다고? 174
맥스웰 방정식 유도 - 이 식이 있으면 전자기의 기본을 알 수 있다고? 177
주기율 확립 - 원소의 성질을 정리했을 뿐만 아니라 미지의 원소까지 예측한 규칙? 180
○ 노벨상 돋보기 ○ 수상자가 수상자를 키워낸다고? ｜ 유머가 한가득! 이그노벨상 183

5장 미래의 노벨상
인공 광합성 실용화 - 빛과 이산화탄소를 자원으로 바꾼다고? 186
바닷물을 식수로 바꾸는 기술 개발 - 강과 호수가 없어진다면 인류는 어떻게 될까? 189
블랙홀과 은하가 만들어진 역사 - 우리 은하는 어떻게 만들어졌을까? 192
전신마취의 원리 - 사실 마취가 왜 듣는지 모른다고? 195
암흑 물질의 정체 규명 - 우주의 4분의 1을 차지하는 미지의 존재 198
고온 초전도 현상 규명 - 전기를 손실 없이 사용하는 꿈의 기술? 201
유성 생식을 하는 이유 규명 - 성별은 왜 나뉘었을까? 204
우주 엘리베이터 실현 - 인류가 엘리베이터를 타고 우주로 진출한다고? 207
mRNA를 사용한 치료제 개발 - 더 안전하게 병을 치료할 수 있다고? 210

에필로그 213
참고 문헌 215
찾아보기 224

어느 날 플레밍은 황색포도상구균을 배양한 페트리 접시에 푸른곰팡이가 들어간 것을 발견했어요. 이 페트리 접시를 관찰해보니 푸른곰팡이 주변에만 황색포도상구균이 제대로 자라지 않았습니다. 이로써 플레밍은 푸른곰팡이가 황색포도상구균의 성장을 억제하는 물질을 만들어낸다는 사실을 알아냈지요.
이 물질에 주목한 플레밍은 푸른곰팡이를 배양한 액체에서 균을 죽이는 물질을 발견했습니다. 그리고 이 물질에 페니실린이라는 이름을 붙였습니다. 세계 최초의 항생물질은 세균에서 탄생한 셈이지요. 시간이 흘러 페니실린이 디프테리아와 장내구균 감염증처럼 세균이 퍼뜨리는 감염증을 치료하는 데 굉장히 효과적이라는 사실이 밝혀졌습니다. 하지만 페니실린 성분만 따로 추출하기가 매우 까다로웠던 탓에, 이 세기의 발견도 사람들의 주목을 받지 못한 채 시간이 흘렀답니다.
-30~31쪽

액설과 벅의 연구팀은 냄새의 정보를 전달하는 후각 상피에 주목했습니다. 이 세포를 만드는 유전자에서 후각 수용체에 관여하는 유전자를 밝혀냈지요. 이후 인간에게는 이 유전자가 910개, 수용체는 약 500종이 있다는 사실이 확인되었습니다. 여러 종류의 센서를 통해 냄새 분자의 크기와 형태를 파악하여 다양한 냄새를 분류했던 것이지요.
게다가 센서가 감지한 냄새를 뇌가 인식하는 원리도 밝혀냈습니다. 냄새 분자가 후각 수용체에 결합하면 냄새 분자의 종류에 반응한 후각 수용체가 변형되어 뇌에 전기 신호를 보냅니다. 뇌에 전기 신호를 보내는 신경 세포는 수용체의 종류가 다르므로 뇌는 자극을 전달한 신경 세포에 따라 어느 수용체가 반응했는지, 즉 어떤 냄새를 맡았는지 알 수 있습니다.
-45~46쪽

유리관을 비활성 기체로 채우고 유리관 안에 있는 금속판에 전기가 흐르게 하면 전자가 금속판 사이를 이동합니다. 이 전자의 흐름이 음극선입니다. 뢴트겐은 실험 도중 음극선을 그리는 장치를 마분지로 씌워 음극선은 물론 장치에서 새어 나오는 빛까지 차단했습니다. 그때 우연히 가까이 있던 사진 건판이 형광을 내뿜는 것을 보았습니다.
그래서 뢴트겐은 종이를 지나 감광판에 도달한 빛이 있으리라고 예상했습니다. 덮개의 종류를 바꾸어 실험한 결과, 이 빛은 온갖 물체를 투과하며 이를 이용하면 물체의 내부가 비치는 사진을 찍을 수 있다는 사실을 알았습니다. 뢴트겐은 형광을 내뿜는 현상을 이 ‘미지의 광선’이 작용한 결과로 보고, 광선에 ‘X선’이라는 이름을 붙였습니다.
-62~63쪽

베크렐은 물리학자였던 아버지 알렉상드르 에드몽 베크렐Alexandre-Edmond Becquerel에게서 우라늄염(순수 우라늄 광석을 건조·여과하는 과정에서 생기는 농축물 - 옮긴이 주)이라는 광석을 물려받았습니다. 우라늄염은 햇빛을 받으면 인광이라는 희푸른 빛을 내뿜는데요. 베크렐은 이 광석을 종이에 감싸 사진 건판 위에 올린 다음 빛
을 차단하면 어떻게 될지 시험했습니다.
실험 조건은 다음과 같았습니다. 하나는 광석을 감싼 종이를 햇빛이 잘 드는 곳에 두고, 다른 하나는 햇빛이 닿지 않는 서랍 안에 두었습니다. 그 결과 두 조건에서 모두 사진 건판이 반응했습니다. 그러니까 우라늄염에서는 햇빛에 반응해서 인광을 내뿜지 않을 때도 사진 건판을 반응시키는 무언가가 뿜어져 나온다는 말이지요. 이 ‘무언가’의 정체는 방사선이었습니다.
-67~68쪽

1967년, 마나베는 높이에 따른 기온을 재현하는 데 성공했습니다.
전 지구적으로 일어나는 운동인 대기 대순환은 물론 육지와 바다의 분포를 고려한 이 모델에서는 기온에 따라 남북극의 눈과 얼음이 늘었다가 줄어들기도 했습니다. 이산화탄소의 농도가 달라졌을 때의 기온 변화를 계산한 결과, 이산화탄소 농도가 당시 평균 농도의 두 배가 되면 평균 기온은 섭씨 2.93도, 위도가 높은 지역에서는 기온이 큰 폭으로 상승하리라고 예측할 수 있었지요.
그로부터 10년 뒤 하셀만은 인간 활동의 자취(지문)가 지구의 기후에 미치는 영향을 확인하는 방법을 개발했습니다. 최적 지문법은 인간 활동과 다른 요소를 결합한 모델로, 이것으로 기온 변화를 계산하면 실제로 관측된 수치와 거의 일치했습니다.
-102~103쪽

노벨상은 여러 부문에 걸쳐 시상합니다. 일반적으로 생리학·의학상, 물리학상, 화학상, 경제학상, 평화상, 문학상의 여섯 부문이 있지요. 의학, 물리학, 화학처럼 자연과학 분야에 상을 준다면 수학상도 있지 않을까 하는 의문이 들지만 사실 노벨 수학상은 없습니다.
대신 수학계에는 필즈상Fields medal이라는 상이 있습니다. 수학계의 노벨상으로 불리는 필즈상은 수학에서 뛰어난 활약을 보인 사람에게 주어지지요. 창설자인 캐나다의 수학자 존 찰스 필즈John Charles Fields(1863~1932)의 이름을 딴 상이랍니다. 필즈상 시상식은 4년에 한 번 열리는데, 다음 시상식이 손꼽아 기다려지네요.
-105쪽

1991년, 노벨상이 발표되기 약 1개월 전에 이그노벨상이라는 상이 창설되었습니다. 노벨상의 패러디로 만들어진 상으로, 사람들에게 웃음을 주고 생각할 거리를 준 연구에 수여되지요.
노벨상과는 대조적으로 수상 분야가 그때그때 추가되고, 수상식에는 종이비행기가 날아다니며, 10조 짐바브웨 달러를 상금으로 받지요. 얼핏 봐선 엄청나게 큰 금액 같지만 원화로는 겨우 4,000원밖에 되지 않는답니다. 2021년에는 수상식이 온라인으로 개최되었고, 트로피도 실물이 아니라 트로피 종이 모형의 설계도를 PDF 파일로 수여했습니다. 상이란 무엇인지, 연구란 무엇인지에 대해 유머러스하게 질문을 던지는 상이 아닐까 합니다.
- 183쪽

노벨상 수상을 알릴 때는 노벨 재단에서 수상자에게 전화를 겁니다. 전화를 받은 과학자들은 카페에서 논문을 쓰고 있었다든지, 집에 있었다든지, 비행기에 타기 직전이었다든지, 공동 수상자와 술을 마시고 있었다든지 등 제각각이지요.
2013년에는 힉스 입자를 관측한 업적으로 노벨상을 받게 된 피터 힉스Peter Higgs(1929~)가 전화를 받지 않는 바람에 재단 측이 난감해했다고 합니다. 힉스는 미디어를 피하고 싶어서 외출할 때 휴대전화를 들고 가지 않았다고 해요. 전 세계의 이목이 집중되는 상인만큼 마음 편히 지낼 수 있는 환경에 있고 싶었던 것 아닐까요.
- 154쪽

당연한 말이지만 우리는 공기에 둘러싸여 살고 있습니다. 공기는 거의 눈에 보이지 않습니다. 만약 공기에 대해 아무것도 몰랐다면 대기에 포함된 산소나 이산화탄소를 발견하기는 어려웠겠지요.
1756년, 공기와 화학적 성질이 다른 기체를 발견한 조지프 블랙은 이를 ‘고정 공기’라고 불렀습니다. 고정 공기는 현재 이산화탄소라는 이름으로 더 유명하지요.
이를 발견한 계기는 화학 반응 실험이었습니다. 블랙은 탄산마그네슘(MgCO3)을 가열했을 때, 무게와 성질이 변화하는 현상을 발견했습니다. 그는 어떤 기체가 들어왔다 나갔다 하는 것이 원인이라는 가설을 세우고, 그 기체가 공기와 다른 성질을 가졌다는
사실을 실험으로 확인했습니다.
이산화탄소에 이어서 수소와 산소, 질소도 발견되었습니다. 새로운 기체가 연이어 발견되기 시작한 발단이 된 연구 성과라고 할 수 있겠네요.
-162~164쪽

1665년 영국의 과학자 로버트 훅Robert Hooke(1635~1703)은 세포를 발견했습니다. 훅은 자신이 직접 만든 현미경으로 코르크를 관찰하다 코르크가 작은 방으로 나뉘어 있다는 사실을 알게 되었지요. 그리고 이 방의 이름을 ‘작은 방’을 뜻하는 그리스어 ‘cella’에서 따와 세포cell라고 지었습니다. 훅의 발견으로부터 200년 뒤, 마티아스 슐라이덴과 암브로제 슈반은 모든 생물이 세포로 이루어져 있다는 세포설을 주장했습니다. 슐라이덴은 원래 변호사였다가 우여곡절 끝에 자연과학을 연구하는 과학자가 된 인물입니다. 현미경으로 식물을 관찰하고서 식물이 세포로 이루어져 있다고 주장했지요. 이듬해에는 생리학자인 슈반이 슐라이덴의 주장을 확대해 ‘모든 생물이 세포로 이루어져 있다’라고 세포설을 완성했습니다. 두 사람이 증명한 학설은 생물학과 의학처럼 생명을 다루는 과학의 기초가 되었고, 연구와 의료에 빠뜨릴 수 없는 이론이 되었습니다.
-171~173쪽

사람의 몸은 약 60퍼센트가 물로 이루어져 있습니다. 우리가 살아가는 데 식수는 빼놓을 수 없는 중요한 요소지요. 지구는 물의 행성이며 표면의 70퍼센트를 바다가 에워싸고 있지만, 바닷물을 그대로 마시면 몸의 염분 농도가 높아져 쓰러지고 맙니다. 우리에게 필요한 물은 염분이 없는 민물, 즉 담수입니다.
바닷물에서 담수를 만드는 방법에 관한 연구는 1950년대부터 진행되어, 사막이 많은 중동 지역과 미국, 중국 등 각국에서 실용화되었습니다. 바닷물을 가열하여 수분만을 증발시키는 방법, 삼투막으로 염분을 여과하는 방법 등 다양한 방법이 있습니다.
하지만 거대한 장치를 만드는 비용이나 담수화에 들어가는 시간이 문제였기에 간편한 방법이 필요했습니다. 빠르고 간편하게 바닷물을 담수화하는 기술이 개발된다면 미래에는 누구든지 바로바로 담수를 만들어 식수를 마실 수 있을지도 모릅니다.
-189~191쪽

멀게만 느껴지던 우주는 점점 우리에게 가까이 다가오고 있습니다. 1990년 일본 최초로 아키야마 도요히로 기자가 우주를 다녀왔고, 2021년에는 민간 우주여행이 실현되었습니다. 우주로 갈 때는 주로 로켓 또는 우주 왕복선을 이용합니다. 1960년대에는 우주 엘리베이터가 구상되었습니다. 총길이 수만 킬로미터의 케이블을 따라 우주를 이동한다는 아이디어입니다.
우주 엘리베이터를 실제로 구현하려면 건설 및 운용 시 절대로 케이블이 끊어지지 않아야 합니다. 1991년에 개발된 탄소 나노 튜브가 강하고 가벼운 소재로 주목받았지만, 실제로는 훨씬 강도 높은 소재가 필요합니다.
만약 우주 엘리베이터가 실현된다면 지금까지의 어떤 운송 수단보다도 낮은 가격에 물자를 옮길 수 있다고 합니다. 엘리베이터를 타고 누구든 부담 없이 우주로 갈 수 있게 될지도 모르지요.
-207~209쪽