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과학의 기원부터 지금의 우주 개발까지
과학을 이끌어 온 질문들은 무엇일까?

질문은 모든 학문의 원동력이다. 과학에서도 마찬가지다. 《빅 퀘스천 과학사》는 인류 삶을 크게 바꾼 과학의 질문을 엄선하고, 이 질문들을 주축으로 삼아 과학의 기원부터 현재의 우주 개발까지 과학의 역사를 펼쳐 보인다.

과학사학자가 엄선한
쉽고, 깊은 질문들

저자 원정현은 과학사학자로, 홍익대를 비롯한 여러 대학에서 과학사를 강의하고 있다. 저자의 내공은 질문에서 드러난다. 중세는 정말 과학의 암흑기였을까, 과학자들은 언제부터 실험을 했을까, 공룡은 어떻게 지금의 모습이 되었을까, 과학자들은 눈으로 볼 수 없는 원자의 생김새를 어떻게 알아냈을까, 전쟁은 과학을 어떻게 바꾸었을까 등 쉬우면서도 깊은 질문들이다. 이 질문들이 여느 과학사 책과 이 책을 구별 짓는다. 방대한 과학의 역사를 21가지 질문으로 들려주려는 시도 자체가 보통의 내공으로는 가능하지 않은 일일 것이다.
이 책은 질문과 답변으로 구성되어 있는데, 답변 역시 얕고 상투적이지 않다. 대중적인 과학책 저술가로 유명한 오후 작가의 평처럼 이 책은 ‘맥락’을 잘 짚어 가면서 미처 몰랐던 이야기까지 흥미롭게 들려주는 ‘서사’가 있는 과학책이다. 맥락과 서사, 둘 다 놓치지 않는다. 그 덕분에 과학사를 교양 수준에서 알고 싶은 인문 독자, 과학사 참고도서를 찾고 있는 교사나 청소년이 재미있게 읽어 내려갈 수 있다.
저자는 단편적으로 알려진 과학의 개념과 이론에 이야기를 접목해 과학을 입체적으로 이해할 수 있도록 돕는다. 뉴턴의 ‘만유인력의 법칙’이나 아인슈타인의 ‘상대성이론’ 같은 어려운 이론이 만들어지기까지의 과정도 쉽고 자세하게 들려준다.

질문으로 꿰는 과학사

책은 크게 4장으로 구성되어 있다. 1장 〈과학의 기원〉에서는 과학이란 학문이 언제 시작되었고, 중세 과학의 특징은 무엇인지 살펴본다. 과학은 고대 그리스 밀레투스 지역에서 시작됐고, 과학이 아닌 자연철학이라는 이름으로 불렸다. 중세는 종교의 시대라 과학이 발전하지 않았을 것 같지만 이슬람으로 인해 적어도 과학의 발전이 멈추는 ‘암흑기’는 아니었다. 이슬람의 성과로 서유럽 과학이 다시 부상하는 과정과 서유럽 과학의 성과도 함께 살펴본다.
2장 〈근대 과학의 탄생〉에서는 근대 과학과 고대 과학을 가르는 기준이 무엇인지 짚고, 근대 과학만의 특징을 관찰한다. 근대 과학에는 고대 과학에 없었던 실험이 등장했고, 수학이 사용되기 시작했다. 과학에서 실험이 중요해진 계기를 ‘연금술’로, 수학이 사용된 계기를 뉴턴의 ‘만유인력의 법칙’으로 알아본다. 그리고 실험과 수학을 동시에 사용해 알게 된 하비의 ‘혈액 순환 이론’까지 소개한다.
3장 〈실험하는 근대〉에서는 실험으로 달성한 과학의 중요한 업적들을 알아본다. 산소, 주기율표의 발견이 대표적이다. 4장 〈미립자에서 우주까지〉에서는 원자의 발견부터 우주 개발까지 현대 과학이 도전하고 이루어 낸 것들을 소개한다. 원자 발견 후 원자 모델이 변화하는 과정이나 역학을 두고 다툰 보어와 아인슈타인의 일화, 알려지지 않았던 여성 과학자들, 우주를 개발하기까지의 과정과 이후의 성과 등도 살펴본다.

다음 질문은
무엇일까

과학은 무서울 정도로 빠르게 발전하고, 인류는 과학이 발전하는 만큼 문명을 발전시키고 있다. 지금의 우주 산업이나 생명과학 등이 얼마나 많이 발전하고 있는지를 보면 가늠이 될 것이다. 저자는 질문에 대한 답을 찾아가는 과정에서 새로운 사실을 알게 되기를 희망한다. 또한 새로운 질문을 품게 되길 바란다.

오후(과학커뮤니케이터)
인문학은 참거짓을 구분하기 어렵다. 그래서 사람마다 믿고 싶은 것을 믿는다. 플라톤도 괜찮고 공자도 괜찮고 마르크스도 괜찮다. 심지어 오독을 해도 각자의 개성으로 인정받는다. 하지만 과학은 다르다. 과학에는 과거가 없다. 오류로 밝혀지면 즉각 처형된다. 물론 역사야 있겠지만, 우리는 현재 결과만을 중요하게 여기며 현재만을 배운다.
그런데 문제가 있다. 이렇게 하면 안 그래도 어려운 과학이 더 어렵게 느껴진다. 이제 과학은 비전문가에게 마치 마술 같은 것이 되어 버렸다. 지동설도, 전기도, 양자역학도 모두 우리의 직관과는 거리가 멀다. 단지 우리는 그 결과만을 꾸역꾸역 받아들일 뿐이다. 우리가 무언가를 진짜 이해하기 위해서는(혹은 이해했다고 착각하기 위해서는) 서사와 맥락이 필요하다. 맥락을 이해하면 무엇이든 쉬워진다. 과학 역시 마찬가지다. 하지만 안타깝게도 많은 과학 교양서가 이런 부분을 간과하고 있는 것 같다.
이 책은 과학을 지금 현재가 아닌 시간의 과정으로 풀어낸다. 인류가 어떤 과정을 거쳐 지금에 당도했는지, 그 과정에서 어떤 생각을 했고, 앞으로 어디로 나아갈 것인지 큰 이야기로 풀어 준다. 과거는 버려지는 것이 아니라 독자를 이해시키고 설득시키는 요소로 다시 태어난다. 좋은 책이다. 좋은 책에는 서사가 필요하지만 추천사는 결과만 알려 주면 된다.

이정모(전 국립과천과학관장)
과학은 진리는커녕 지식 그 자체라고 할 수도 없다. 과학은 의문에 대한 잠정적인 답일 뿐이다. 따라서 과학의 발전이란 질문의 역사라고 할 수도 있다. 이런 점에서 과학사학자 원정현 박사의 《빅 퀘스천 과학사》는 과학사의 본질을 꿰뚫은 책이다. 고대 과학의 기원에서 우리가 닥친 근미래까지 질문에 질문을 거듭하며 우리를 과학으로 이끈다. 이제 우리가 새로운 질문을 할 때다.

책을 내며

1장 과학의 기원
과학은 언제 시작되었을까
고대인들은 왜 지구가 우주의 중심이라고 생각했을까
중세는 정말 과학의 암흑기였을까
중세의 대학생들은 어떤 과학을 배웠을까

2장 근대 과학의 탄생
과학자들은 언제부터 실험을 했을까
갈릴레오는 정말 “그래도 지구는 돈다”고 했을까
과학 공부에 수학이 필요한 이유는 무엇일까
혈액이 순환한다는 사실을 언제부터 알았을까

3장 실험하는 근대
산소는 어떻게 발견했을까
건전지는 언제 처음 만들어졌을까
주기율표는 우연히 발견되었을까
공룡은 어떻게 지금의 모습이 되었을까
다윈이 멘델을 만났다면 무엇이 달라졌을까

4장 미립자에서 우주까지
과학자들은 눈으로 볼 수 없는 원자의 생김새를 어떻게 알아냈을까
양자역학을 왜 확률의 학문이라고 할까
시간과 공간은 변할까, 변하지 않을까
생명과학은 인류에게 어떤 도움이 될까
과학의 역사에서 여성 과학자는 어떤 역할을 했을까
전쟁은 과학을 어떻게 바꾸었을까
언제부터 우주 개발을 꿈꾸었을까
기후 위기와 플라스틱은 어떤 관계일까

참고문헌
주
이미지 출처

과학사는 말 그대로 과학의 역사를 공부하는 학문입니다. 역사학자들이 선사시대부터 현재까지 이어지는 변화의 과정을 알아내는 것처럼, 과학사를 연구하는 학자들도 과학의 과거부터 현재까지를 역사적으로 이해하려고 노력합니다. 과학을 하나의 역사 현상으로 여기는 것이죠. 그래서 과학사에는 과학 지식뿐만 아니라 과학자들이 그 지식을 발견한 과정, 그 발견에 영향을 끼친 사회·정치·문화·종교적 배경 등 흥미진진한 이야기가 많이 담겨 있습니다. -5쪽

과학이란 순수하게 자연에 관한 지식을 만드는 행위라고 봅니다. 자연에 대한 합리적인 지식을 알아내는 활동만을 과학이라고 정의하고, 기술은 실제적인 문제를 해결하는 활동이라고 구분해서 정의하는 것이죠. -16~17쪽

중요한 점은 초기 자연철학자들이 이전 세대와는 달리 다양한 자연현상의 원리를 신의 개입 없이 설명하고자 했고, 자연의 근본 물질과 물질 변화에 대해 합리적 설명을 하려고 시도했다는 점이에요. -21쪽

지상계와 천상계가 서로 다른 원리에 따라 운동한다는 아리스토텔레스의 생각이 오랫동안 받아들여진 이유는 무엇일까요? 자연스러운 운동에 대한 아리스토텔레스의 설명이 사람들의 일상적인 경험을 아주 잘 반영하고 있었기 때문입니다. -31쪽

우리가 고대 그리스인들의 관점에서 그들의 과학을 바라본다면, 그들이 과학 지식을 만들어 낸 과정과 그 속에 숨어 있는 장점들을 발견하는 기쁨을 누릴 수 있을 거예요.
-35쪽

이슬람인들은 번역한 책들로 공부했고, 자신들이 학습한 고대의 지식을 바탕으로 과학의 여러 분야에서 독창적인 발전을 이루기 시작했어요. 특히 의학, 광학, 천문학, 수학, 연금술 분야에서 괄목할 만한 성과를 거두었어요. 번역 사업이 시작된 때부터 이슬람 과학이 독창적인 발전을 이뤄 낸 13세기까지의 기간을 보통 이슬람 과학의 ‘황금시대Islamic Golden Age’라고 불러요. -44쪽

개인적으로 흩어져서 번역이 진행되었는데도 서유럽인들이 번역한 고대 그리스 서적들은 빠른 속도로 유럽 전역에 퍼졌어요. 바로 이 시기에 유럽의 각 도시에 대학이 세워지고 있었기 때문이지요. 당시 도시에 세워진 성당 학교나 문법학교의 교수와 학생들은 자치 조합을 만든 다음, 교황이나 국왕의 특허를 받아 더 수준 높은 교육을 할 수 있는 교육기관을 만들었는데, 이것이 바로 대학입니다. -56쪽

스콜라철학은 중세에 교회의 인정을 받아 가르치던 철학으로, 기독교 신앙의 가르침과 자연철학의 이성적 논리를 조화시키고자 했던 철학이에요. 아리스토텔레스의 자연철학을 기독교 사상에 편입하려던 시도지요. -62~63쪽

중세 대학들의 노력이 있긴 했지만, 자연에 관한 지식이 폭발적으로 증가한 것은 근대에 들어서입니다. 근대는 보통 17세기부터 19세기까지를 말합니다. 근대 초기의 과학의 모습은 중세와 아주 많이 달라졌습니다. 그래서 이 시기에 일어난 과학계의 큰 변화를 보통 ‘과학 혁명The Scientific Revolution’이라고 합니다. -69쪽

이처럼 하비는 수학과 실험을 통해 인체가 하루에 만들어 내는 혈액의 양을 계산한 후 그 혈액이 심장에서 동맥을 따라 온몸으로 퍼져 나가고, 그 피는 다시 정맥을 따라 심장으로 돌아온다는, 우리가 지금 알고 있는 혈액 순환 이론을 정립한 것입니다. -123~124쪽

18세기 중반 이전의 과학자들은 플로지스톤 이론으로 물질의 연소를 설명했습니다. 플로지스톤 이론이란 모든 가연성 물질에 플로지스톤이라는 입자가 들어 있다는 것인데, 이 이론에 의하면 가연성 물질이 연소할 때 플로지스톤이 밖으로 빠져나가며, 플로지스톤이 모두 빠져나가면 연소가 끝난다고 할 수 있습니다. -128쪽

라부아지에는 이 ‘어떤 공기’가 바로 프리스틀리가 말한 ‘플로지스톤 없는 공기’라고 생각했습니다. 그리고 ‘플로지스톤 없는 공기’에 ‘산소oxygen’라는 이름을 붙여 주었어요. 산소는 ‘산을 생성하는 물질’이라는 뜻입니다. 당시에는 물질이 ‘어떤 공기’와 결합하면 그 물질이 산성으로 바뀐다고 생각했기 때문에, 이 공기에 산소라는 이름을 붙인 것입니다. -133~134쪽

지금의 주기율표가 만들어지는 데 가장 중요한 역할을 한 사람을 꼽으라면, 보통 멘델레예프와 모즐리를 말합니다. 하지만 그 뒤에 아주 많은 과학자의 노력이 있었음을 기억하면 좋겠습니다. 주기율표는 우연의 산물이 아니라 많은 과학자가 노력한 결과물이 쌓이고 발전하면서 만들어진 것이니까요. -161쪽

진화론이 등장하려면 진화가 일어날 만큼 지구의 역사가 오래되었다는 인식이 먼저 필요했습니다. 18세기 말부터 발달하기 시작한 지질학은 그러한 시간 개념을 심어 주는 데 중요한 역할을 했지요.-177쪽

다윈은 진화가 곧 진보라고 생각하지는 않았습니다. 진화는 진보가 아니라 다양성이 증가하는 과정이라고 생각했습니다. 마치 나무가 가지를 쳐 나가듯이 다양한 변이, 생존경쟁, 자연선택을 통해 다양성이 증가하는 것, 그것이 바로 진화라고 생각한 것이지요. 다윈은 이런 생각을 담아 1859년에 《종의 기원》을 세상에 내놓습니다. -184~185쪽

과학자들은 자신들의 새로운 실험 결과를 해석하는 과정에서 다양한 원자 모델을 추론해 왔습니다. 어떻게 보면 새로운 실험 결과를 얻을 때마다 새로운 원자 모델이 등장했다고 할 수 있지요. 특히 20세기 들어서는 원자 모델을 만들 때 수학적 계산이 무척 중요해졌습니다. 양자역학 연구자들은 수학적 계산을 통해 원자 모델을 먼저 만들고, 모델이 현상에 잘 맞는지를 해석하는 방식으로 원자 모델을 만들었으니까요. -208쪽

양자역학은 너무나 작은 세계를 연구 대상으로 삼습니다. 어떤 입자가 있는 위치를 확률적으로만 알 수 있다거나, 입자가 너무 작아서 위치와 속도를 동시에 측정하기 불가능하다거나, 어떤 대상이 입자일 때도 있고 파동일 때도 있다는 양자역학적 사고는 사실 받아들이기가 쉽지 않습니다. 하지만 과학자들은 양자역학을 통해 전자 같은 미립자들의 움직임을 설명할 수 있었습니다. 그리고 양자역학의 확률 개념과 불연속 개념을, 일상생활의 문제를 해결하고 삶의 질을 향상하는 데 이용하고 있답니다. -224~225쪽

20세기 물리학에 가장 큰 영향을 끼친 두 가지는 단연 상대성이론과 양자역학입니다. 상대성이론과 양자역학은 현대 물리학의 두 기둥이라고 해도 과언이 아니지요. 양자역학이 물체의 위치와 운동에 관한 고전역학의 가정을 바꾸었다면, 상대성이론은 시간과 공간에 관한 고전역학의 관점을 바꾸었습니다. -227쪽

아인슈타인은 뉴턴의 절대적 시간과 절대공간이라는 개념을 버리고, 빛의 속도는 변하지 않는다는 기본 전제를 바탕으로, 20세기 가장 유명한 이론인 상대성이론을 완성했습니다. 광속 불변의 법칙으로 우주를 바라봄으로써, 시간과 공간은 절대성을 가지지 않으며, 둘은 서로 분리된 개념이 아님을 보여 준 것입니다. -240쪽

마리 퀴리는 라듐 연구 공로를 인정받아 남편과 함께 1903년에 노벨물리학상을 받습니다. 여성이 노벨상을 받은 것은 처음이었습니다. 이어서 1911년에는 라듐의 성질과 화합물에 관한 연구로 노벨화학상까지 받으면서, 노벨상을 두 번 받은 다섯 명의 과학자 중 한 명이 되지요. -271쪽

1970년대에 들어서 미국과 소련은 우주 개발에서 경쟁보다는 서로 협력합니다. 그런 관계 변화를 보여 주는 대표적인 것이 우주 왕복선-미르 프로그램입니다. 소련의 미르 우주 정거장에 미국 우주 왕복선이 도킹하는 프로그램이었죠. 1995년 미국의 우주 왕복선 아틀란티스호와 소련의 우주 정거장 미르가 도킹했고, 이후 여러 차례 더 결합해 미국 우주인이 미르에 머물기도 하고, 소련의 우주인이 우주 왕복선에 옮겨 타기도 했습니다. 이렇게 보면 미르는 냉전 시대 경쟁의 산물이지만, 상호 협력의 상징이기도 합니다. -305쪽

플라스틱이 잘 분해되지 않는 이유는 플라스틱의 구조에서 찾을 수 있습니다. 플라스틱은 단위체가 수천, 수만, 수십만 개 반복되어 만들어진 고분자 화합물입니다. 플라스틱을 분해하려면 플라스틱을 이루는 분자들 사이의 결합을 끊어 다시 원래의 작은 물질로 나누어야 하는데, 플라스틱은 단위체를 길게 이어서 만든 고분자 화합물이니 그만큼 분해하기가 힘든 것이죠. -318~319쪽