The Science Times

최근 많은 사람들이 이례적으로 뜨거운 겨울과 다양한 이상 기후 현상에 놀라워하고 있다. 이제는 피부로도 느끼게 된 기후변화 문제를 더 이상 방관할 수 없게 되었다. 기후 변화의 가장 큰 요인은 이산화탄소와 같은 온실가스 배출량의 증가다. 기후변화 속도를 완화시키기 위해서는 앞으로 발생할 탄소배출 자체를 감소시키려는 노력도 중요하지만, 이미 대기 중에 배출된 탄소를 지상으로 고정시키려는 노력도 못지않게 중요하다.

딱 30년전 필자는 8년간의 미국생활을 마치고 이태리 트리에스테(Trieste)에 있는 국제이론물리연구소(ICTP)의 연구원으로 가게 되었다. 국제이론물리연구소는 유네스코와 이태리정부의 지원으로 주로 아시아와 아프리카 등 제3세계 이론물리학자들의 연구를 돕기 위해 설립되었고 지금까지도 우리나라를 비롯해 다양한 국가들의 연구자들이 국제학회 등 다양한 행사에 참가하는 곳이다.

지난 달에 한국물리학회가 부산에서 개최되었다. 오랜만에 온라인이 아닌 학회에서 쟁쟁한 분들의 현장 강연을 들을 수 있었다. 2016년 노벨상 수상자인 던컨 홀데인(Duncan Haldane) 교수가 마지막 날 기조 강연을 하면서 젊은 물리학도들에게 자신의 경험과 조언을 남겼다.

2022년 올해 노벨 물리학상은 양자얽힘 현상에 관한 실험으로 양자정보과학 분야 연구를 개척한 알랭 아스페, 존 프랜시스 클라우저, 안톤 차일링거에게 수여된다. 아인슈타인은 1905년 논문에서, 금속에 빛을 쬐면 전자가 튀어나오는 광전효과(光電效果)를 양자물리학적으로 설명하여 노벨 물리학상을 받았지만, 1920년대 후반에 새로이 등장한 양자이론에 대하여 불만이 많았다. 고전물리학에서 말하는 측정은, 이미 결정되어 있는 물리량을 물체에 영향을 주지 않은 채 읽어낼 수 있다고 여겼다. 양자물리학에서는, 물리량으로 가능한 여러 값들 중에서 어느 하나로 확률적으로 정해지는 것이 측정이다.

2014년에 개봉했던 영화 에서, 주인공 일행은 우주선을 타고 인류가 새로 살 수 있을 만한 행성을 찾으러 나선다. 그중 한 행성에 거의 다 왔을 때, 그 행성계의 중심에 있는 “가르강튀아”라는 거대 블랙홀이 영화 화면 전체를 뒤덮는다. 황금색의 두꺼운 원반과 그 중앙을 길쭉하게 가로지르는 선까지. 이전까지 사람들이 그려오던 블랙홀의 모습과는 너무나도 달랐다.

지난 여름 또한 폭염, 가뭄과 같은 기상 이변이 전 세계에서 일어났다. 이젠 ‘역대급 폭염’, ‘몇 년이래 최악의 가뭄’이라는 단어를 매년 듣는 것은 일상이 되어버린 듯하다. 현 상황을 극복하기 위한 우리의 노력은 이제 선택이 아닌 생존을 위한 의무인 것으로 보인다. 이런 노력의 일환으로 온실가스 배출이 없는 청정에너지원의 개발 역시 큰 주목을 받고 있다. 핵융합에너지는 자연이 선택한 궁극의 청정에너지원이며, 이를 활용하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 미래 청정에너지원으로서 핵융합에너지에 대해 간단히 소개하고자 한다.

2022년 노벨물리학상은 양자역학의 얽힘(entanglement) 현상을 실험으로 입증한 알랭 아스페(Alain Aspect), 존 프랜시스 클라우저(John Francis Clauser), 안톤 차일링거(Anton Zeilinger)에게 수여되었다. 양자 얽힘이란 양자역학 세계에서 두 입자가 분리되어 있더라도 마차 하나의 상태처럼 존재해서, 하나가 특정 상태가 되면 다른 하나도 동일한 상태가 된다는 의미다. 이 현상은 20세기 초반 양자역학이 정립되던 시기부터 논란이 되었던 주제다. 지금은 이 분야를 양자역학의 토대(foundations of quantum mechanics)라고 부른다.

최근 들어 지구 온난화 문제를 극복하기 위해 태양전지가 많은 관심을 받고 있다. 일반적으로 태양전지라고 하면 태양으로 인해 발생한 열이 아니라, 태양에서 온 빛을 이용하여 전기를 생산하는 장치를 말한다. 양자역학과 크게 관련이 없을 것 같지만, 놀랍게도 양자역학(quantum mechanics)이 처음 정립되기 시작한 20세기 초에 나왔던 이론들이 태양전지의 작동 원리를 이해하는 데 필수적이다.

원자 구조를 공부하는 나에게 경영학 하는 친구가 ‘그걸 알아서 어디에 쓸 건데?’ 라고 물었다. 그 당시 나는 원자 구조로 무엇을 할지 생각지도 않았기에 그 질문에 한 대 얻어맞은 느낌이었다. ‘과학, 그거 어디에 써먹나요?’, ‘이것은 어디에 사용되는 물건인가요?’ ‘힉스입자(모든 물질에 질량을 갖도록 매개하는 입자)로 뭘 할 수 있어요?’ 물리학자들은 이런 질문에 상당히 당황스럽다. 지금 힉스입자를 찾았다고 해서 우리 삶이 당장 바뀌는 것은 아니기 때문이다.

지구 온난화로 인한 기후 위기가 일상이 되고 있다. 이제는 많은 국민들이 지구 온난화가 단순한 지구 평균 기온의 상승이 아닌 전방위적인 환경의 변화를 의미하며, 그에 따라 전반적인 삶의 양식이나 사회 구조에도 큰 변화를 유발할 수 있음을 몸소 깨닫고 있다. 지구 온난화 억제를 위해 각국은 탄소 중립을 주요 국가 의제로 삼고 있으며, 산업계도 이에 발맞추어 다각도의 노력을 시작하고 있다.