The Science Times

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.

지난 주 세계보건기구(WHO) 아드하놈 거브러여수스 사무총장은 그동안 지속된 코로나 팬더믹의 끝이 보인다는 희망스런 발표를 했다. 코로나 바이러스는 ‘사회 모든 분야가 그리고 전 세계의 모든 개개인이 함께 싸워나가야 할“ 대상이라며 말했던 그가 이제 코로나 종식을 공식적으로 선언할 날에 대해 이야기한 것이다. 당시 국내외의 거의 모든 언론과 방송은 ”우리는 다시는 코로나 이전 시대로 돌아갈 수 없을 것“이라며 회의적인 기사들을 쏟아냈고, <사피언스>의 저자로 세계적 명성을 쌓고 있던 역사학자 유발 하라리 역시 파이낸셜 타임즈지를 통해 비슷한 예측을 내놓았다. 그도 역시 ”코로나 광풍은 지나갈 것이고 인류는 생존할 것이지만, 우리는 완전히 다른 세상에 살게 될 것이다“라고 말했다.

연쇄법칙은 영어로는 체인룰(chain rule)이라고 하며, 여러 사회문제의 인과관계를 설명하는데 자주 등장하는 용어이다. 모든 자연현상도 예외없이 연쇄법칙이 적용된다. 우주의 거대한 시공세계에서도 마찬가지이다. 우주는 138억년전 빅뱅으로 시작했고, 최초 38만년이내에 수소와 헬륨, 그리고 약간의 리튬이 만들어졌다. 이들은 원자번호 1~3번으로 가장 간단한 기본 원소들이다. 수소원자 두 개가 융합하여 이루어진 수소분자들은 현재 우리은하에서만 태양질량의 약 200억배 정도가 기체 상태로 있다. 주로 수소분자로 이루어진 성간분자운속에서 외부압력과 자체중력으로 인해 뭉쳐지면서 원시별들이 만들어졌다. 대부분 집단적으로, 그리고 드물게는 하나씩 만들어진 것이다.

매일 아침 눈뜨면 과학기술과 관련된 새로운 용어들이 쏟아져 나오고 있다. 코로나19 팬데믹과 함께 디지털 전환과 에너지·환경 전환을 중심으로 한 대전환의 시대가 본격화되는가 하면 AR/VR 등 가상현실기술과 블록체인, 대체불가능토큰(Non-fungible token) 등 가상화폐 관련기술은 메타버스 발전을 가속화시키고 있다. 그런가 하면 프롭테크(Proptech, property+technology), 펨테크(Femtech, Female+technology), 사회문제 테크(각종 사회문제+technology) 등 과학기술과 크게 관련이 없어 보이던 영역에서도 과학기술이 구원투수로 등장하고 있다.

과학올림피아드 참가와 학교생활 사이의 균형, 과학올림피아드에 참가하고자 하는 학생이라면 한번쯤은 했거나, 하게 될 고민이다. 필자 또한 그랬고, 올림피아드에 참가하면서 만났던 친구들 역시 그랬다. 과연 과학올림피아드와 학교생활은 양자택일(兩者擇一)을 해야만 하는 문제일까? 필자가 여러 해 천문올림피아드 국가대표로 참여하며 느꼈던 점들을 소개하고자 한다.

국제물리올림피아드의 한국 대표로 선발된 후에는 다양한 재밌는 일들이 기다린다. 한 달여간의 집중교육 기간이 그 일들 중 하나이다. 필자의 경우 이 집중 교육이 고등학교 3년 중 단연 가장 기억에 남는 경험이다. 집중교육 전까지는 물리에 대한 근본적인 실력을 올리는 기간이었다면, 집중교육은 실제 시험에 대해 각자가 최적화되는 기간이다.