The Science Times

올해 노벨화학상은 크리스퍼 유전자가위를 개발한 두 여성과학자인 제니퍼 다우드나(Jennifer A. Doudna) UC버클리 교수와 에마뉘엘 샤르팡티에(Emmanuelle Charpentier) 막스플랑크연구소 교수에게 돌아갔다. 크리스퍼 유전자가위는 일찍부터 노벨상이 기대되던 분야이기는 하지만, 이번 노벨화학상 역시 몇 가지 살펴볼 만한 특징들이 있다.

첫 번째로 주목할만한 사항은 블랙홀의 연구자들이 올해 노벨물리학상을 받았으니 천체물리학 분야에서 작년에 이어 2년 연속으로 수상자가 나왔다는 점이다. 다른 분야의 노벨상도 마찬가지이겠지만 물리학상 역시 해마다 분야별로 안배되는 경향이 있음을 감안한다면, 전문가들조차 예상치 못한 결과다.

열역학 제2법칙에 의하면 고립된 계의 엔트로피는 항상 증가한다. 즉 엔트로피가 증가하는 방향이 바로 시간이 흐르는 방향이므로, 시간이 역전되면 엔트로피 역시 감소하는 방향으로 흐르게 된다는 것이 영화 '테넷(TENET)‘의 주된 모티브이다.

거대과학실험장치들 중에는 LHC 등 충돌형 입자가속기나 레이저간섭중력파관측소(LIGO) 와 같이 기초과학을 연구할 목적으로 건설된 것만 있는 것은 아니다. 실용적인 응용을 위한 거대과학실험장치의 대표적인 예로서 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor), 즉 국제핵융합실험로가 있다.

중성미자를 처음으로 검출한 물리학자는 미국의 프레더릭 라이너스(Frederick Reines)인데, 그는 1953년 원자로 내에서 중성미자를 검출하였고 1995년도 노벨물리학상을 공동 수상하였다. 1962년에 미국 콜롬비아 대학의 물리학자 레더만(Leon Lederman)과 슈왈츠(Melvin Schwartz), 스타인버거(Jack Steinberger)는 입자가속기 장치를 이용하여 실험하는 과정에서 중성미자를 관찰하였다. 이들은 인공적인 중성미자 빔을 만드는 데에 성공하고 중성미자의 본질을 밝히는 공로를 인정받아, 1988년도 노벨 물리학상을 공동으로 수상하였다.

2008년부터 가동된 거대 강입자 충돌기(LHC, Large Hadron Collider)는 현존하는 세계 최대의 입자가속기이다. 스위스 제네바 인근에 위치한 충돌형 입자가속기로서, 스위스와 프랑스의 국경을 넘나들면서 지하 100m 지대에 길이 27km의 가속 터널을 형성하고 있다.

입자물리학이 발전하고 새로운 소립자들이 이론적으로 예견됨에 따라, 이들을 발견하거나 입증할 입자가속기의 중요성도 갈수록 커졌다. 특히 이러한 실험을 위해서는 양성자 등 극히 작은 소립자를 매우 빠른 속력까지 가속해야 하므로, 높은 에너지를 얻으려면 입자가속기 역시 더욱 거대화될 수밖에 없다. 아울러 입자가속기는 어렵기 그지없는 극한 기술들인 가속 궤도를 진공 상태에 가깝게 유지하게 하는 초진공 기술, 매우 강력한 자기장을 얻기 위한 초전도 전자석, 초전도가 가능한 저온을 구현하기 위한 극저온 기술 등을 필요로 한다. 현재 세계 최대의 입자가속기인 CERN의 거대강입자충돌기(LHC) 역시 이러한 기술들을 적용하여 건설되었다.

원자를 구성하는 소립자인 양성자, 중성자, 전자 등은 19세기 말에서 20세기 초반에 걸쳐서 모두 발견되면서 원자의 내부 구조가 밝혀지게 되었다. 즉 원자핵 밖의 전자(Electron)는 1899년 톰슨(Joseph John Thomson)에 의해 발견되었고, 양성자(Proton)를 포함한 원자핵은 러더퍼드(Ernest Rutherford)의 α선 산란 실험 결과 1911년에 발견되었다. 또한 원자핵 내부에 양성자 이외에 별도로 존재하는 중성자(Neutron)는 1932년 채드윅(James Chadwick)에 의해 발견되었다.

자연과 우주의 궁극을 밝히는 입자물리학 등에서 첨단의 이론들을 뒷받침하기 위해서는, 이를 입증하기 위한 실험 장치들 역시 더욱 첨단화하고 거대해질 수밖에 없다. 최근의 예로서 아인슈타인이 이론적으로 제시한 후 100년 만에 존재가 입증된 중력파의 경우, 길이가 4km에 이르는 초대형 마이컬슨 간섭계인 레이저 간섭계 중력파연구소(LIGO)라는 거대한 실험 장치를 통해서 검출할 수 있었다.

세계 최초로 상용화되었던 초음속여객기 콩코드는 비록 퇴장하였지만, 새로운 초음속여객기를 개발하려는 노력은 계속되고 있다. 물론 차세대 초음속여객기는 과거 콩코드의 실패 요인이었던 과도한 연료비용에 따른 너무 비싼 요금이나 큰 소음에 따른 환경문제 등을 해결할 수 있어야 한다.