과학자들이 바꿀 미래는 어떤 모습일까?
궤도 · 장동선 박사 강력 추천!
“미래를 준비하는 모든 이들을 위한 책!”
◎ 도서 소개
“질문이라는 작은 불씨가
어떻게 광대한 우주의 최전선까지 이어질 수 있는지를 보여주는
아름답고 경이로운 여정”
-궤도(과학 커뮤니케이터, 『과학이 필요한 시간』 저자)
국내 최고 기초과학 연구 기관 IBS 노도영 원장 감수
궤도 · 장동선 박사 강력 추천!
“미래를 준비하는 모든 이들을 위한 책!”
살아있는 노벨상 수상자를 비롯한 약 300명에 이르는 연구소장,
100여 개국 출신의 2만 4천여 명의 연구자들을 이끄는 연구팀 리더 및 대표들과 나눈 대화
전 세계의 최신 연구 현황까지 반영한 막스플랑크협회 회장이 들려주는 미래
대체에너지 개발로 기후 재앙을 피할 수 있을지, 인공지능 시대에도 민주주의가 살아남을 수 있을지, 고령화 사회의 의료 문제를 해결할 수 있을지에 대한 질문은 오늘날 우리 사회가 직면한 본질적인 고민이다. 이 책은 세계에서 가장 많은 노벨상 수상자를 배출한 막스플랑크협회의 회장 패트릭 크래머가 취임 전 1년 동안 84개 연구소를 직접 방문하며 기록한 특별한 과학 여행기의 형태를 띤다. 우주의 블랙홀 관측, 세포의 비밀, 양자컴퓨터, 핵융합 에너지 등 현재 진행 중인 첨단 연구 현장을 생생하게 담아내고 있다.
저자인 패트릭 크래머는 막스플랑크협회장을 맡아 세계 과학계의 활발한 교류를 강화하는 인물로 평가받는다. 우리나라와도 지난 2024년 방한을 통해 협업 계획을 공개하여 기대감을 높인 바 있다. 그는 학계와 연구자 간의 국경을 넘는 소통뿐 아니라, 일반 대중들과의 소통을 꿈꾼다. 저자는 살아있는 노벨상 수상자들을 비롯, 세계 과학의 최전선에서 직접 만난 과학자들과의 대화, 그리고 혁신적 연구의 뒷이야기를 통해 과학이 인류의 난제를 어떻게 해결하고자 하는지 조명한다. 복잡한 과학 이론을 설명하는 대신 쟁점이 되는 질문과 연구자들의 시각을 공유함으로써 일반인도 쉽게 이해할 수 있도록 풀어내며, 이러한 첨단 연구가 우리의 삶과 사회에 미칠 구체적인 변화를 제시한다. 기초과학연구원 노도영 원장의 감수와 과학 커뮤니케이터 궤도, 막스플랑크 연구소에서 연구원으로 지낸 뇌과학자 장동선 박사의 추천이 더해져 책의 신뢰성과 권위를 한층 더한다.
이 책은 과학의 거의 모든 영역을 총망라한 17개 주제에 대해, 최근 세계 과학계가 주목하고 있는 핵심 정보를 일반인 눈높이로 전달하고 있어 일반인들도 자기가 관심 있던 주제에 대해 과학에 대한 두려움 없이 쉽게 읽고 이해할 수 있다. 기후, 인공지능, 고령화 등 우리 사회가 직면한 핵심 이슈에 대해 과학적 해법과 희망의 메시지를 전하는 동시에 실제 연구 현장의 생생한 이야기를 통해 독자들로 하여금 과학적 사고력과 문제 해결력을 키울 수 있는 눈을 길러준다. 세계적 연구자들의 열정과 도전, 실패와 성공의 경험을 통해 새로운 영감으로 가득한 이 책은, 미래를 준비하는 모든 이들에게 미지를 알아간다는 기쁨과 깊은 울림을 통해 다음을 꿈꾸게 해줄 것이다.
◎ 책 속으로
또한 과학은 우리에게 지구 위험 한계선을 제시했다. 지난 100년간 세계 인구가 엄청나게 증가할 수 있었던 것은 우리가 기술권을 구축하기 위해 막대한 양의 에너지를 소비했기 때문이다. 여전히 많은 에너지가 석탄, 석유, 가스 같은 화석 에너지원을 연소시켜 생산되며 막대한 양의 이산화탄소가 대기로 배출되고 있다. 이는 지구 온난화를 촉진하고 특히 물의 순환에 변화를 일으킨다. 우리에게 가장 시급한 도전 과제는 기술권의 탈탄소화다.
유감스럽게도 인간은 지구계의 기후변화에만 교란을 일으킨 게 아니다. 우리는 생물권의 다른 영역까지도 위협하고 있다. 이를 더 정확히 알아보려면 먼저 생물권이 무수히 많은 식물과 동물, 미생물로 이뤄져 있다는 것을 알아야 한다.
-70쪽, 2장 | 지구의 복잡계 : 모든 것이 상호작용하는 거대한 시스템
의료 진단법은 빠른 속도로 발전하고 있다. 이와 더불어 유전체의 역할이 점점 중요해지고 있다. 사람들의 DNA 염기 서열을 분석해보면 대략 1,000번째 위치마다 한 개꼴로 차이가 나타난다. 이처럼 작은 차이가 우리의 개성을 만들어내며 우리를 유전적으로 고유한 존재로 만든다. 이제는 큰돈을 들이지 않아도 짧은 시간 내에 혈액 한 방울에서 한 사람의 유전체 염기 서열을 분석할 수 있다.
이렇게 얻은 유전자 정보를 이용하면 많은 경우 질병의 구체적인 원인을 알아낼 수 있다. 의사들은 유전 정보로 환자들에게서 특정한 질병이 진행될 위험이 있는지 더 정확하게 예측하고, 몇몇 경우 유전자 진단으로 환자가 특정한 약물에 반응하거나 부작용을 겪을 가능성도 예측할 수 있다.
- 151쪽, 6장 | 의학의 발달 : 인간은 어떻게 질병과 싸워왔는가
미래에는 양자컴퓨터들로 연결된 인터넷이 가능할까?아무튼 학자들은 각각의 양자컴퓨터를 대형 구간을 통해 어떻게 연결할 수 있을지도 벌써부터 연구하고 있다.
큐비트는 복사도, 복제도 불가능하기 때문에 절대적으로 안전한 데이터 전송이 이런 네트워크의 장점일 것이다. 하지만 양자 신호는 쉽게 약해지기 때문에 양자 정보는 임의의 긴 구간을 통해 전송될 수 없다. 그래서 전송된 양자 정보를 다시 ‘리프레시’하기 위한 접합점, 즉 양자 중계기가 필요하다. 이런 기적의 기계를 어떻게 만들 것인지에 대해서도 이미 연구 중이다. 학자들은 기술적 돌파구가 언제 나타날지 지켜보며 달릴 준비를 하고 있다.
- 215쪽, 9장 | 양자와 신소재 : 물질의 근원에서 새로운 가능성을 발견하다
현재의 태양전지는 햇빛이 바로 에너지로 전환되어 전력망에 공급된다. 그녀는 이 신소재는 전혀 다른 방식을 취한다고 덧붙였다. 이 소재는 들어오는 빛을 이용해 에너지를 직접 저장할 수 있으며, 저장된 에너지는 몇 시간 후 이 소재로부터 전기를 끌어낼 수 있다고 한다. 나는 너무 놀라 어안이 벙벙해졌다. 쉽게 말해 이곳에서는 햇빛이 ‘임시 저장’되고 있는 것이다.
연구원들은 미래에는 이런 소재들을 이용해 먼저 충전되고 나중에 방전되는 새로운 유형의 ‘태양전지’를 제작할 수 있으리라 생각한다. 이렇게 하면 이론적으로는 태양이 가장 강하게 빛나는 낮에는 에너지를 생산하고 저장해두었다가, 저녁에는 이 에너지를 이용해 식사를 준비할 수 있다.
- 287쪽, 12장 | 핵융합과 초전도체 : 태양과 별들의 에너지를 손에 넣으려면
사진은 잃어버린 예술을 복원할 수 있다. 사진작가는 현장의 산증인이며 이들의 기록은 지금까지도 중요한 힌트를 준다. 나는 작은 문을 지나 이탈리아의 눈부신 봄볕에 잠시 눈을 깜빡였다. 커다란 테라코타 화분에 담긴 몇 그루의 레몬 나무 뒤로 시야가 확 열리면서 교회의 종탑과 둥근 지붕들이 가득한 풍경이 펼쳐졌다.
옛 사진들을 이용하면 교회의 내부 공간을 컴퓨터로 재구성할 수 있다. 한 젊은 학자는 랩톱을 열어젖히더니 신이 나서 자신의 연구 성과를 보여주었다. 더 이상 없는 공간에 대한 구조물은 없었다. 교회 한가운데에 기둥이 하나 덩그러니 있었고, 기둥은 아무것도 받치고 있지 않았다. 이 기둥은 수많은 고해상도의 이미지를 이용해 만들어진 것이라고 한다. 이렇게 모든 디테일을 고려한 3차원의 디지털 대상물이 탄생한다.
- 379쪽, 17장 | 시간과 미 : 시간의 흐름 속에 우리는 무엇을 남기는가
◎ 도서의 주요 발견 요약
21세기 과학 연구는 우주의 기원부터 인간 세포의 미세 구조에 이르기까지 다양한 분야에서 혁명적인 진전을 이루었다. 막스플랑크 연구소를 중심으로 한 국제적 협력은 블랙홀 관측, 기후변화 메커니즘 해명, CRISPR-Cas9 유전자 편집 기술 개발 등에서 결정적인 역할을 수행했다. 특히 2019년 코로나19 팬데믹 대응 과정에서 mRNA 백신의 긴급 승인은 기초 과학 연구의 사회적 적용 가능성을 입증했으며, 이는 2025년 현재까지 62%의 글로벌 백신 접종률로 이어졌다. 양자컴퓨팅과 인공지능의 융합은 의료 진단부터 기후 모델링까지 다양한 분야에서 패러다임 전환을 주도하고 있다.
1. 우주론과 천체물리학의 발전
블랙홀과 중력파 관측의 혁명
2019년 이벤트 호라이즌 망원경(EHT) 협업을 통해 M87 은하 중심 블랙홀의 첫 직접 관측에 성공한 것은 현대 천문학의 이정표였다. 2022년에는 우리 은하 중심의 궁수자리 A* 블랙홀 이미지가 추가로 확보되며, 아인슈타인의 일반상대성이론이 극한 조건에서도 타당함이 재확인되었다. 중력파 탐지기 LIGO와 Virgo는 2015년 이후 90회 이상의 중력파 신호를 포착, 블랙홀 병합 현상에 대한 이해를 심화시켰다.
외계 행성 탐사와 생명체 가능성
제임스 웹 우주망원경(JWST)은 2021년 발사 이후 1,500개 이상의 외계 행성 대기 성분을 분석했다. 2023년 K2-18b 행성에서 수증기와 디메틸 술폰(DMS)의 흔적이 발견되며, 해양 생명체 존재 가능성에 대한 논의가 가속화되었다. 막스플랑크 천문학연구소는 적외선 분광법을 활용해 40광년 거리 내 지구형 행성 12개에서 생체지표물질 탐색을 진행 중이다.
2. 지구 시스템 과학과 기후변화
복잡계로서의 지구 이해
지구 시스템 모델링은 2020년대 들어 해양-대기-빙권 상호작용을 초고해상도(25km 격자)로 구현하는 수준에 도달했다. 막스플랑크 기상학연구소의 ICON 모델은 북극 해빙 감소가 유럽 폭염 발생 빈도에 미치는 영향을 정량화했으며, 2040년 여름 북극해 무빙기 가능성을 73%로 예측했다.
탄소 순환과 생물지구화학
아마존 탈림 관측탑(ATTO)의 10년간 데이터는 열대우림이 연간 1.5PgC의 탄소를 흡수하지만 건기 증가로 인해 2050년까지 40% 감소할 것임을 시사한다. 토양 미생물의 탄소 격리 메커니즘 연구에서 글루코사민올리고당 합성 효소(GS)의 역할이 규명되며, 농업 탄소 배출 저감 기술 개발에 적용되고 있다.
3. 생명과학과 의료 혁신
단백체학과 맞춤형 의료
크라이오전자현미경(cryo-EM) 기술의 발전으로 2024년 현재 인간 단백질 98%의 3D 구조가 해독되었다. 마르틴스리트 막스플랑크 연구소는 혈장 내 2,500개 단백질 마커를 동시 분석하는 프로테옴 칩을 개발, 조기 암 진단 정확도를 89%까지 향상시켰다.
유전자 편집의 전망
CRISPR-Cas9 기술은 2024년 7개국에서 유전성 망막색소변성증 치료제로 승인받았다. 베를린 분자유전학연구소는 염기편집기(base editor)를 이용해 헌팅턴병 원인 CAG 삼핵산 반복을 92% 정확도로 제거하는 데 성공했다.
4. 양자기술과 신소재
양자컴퓨팅 구현 과제
(2025년 IBM과 Google은 각각 1,121큐비트와 1,255큐비트 프로세서를 공개했으나, 양자 오류 수정 코드 적용 시 실제 유효 큐비트는 50-70개 수준에 머물러 있다.) 막스플랑크 양자광학연구소는 초전도 큐비트의 코히런스 시간을 500ms까지 연장하는 데 성공하며 소재 혁신의 중요성을 입증했다.
2D 소재의 산업 적용
그래핀-이텔루륨 이종구조체 개발로 10테라헤르츠(THz) 대역 전자소자가 실현되며, 6G 통신 기술 상용화가 2028년으로 앞당겨질 전망이다. 포츠담 소재연구소는 MXene 계열 나노시트를 활용한 초고용량 콘덴서(350F/g)를 자동차 배터리 시스템에 적용 중이다.
5. 에너지 전환과 지속가능성
핵융합 에너지 개발 경쟁
ITER 프로젝트는 2025년 현재 플라즈마 온도 2억 도를 300초 동안 유지하는 데 성공했으나, 순에너지 획득(Q>1) 목표 달성은 2035년으로 예상된다. 막스플랑크 플라즈마연구소의 Wendelstein 7-X 스텔라레이터는 30분 연속 운전으로 토카막 방식 대비 안정성 우위를 입증했다.
수소 경제 인프라 구축
EU의 2030 수소전략에 따라 라인-메인 지역에 1,200km 수소파이프라인이 건설 중이다. 뮌헨 촉매연구소는 암모니아 직접 분해 촉매(Ni-Fe/Al₂O₃) 효율을 98%까지 향상시켰으나, 저장 밀도(40kg/m³) 문제가 남아있다.
6. 인공지능과 사회 변혁
신경형 반도체의 진화
인텔의 Loihi 3 칩은 뉴런 1백만 개를 집적해 기존 CNN 대비 에너지 효율을 1,000배 개선했다. 프랑크푸르트 인지과학연구소는 스파이킹 신경망(SNN)을 이용한 실시간 감정인식 시스템을 개발, 93% 정확도로 우울증 초기 증상을 탐지한다.
알고리즘 거버넌스 문제
2024년 EU AI법은 고위험 시스템에 대해 실시간 설명 가능성(real-time explainability) 요건을 도입했다. 베를린 윤리연구소는 생성형 AI의 편향성 문제를 해결하기 위해 차등 프라이버시(differential privacy) 강화 학습 프레임워크를 제안했다.
저자의 결론
과학기술의 가속화된 발전은 인류에게 전례 없는 기회와 도전을 동시에 제공하고 있다. 기후 위기 대응을 위해 탄소 포집 활용 저장(CCUS) 기술 상용화를 2030년까지 앞당겨야 하며, 양자암호통신 표준화를 위한 글로벌 협의체 설립이 시급하다. 의료 분야에서는 유전자 편집 기술의 윤리적 프레임워크 정립과 함께 개발도상국 백신 생산 역량 강화가 필요하다. 궁극적으로 과학적 통찰과 정책 결정의 연계 강화를 통해 지속가능한 미래를 구축해야 할 것이다.
