우리 과학의 계보, 현재, 미래를 한눈에 보여 주는 초대형 인터뷰 프로젝트

최준석의 과학 열전 2: 물리 열전 하

그 슈뢰딩거의 고양이는 아직도 살아 있을까?

최준석

출판사 사이언스북스 | 발행일 2022년 8월 30일 | ISBN 979-11-92107-20-2

패키지 반양장 · 신국 변형판 148x220 · 352쪽 | 가격 22,000원

분야 물리학

책소개

한국 과학의 풍경이 보인다!
우리 과학의 계보, 현재, 미래를
한눈에 보여 주는 초대형 인터뷰 프로젝트, 그 첫걸음

‘문과라서 죄송합니다.’라는 뜻을 가진 ‘문송합니다.’가 유행하는 2022년, 과학 전문 출판사인 ㈜사이언스북스에서 문과 출신 기자의 책이 출간되었다. 《주간조선》 편집장을 지냈고 현재 보건 의료 전문 정책지인 《더메디컬》의 편집 국장으로 재직 중인 최준석 기자의 『물리 열전』 상하권과 『천문 열전』이다. 「최준석의 과학 열전」이라는 시리즈의 1, 2, 3권이다. 정치부 기자로, 해외 특파원으로, 국제 전문 기자로, 시사 주간지의 편집장으로 40년 가까이 취재 현장에서 예리한 필봉을 휘둘러 온 베테랑 기자가 대한민국 과학계를 대표하는 물리학자와 천문학자 62명을 만나 인터뷰하고 취재한 기록을 책으로 담은 것이다.
인터뷰이의 목록이 화려하다. 한국 출생 여성 물리학자로 현재 전 세계 물리학계의 최정상이라고 할 미국 물리학회의 회장을 맡고 있는 김영기 시카고대 교수부터 시작해, 미래의 핵심 에너지원이 될 핵융합 연구의 국내 최고 전문가인 유석재 한국 핵융합 에너지 연구원 원장은 물론이고, 전 세계 천체 물리학계 대부분의 학자가 동의하는 암흑 에너지 연구에 대해 과감하게 반론을 제기하고 그 연구에 노벨상을 준 노벨상 위원회에 문제 제기를 하고 있는 이영욱 연세대 교수까지 성별, 나이, 세대, 지역을 불문하고 현대 과학의 최전선에서 궁극의 질문을 던지고 있는 물리학자와 천문학자 들을 만났다.
최준석 기자는 뒤늦게 과학에 푹 빠져 과학 교양서에 대한 독후감을 모은 『나는 과학책으로 세상을 다시 배웠다』라는 전작으로 과학 짝사랑을 고백한 바 있다. 그 후 2022년 6월 정년 퇴직할 때까지 「과학 연구의 최전선」이라는 제목으로 《주간조선》 지면에 과학자 인터뷰를 연재했다. 물리학자와 천문학자에서 시작했지만, 화학자, 수학자, 생물학자로 그 분야를 확대해 갔다. 그리고 정년 퇴직 이후에도 온라인 과학 전문지 《헬로디디》(대덕넷)에서 「수학자 열전」을 연재 중이다.

과학에 푹 빠진 문과 출신 기자가 전하는
지금껏 몰랐던 진짜 ‘과학자’들의 삶

“재밌다! 과학이.”이라는 말을 달고 다니는 최준석 기자는 과학책을 읽고 과학을 취재하고 과학자들의 만나면 만날수록 이상한 것들이 생겼다. 과학자 하면 떠오르는 사람들은 누구인가. 알베르트 아인슈타인, 스티븐 호킹 등 모두 외국 과학자들이다. 그렇다면 한국의 과학은 어떨까. 한국에는 어떤 과학자들이 있고, 그들은 무엇을 연구하고 있을까? 「최준석의 과학 열전」 시리즈의 첫 3권의 책은 이 두 가지 질문을 해결하기 위한 여정의 기록이기도 하다.
과학에 문외한이었다는 것은 취재의 장벽이기도 했지만 동시에 현장 연구자들이 오랫동안 잊고 있는 근본적인 연구 동기, 그들의 출발점이기도 했던 궁극의 질문들을 캐치할 수 있게 해 주는 지렛대이기도 했다. 일반 대중의 시선에서 던진 정곡일침(正鵠一針)의 과감한 질문과 엄밀한 팩트 체크, 학계에서 화제가 되는 인물이라면 그가 해외에 있든, 지하 1,000미터 아래 지하 실험실 안에 틀어박혀 있든 찾아가 만난 과감한 취재력은 그동안 과학 교양 콘텐츠가 보여 주지 못한 우리 과학자와 연구 현장 들은 물론이고, 대한민국의 과학이 도달한 지점을 생생하게 보여 준다.
유럽 입자 물리학 연구소 CERN, 페르미 연구소와 같은 세계적 위상을 자랑하는 연구소에서 당당히 활약하고 있는 국내 입자 물리학자들, 반도체 강국의 미래를 좌우할 물질 물리학의 최전선에서 구글이나 애플과 경쟁하며 반도체, 양자 기술 등을 발전시켜 나가는 물리학자들, 천문학계의 패러다임을 바꾸고, 남들과는 다른 새로운 방식으로 외계 행성과 우주의 기원을 찾아 나가는 한국의 천문학자들까지. 때로는 서로 경쟁하고, 때로는 함께 연구하며 전 세계 석학들과 어깨를 겨루는 한국의 과학자들을 두루 소개한다.
뿐만 아니라 강원도 정선 예미산 지하 1,000미터 지하에 건설된 암흑 물질과 중성미자 검출 실험실 ‘예미랩’, 대전에 건설 중인 중이온 가속기 라온(RAON) 건설 현장, 전 세계에서 가장 뛰어난 외계 행성 탐사 성과를 보여 주며 ‘제2의 지구’를 찾는 KMTNet 망원경 프로젝트 등 세계 수준의 국내 연구 시설을 보여 주며 이러한 실험을 준비하는 과학자들은 누구이며, 이곳에서 어떤 연구를 할 수 있는지, 지금 한국에서 진행되는 다양한 연구와 실험은 물론이고, 과거와 미래에 준비할 연구에 대한 계보까지, 「최준석의 과학 열전」 시리즈의 첫 책들인 『물리 열전』 상하권과 『천문 열전』에서 모두 확인할 수 있다.

때로는 서로 경쟁하고 때로는 공동 연구를 하며,
세계 석학들과 어깨를 겨루는 대한민국의 과학자들

이 책의 의외의 특징 중 하나는 이 책들을 읽고 나면, 한국 물리학의 계보와 역사가 은연중에 드러난다는 것이다. 현재 미국이나 유럽 같은 국제적인 연구 기관을 무대로 세계적인 성과를 거두고 있는 물리학자나 천문학자가 처음 물리 공부, 천문 공부를 시작했을 때 어떤 사람들로부터 배웠고 누구와 함께 연구했으며 어떤 인맥을 통해 새로운 학문의 세계로 갈 수 있게 되었는지, 그리고 한국의 어떤 연구 기관이 어떤 우여곡절을 통해 현재의 지위를 가지게 되었고, 그 지위를 유지하기 위해 어떤 노력을 하고 있는지 이해할 수 있게 된다. 말 그대로 우리 과학의 전모와 풍경이 펼쳐지는 것이다.
과학이 소수 엘리트의 전유물이며 과학 진흥은 국가의 대사일 뿐이 세상사에 바쁜 일반 시민이 알 바 아니라는 생각이 퍼져 있는 한국 사회에서 이 책의 이러한 특징은 물리학과 천문학이라는 첨단 기초 과학을 우리와 다를 바 없는 사람들이 하는 일로 만들어 주고, 우리 곁으로 가져와 준다. 과학자를 꿈꾸는 청소년이라면 이 책을 통해 과학자가 되는 다양한 과정을 엿볼 수 있을 것이다. 또 과학에 관심이 많은 성인 독자라면 과학이 발전하고 패러다임이 변화하는 과정과 과학자들 사이의 문화를 간접 체험할 수 있다. 과학에 전혀 관심이 없던 사람이라도 과학자들의 인생과 이야기를 통해 공통점을 찾아낼 수 있을 것이다.
중국 고대 역사가 사마천은 『사기 열전』의 첫 꼭지인 「백이․숙제」 편에서 “백이와 숙제가 비록 어질었어도 공자의 칭찬이 있고 나서야 그 명성이 드러났고, 시골에 묻혀 사는 사람 중에 덕행을 닦아 명성을 세우고자 하는 사람이라도 그것을 알려줄 선비를 만나지 못하면 어떻게 후세에 이름을 남길 수 있을까.”라고 썼다. 과학에 푹 빠진 문과 기자가 없었다면 정부 부처나 기업 연구소의 문서 창고나 수억 편의 논문이 업데이트되어 있는 인터넷 논문 사이트에 처박혀 잊혀졌을 연구자들의 이름과 그들의 땀과 피를 우리 독자들이 읽을 수나 있었을까. “문송합니다.”라는 말이 유행하는 시대를 넘어서 진정한 통섭(統攝)의 시대를 꿈꾸는 독자라면 이 책의 일독을 권한다.

편집자 리뷰

보이지 않는 곳에서
보이지도 않는 것들과 미래를 찾기 위해
고군분투하는 과학자들의 꿈과 현실

「최준석의 과학 열전」 시리즈의 첫 책들은 주로 물리학과 천문학 분야의 과학자들을 다룬다. 1권인 『물리 열전 상』에는 세상 만물을 구성하는 기본 입자를 찾고, 표준 모형의 한계를 넘기 위해 노력하는 입자 물리학자 24명의 인터뷰를 담았다. 양자 역학을 바탕으로 반도체 같은 물질의 특성을 연구하고 실험하는 물질 물리학자 23명의 인터뷰는 2권인 『물리 열전 하』에 모았다. 3권인 『천문 열전』에는 우주의 기원과 블랙홀의 비밀을 추적하는 천문학자 15명이 등장해 천문학계의 현실과 희망을 들려 준다.
물리학자 47명, 천문학자 15명. 한 사람당 평균 인터뷰 시간 4시간. 현직의 과학자들을 만나 질문과 답을 주고받은 시간 총 248시간이 이 책에 그대로 담겼다. 과학과는 무관한 삶을 살아온 저자의 시선은 보통의 삶을 살아가는 일반 대중들의 시선과 비슷하다. 저자는 과학계를 몰랐기 때문에 더욱 객관적으로 질문할 수 있었고, 세상이 바라보는 커다란 관점 안에서 과학계의 풍경을 조망했다.
저자는 한 명의 과학자를 만나기 위해서 서울에서 대전, 포항, 울산, 부산 등 전국 어디라도 서슴없이 달려갔다. 연구년을 보내기 위해 일본 교토에 가 있는 김윤호 교수를 만나러 일본행 비행기도 탔다. 첫 인터뷰 시간이 너무 짧았을 때에는 두 번째, 세 번째 인터뷰 약속을 잡았고, 어려운 경우에는 화상 회의 프로그램이나 전화 인터뷰, 이메일 등 다양한 방법으로 과학자들과 접촉했다.
또한 책에는 과학자들이 최준석 기자에게 설명하기 위해 제공한 사진이나 도표와 같은 자료들도 함께 실었다. 인터뷰에 응한 과학자들이 냈던 첫 박사 논문, 그리고 이들의 주요 연구 성과를 담고 있는 논문과 간략한 소개도 담겨 있다. 한정훈 교수가 개념을 설명하기 위해 직접 노트에 써 준 ‘방정식’, 그리고 자신의 연구 내용을 설명하기 위해 가득 채운 이성빈 교수의 칠판, 현재 건설 중인 예미랩을 둘러보기 위해 현장을 방문하여 찍은 사진들이 생생한 현장감을 더한다.
이 책은 한국 과학자들을 전면에 내세워 그간 잘 알려지지 않았던 우리나라의 과학계 현실에 대한 갈증을 해소해 줄 것으로 기대된다. 특히 국내 과학책 시장에 부족한 한국 과학자들을 집중 조명하고, 각 연구 분야마다 이어지는 연구자들의 유기적인 관계까지도 살펴볼 수 있게 한다. 과학계를 이루고 있는 사람과 그들 사이의 관계를 통해서도 연구가 어떻게 이뤄지는지, 그리고 연구 문화는 어떠한지를 간접 체험할 수 있다.

물리학자 10명 중 7명은 물질을 연구한다! 베일에 싸인 진짜 물질, 진짜 물리 이야기
놀랍도록 생생한 현장의 목소리가 담겼다

시리즈의 두 번째 책인『물리 열전 하』는 총 4부, 23장으로 구성됐다. 1부는 양자 기술을 연구하는 과학자들, 2부는 원자 이하 수준에서 물질을 연구하는 과학자들, 3부는 물질의 다양한 상태를 연구하는 과학자들, 4부는 난제로 꼽히는 핵융합 기술과 생물학과 융합한 과학자들을 만나 인터뷰했다. 1권이 물리학에서도 보다 기초적인 분야를 다루는 과학자들을 소개했다면, 2권에서는 보다 실용적인, 그렇지만 당장의 먹고살기를 만족시켜 주는 과학이 아니라 미래 사회를 바꿀 핵융합, 양자 컴퓨터, 응집 물질 연구에 매달린 첨단 과학자들을 소개한다. 또 물질과 생명의 경계에서 연구하는 물리학자들도 다뤄진다.

1장 양자 컴퓨터 개발은 불가능하다?!
조동현(고려 대학교 물리학과 교수)

조동현 교수는 정밀 측정을 하는 원자 물리학자다. 그는 양자 컴퓨터에 사용되는 큐비트 관련 연구를 했지만 앞으로 양자 컴퓨터 개발이 불가능하다고 도발적인 주장을 한다. 조동현 교수 편에서는 그가 왜 양자 컴퓨터 개발에 회의적인지, 그리고 구글이 개발한 양자 컴퓨터는 대체 무엇인지 일반인들도 이해할 수 있도록 쉽게 설명한다.

“구글 팀의 논문을 다시 찾아 읽어 봤다. 이번에 구글 팀 머신의 에러 발생률은 0.15퍼센트다. 0.15퍼센트는 큐비트 1개를 쓰는 데 잘못 쓸 가능성이 1,000번에 1~2번이라는 뜻이다. 오류가 쌓이면 어떻게 연산을 할 수 있겠는가? 1을 쓰고 싶은데 정확히 써지지 않는 시스템이 현재의 양자 컴퓨터다.” -26쪽에서

2장 나의 40대, 양자 컴퓨터에 갈아 넣었다!
정연욱(성균관 대학교 나노 공학과 교수)

정연욱 교수는 양자 컴퓨터를 개발하는 몇 안 되는 한국 물리학자다. 이번 인터뷰를 통해 그의 연구팀이 어떻게 첫 번째 큐비트를 만들었는지, 그리고 큐비트의 질을 높이기 위해 어떻게 해야하며, 양자 컴퓨터에 대한 회의론에 맞서 그래도 개발해야 하는 이유 등을 설명한다.

양자 컴퓨터는 우리가 흔히 보는 컴퓨터가 아니다. 지금 컴퓨터가 하는 계산은 거의 영원히 지금의 컴퓨터가 할 것이다. 물론 양자 컴퓨터를 디지털 컴퓨터처럼 쓸 수도 있다. 하지만 그럴 이유가 없다. 그건 마치 최고급 경기용 자동차 페라리를 몰고 배추 배달을 가는 것과 같다. -39~40쪽에서

3장 미세 자기장 측정하는 양자 센서 만든다
이동헌(고려 대학교 물리학과 교수)

이동헌 교수는 양자 센싱 및 양자 이미징 연구에 집중한다. 고전적인 센서는 표준 양자 한계 이하의 작은 신호는 측정하지 못하지만 양자 센서를 이용하면 그보다 작은 신호도 측정할 수 있다. 이동헌 교수 편에서는 무궁무진한 양자 기술의 종류와 그가 사용하는 ‘다이아몬드 NV 결함’ 기술에 대해 자세히 소개한다.

“일반적으로 양자 상태는 오래가지 않는다. 측정하려면 양자 상태가 깨진다. 초저온이 아니면 양자 상태 유지가 쉽지 않다. 그런데 다이아몬드 고체 결정 안에 있는 ‘결함’에서 물질 연구자들이 양자 상태를 보았다. 그냥 고체 격자 안에 갇혀 있다. 레이저를쏴 줄 필요도 없으니 다루기 쉽다. NV 결함은 상온에서 양자 현상을 보인다는 장점을 갖고 있다. 초저온 냉동기가 필요 없다. 이런 특징을 갖고 있는 NV 결함이라는 양자 현상을 양자 컴퓨터, 양자 센싱, 양자 통신에 이용하려는 거다.” -53쪽에서

4장 슈뢰딩거 고양이를 진짜로 만들 수 있을까?
정현석(서울 대학교 물리 천문학부 교수)

정현석 교수는 양자 광학 및 양자 정보학 연구자다. 미시 세계에는 거시 세계에서는 보지 못한 특별한 물리 현상이 있다. 그의 연구 방향은 이런 양자 성질들 사이의 관계를 규명하고 통합적으로 이해하는 것이다. 이번 인터뷰에서는 양자 중첩, 양자 얽힘, 양자 거시성 등의 개념을 듣고, 양자 성질들 사이의 관계를 이해할 수 있는 단초를 마련해 준다.

“슈뢰딩거 고양이라는 거시적인 양자 중첩 현상을 빛으로 만들면, 이를 이용해 효율적인 양자 컴퓨터를 만들 수 있다는 것이 나의 박사 학위 주제다. 연구 내용을 학회에서 발표하자 ‘그런데 그걸 어떻게 실제 만들 수 있느냐?’라는 질문을 많이 받았다. 그 후 오스트레일리아 퀸즐랜드 대학교에서의 박사 후 연구원 시절 해외 학회에 갔다가 동료 연구자의 이야기를 듣고 아이디어가 떠올랐다.” -65쪽에서

5장 원자를 이용해 얽힌 광자를 만든다
김윤호(포항 공과 대학교 물리학과 교수)

김윤호 교수는 양자 광학을 이용해 생활에 도움이 되는 장치를 만들고자 한다. 그가 생각하는 것은 양자 광원을 사용하는 양자 OCT이다. 현재 안과에 보급된 OCT보다 해상도가 높을 것으로 기대된다. 그의 인터뷰는 광자를 조작해 원자 물리학을 광자에 적용하는 방법들로 가득하다.

“나는 광자 저장법을 연구한다. 이 분야는 양자 메모리(quantum memory)라고 한다. 광자로 양자 통신을 하거나 양자 컴퓨팅을 한다면 어느 순간 광자 속력을 줄이고 정지시켜야 한다. 메모리에 넣어 동기화시켜야 한다. 양자 메모리를 만드는 방법으로 이론가가 내놓은 아이디어는 많다. 나는 원자를 사용해 이를 구현하려 한다.” -78쪽에서

6장 완전 무반사 원리, 실험으로 구현한다
박규환(고려 대학교 물리학과 교수)

박규환 교수는 완전 무반사 원리를 연구하는 나노 광학자다. 처음에는 입자 물리학을 공부했지만 이후 끈 이론, 수리 물리학, 솔리톤 연구, 광학으로 연구 주제가 바뀌었다. 이번 인터뷰에서는 굴곡진 그의 연구 인생 에피스드와 현재 하고 있는 무반사 원리의 다양한 응용 분야를 소개한다.

박규환 교수는 솔리톤 연구를 다른 분야에 응용하면 좋겠다고 생각하고 계속해서 연구했다. 그리고 굉장히 긴 논문을 쓰고 학술지에 보냈다. 아무도 심사하겠다고 나서지 않았다. 학술지 편집자가 학자 7명에게 심사를 부탁했지만 모두 무슨 내용인지 모르겠다며 거절했다. 여덟 번째로 논문 심사를 하겠다는 사람이 나타났는데 광학자였다. 이 사람이 “당신이 쓴 논문 내용을 모르겠다. 그런데 이런 문제가 광학에 있다. 그 난제를 풀어내면 이 논문이 옳다고 생각하겠다.”라고 의견을 냈다. -96쪽에서

7장 나노 광학과 신경 과학을 융합하다
박홍규(고려 대학교 물리학과 교수)

박홍규 교수는 빛을 원하는 대로 제어하기 위해 나노 구조 물질을 이용하는 연구를 한다. 박홍규 교수 편에서는 그가 나노 선으로 만든 빛 트랜지스터에 대한 이야기와 나노 광학을 신경 과학에 접목시킨 연구에 대해 소개한다. 갑작스럽게 생명 과학자와 협동 연구를 하게 된 배경도 자세히 들려 준다.

“차세대 컴퓨터 개념 중에 빛 컴퓨터가 있다. 빛 컴퓨터를 구현하려면 빛 트랜지스터가 있어야 한다. 현재의 컴퓨터 안에는 트랜지스터가 100만 개 이상 들어 있다. 광 컴퓨터가 구현될지 아닐지 모르지만 그럼에도 불구하고 학자는 10년, 20년 앞을 내다보고 연구한다.” -106쪽에서

8장 녹슬지 않는 구리를 만드는 단결정 연구자
정세영(부산 대학교 광메카트로닉스 공학과 교수)

정세영 교수는 결정 물리학자이다. 결정 물리학은 결정학과 물리학의 교집합 분야다. 그는 인터뷰에서 비교적 소외받았던 결정학 연구와 연구를 통해 얻은 기술로 창업을 했던 경험, 그리고 60대가 넘어 《네이처》에 논문을 발표한 경험까지 굴곡진 인생의 이야기를 차례로 들려 준다.

“구리를 단결정으로 만들면 녹이 슬지 않는다. 뉴욕 자유의 여신상은 구리인데, 녹이 슬어 청록색으로 보인다. 그런데 단결정으로 구리를 만들면 표면으로 산소가 들어가지 못한다. 만든 지 6년이 된 단결정 구리도 엊그제 만든 것처럼 반짝인다. 구리 씨앗을 구리가 녹아 있는 용액에 담그고 천천히 끌어올리면 구리 단결정이 이렇게 자란다. 1시간에 1센티미터쯤 올리면 된다.” -116쪽에서

9장 물질파를 만드는 실험 장인
김재완(명지 대학교 물리학과 교수)

김재완 교수는 원자 물리학자로, 레이저를 쏘아 원자가 어떤 상태에 있고, 어떻게 행동하는지를 관찰한다. 그는 인터뷰에서 레이저 냉각으로 어떻게 원자를 조절하는지, 그리고 원자의 물질파를 생성하고 이를 이용한 실험을 소개한다.

“중력파 검출기에 사용할 양자 조임 상태 레이저를 한국 천문 연구원과 공동 연구하고 있다. 개발이 완료되면 일본이 추진 중인 KAGRA 중력파 검출 실험과 협력하는 방안을 검토할 수 있을 것이다. 양자 조임 상태 레이저 연구는 응용뿐 아니라 양자 역학의 핵심 개념을 테스트할 수 있는 도구라는 점에서 중요하다.” -136쪽에서

10장 원자를 얼려서 만든 초유체를 들여다본다
신용일(서울 대학교 물리 천문학부 교수)

신용일 교수는 양자 기체 연구자이다. 온도를 극한으로 낮춘 뒤, 원자들의 움직임을 조절해서 재밌는 물리 현상을 연구한다. 사용하는 기체 원자는 소듐, 이터븀, 리튬, 루비듐이다. 그의 인터뷰를 읽다 보면 실험을 설계하고 정확히 구현하기 위해 얼마나 많은 실험 물리학자들이 땀을 흘리고 있는지 느낄 수 있다.

그는 시료를 정확한 상태, 조건에 갖다 놓는 것이 어렵다고 말했다. 온도를 낮추는 것도 어마어마한 도전이다. 취약한 시료를 갖다 놓고 물성을 측정하는 게 쉽지 않다. 시료를 아주 고른 자기장에 놓아야 한다. 약간의 기울기, 휘어짐이 있으면 양자 기체 시료의 상태가 깨진다. 자기장을 고르게 유지하기가 어렵다. 지구 자기장의 영향도 있고, 실험실에 있는 철제 의자의 영향을 받을 수도 있다. -149쪽에서

11장 강상관계 설명할 새로운 물리학 플랫폼
노태원(서울 대학교 물리 천문학부 교수)

노태원 교수는 서울 대학교 교수이면서 기초 과학 연구원 강상관계 물질 연구 단장으로 일한다. 이번 노태원 교수 편에서는 강상관계 물질 연구단의 연구 목표와 전 세계 연구소들과의 협력 과정, 그리고 그가 했던 개인적인 연구 내용들이 담겼다. 또한 미국과 중국 등 과학 기술에 집중 투자하는 나라의 현실과 국내를 비교 분석한다.

“원자의 최외곽 전자가 어떤 상태에 있느냐에 따라 주위의 전자들과 상호 작용이 다르다. 강하게 상호 작용하면 그게 강상관계 물질이다. 고온 초전도체, 다양한 초전도체가 그런 예이다. 많은 물질이 강상관계 안에 숨어 있다는 의미다. 그런 계를 설명한 새로운 물리학 플랫폼을 만드는 게 우리 연구단의 목표다.” -160~161쪽에서

12장 삼성전자의 1급 기밀, 유기 반도체의 제1전문가
박용섭(경희 대학교 물리학과 교수)

박용섭 교수의 연구 분야는 유기 반도체다. 그는 인터뷰에서 실험실을 소개하고, 실험 장치에 유기 반도체 시료를 넣고 엑스선을 쪼여 물질을 분석하는 과정을 들려 준다. 또 반도체 물리학에서 중요한 표면 접합의 성질에 대해 자세히 이야기한다.

“나는 표면 과학의 도구를 사용해 유기 반도체를 연구한다. 반도체 물질 중에서 규소와 같은 무기물이 아닌 유기물을 연구한다. 규소는 무기물이다. 사람들은 규소보다 좋은 성능을 가진 새로운 반도체를 찾았다. 당연히 있다. 그러나 새로운 물질이 사용되지 않았다.” -176쪽에서

13장 세계 최고 장비가 있어야 한국 물리학이 발전한다
염한웅(포항 공과 대학교 물리학과 교수)

염한웅 교수는 한국을 대표하는 응집 물질 물리학자로 솔리토닉스라는 새로운 물질 물리학 연구 분야를 개척하고 있다. 그는 2007년부터 솔리톤을 찾기 시작했고, 2017년 솔리톤을 이용해 4진법 연산을 할 수 있다는 걸 확인했다. 그의 인터뷰 안에는 솔리토닉스 개념의 시작부터 응용 범위, 그리고 그가 연구에서 중요하게 생각한 철학 등이 담겼다.

“솔리토닉스라는 분야는 내가 2015년에 만들었다. 정보를 저장하고 움직일 수 있는 솔리톤이라는 대상이 있는데, 고체 안에 만들어지는 준입자다. 솔리톤을 정보 전달하고 계산하는 데 쓰자는 것이 나의 연구다. 트랜지스터를 더 작게 줄일 수 없다면 발열, 즉 저항이 없는 정보 저장 매체를 쓰자는 거다.” -195~196쪽에서

14장 포스트 그래핀 ‘흑린’에 주목한다
김근수(연세 대학교 물리학과 교수)

김근수 교수는 흑린을 집중 연구한다. 흑린 중에서도 2차원 흑린 실험가다. 물리학자들은 흑린이 그래핀과 같은 2차원 소재이면서 밴드 갭을 가지고 있다는 사실을 발견했다. 인터뷰에서 그는 흑린이 그래핀의 장점은 살리고 단점을 극복할 수 있는 2차원 물질이라 소개한다. 김근수 교수가 직접 설명하는 흑린의 구조와 활용법을 들어 보자.

“나는 2차원 물질을 연구하는 실험가인데 그중에서도 밴드 구조, 즉 전자의 에너지 구조를 제어하는 데 관심이 많다. 밴드 구조를 제어한다는 것은 물질의 성질을 제어한다는 뜻이다. 물성을 제어하는 이유는 반도체 기술을 보면 알 수 있다. 반도체 기술은 물성 제어 기술의 산물이다.” -205쪽에서

15장 스핀 소용돌이 입자 ‘스커미온’을 파헤치다
한정훈(성균관 대학교 물리학과 교수)

한정훈 교수는 스커미온 연구자다. 응집 물질 물리학 분야에서 위상 반도체 다음으로 큰 분야 중 하나가 스커미온이다. 한정훈 교수 편에서는 스커미온이 어떤 운동 방정식을 만족하는가, 또 스커미온의 기본 방정식에 대한 이야기가 중심이다. 또 그의 지도 교수였던 사울레스 교수의 노벨상 이야기는 덤이다.

“대학원 학생과 컴퓨터 프로그램을 돌렸다. 물질의 원자 세계를 정확히 이해할 수 없으니 핵심을 추려 수학적인 모형을 만들었다. 간단한 컴퓨터 계산으로도 모형이 주는 상태가 무엇인지를 풀어낼 수 있다. 풀어 봤더니 스커미온 구조가 나왔다. 망간 실리사이드에서 이상한 실험 결과가 나오는 건 스커미온 때문이 아닐까 생각하게 됐다.” -219쪽에서

16장 위상 물질 물리학과 반도체의 미래
양범정(서울 대학교 물리 천문학부 교수)

양범정 교수는 반도체 중에서도 특별한 반도체라고 볼 수 있는 위상 물질을 연구한다. 그의 인터뷰에서는 현재 고체 물리학 분야에서는 가장 핫한 위상 물질에 대한 연구 현황과 최준석 기자를 ‘쩔쩔매게’ 한 ‘쩔쩔매는 자성체’에 대한 개념을 소개한다.

“결정 대칭성이 보호하는 새로운 위상 부도체, 위상 금속 혹은 준금속을 찾고, 그 물질이 갖는 물성을 이해하고, 그 물질이 가진 파동 함수의 위상학적 성질을 이해하는 게 목표다. 위상 부도체를 분류하는 작업은 했으나, 각각의 성질과 의미는 앞으로 이해해야 한다. 실질적으로 물질로 구현할 수 있는지도 봐야 한다.” -234쪽에서

17장 양자 스핀 아이스와 쩔쩔맴의 양자 물리학
이성빈(카이스트 물리학과 교수)

이성빈 교수는 양자 스핀 아이스 연구자이면서 동시에 양자 자성 연구자라고 스스로를 소개한다. 이성빈 교수 편에서는 양자 스핀 아이스라는 이름이 붙은 배경을 설명하고 일반 대중들에게는 낯서 양자 자성과 양자 요동 연구를 최대한 간결하게 설명하고자 했다.

“스핀 아이스 관련해서만 말하면, 희토류 이온에 전자를 짝수로 가지는 비크라머르스 이온이라고 있다. 이 이온에 대해 대칭성을 이용한 모형 구축을 하고 양자 스핀 아이스에서 어떤 양자 상태의 상전이가 있을 수 있는가를 처음으로 연구했다.” -252쪽에서

18장 함께하면 달라지는 복잡계 물리학
김범준(성균관 대학교 물리학과 교수)

김범준 교수 복잡계 물리학자이다. 그는 인터뷰에서 자신이 초기에 했던 연결망 연구와, 때맞음에 관한 연구 등을 소개한다. 또 국내에는 아직 부족한 복잡계 연구자들의 수와 연구 현실을 설명하고, 복잡계 물리학의 매력을 알린다.

“네트워크 연구를 열심히 했다. 「클러스터링을 조절할 수 있는 척도 없는 네트워크 모델」이라는 논문도 2002년에 썼다. 스웨덴 박사 후 연구원과 함께한 이 연구 결과에는 홀메-김 모형이라는 이름이 붙어 있다. 현재는 네트워크 연구가 물리학을 넘어 다른 분야에 큰 영향을 미치고 있다.” -263쪽에서

19장 미래 에너지의 꿈, 핵융합 기술을 확보하라
유석재(한국 핵융합 에너지 연구원 원장)

유석재 박사는 2018년부터 한국 핵융합 에너지 연구원을 이끌고 있다. 핵융합 에너지로 전기를 만들어 내는 데 필요한 기술을 개발하는 것이 목표다. 유석재 원장 편에는 한국 핵융합 에너지 연구원이 되기까지의 설움과 어려움, 그리고 목표 달성을 위해 연구원이 이뤄야 할 기술 등을 구체적으로 담고 있다.

“우리는 반도체 실험 식각 관련 시뮬레이션 코드를 개발했다. 이걸 삼성전자에 기술 이전 하려고 했다. 그런데 삼성전자 법무팀이 제동을 걸었다. 부설 기관이어서 법적인 책임을 따지는 데 문제가 있어 계약 주체가 될 수 없다고 했다. 나는 소장 임기 3년을 ‘독립 운동’하는 데 썼다. 국회, 과학기술부, 기획재정부, 물리학회 등을 쫓아다니며 한국 핵융합 에너지 연구원을 만들어야 한다고 설득했다.” -280~281쪽에서

20장 야생마, 플라스마를 길들인다
김성식(한국 핵융합 에너지 연구원 이론 해석 연구팀 팀장)

김성식 박사가 궁극적으로 하려는 일은 플라스마를 안정화하는 일이다. 그는 인터뷰에서 난류가 일어나는 플라스마의 불안정성을 이해하고, 플라스마를 자기장으로 진공 용기 안에 잘 가둬 놓아야 한다고 말한다. 플라스마를 가두는 초창기 구형 모델에서부터 최신 토카막까지 기술의 발전 흐름도 엿볼 수 있다.

“우리는 핵융합 실험로 안에서 날뛰는 플라스마를 야생마라고 부른다. 진공 용기 안 플라스마는 1억 도이고, 용기 밖은 상온이다. 열은 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 이동하려고 한다. 에너지가 조금만 빠져나가도 용기에 손상이 간다. 야생마를 길들이는 것이 내가 하는 일인 셈이다.” -288쪽에서

21장 핵융합의 미래가 그에게 달렸다
홍석호(제너럴 아토믹스 연구원)

홍석호 박사는 2018년 국가 핵융합 연구원에서 차세대 원자로인 핵융합 원자로 설계와 기술 개발을 책임지고 있었다. 1억 도의 플라스마를 만들고, 24시간 살아 있게 하고, 그 뜨거운 온도를 견딜 수 있는 시스템을 구축해야 한다. 그의 인터뷰에는 누구도 해 본 적 없는 극한 과학의 단면을 보여 준다.

“당초 한국 정부의 핵융합 진흥법상 계획은 실증로를 건설, 2042년까지 전기 생산 실증을 하겠다는 것이었다. 그러나 지연이 불가피하다. 프랑스에서 진행 중인 ITER 사업이 10년 정도 지연됐기 때문이다. ITER에서 나오는 데이터와 연구 성과, 기술은 한국이 나중에 짓게 될 핵융합 실증로, 즉 K-데모를 만드는 데 필요하다.” -306쪽에서

22장 생명의 분자를 관측하는 물리학자
김하진(울산 과학 기술원 바이오 메디컬 공학과 교수)

김하진 교수는 단일 분자를 하나씩 들여다보는 단일 분자 생물 물리학을 한다. 김하진 교수 인터뷰에서는 고체 물리학자의 길을 걷다가 박사 학위를 받은 뒤 생물 물리학으로 전향하게 된 일련의 과정이 담겨 있다. 또 현재 그가 하고 있는 염색질 동역학, DNA의 근본적인 성질, RNA 중합 효소 동역학 연구도 소개한다.

“뉴클레오타이드 하나하나가 DNA 서열대로 붙는데 이걸 나는 실시간으로 지켜본다. 직접 눈으로는 볼 수 없고, 형광 염료를 사용해 본다. 형광 염료 2개를 쓰면 형광 염료를 달아 놓은 두 물질 사이의 거리를 잴 수 있다. 거리 변화를 알아내면, DNA 이중 나선이 벌어지는지, 닫혔는지를 알 수 있다. 내가 사용하는 건 초록색 염료와 빨강 염료다. 두 염료 사이가 가까우면 에너지가 전파되며, 그러면 빨간빛이 나온다. 두 염료 사이가 좀 떨어져 있으면 에너지가 잘 전파되지 않기에 초록빛 그대로 나온다. 형광 물질이 내놓는 색깔을 보면 두 물질 간 거리를 잴 수 있다. 이게 단분자 FRET 기술의 원리다.” -313~314쪽에서

23장 뇌 영상의 최전선을 오가는 물리학자
박혜윤(미네소타 대학교 전자-컴퓨터 공학과 교수)

박혜윤 교수는 생물 물리학자이자, 뇌과학 연구자이다. 뇌과학 연구에 쓸 수 있는 새로운 영상 기술을 개발하고 있다. 특히 이번 인터뷰에서는 그가 집중적으로 연구하는 단일 분자 이미징 기술을 설명한다. 단백질, RNA와 같은 생명의 분자 하나하나가 몸 안에서 어떻게 움직이는지를 연구하는 데 필요한 기술이다.

“현재 우리는 기억이 뇌 신경 세포 어디에 어떻게 저장되는지 모른다. 나는 이광자 현미경을 이용해 그걸 알아내고자 한다.” 그는 살아 있는 동물의 단일 분자 RNA 영상화 기술을 개발했는데 그것을 갖고 풀고자 하는 질문은 크게 두 가지다. 첫 번째는 기억의 저장과 인출에 관여하는 뇌 신경 세포가 어디에 있는지를 알고자 하는 연구다. 생물 과학 용어로는 ‘RNA 전사 이미징’이다. -325쪽에서

목차

2권 물리 열전 하

책을 시작하며: 이제 사람으로 과학을 배운다 007

1부 우리는 양자 세계를 이해하고 이용할 수 있을까?
1장 양자 컴퓨터 개발은 불가능하다?! 019
조동현 고려 대학교 교수
2장 나의 40대, 양자 컴퓨터에 갈아 넣었다! 033
정연욱 성균관 대학교 교수
3장 미세 자기장 측정하는 양자 센서 만든다 047
이동헌 고려 대학교 교수
4장 슈뢰딩거 고양이를 진짜로 만들 수 있을까? 059
정현석 서울 대학교 교수
5장 원자를 이용해 얽힌 광자를 만든다 073
김윤호 포항 공과 대학교 교수

2부 빛과 원자를 조종하는 물리학자들
6장 완전 무반사 원리, 실험으로 구현한다 087
박규환 고려 대학교 교수
7장 나노 광학과 신경 과학을 융합하다 099
박홍규 고려 대학교 교수
8장 녹슬지 않는 구리를 만드는 단결정 연구자 113
정세영 부산 대학교 교수
9장 물질파를 만드는 실험 장인 127
김재완 명지 대학교 교수
10장 원자를 얼려서 만든 초유체를 들여다본다 139
신용일 서울 대학교 교수

3부 진짜로 물질이란 무엇인가?
11장 강상관계 설명할 새로운 물리학 플랫폼 155
노태원 서울 대학교 교수
12장 삼성 전자의 1급 기밀, 유기 반도체의 제1전문가 169
박용섭 경희 대학교 교수
13장 세계 최고 장비가 있어야 한국 물리학이 발전한다 181
염한웅 포항 공과 대학교 교수
14장 포스트 그래핀 ‘흑린’에 주목한다 201
김근수 연세 대학교 교수
15장 스핀 소용돌이 입자 ‘스커미온’을 파헤치다 213
한정훈 성균관 대학교 교수
16장 위상 물질 물리학과 반도체의 미래 227
양범정 서울 대학교 교수
17장 양자 스핀 아이스와 쩔쩔맴의 양자 물리학 241
이성빈 카이스트 교수
18장 함께하면 달라지는 복잡계 물리학 253
김범준 성균관 대학교 교수

4부 핵융합과 생명의 난제에 도전하는 물리학자들
19장 미래 에너지의 꿈, 핵융합 기술을 확보하라 269
유석재 한국 핵융합 에너지 연구원 원장
20장 야생마, 플라스마를 길들인다 285
김성식 한국 핵융합 에너지 연구원 연구 팀장
21장 핵융합의 미래가 그에게 달렸다 297
홍석호 제너럴 아토믹스 연구원
22장 생명의 분자를 관측하는 물리학자 307
김하진 울산 과학 기술원 교수
23장 뇌 영상의 최전선을 오가는 물리학자 321
박혜윤 미네소타 대학교 교수

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작가 소개

최준석

연세 대학교 신문 방송학과를 졸업하고 미국 미시간 대학교에서 미시건 저널리즘 펠로로 공부했다. 1986년 《조선일보》 기자로 언론계에 들어가 정치부 차장, 뉴델리 특파원, 카이로 특파원을 거쳐 국제 전문 기자로 일했다. 2010년에는 《주간조선》 편집장으로 자리를 옮겼고, 현재는 보건 의료 정책 월간 신문 《더메디컬》 편집 국장이다. 지은 책에 『간디를 잊어야 11억 시장이 보인다』, 『함두릴라, 알카히라』, 『인도 싫어하거나 좋아하거나』, 『나는 과학책으로 세상을 다시 배웠다』가 있다. 2018년부터 2022년까지 한국 과학자들을 인터뷰하는 「과학 연구의 최전선」시리즈를 《주간조선》에 연재했고, 지금은 수학자들을 만나며 《헬로DD》에 연재를 계속하고 있다.

독자 리뷰