「KAIST 명강」시리즈는 KAIST 교수들의 탁월한 강연을 일반 대중들과 함께 나누고 이를 책으로 엮어 출간하는 야심찬 계획입니다. 그 첫 번째 주제로 우리 시대의 화두인 ‘정보’를 선정해, 다양한 관점에서 정보를 연구하는 KAIST 교수진 중에서 ‘한 분야의 최전선에 선 사람만이 할 수 있는’ 통찰력 있는 강의를 들려주실 세 분의 선생님을 모시고 열 번의 대중 강연을 진행했습니다. 그 강의 내용의 정수를 고스란히 담아 모은 것이 바로 이 책입니다. 저는 독자들이 이 책을 펼치는 순간 단번에 대학 시절로 돌아가 좁은 강의실에서 열정으로 가득한 강의를 듣는 학생이 되길, 그래서 일상으로 녹초가 된 우리 사회와 24시간 앞만 보며 달려가는 이 한반도가 학구열로 뜨거운 ‘KAIST 캠퍼스’가 되길 진심으로 기원합니다.
― 정재승 KAIST 바이오및뇌공학과 교수

창조하라, 광고하라, 스펙하라. 이는 지금 우리 사회가 인문학에게 요구하는 일의 일부이다. 몇 해 전 스티브 잡스와 애플의 성공을 기점으로 어느새 인문학은 삶에서 결핍되고 잘못된 무언가를 바꿀 ‘희망’이 되었고, 지금은 ‘인문학이 필요한 시간’이라고 모두가 입 모아 말한다. 하지만 잡스의 생각을 실제로 구현할 과학 기술이 없었더라면 그는 결국 자신의 제품을 손에 쥐지 못했을 것이다. 마찬가지로 아무리 창조적인 아이디어가 있어도, 아무리 생각하는 힘을 길러도 과학 기술을 이해하지 못한다면 그것은 탁상공론에 머무르기 십상이다. 그래서 과학 기술은 인문학만큼이나, 때로는 인문학보다 더 중요하다.
현재 과학 기술은 그 어느 때보다 빠르게 발전하면서 우리 삶을 송두리째 변화시키고 있지만 과학 기술을 바라보는 대중의 사고와 지식은 해일처럼 밀려오는 수많은 지식 속에서 길을 잃고 고립되어 가고 있다. 게다가 일반인이 과학 기술에 접근할 창구는 전문성과 난해함을 이유로 매우 적거나 심지어 마련조차 되어 있지 않은 경우가 많다.
정보 통신 기술과 생명 공학의 급격한 발달로 지식 정보 사회로 진입하고 있는 이때, 일반인들을 위한 과학 기술 교양 강좌가 필요하다는 판단 아래 ㈜사이언스북스는 대한민국 과학 기술의 요람인 한국과학기술원(KAIST)의 출판부인 KAIST PRESS와 손을 잡고 「KAIST 명강」 시리즈를 공동으로 기획하였다. 「KAIST 명강」은 현재 과학계에서 뜨거운 관심을 받고 있을 뿐만 아니라 인류의 삶에 크나큰 변화를 불러올 핵심 주제를 선정하여, 그 분야의 최정상에 올라 있는 동시에 흥미진진한 강의로 KAIST 학생들로부터 찬사를 받은 바 있는 명강사의 육성으로 첨단의 과학 지식을 알기 쉽게 들려주려는 시도이다.

왜 정보인가?

「KAIST 명강」 1권 『구글 신은 모든 것을 알고 있다』의 주제로 선정된 과학 교양 키워드는 ‘정보’이다. 미국의 정보 인프라스트럭처 업체 EMC가 2012년 발표한 연구 결과에 따르면 지구에서 1년간 생성되거나 복제되는 정보는 2년마다 2배씩 증가한다. 지구 상의 모든 사람이 1인당 5,000기가바이트의 정보를 소유하게 되는 2020년에는 출생 전부터 시작해서 우리의 모든 개인 정보와 행동이 온라인에 기록되며, 이 정보가 분석으로 가치를 생산하는 순간 일어날 ‘정보 혁명’은 사회에 상상할 수 없는 변화를 불러올 것이다.
우리 삶에 인터넷이나 스마트폰 이상의 영향을 미칠 정보의 본질을 정확히 알기 위해, 「KAIST 명강」 1권에서는 ‘정보의 미래’를 주제로 복잡계 과학의 창시자 정하웅 KAIST 물리학과 교수, 대한민국이 인공 항체 신약 개발국에 진입하는 길을 연 김동섭 KAIST 바이오및뇌공학과 교수, 양자 정보학 연구를 국내 최초로 시작한 이해웅 KAIST 물리학과 교수에게 그 답을 듣는 시간을 가졌다.
세 교수는 각각 ‘복잡계 네트워크 안에서 정보는 어떻게 퍼지고 흘러가는가?’ ‘생명 현상을 만들어 내는 정보는 어떻게 기능하고 탐구되고 있는가?’ ‘양자적인 스케일에서 정보는 어떻게 다루어지는가?’라는 관점에서 최근 과학의 담장을 넘어 경제와 사회, 정치 영역에까지 파급을 미치고 있는 복잡계 네크워크, 의학과 생명 공학의 영원한 화두인 유전자, 양자 역학과 정보학이 만나는 지점에서 태어나 ‘절대로 풀 수 없는 암호’와 ‘어떤 암호라도 풀어내는 컴퓨터’를 가능하게 하는 양자 정보를 살펴보았다. 자신의 분야를 선도하고 있는 대가들이 들려주는 최신 연구 성과를 통해, 과학 기술 지식에 관심과 흥미를 갖고 있던 대학생과 일반인들은 이 시대에 필요한 과학 교양을, 장차 테크노크라트(과학 지식이나 전문 기술을 보유함으로써 사회 또는 조직의 의사 결정에 중요한 영향력을 행사하는 사람)로의 도약을 준비하고 있는 사람들에게는 미래의 현장에서 유용하게 사용될 정보를 얻을 수 있을 것이다.
또한 세 교수는 연구 성과뿐만 아니라 강의의 수준으로도 KAIST에서 첫손가락에 꼽히기에 부족함이 없다. KAIST가 자랑하는 교수진의 맞춤형 설명을 따라 기초에서 첨단 현안까지 공부하다 보면 한 분야의 최전선에 선 사람만이 가질 수 있는 통찰까지 어느새 갖추게 되는 이 책은 정보와 가능성의 바다에서 미래의 길을 찾으려는 사람에게 나침반이 될 것이다.

구글 신은 모든 것을 알고 있다

1부의 강연자는 KAIST에서 3년 연속 우수 강의상, 우수 강의 대상(2009년)을 받은 명강사이자, 《네이처》, 《미국 국립 과학원 회보》 등의 유명 학술지에 90여 편의 논문을 발표한 복잡계 네트워크 연구의 일인자인 정하웅 교수이다. 이런 연구 업적을 바탕으로 그는 이 세상을 수많은 구성 요소가 유기적인 협동을 통해 복잡한 현상을 일으키는 복잡계로 볼 수 있음을 증명했다. 혼인 관계 분석으로 대한민국 100대 부자들의 숨겨진 인맥 네트워크를 밝혀내고, 영화 출연작 데이터베이스를 통해 할리우드 배우들의 관계도를 그려내며 정하웅 교수가 말하는 것은 이 모두가 복잡계이고 그 안에는 구성 요소들의 네트워크가 존재한다는 사실이다.
복잡계를 네트워크라는 ‘엑스선 사진’으로 바라보는 순간, 우리는 복잡한 복잡계의 구조와 작동 원리를 꿰뚫어볼 통찰력을 얻게 된다. 네트워크의 구조를 아는 것만으로 6단계만에 유명 영화 배우 김태희와 아는 사람이 되거나, 테러리스트의 연락망을 감시해 911 테러를 막을 수 있게 되는 것이다. 이뿐만이 아니다. 구글 검색으로 아직 잠복기에 있는 독감의 확산을 예측하고, 포토샵을 이용한 시뮬레이션으로 직접 가 보지도 않은 도시의 교통 체증을 분석하는 놀라운 일까지 네트워크를 통해 가능해진다.
복잡계 과학은 네트워크의 분석에서 그치지 않는다. 복잡계 네트워크 과학의 궁극적인 목표는 네트워크라는 도구로 이 세상의 모든 정보를 이해하고 조절까지 하는 것이다. 디지털화되어 분석되지 않은 채로 쌓이고 있는 ‘빅 데이터’를 네트워크와 결합해 복잡계를 원하는 대로 조절하려는 ‘빅 플랜’이 그것이다. 모두가 서로 위하는 사회, 무병장수하는 건강한 삶, 정보를 누구나 손쉽게 이용하는 평등한 세상을 정보와 네트워크 과학으로 만드는 것이 가능하다고 정하웅 교수는 말한다. 아직은 미완의 단계인 이 ‘빅 플랜’을 설명하면서 그가 마지막으로 말하는 것은, 네트워크 사회 속에서 자신의 위치를 계속 고민하는 삶의 자세이다.

여러분은 현재의 네트워크 상태를 파악하고 지금 내가 네트워크 위에서 어디에 있는지, 이렇게 연결된 네트워크 사회에서 앞으로 어떻게 살아나가야 할지를 고민해야 합니다. 그리고 그 바탕에는 빅 데이터, 즉 정보가 있습니다. ― 본문 중에서

생명 역시 정보 현상이다!

2부의 강연자는 유도 만능 줄기세포와 인공 항체 개발에서 국내 최고의 전문가인 김동섭 KAIST 바이오및뇌공학과 교수이다. 그는 우리가 모두 알고는 있지만 설명하지 못하는 생명이라는 개념을 정보를 통해 바라본다.
부모에게서 자식으로 이어지는 유전의 비밀을 풀려는 숱한 사람들의 노력이 DNA에 저장된 유전 정보가 단백질과 우리 몸을 만든다는 ‘중심 학설’로 귀결되는 과정을 함께하면서, 우리는 정보학의 관점으로 바라볼 때 생명을 가장 본질에 가깝게 이해할 수 있다는 사실을 깨닫는다. 생명을 이루기 위해 필요한 모든 정보는 DNA에 담겨 있으며 생명체는 DNA에 쓰여 있는 정보를 해독하여 명령을 수행한다. 컴퓨터처럼 정보를 저장하고 처리하는 기관이 곧 생명체인 것이다. 사람의 모습이 다른 이유는 저마다 처리해야 하는 생명 정보에 차이가 존재하기 때문이다.
이 생명 정보의 차이를 이해하고, 더 나아가 우리 마음대로 다룰 수 있다면 어떤 일이 가능해질까? 김동섭 교수는 DNA 정보로부터 생명체의 생물학적 의미를 분석하는 생물 정보학이 이룩한 성과를 설명한다. 인간의 유전체 전부를 분석하는 휴먼 게놈 프로젝트가 완료되면서, 유전자 차이에 따라 개인 맞춤형 약을 처방하고 99달러라는 적은 돈으로 자신의 유전자를 분석하는 놀라운 세상이 현실이 되었다. 이에 그치지 않고 인류는 생명 정보로 질병을 치료 전에 예방하는 새로운 의학을 이끌고, 유전자 조작으로 원하는 외모와 지능을 가진 아이를 만들려 한다. 심지어는 자동차를 만들듯 생물학적 부품을 결합해 인공 생명체를 탄생시키는 합성 생물학으로 창조주의 위치마저 넘보고 있다.
이처럼 엄청난 파급력을 가진 분야의 최전선에 선 학자로서, 김동섭 교수는 아직 진행 중인 생명 정보를 둘러싼 과학의 행보를 계속 주시해야 함을 밝힌다. 아직 우리가 밝혀내지 못한 생명 정보의 비밀이 많다는 사실과 그럼에도 유전자의 차이를 단순히 인종 차별의 근거로 써 버린 한 노벨상 수상자의 사례를 설명하면서 그는 과학적 진실을 무엇보다도 우선시할 것과 동시에 인간에 대한 믿음을 잃지 않을 것을 강조한다.

우리 몸은 굉장히 복잡한 네트워크로 연결되어 정보를 주고받으면서 여러 가지 일을 합니다. 이것이 바로 생명입니다. ― 본문 중에서

양자 세계 속에 정보를 감춰라!

마지막 강연자인 이해웅 KAIST 물리학과 교수는 정보학과 양자 역학이 융합하는 양자 정보학의 세계로 우리를 안내한다. 양자 컴퓨터 실용화의 물꼬를 튼 세르쥬 아로슈와 데이비드 와인랜드가 2012년 노벨 물리학상을 받은 사실에서도 알 수 있듯이, 양자 정보학은 최근 눈부시게 발전하면서 물리학과 정보 이론의 화두로 떠올랐다. 양자 정보학의 원리와 법칙을 이용하면 고전 정보 처리에서는 상상조차 할 수 없었던 방법들이 가능해진다. 그 대표적인 예가 나의 메시지를 제삼자가 절대로 해독할 수 없는 양자 암호이다.
이해웅 교수는 KAIST 물리학과에서 20년을 넘게 학생을 가르친 대가답게 양자 암호에 앞서 고전 암호의 세계를 역사적 사례와 함께 설명한다. 고대 전쟁에 사용되었던 시저 암호와 2차 세계 대전의 향방을 결정한 에니그마 머신에 대해 배우고, 현재 지구의 모든 금융 거래를 책임지고 있는 비대칭 공개 키 암호의 과정을 실제로 경험하면서 암호의 본질과 중요성을 자연스럽게 이해할 수 있다.
양자 정보학 연구를 대한민국 최초로 시작한 산증인으로서 그는 양자 정보학의 또 다른 한 축, 양자 역학을 뜬구름 잡는 이야기에서 지상으로 붙잡아 내려 우리에게 보여 준다. 수식 하나 없이 양자 역학의 원리를 배우고 나면 풀 수 없는 암호, 위조가 불가능한 화폐, 1,000년 걸릴 계산을 5분 만에 할 수 있는 컴퓨터, 지구에서 다른 행성으로 나타나는 순간 이동이 SF 속의 상상이 아니라 실현 가능한 미래임을 깨닫게 된다.
이에 더해 이해웅 교수가 또 한 가지 우리에게 일깨우는 것은 양자 정보학은 강대국들이 이 기술이 미래의 국가 경쟁력을 주도하리라 믿고 연구한 덕분에 발전할 수 있었다는 사실이다. 양자 암호와 컴퓨터 장비가 실험용으로 이미 판매되고 있는 현재, 양자 정보학에 주목해 세계 시장에서 국가 경쟁력을 확보할 것을 당부하며 그는 명강을 마친다.

양자 정보 시대는 빠르게 다가오고 있습니다. 양자 정보 시대의 국가 경쟁력은 양자 정보학과 양자 정보 기술을 어느 나라가 앞서서 이끌어 나가느냐에 따라 결정됩니다. 이 둘은 매우 중요한 과학 기술이라는 것을 강조하고 싶습니다. ― 본문 중에서

진정한 ‘앎의 콘서트’를 꿈꾸며

요즘 어디서나 강연이 화제다. 인기 강사의 강연은 아이돌의 콘서트만큼이나 성황이고, 대중 매체는 서로 경쟁하듯 강연 콘텐츠를 쏟아낸다. 자신의 길에서 성공을 거둔 인물들이 들려주는 땀과 눈물의 이야기를 들으며 청중은 희망과 자신감을 얻는다. 그런데 ‘그들도 나와 다르지 않았다.’라는 위안과 카타르시스가 강연이 전달할 수 있는 내용의 전부일까?
현재 대한민국의 ‘강연 콘서트’에서 공감과 소통 이외의 요소를 찾기란 쉽지 않지만, 강연 콘텐츠 붐의 원조격인 TED 강연의 모토는 “널리 퍼져야 할 아이디어” 즉 정보의 나눔이었다. 기술, 엔터테인먼트, 디자인의 앞글자를 딴 이 강연에서 강연자들은 18분 동안 ‘세상을 바꿀’ 자신의 지식과 비전, 아이디어를 공유한다.
『구글 신은 모든 것을 알고 있다』에는 소통과 공감에만 주목했던 최근의 강연 열풍을 본래의 모습으로 돌려놓을 대한민국 대표 과학자들의 참된 지식과 통찰이 담겨 있다. 세상을 바꾸어 놓을 과학을 설명하면서도 독자가 오도하지 않도록 냉정한 접근을 취하고, 평생을 매진한 학문을 아직 청년과 같은 마음으로 대하는 강연자들의 모습에서 우리는 ‘앎’의 즐거움에 더해 ‘삶’의 자세까지 알리는 진정한 멘토의 모습을 볼 수 있다.
책의 마지막에서 세 강연자가 모여 정보의 미래를 토의한 ‘전체 정담(鼎談)’은 이런 점을 더욱 강조하는 부분이다. 정재승 KAIST 바이오및뇌공학과 교수의 사회로 정보가 우리 사회에 불러올 파급 효과와 그로 인해 우리가 가져야 할 자세를 진지하게 토론하는 자리에서 세 카이스트 교수는 세발 솥의 튼튼한 다리처럼 자신의 학문에 굳건히 발을 디디고 각각의 강연에서 다 하지 못했던 이야기를 학문의 경계를 뛰어넘어 나누며 과학이 단순한 지식 체계에 머무르지 않고 삶에 도움이 될 수 있음을 스스로 입증한다.
정보의 홍수 시대를 살아가며 진정한 앎과 스승에 목말라 있는 현대인에게, 『구글 신은 모든 것을 알고 있다』는 꼭 필요한 최첨단 과학 지식을 담은 교양서인 동시에 힐링이 판치는 현재의 강연 콘텐츠계에 ‘강연의 참 의미’에 대해 던지는 묵직한 질문이 될 것이다.

차례

서문 정재승 KAIST 바이오및뇌공학과 교수
KAIST 캠퍼스에서 전하는 빛나는 ‘인생 수업’ 4

1부 정하웅 KAIST 물리학과 교수
구글 신은 뭐든지 알고 있다: 복잡계 네트워크와 데이터 과학
1강 세상을 묶는 끈들의 갈래 따기 15
2강 복잡계 네트워크의 응용 69
3강 데이터 과학과 복잡계 107

2부 김동섭 KAIST 바이오및뇌공학과 교수
생명의 본질, 나는 정보다: 생물 정보학의 최전선
1강 정보 처리 기관으로서의 생명 167
2강 어떻게 유전 정보를 해석할까? 191
3강 나의 유전체, 나의 삶 219

3부 이해웅 KAIST 물리학과 교수
퀀텀 시티 속에 정보를 감춰라: 양자 암호와 양자 정보학
1강 암호의 세계 263
2강 양자 암호의 세계 291
3강 양자 정보의 세계 319

정담(鼎談) 정하웅, 김동섭, 이해웅, 정재승
정보 생태계, 세상을 바꾸다! 363

후주 386
더 읽을거리 392
사진 및 그림 저작권 398