[어쩔과학2_4편]

잊고 싶은 기억들, 기억 삭제 가능할까?
세상 물정에 관심 많은 과학자가 들려주는 과학 이야기.
안녕하세요, 어쩔과학2 김범준입니다.

오늘 처음 이야기 나눌 질문은 바로 초전도체에 관한 겁니다. 초전도체는 크게 두 가지 성질이 중요합니다. 하나는 초전도체는 전기 저항이 정확히 0인 물질입니다. 두 번째 성질은 바로 자성에 관계된 성질입니다. 흥미롭게도 초전도체는 보통 우리가 사용하는 자석 있잖아요. 영구자석 위에다가 초전도체를 두면 초전도체가 뜹니다. 아무런 에너지 공급도 없이 그냥 제자리에 자석 위에 떠 있는 것이 가능해요. 이런 걸 마이스너 효과라고 불리는데요. 영화를 보시면 이렇게 떠 있는 오토바이도 나오고 스케이트보드도 나오고 아마 그런 걸 보신 분들도 있을 텐데요.

떠 있는 그런 장면이 등장하는 영화에서 제가 가장 인상적이었던 것 중의 하나가 바로 <아바타>라는 영화입니다. 아바타에 보면 진짜 거의 뭐 산 크기만 한 커다란 암석이 그 아바타 행성에서 공중에 떠 있는 그런 모습이 그려집니다. 이 영화에선 그런 암석을 구성하고 있는 물질의 이름을 ‘언옵테늄’이라고 재밌는 이름을 붙였어요. 이게 un, obtainable 그다음에 뒤가 ium으로 끝나죠. obtainable 그러니까 얻을 수, 그다음에 un이니까 없는, 그다음에 ium이니까 물질인 거죠. ‘얻을 수 없는 물질’이라는 아주 재밌는 이름을 붙였는데요. 감독이 상상의 물질이라는 걸 이렇게 표현한 것 같습니다. 이 아바타 행성의 이 물질이 바로 초전도 물질로 묘사됩니다. 그리고 초전도 물질이다 보니까 만약에 아바타 행성의 표면에 그 영구자석에 해당하는 그런 큰 자성을 만들어 낼 수 있는 강자성체가 있다면 정말로 커다란 암석이 공중에 떠 있는 것이 만약 초전도체라면 분명히 가능한 그런 상황이 되죠.

이 초전도체는 흥미롭게도 만들어내는 조건이 중요합니다. 현재 물리학자들이 구현한 초전도체는 두 가지 조건이 중요해요. 하나는 온도, 그리고는 압력입니다. 몇 년 전에 우리나라에서 많은 사람들이 관점을 가졌던 상온 상압 초전도체 아마 기억하시는 분도 많을 것 같은데요. 상온이라는 것은 우리가 살아가는 일상의 온도를 뜻해서 20도 정도의 온도입니다. 상압은 우리가 살아가는 일상의 압력을 뜻해서 1기압인 거죠. 20도의 1기압에서 초전도체가 구현되면 우리가 상온 상압 초전도체라고 부를 수 있죠. 현재 우리가 일상에서 사용하는 초전도체, 아마 가장 대표적인 초전도체가 이용되는 사례가 그 병원에서 사용하는 MRI 장치예요. MRI 보면 이렇게 커다란 그 막 소리도 시끄럽고 그 안에 들어가잖아요. 그때 여러분이 몸이 들어간 그 둘레에 코일이 감겨져 있고 거기서 아주 강한 자기장을 만들어 내는데 그때 이용하는 것이 초전도체입니다. 그런데 이처럼 우리가 일상에서 사용하는 초전도체는 상온 아닙니다. 상압 맞습니다. 1기압인데 아주 낮은 온도에서 구현하는 거죠. 현재 물리학자들이 연구하고 있는 것 중의 하나가 상압은 아니지만 상온인 초전도체는 요즘 굉장히 뜨겁게 연구되고 있습니다. 그래서 결국 온도는 20도 정도예요. 그런데 아주 높은 압력에선 초전도 현상을 보이는 물질에 대한 보고가 최근 몇 년 사이에 계속 발표되고 있죠.

현재 상온 상압 초전도체는 없다고 생각하셔도 됩니다. 만약에 상온 상압 초전도체가 정말로 구현된다면 저는 우리의 생활에서 아주 큰 변화가 있을 것을 제가 짐작할 수 있습니다. 초전도체는 저항이 0이잖아요. 그래서 초전도체를 만들고 거기에다가 전류를, 뱅글뱅글 돌아가는 전류를 어떤 형식, 어떤 방법으로라도 우리가 유도해 냈다라고 생각해 보세요. 초전도체 저항은 정확히 0이잖아요. 전류가 아무리 오래 기다려도 줄어들지 않아요. 영원히 전류가 지속됩니다. 그럼 이걸 이용하면 뭐가 가능할까요? 바로 손실이 전혀 없는 에너지 저장 장치를 구현할 수 있죠. 다른 것도 가능합니다. 만약에 전력을 수송하는 전력 케이블을 초전도체로 만든다면 어떻게 될까요? 아무리 먼 거리를 우리가 전력을 보내더라도 도중에 손실되는 에너지가 하나도 없겠죠. 이것뿐 아니라 초전도체가 만약에 상온 상압에서 가능하게 된다면 전에도 잠깐 우리 얘기 나눴던 양자 컴퓨터도 소형화될 수 있는 가능성이 큽니다. 여러분 무릎 위에 올려놓고 랩톱처럼 사용할 수 있는 소형 양자 컴퓨터가 구현될 수도 있겠죠. 반도체가 처음 나왔을 때 처음에 세상을 이렇게까지 바꾸게 될지는 사람들이 몰랐습니다. 하지만 반도체가 촉발한 온갖 전자/전기 기술이 우리가 살아가는 일상을 완전히 바꿔 버렸죠. 저는 마찬가지로 상온 상압 초전도체가 개발돼서 실용화된다면 우리가 상상도 할 수 없는 그런 온갖 응용 사례들이 우리를 찾아올 것으로 짐작합니다.

다음 질문은 ‘연금술은 마술일까 과학일까?’입니다. 마술과 과학을 여러분은 어떻게 구별하시나요? 극도로 발달한 과학은 그 과학을 이해하지 못하는 사람들에게는 마술로 보일 겁니다. 흥미롭게도 아주 오래전 사람들은 연금술을 과학이라고 생각했습니다. 연금술이 기반하고 있는 이 고대 그리스의 철학이 있는데요. 거기선 흙, 물, 공기, 불 이 네 가지 원소가 모든 것들을 만들어 낸다고 생각한 거예요. 그러면 어떻게 될까요? 구리를 금으로 바꾸고 싶다면 구리가 네 개의 원소가 어떤 특정한 배합으로 섞여 있는 게 구리라면 그 배합의 비율을 바꾸면 구리를 금으로 바꾸는 것도 가능하지 않을까?라고, 생각했던 적이 있는 거죠.
하지만 이분들이 믿었던 4원소설은 사실은 현대 과학의 눈으로는 잘못된 거죠. 자, 그래서 오래전엔 당대의 기준으론 과학, 현대의 기준으론 과학이 아닌 어떤 지식에 기반해서 연금술을 상상했다면, 현대에 와서는 이제는 다시 연금술이 과학으로 바뀌고 있습니다. 자, 그러면 어떻게 하면 연금술을 통해서 금을 만들어 낼 수 있을까요? 현대 과학에서는 금을 구성하고 있는 원자와 원자핵이 어떤 것인지를 명확히 알고 있습니다. 원자핵이 결정되면 원자핵이 허락한 그 원자가 가지고 있는 전자의 숫자도 결정되거든요. 그러면 금이라는 원자를 만든다는 의미는 금 원자를 구성하고 있는 원자핵을 과학자들이 인위적으로 만들어 내면 됩니다. 중성자와 양성자가 모여서 핵이 되잖아요. 중성자와 양성자의 숫자를 우리가 바꾸면 그러면 원자핵이 다른 원소의 원자핵으로 바뀌게 되죠. 지금 금 만들어 낼 수 있습니다.

그런데 당연히 문제가 있죠. 원자핵에 들어 있는 양성자와 중성자의 숫자를 인위적으로 조절하기에는 그때 우리가 사용해야 하는 에너지의 크기가 상당히 큽니다. 결국 금을 만들어 낼 순 있지만 금을 만들어 내기 위해 필요한 에너지의 양 그리고 투자해야 하는 사용해야 하는 어떤 그 경제적인 비용 같은 걸 생각하면 금은 아직은 그 물리학을 이용해서 원자핵을 바꿔서 만드는 것보단 사실 금 광산에서 금을 캐는 게 쌉니다.

다음 질문입니다. ‘층간 소음이 바닷속에도 있다고?’라는 그런 재밌는 질문인데요. 사실 바닷속에도 소음이 굉장히 많이 있습니다. 바닷속에 존재하는 소음의 상당한 부분은 안타깝게도 인간이 만들어낸 소음입니다. 지구상의 바다에는 지금도 굉장히 많은 선박들이 운항하고 있고요. 바닷속에서 작동하는 엔진의 어떤 소음 같은 것들 때문에 지구의 바다에는 지금 엄청난 크기의 소음이 분명히 존재합니다. 이 해양 소음으로 가장 큰 피해를 입고 있는 동물이 바로 고래입니다. 고래는 아주 낮은 진동수를 가지고 있는 소리를 만들어 내고 이 소리를 이용해서 아주 멀리 떨어져 있는 동료 고래와도 얼마든지 소통하는 것이 가능한 놀라운 동물입니다. 고래가 20Hz 정도의 진동수의 소리를 이용해서 심지어는 지구 반대편에 있는 동료 고래와도 바닷물을 통과하는 어떤 소리 음향 정보를 이용해서 소통한다는 것이 보고되어 있습니다. 그런데 이젠 인간에 의한 활동 때문에 그 고래들이 이렇게 물속에서 음향 정보를 이용해서 소통하는 능력이 점점 어려워지고 있고요. 그래서 고래가 소통 가능한 그 거리가 점점 줄어들고 있다는 것도 잘 알려져 있죠.

제가 흥미롭게 본 한 논문에서는 돌고래 연구였어요. 근데 돌고래들도 마찬가지로 음향 정보를 이용해서 다른 돌고래들과 소통하다 보니까 인간이 만들어낸 소음이 굉장히 커져요. 그럼, 돌고래들이 어떻게 할까요? 우리도 그렇잖아요. 주변이 시끄러우면 우리가 더 크게 소리를 낼 수밖에 없잖아요. 그래서 돌고래가 과거에 비해서 물속에서 훨씬 더 큰 크기를 갖고 있는 음향 정보를 발신하게 됐다는 보고도 있습니다. 이런 고래들 사이의 어떤 커뮤니케이션이 인간 때문에 점점 방해를 받는다는 것이 상당히 안타깝다는 그런 생각을 할 때가 많이 있습니다.

다음 질문입니다. ‘잊고 싶은 기억들 우리가 선택적으로 삭제할 수 있을까요?’ 여러분 모두 다 이런 경험 있을 겁니다. 우리가 이럴 때 이불킥한다라고 얘기하죠. 잠자리 누워서 가만히 생각해 보다가 ‘아, 내가 어제 왜 그랬을까’라면서 후회하면서 안타까운 기억을 모두 지워 버려서 마음을 좀 편안하게 하고 싶다. 이런 생각을 하시는 분들이 많이 있을 것 같습니다. 이런 장면들은 영화에서도 등장합니다. 저도 재밌게 본 영화죠. 짐 캐리, 케이트 윈슬렛이 주연한 <이터널 선샤인>이라는 영화에서도 두 사람이 사랑에 빠져서 연애하다가 헤어진 다음에 너무 큰 고통을 겪으면서 그 이전의 경험을, 기억을 뇌에서 삭제하는 그런 것이 가능한 그런 장면이 영화에 그려지기도 하죠.

최근 미국 보스턴 대학교의 연구 결과가 흥미로운 게 있었어요. 생쥐라는 실험동물을 이용한 실험인데요. 사실 기억에서 큰 역할을 하는 것이 우리 뇌 깊은 곳에 있는 해마라는 부분이라는 것은 잘 알려져 있습니다. 해마가 단기 기억을 장기 기억으로 변환할 때 큰 역할을 한다. 기억을 장기 기억으로 고정하는 역할을 한다는 것이 잘 알려져 있었는데요. 이 해마라는 그 부분, 그 부분에 해마의 윗부분이 있고 아랫부분이 있을 텐데요. 어떤 부분에 자극을 주었느냐에 따라서 어떤 경우에는 나쁜 경험을 강화하고 어떨 때는 좋은 경험을 강화하고 하는 것을 어느 부위를 자극하는지에 따라서 컨트롤할 수 있다는 아주 흥미로운 연구 결과가 발표됐어요. 그래서 긍정적인 기억이라면 해마의 윗부분을 자극하고요. 부정적인 기억은 해마의 아래쪽을 자극하면 활성화된다라는 것이 밝혀진 거죠. 이 연구진들이 이용한 흥미로운 기술이 있습니다. 이게 어떤 거냐면 외부에서 빛을 쪼여 주면, 그 빛이 닿는 지역에 있는 신경 세포의 정기적인 자극을 줄 수 있도록 유전자 변형을 한 이런 생쥐를 이용한 거예요. 그래서 해마 아래쪽을 자극했더니 공포 반응을 보였고 윗부분을 자극했더니 나쁜 기억에 대한 충격이 줄어들어서 좋은 기억을 강화하는 그런 방향으로 작동한다는 것이 알려진 거죠.

근데 사실 이거는 생쥐에 대한 거였다는 게 중요하고요. 또 다른 중요한 차이점도 저는 있다고 생각하는데요. 여기서는 부정적인 기억, 긍정적인 기억을 강화하고 줄이고 하는 것이 가능하다라는 건 밝혀지긴 한 건데요. 인간이 사실 기억이라는 게 나쁜 기억이라는 한 테두리로 묶기는 굉장히 어려울 때가 많죠. 나쁜 기억 중에도 우리에게 필요한 기억이 있습니다. 예를 들어 어렸을 때 촛불에 손가락을 대려고 하다가 뜨거워서 고통을 느꼈던 기억, 이런 건 기억해야 됩니다. 그래야 이후에 다시는 위험한 일을 하지 않게 되는 거죠. 그래서 기억의 내용에 따라서 똑같이 나쁜 기억이지만 어떤 것은 우리가 없애는 것이 나은 기억도 있고 어떤 기억의 경우엔 나쁜 기억이지만 우리가 꼭 기억해야 하는 그런 기억도 있는 거죠.

자, 여러분도 혹시 잊고 싶은 기억 있으세요? 여러분이 기억을 만약에 삭제할 수 있다면 어떤 기억을 여러분이 삭제하고 싶으실까요? 기억과 관련된 과학 연구가 지금, 이 순간에도 아주 많은 뇌 과학자들, 신경 과학자들에 의해서 진행되고 있습니다. 아직은 가능하진 않습니다. 하지만 어쩌면 먼 미래에 여러분이 이불킥한 다음에 이불킥을 하도록 만든 기억을 삭제하는 것이 가능한 미래, 그런 미래가 올 수 있을지도 모르겠습니다.

오늘 준비한 얘기는 여기까지입니다. 고맙습니다.