[어쩔과학2_8편]

어릴 적 꿈꿨던 투명 인간 가능할까?

세상 물정에 관심 많은 과학자가 들려주는 과학 이야기, 안녕하세요. 어쩔과학 시즌2 김범준입니다.

Q. 어릴 적 꿈꿨던 투명 인간, 가능할까?

투명 인간은 자신의 몸 뒤쪽에 있는 모든 이미지를 아무런 방해 없이 투명하게 앞으로 전달할 수 있어야만 합니다. 투명 인간이 가능할지 생각해 보다 보면 실제 자연에 존재하는 완벽한 투명한 성질을 갖고 있지는 않지만, 상당히 투명한 그런 생명들을 우리가 떠올릴 수 있게 되는데요. 해파리 중에 거의 투명한 것도 있고요. 어떤 물고기 경우에는 몸의 피부가 거의 투명해서 내장이 밖에서 훤히 비춰 보이는 그런 동물들도 있습니다. 날개가 투명한 그런 나비가 또 발견되기도 했는데요. 언뜻 보면 날개가 없는 것처럼 보여요. 그런데 이 날개를 구성하고 있는 성분들이 이런 걸 과학에서는 포토닉 크리스탈 혹은 뭐라고 할까요? 광격자라고 부르는데요. 사실 이렇게 미시적인 아주 작은 이런 성분들을 어떤 방식으로 배열하는지에 따라서 광학적 성격이 달라지는 그런 생명체들은 꽤 많이 있습니다. 딱정벌레 그런 거 보면 표면에도 무지갯빛 같은 거 보실 수 있죠. 그때 어떤 일이 벌어지는 거냐 하면 이 딱정벌레의 겉 그 딱딱한 부분에서도 광격자 구조를 이용해서, 색깔은 사실 없어요. 그런데도 빛을 다양한 방식으로 산란시키면서 무지갯빛을 만들어내기도 하죠. 방금 말씀드렸던 투명 날개를 가지고 있는 나비도 아마도 이런 광격자구조를 이용해서 이 투명한 여러 파장에 대해서 투명한 날개를 구현한 것이 아닐지 생각해 볼 수 있습니다.

인간의 경우는 어떨까요? 인간도 그럼 투명하게 할 수 있을까요? 먼저 생각해 볼 수 있는 것이 우리가 어떤 방식으로 외부의 정보를 눈으로 보는지를 생각해 보는 겁니다. 외부에서 어떤 사물에서 반사된 빛이 제 눈에 들어오면 투명한 수정체를 통과한 다음에 결국은 눈의 뒤쪽에 있는 망막의 상을 맺게 됩니다. 그런데 망막에 상이 맺게 되려면 망막이 투명할 수 없죠. 그래서 아무리 완벽하게 투명 인간을 구현한다고 하더라도 그 투명 인간의 망막은 투명할 수 없습니다. 그거 어떻게 될까요? 이렇게 생각해 보면 투명 인간이 눈동자는 동동 떠 있는 공중에 그런 투명 인간은 가능하겠지만 눈동자도 안 보이는 투명 인간을 만들겠다는 건 과학적으로 말이 안 되는 거죠. 투명 망토는 방금 말씀드린 투명 인간하고 좀 다르게 작동해서 투명 망토, 투명 방패는 원칙적으로 불가능하지는 않습니다. 사실 투명 방패는 어떻게 되는 거냐 하면 제 몸에 어떤 물체가 있잖아요. 그 물체에서 나온 빛을 제 몸을 똑바로 직진해서 앞으로 보내는 게 아니라 뒤에서 온 빛을 제 몸을 에둘러서 삥 돌아서 나가도록 하는 겁니다. 그래서 완벽하게 빛이 직진하는 게 아니라 제 몸을 관통하는 게 아니라 제 뒤에서 온 빛을 그냥 방향을 바꿔서 이제 앞으로 보내는 방식으로 작동시키면 투명 방패 혹은 투명 망토는 사실 가능한 거죠. 보통 이런 투명 망토, 투명 방패를 구현한 사진 같은 걸 보시면 특정 방향에서 보면 투명해 보입니다. 그런데 다른 방향에서까지도 투명하게 만드는 건 사실 쉽지 않습니다. 그래서 사실 이게 뭐 원칙적으로 불가능하다고 얘기할 수는 없겠지만 굉장히 어려운 기술인 거는 분명해 보입니다. 투명 인간은 아니더라도 영화 속 <해리포터>를 보면 거기 투명 망토 얘기 나오잖아요. 이런 투명 망토는 완벽하게 구현하는 게 가능할지는 잘 모르겠지만 어느 정도는 구현할 수 있는 여지가 분명히 있습니다. 한번 우리가 기대해 봐도 좋을 것 같습니다.

Q. 병원 엑스레이는 어떻게 몸 속을 찍을까?

엑스레이는 빛은 빛인데 우리가 눈으로 보는 빛에 비해서는 파장이 더 짧은 빛을 뜻하게 됩니다. 이 엑스레이는 물질의 통과를 어느 정도 합니다. 그런데 물질을 통과할 때 그 물질의 밀도에 따라서 투과율이 달라져요. 그래서 우리 몸을 보면 딱딱한 뼈도 있고 부드러운 연질 조직도 있잖아요, 보통 우리가 살이라고 부르는. 엑스레이는 살은 어느 정도 통과합니다. 근데 뼈는 밀도가 높아 통과하지 못해요. 그럼 어떻게 일이 가능해질까요? 손을 놓고 엑스레이 사진을 찍으면 말랑말랑한 피부 주변의 살 조직은 엑스레이가 통과하고 뼈는 통과하지 못하니까 뼈의 구조를 엑스레이 사진으로 보면 명확히 볼 수 있게 됩니다. 엑스레이를 처음 발견한 사람이 바로 '뢴트겐'입니다. 뢴트겐이 남긴 자기 아내의 반지 낀 손에 아주 유명한 엑스레이 사진이 있는데요. 이렇게 엑스레이가 발견된 다음엔 금방 사람들이 이 응용 가능성을 깨닫게 돼요. ‘아 엑스레이를 이용하면 살아있는 사람의 몸이 어떤 상태인지를 어느 정도 엑스레이로 파악할 수 있다’라는 생각을 하게 되죠.

이 엑스레이를 진단 장비를 통해 적극적으로 이용한 사람이 여러분 누구나 들어봤을 마리 퀴리입니다. 뢴트겐이 발견해 낸 엑스레이가 인체의 어떤 질병이나 피해 정도를 파악하는 진단 장비로 이용할 수 있다는 것을 깨닫고 1차 세계대전 때 프랑스 군에 엑스레이 장비를 이동형으로 만들어서 제공합니다. 그걸 이분의 이름을 따서 제가 알기로 ‘리틀퀴리’라고 불리는 일종의 자동차와 같은 움직일 수 있는 장비 위에 엑스레이 장치를 설치해서 전선을 다니면서 거기서 부상을 입은 군인들을 금방금방 그 자리에서 진단하는 그런 장비를 만든 거죠. 엑스레이 장비를 이용해서 굉장히 많은 사람의 생명을 마리 퀴리가 구해내는 데 분명히 기여를 하게 되고요. 그리고 현재 많은 사람이 마리 퀴리가 그 죽음에 이르게 된 이유가 바로 방사능 피폭 때문이라고 생각해요. 1차 대전 때 이분이 엑스레이 측정 장치를 실은 이 이동형 진단 장비를 너무나도 많이 이용하다가 그때 너무나도 강한 엑스레이에 반복적으로 노출돼서 바로 그 이유로 죽음에 이른 것이 아닐까 하는 이야기도 있습니다. 결국은 많은 사람들의 생명을 구하는 과정에서 이분이 본인의 죽음을 어떻게 보면 맞게 된 것 같아서 그 존경과 그리고 안타까운 그런 느낌을 많이 갖고 있습니다.

의학에도 여러 번의 전환점이 있었어요. 사람을 마취시켜서 살아 있는 사람을 얼마든지 고통을 없앤 상태에서 수술할 수 있게 된 그런 것도 정말 중요한 것 같고요. 그다음에 이제 세균을 죽일 수 있는 항생제를 발견한 것도 굉장히 큰 기여였던 것 같습니다. 엑스레이 같은 그런 진단 장비의 개발 같은 것도 많은 사람의 생명을 구하기 위해 꼭 필요했고 중요했던 그런 의료 기술의 발전이었는데요. 이런 엑스레이의 경우에는 그 근간에 물리학, 과학의 원리가 있었다는 것도 여러분이 꼭 기억해 주시기를 바랍니다.

Q. 관상은 과학일까?

보통은 과학자가 관상이 과학이라고 얘기하면 많은 분들이 ‘관상을 믿는 과학자 아니야? 이상하네.’라고 생각하시겠지만, 사실 관상을 여러 가지 측면에서 생각해 볼 수 있습니다. 하나는 관상은 그 사람의 과거의 경험을 반영합니다. 예를 들어 저는 사실은 부끄럽지만 일하는, 직접 몸을 써서 일하는 사람은 아닙니다. 그렇다 보니까 제 손을 보시면 제 손이 평생 농사를 지으면서 우리에게 먹을 것을 제공해 주시는 농부의 손과 제 손이 같을 수는 없죠. 그리고 땀 흘려 낮에 들판에서 논에서 일하시는 농부라면 얼굴에 빛이 당연히 저처럼 직접 일하지 않는 책상물림의 피부 색깔과는 다를 수밖에 없습니다. 이런 의미라면 그 사람의 과거의 경험은 그 사람의 현재의 얼굴과 그 피부의 색깔과 몸의 형태에 반영될 여지는 분명합니다. 하지만 보통 사람들이 관상을 얘기할 땐 그 사람의 관상을 가지고 과거를 추정하는 것이 아니라 그 사람의 관상을 갖고 미래를 추정하려고 하는 거죠. 사실 어떤 사람의 인생 경험이, 과거에서 현재까지 이어진 그분의 경험이 현재부터 미래에도 이어질 거라고 하는 건 어쩌면 그렇게 불가능한 일은 아닐 것 같습니다. 예를 들어 몸을 써서 일하지 않는 사람으로 평생을 살아온 제가 내년부터 갑자기 농사를 짓기 시작할 일은 그럴 가능성은 없잖아요. 하지만 이런 걸 제 얼굴을 보고 이 사람은 책상물림이어서 몸을 쓰는 사람이 아니다. 이게 그 사람의 미래라고 예측한다고 할 수 있을까요? 그런 면에서 저는 어떤 사람의 관상이 그 사람의 미래를 예측한다는 주장은 굉장히 큰 비약이라고 생각합니다.

이런 관상을 여러분들이 재미있게 생각하시는 정도까지는 제가 너무 강하게 말릴 수는 없을 것 같지만 관상이 그 사람의 어떤 능력과 재능과 미래를 결정한다는 이야기를 조금만 더 확장해 보면 아주 끔찍한 결론에 도달하게 돼요. 바로 우리 모두가 경계해야 할 우생학적인 관점인 거죠. 과거에는 정말 서양에서 골상학이라고 했거든요. 어떤 사람의 머리를 이렇게 만져보다가 ‘이 사람은 앞이마가 돌출돼 있고 뭐 옆머리는 어떻고라는 걸 측정한 다음에 따라서 이 사람은 지능이 떨어진다.’ 그런 진단을 내리려는 시도들도 있었어요. 사실 이게 얼마나 말도 안 되는 주장입니까? 어떤 통계적으로 확인한 집단의 차이가 그 집단 안에 속한 개인의 차이로 확장할 수는 없습니다. 그런 면에서 이런 관상을 가지고 어떤 사람을 판단하거나 외모를 갖고 그 사람의 성격을 판단하거나 하는 것들은 저는 여러분이 정말 경계하시면서 하지 않으셨으면 하는 바람이 있습니다.

Q. 지구인 80억 명이 한꺼번에 소리를 지르면 달까지 소리가 도달할까?

이게 몇 가지 과학에 관계된 질문이어서 흥미로웠어요. 일단 달까지 소리가 진행될 리는 없습니다. 소리라는 건 항상 그 소리가 전달되기 위한 매질이 필요합니다. 그 매질은 우리가 살아가는 지구 표면에서는 공기고요. 고래가 그 음향으로 정보를 전달하는 바다라면 물이 그 소리를 전달하는 매질이 되죠. 그런데 지구와 달 사이에는 아무런 매질이 없습니다. 따라서 지구에서 아무리 우리가 큰소리를 내더라도 달까지는 고사하고 대기가 없는 지구에서 조금만 더 멀어진 곳 우주 공간에도 당연히 그곳에 있으면 아무 소리도 들리지 않습니다. 결국 '아무리 소리를 질러도 달까지 소리가 전달되지 않는다'라는 게 먼저 말씀드릴 수 있는 거고요.

우리가 한 사람이 소리를 내요. 그럼, 그 사람이 낸 소리가 예를 들어 몇 데시벨이라고 한다면 ‘80억 명이 모여서 소리를 내면 한 사람이 낸 소리 크기의 80억 배가 될까?’라고 생각해 볼 수 있죠. 그런데 이게 정말 흥미로운데요. 사람이 소리의 크기를 들을 때 이렇게 몇 배로 늘어난 소리의 크기를 듣지 못합니다. 사실 이것도 꽤 유명한 예인데요. 교향악단을 구성할 때 예를 들어 어떤 지휘자가 지금까지 소리가 너무 작아서 이 관현악단의 규모를 키워서 그 음악을 감상하러 오시는 청중분들께 두 배로 큰 소리를 들려주고 싶다고 그 목표를 세웠다고 생각해 보세요. ‘그럼, 관현악단의 규모를 몇 배로 키워야 할까?’라고 우리가 질문할 수 있죠. 흥미롭게도 관현악단의 크기를 4배로 키워야 소리는 기껏 2배만 늘어납니다. 2를 제곱한 게 4잖아요. 그래서 소리의 크기는 관현악단의 규모가 늘어나도 천천히 늘어나요. 사실 이게 우리 인간이 외부의 어떤 감각 정보를 받아들이고 처리할 때 우리 인간이 늘 이런 방식으로 외부의 정보를 처리합니다. 아주 큰 소리도 들어야 되고요. 아주 약한 소리는 세밀하게 들어야 되잖아요. 그래서 이걸 수학의 함수로 표현하면 소리의 크기를 인간이 인식하는 건 로그 스케일이라고 보통 과학자들이 이야기하게 됩니다. 그래서 결론은 인간이 한 사람이 낼 수 있는 소리의 크기가 있고 만약에 100억 명이 모여서 소리를 낸다고 하더라도 소리의 크기가 100억 배는 고사하고 기껏해야 뭐 10배 20배 정도밖에 늘어나지 않습니다. 그래서 인구가 아무리 늘어나도 그렇게 소리의 크기가 늘어나지 않는다는 것, 그리고 지구와 달 사이에는 아무런 매질이 없기 때문에 달까지 소리가 들릴 일은 전혀 없다는 말씀을 드릴 수 있습니다. 오늘 준비한 이야기는 여기까지입니다. 고맙습니다.