동아엠앤비 출판사의 "노벨상을 꿈꿔라 7(이충환, 박응서, 한세희 저/장혜영 감수)"를 읽고 작성한 리뷰입니다.

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2021년 노벨상 수상자들의 연구 업적을 파헤친 책으로 최대한 일반인 수준에서 이해할 수 있는 글로 재구성한 점이 특징이다.

2021년 노벨상 및 이그노벨상 수상의 연구 업적을 전체적으로 살펴보고 이 중 노벨 물리학상, 노벨 화학상, 노벨 생리의학상 등의 노벨 과학상에 초점을 맞춰 연구 업적을 상세하게 살펴보는 책이다.

나는 학사 출신이지만 AI를 알게되고 연구하며 연구의 재미에 뒤늦게 빠져든 일반인이다. 하지만 만약 이런 책을 일찍 접했더라면 그래서 연구의 재미를 일찍 알았더라면 어떻게든 대학원 과정을 마치고 연구의 세계로 빠져들었을 것 같다.

이 책은 연구에 가능성 혹은 흥미를 가진 학생이 제대로 된 진로를 선택할 수 있도록 돕는 촉매제와도 같은 책이다. 마치 2021년 노벨화학상 수상자들이 촉매로 연구업적을 인정받은 것처럼 이 책도 누군가의 진로에 촉매로써 제 역할을 다 할 수 있을 것 같은 느낌이 든다.

그래서 이 책은 누구보다도 학생들에게 가장 권하고 싶은 책이며 그 외에 과학에 관심이 많거나 호기심이 왕성하거나 혹은 교양 수준을 한 껏 끌어올리고 싶은 일반인들에게도 추천하고 싶다.

이 책에 등장하는 연구 업적과 연구 업적이 탄생하기까지의 기저 지식들은 상식 자체로도 우리 삶에 도움이 되지만 때로는 자신이 몸 담은 분야에 도움이 될만한 힌트가 되기도 한다.

마치 내가 조르조 파리시의 스핀 글라스 연구 업적으로부터 XAI(해석 가능한 인공지능)에 적용할 만한 유용한 아이디어를 찾은 것 처럼 말이다.

흔히 연구 업적이라하면 일반인에게는 범접하기 어려운 경지의 난해한 단어로 들려 들어도 한 귀로 흘려버리게 되거나 생각조차 하기 싫어하는게 보통의 반응이다.

하지만 이 책의 서두에서 저자들이 언급한 것 처럼 연구 업적은 단순한 호기심에서 출발한다. 남들이 생각하지 않았던 방식에 착안하여 새로운 물질을 발견하거나 방식을 발견해나가는 일로 부터 연구가 시작된다.

그리고 그 결과물은 인류 전체가 가진 지식의 경계선을 확장시킨다. 단순히 근본적으로는 이 정도의 차이가 있을 뿐인데 실체가 뭔지 제대로 바라보려고도 하지 않고 지레 겁먹어 포기하는 일은 없었으면 좋겠다.

※출처 : PhD pitfalls: Part I – The reality of your contribution

조금 더 수월하게 노벨상에 접근하고 싶고 연구라는 장벽을 낮춰 보고 싶다면 이 책에 소개된 이그노벨상부터 읽는 것도 좋겠다는 생각이 든다. 이그노벨상이란 전 세계에서 추천받은 연구 가운데 가장 기발한 연구를 선별해 수여하는 상이다. 2021년 수상자들의 연구내용은 다음과 같다.

• 코뿔소를 옆으로 눕혀 운송할 때와 거꾸로 눕혀 운송할 때 저산소증 영향의 차이
• 턱수염은 왜 생길까?
• 스마트폰에 빠진 보행자들은 얼마나 위험하며 전체적으로 보행자들의 속도를 얼마나 감소시킬까?
• 성관계가 코막힘을 해소시키는 이유 등

이이서 본격적으로 노벨 과학상 연구 업적을 모두 정리해보고 싶지만 리뷰 분량의 제약 때문에 물리학상을 읽고 얻은 지식을 구체적으로 정리해 본 후 다른 연구 업적들은 간단히 정리해보려 한다.

먼저 노벨 물리학상은 복잡계를 규명한 기후 모델을 만든 마나베 슈쿠로와 클라우스 하셀만이 수상했으며, 무질서 물질에 관한 이해를 넓힌 앞서 언급한 조르조 파리시가 수생했다.

복잡계란 각 요소가 다른 요소와 끊임없이 상호 작용을 하는 체계를 말한다. 초기에는 고전 역학과 양자 역학의 갈등을 해결하려는 시도에서 출발했는데 주사위 던지기와 같은 양자 세계의 확률론적 세계관을 설명할 수 이는 이론이 필요했던 셈이다.

이런 흐름 속에 평형 상태에서 멀리 떨어진 체계를 연구하는 비평형계 과학과 불규칙 문제로 미래의 실질적 예측이 거의 불가능한 카오스 이론이 폭발적으로 성장하게 된다. 카오스는 겉보기에는 예측 불가하나 이면에 어떤 규칙성이 숨어 있는 현상을 의미한다.

해, 달, 지구 모델로 뉴턴이 제시했던 삼체 문제도 이 중 하나인데 푸엥카레의 추측으로 유명한 앙리 푸엥카레가 삼체 문제의 일반해를 구할 수 없다는 사실을 처음으로 증명하며 이는 카오스 이론으로 이어지게 된 것이다.

이는 나비효과로 더욱 널리 알려지게 되었는데 나비의 날개짓과 마찬가지로 초기조건이 매우 민감한 수준으로 변화하여도 그 결과에는 엄청난 차이가 존재한다는 사실을 보여준다.

날씨를 설명하는 기후 모델 또한 복잡계로써 비선형 동역학계로 이루어져 더욱 예측이 어려워진다. 비선형이라는 의미는 복잡하여 정확한 답을 구하기 어려운 형태로 수많은 계산을 반복해 근사해를 찾는 수치해석법을 적용해 해를 구한다.

AI에서도 경사하강법이라는 방법을 통해 손실값을 구하여 실제값과의 차이를 파악하고 인공지능의 가중치를 학습시키게 되는데 이 또한 수치해석법 중의 하나로써 이처럼 자신이 아는 지식이 노벨상 연구 업적의 기저 지식과 연결되는 재미를 느끼는 것 또한 이 책을 읽는 의의라고 할 수 있겠다.

다시 돌아가서 물체의 운동 상태를 나타내는 수학적 가상 공간을 위상 공간이라 부르는데 이를 통해 끌개를 관찰할 수 있다. 끌개란 불규칙한 운동을 일정한 패턴으로 끌고 가는 존재로써 프랙털 구조를 발견할 수 있게 해준다. 파이겐바움 상수 또한 그런 발견 중 하나이다.

이런 저변의 연구 지식들을 통해 기후 모델과 스핀 글라스 연구 업적을 노벨과학상 수상자가 탄생하게 되는데 솔직히 기후 모델은 기존의 연구와 달리 참신한 점이 무엇인지 이 책만으로는 정확히 이해하지 못했다.

대신 스핀글라스는 개인적으로도 관심이 많은 분야인데다 앞서 언급했듯 AI와 접목되는 부분이 있어 이를 중심으로 설명해보고자 한다. 스핀글라스는 비자성물질에 자성을 띤 불순물이 섞인 금속 합금을 의미한다.

일반 자석에서의 극성이 같은 방향을 가리키는 반면 스핀글라스는 상호 간에 반대의 특성을 띠려는 성질 때문에 발생하는 이른 바 쩔쩔맴 현상이 발생한다.

일종의 이런 중첩 현상을 복제품 비법이라는 아이디어로 경우의 수를 하나씩 따져가며 통계역학을 활용한 아이디어로 물질의 복잡계를 들여다 볼 수 있는 아이디어를 제시했다는 점에서 노벨상을 수상하게 된 것인데 이는 복잡계로 이뤄진 SNS의 의견대립이나 수학 등 다양한 영역의 설명을 가능하게 해주는 방법으로도 활용될 수 있다는 점에서 의의를 둔다 하겠다.

이어서 기존에 촉매로 널리 알려진 두가지 유형인 금속, 효소를 뛰어넘어 비대칭 유기물질 촉매제를 발견한 노벨 화학상 연구 업적이 소개된다. 프롤린이 그런 물질 중 하나이다.

아울러 노벨 생리의학상의 경우 우리 피부가 느끼는 통증의 수용체 및 이온 반응을 통해 전기적인 신호로 우리 몸과 어떻게 소통하는지 규명해준 연구 업적으로 수상자가 선정되었다. 아래 피에조 이온 통로 구조가 그 예이다.

앞서 언급했듯이 본인에게 혹은 자녀에게 의외로 연구의 유전자가 숨어있을지 모른다. 세계 최고의 과학상으로 추앙받는 노벨 과학상의 연구 업적과 이 업적이 탄생하기까지의 연구 성과들을 살펴보며 혹시 나 혹은 자녀의 관심사는 아닌지 살펴본다면 혹시 사장될지 모르는 커리어를 재발견 할 수 있을 것이다.

하지만 그런 거창한 이유를 제외하더라도 세상에 숨겨진 비밀을 한꺼풀 벗겨보는 호기심만으로도 이 책을 읽는 이유는 충분하다 할 것이다.

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• 책소개 - 노벨상을 꿈꿔라 7

YES24 리뷰어클럽 서평단 자격으로 작성한 리뷰입니다.