올해 2025년은 양자과학 100주년에 해당하는 뜻깊은 해다. 지금으로부터 정확히 한 세기 전인 1925년 무렵, 물리학자들은 원자 수준의 세계를 설명하기 위해 새로운 개념들을 받아들이기 시작했다. 당시 하이젠베르크와 슈뢰딩거 등의 과학자가 연이어 발표한 논문들은 기존 고전역학으로는 이해하기 어려운 양자역학의 이론적 틀을 마련했고, 이는 과학계에 일대 혁명을 일으켰다. 양자역학은 이후 원소의 주기율표 원리를 밝히고 레이저부터 스마트폰까지 현대 기술의 밑바탕이 되었다. 1925년 등장한 양자의 개념들이 한 세기 동안 과학과 기술을 혁신시켜 왔고, 그때 시작된 작은 혁명이 오늘날 우리가 논의할 양자컴퓨팅이라는 새로운 도전의 토양이 되었다.

인간의 피부는 외부 환경과 맞닿는 가장 넓은 기관으로, 온도, 압력, 통증, 촉각 등 다양한 자극을 인식하고 이를 신경계를 통해 전달하여 몸을 보호한다. 또한 손상 시에는 조직을 복구하는 자가 회복 능력도 갖추고 있다. 과학자들은 이러한 피부의 생물학적 기능을 모방하여 전자피부를 개발하고, 기계에도 유사한 감각 및 복원 기능을 부여하려는 노력을 지속해 왔다. 그 결과 탄생한 것이 바로 ‘전자피부(E-Skin)’다.

우리가 매일 마주하는 태양은 늘 한결같이 빛을 뿜어내는 듯하지만, 그 내부에서는 장대한 주기의 숨결이 이어지고 있다. 태양은 거대한 플라즈마 덩어리로, 표면과 내부에서 자기장이 복잡하게 얽히며 다양한 현상을 만들고 있다. 대표적인 현상으로는 흑점(sunspot)이 있으며 흑점이란, 태양 표면(광구, photosphere)에서 주변보다 상대적으로 온도가 낮고(약 3,000~4,500K), 강한 자기장이 집중되어 어두워 보이는 영역을 의미한다. 태양은 약 11년을 주기로 흑점 수와 표면 활동 강도가 변화하는 모습을 보이며, 이 주기에서 활동이 가장 적은 시기를 극소기(Solar Minimum), 가장 활발한 시기를 극대기(Solar Maximum)라고 부른다.

아이들의 능력은 다양하다. 과학 실험 시간을 보면, 어떠한 학생은 실험과 관련된 과학 내용을 아주 잘 알고 있어서 배우기도 전에 중요한 개념들을 툭툭 이야기한다. 다른 학생은 실험을 하고 싶어서 엉덩이가 들썩거린다. 이런 학생들은 실험에 대한 적극성도 높아서 다른 친구보다 먼저, 많이 하고 싶어 한다. 또 다른 학생은 실험을 정말 정확하게 수행한다. 다른 학생은 결과를 표와 그래프로 잘 그리고 보고서를 잘 쓴다. 어떤 학생은 실험을 가만히 보고 있다가 부족하거나, 어색한 점을 날카롭게 지적하기도 한다. 그리고 어떤 학생은 다른 학생들이 잘 참여할 수 있도록 알려주고, 도와주기도 한다. 이렇듯 아이들이 과학을 할 때는 생각보다 다양한 활동이 동시적으로 그리고 연속적으로 나타난다. 무엇이 이렇게 아이들이 다양한 활동을 하게 하고, 복잡한 감정을 느끼게 하는 것일까?

2024 파리올림픽에서 첨단 기술과 과학적 접근이 한국 대표팀의 눈부신 활약과 성과를 가능하게 했으며, 우리는 스포츠와 과학의 놀라운 융합을 목격했다. 한 예로 한국스포츠과학원에서는 사격 대표팀을 대상으로 가상현실(VR)을 통해 파리 현지 경기장 및 경기 상황을 재현하는 훈련 과정에서 뇌혈류 분석을 진행하였으며, 선수들의 집중 상태와 스트레스 반응을 실시간으로 모니터링하고 개선해 나갔다. 이러한 과학적 접근은 선수들이 경기 중 심리적 압박을 효과적으로 관리하고 안정된 집중력과 빠른 적응력을 키움으로써 2024 파리올림픽에서 한국 사격 선수들이 뛰어난 성과를 기록할 수 있었다. 한국 양궁 대표팀 또한 인공지능(AI) 로봇과 훈련하며 미세한 자세 교정과 즉각적인 피드백을 받을 수 있었으며, 선수들의 기술적 완성도를 높이는 데 큰 역할을 했다. 이처럼 스포츠와 과학의 만남은 단순한 기술적 진보를 넘어 선수들의 경기력 향상과 그들이 가진 잠재력을 극대화하는 데 큰 역할을 하고 있다.

최근 기후변화에 따라 극한 가뭄과 극한 홍수가 발생하고 있다. 따라서 물 관리를 효율적으로 수행할 수 있는 물 관리 기술에 관한 관심이 증가하고 있다. 최근 물 부족 문제는 전 세계적으로 심화되고 있으며, 유네스코가 발행한 '2024년 유엔 세계 물 개발 보고서'에 따르면, 현재 22억 명이 안전한 식수에 접근하지 못하고 있으며, 35억 명은 열악한 위생 시설에서 생활하고 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, 2022년 기준으로 세계 인구의 절반이 연중 일부 기간 동안 심각한 물 부족을 경험하고 있는 것으로 발표하였다(워터저널, 2024). 이러한 물 부족 문제 해결을 위해서 다양한 대체수자원 확보기술이 대두되고 있는데, 그중 해수담수화는 무한 자원인 바닷물을 이용해서 담수를 생산하는 기술이다. 과거 해수담수화 기술은 중동지역을 중심으로 보급되었으나 최근 전 세계적으로 물 부족 문제가 심각해지면서 유럽, 북미, 남미, 동남아시아 지역에서도 해수담수화 도입이 활발하게 진행되고 있다.

인간 뼈의 70%를 구성하는 하이드록시아파타이트(Hydroxyapatite, HAp)는 아파타이트(Apatite)라는 인산염(PO43-) 광물의 한 종류로, 생물학적으로 발생하는 몇 안되는 미네랄 중 하나이다. 이중에서도 하이드록시아파타이트는 하이드록실기(OH-) 성분이 많아 그 이름을 가지게 되었다. 육방 결정계를 특징으로 하는 아파타이트는 화학식 M10(ZO4)X2으로 표현되며, M, Z, X 자리에는 다양한 원소가 위치할 수 있다. 칼슘과 인으로 구성되어 화학식이 Ca10(PO4)6(OH)2인 하이드록시아파타이트는 높은 생체 적합성을 자랑한다. 고온에서도 안정적이고 생물학적으로 불활성한 견고한 구조를 가진 하이드록시아파타이트는 의료 및 산업 응용에 특히 이상적이다. 구조 내의 Ca2+은 마그네슘, 스트론튬 등으로 대체하는 이온 치환이 가능하여, 약물 전달 시스템의 용해도 증가 또는 정형외과 응용을 위한 강도 향상에 이르기까지 특정 용도에 맞춘 재료를 생성할 수 있기도 하다.

인류 최초의 인공위성 구소련의 스푸트니크 1호는 1957년 10월 4일에 발사되었으며 이후 전세계가 쏘아올린 우주물체는 미국의 우주물체를 감시하는 기관(CSpOC)의 우주물체 분석에 의하면 2024년 4월기준 59,400여개가 넘고 있다. 이 수치는 인공위성과 더불어 위성을 궤도에 진입시키기 위한 로켓 상단 등이 포함되어 있다. 이 중에 30,700여개 이상의 우주물체는 대기권으로 재진입하여 소멸되거나 지구로 떨어져 사라졌지만, 아직 28,700개가 넘는 우주물체는 지구 주위를 돌고 있다. 우리나라는 1992년 8월 11일 최초의 국적 인공위성인 우리별 1호가 우주로 발사된 이후 지금까지 44개의 인공위성이 발사 운용되었으며 발사체 상단 그리고 질량모사 위성 등을 포함한 우주물체의 수는 모두 55개에 달한다. 이중에 수명이 다해 지구 주위를 돌고 있는 인공위성을 포함하여 아직 우주 공간에 남아있는 물체의 수는 47개로 분류되고 있다.

2022년 8월 5일 오전 8시 8분, 미국 플로리다의 케이프커내버럴 미우주군 기지에서 발사된 다누리는 목표로 했던 달까지의 전이궤적을 따라 순조롭게 항행 후, 2022년 12월 27일에 달 표면 100km 고도의 임무 궤도에 성공적으로 안착하여 달 탐사 임무를 시작했다. 2016년 1월부터 시작된 다누리 개발을 위한 7년간의 노력이 결실을 맺는 순간이었으며, 대한민국이 세계에서 7번째로 달 탐사에 성공한 나라로 기록되는 영광스러운 순간이었다.

얼마 전부터 초전도체 춤이 유행이다. 신나는 팝송에 맞추어 빠르게 스텝을 밟는 이 춤을 보고 있으면 춤을 추고 있는 사람의 발이 땅에 닿지 않고 공중부양하는 것과 같은 착각이 든다. 마이클 잭슨의 문 워킹이 땅 위를 미끄러지며 천천히 걷는 것 같았다면, 이 춤은 한 층 업그레이드되어 공중을 딛고 걷는 허공 답보의 경지에 오른 것 같다. 외국에서 시작된 유행이지만 우리나라의 한 학생이 SNS에 올린 초전도체 춤은 전 세계적인 인기를 끌어 조회 수 2억 뷰를 넘기는 기염을 토하기도 했다. 이 춤을 초전도체 춤이라고 부르는 이유를 모르는 사람은 아마 소수일 것이다. 지난 7월 국내의 연구진이 상온과 대기압에서 작동하는 초전도체를 발견했다는 보고가 있었다. 이 소식이 세계적인 화제가 되면서 우리나라에 초전도체 열풍이 불었다. 연구진은 이 물질이 물이 끓는 온도인 섭씨 100도에서도 초전도 성질을 유지한다고 주장했다. 연구진이 제시한 증거 중 하나는 시료를 자석에 올려놓으면 절반 정도 떠오르는 모습이었다. 보통 동영상을 과학적 증거로 제시하는 경우는 아주 드물지만, 공중에 뜬 초전도체의 모습은 워낙 상징적이었고 대중에게는 공중부양하는 모습이 초전도체의 대표적인 성질로 알려졌다.

과학기술은 인류 문명의 시작부터 오늘날에 이르기까지 우리의 삶의 많은 영역에 영향을 끼쳐 왔다. 음악 역시 그러한데, 공교롭게도 과학과 음악은 서로 닮은 점도 많고 그 고향이나 생각도 비슷한 점이 많다. 이러한 점에 착안하여 재즈와 과학을 중심으로 서로 닮은 모습을 찾아보고, 과학을 음악으로 들어보고, 음악을 과학으로 이해하기 위한 새로운 공연을 기획하였다. 이른바 “과학, 음악을 만나다”라는 주제로 음악과 과학의 융합을 주제로 한 새로운 토크 콘서트를 기획하였으며 과학기술정보통신부 산하 기관인 한국과학창의재단의 지원을 받아 총 3회에 이르는 다양한 주제로 새로운 콘서트를 진행하였다. 재즈를 전공한 연주자와 과학을 전공한 과학자 사이의 대화로 이뤄진 이번 토크 콘서트는 홍대 벨로주 그리고 한국현장과학교육학회에서 진행되었다.

“어떻게 지평좌표계로 고정을 하셨죠?” 최근 지인을 통해 처음 알게 된 이 말은 ‘안될과학’이라는 유튜브 채널을 운영하는 과학 전문 유튜버 궤도가 귀신에 대해 과학적으로 설명하며 유명해진 말이다. 질량이 없어 중력의 영향을 받지 않는 것으로 여겨지는 귀신이 평균 29.76km/s 속도로 공전하는 지구에서 지박령 행세를 하는 모순을 풍자한 것이다. 그는 귀신을 만나면 당황하지 말고 꼭 이렇게 물어보라고 조언한다. 소위 이과식 농담이라 치부할 만하지만, 과학적으로 틀린 주장은 아니므로 나 역시 웃으면서 절로 고개를 끄덕일 수밖에 없었다. 이 이야기를 전해준 지인은 해당 채널을 통해 과학에 흥미가 생겼다며, 나에게도 그런 유튜버가 되어보지 않겠냐며 진지하게 권하기까지 했다. 그동안 과학교육을 전공하고 오래도록 학생들을 지도한 경험을 활용해 보라는 것이었다. 유튜버라고? 사실 나 역시 이따금씩 내 취미와 추억을 영상으로 기록해 온 나름 유튜버(?)이긴 하다. 하지만 성공적인 유튜버, 특히 과학을 전문으로 다루는 유튜버라면 특별한 능력과 노력이 필요하므로 나는 자격미달이라고 딱 잘라 말해줬다.

태양은 지구에서 가장 가까운 곳에 있는 별이다. 우리가 별이라고 부르는 천체는 ‘항성’으로 언제나 빛을 내는 천체라는 뜻이다. 항성은 언제나 빛나는 존재이니 당연히 스스로 빛을 낸다. 빛은 에너지의 결과일 텐데, 태양은 어떻게 빛을 내고 있을까? 바로 핵융합이다. 태양은 거대한 수소 덩어리이다. 수소의 원자핵이 충돌하여 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합 반응이 끊임없이 일어나고 있다. 이 과정에서 약간의 질량이 줄어드는데 줄어든 질량이 바로 태양의 빛과 열이라는 에너지이다.

우리나라의 자랑스러운 과학유물을 떠올려 보자. 세계에서 가장 오래된 천문대인 경주 첨성대와 세계에서 두 번째로 오래된 천문도인 천상열차분야지도, 그리고 세계 최초의 우량계 측우기, 금속활자 직지심체요절 등 ‘세계 최고·최초’라는 수식어가 가장 먼저 강조된다. 인류 역사에서 최초로 무엇인가를 시도했다는 것만으로도 충분히 그 가치를 인정받을 수 있기 때문일 것이다. 최초라는 수식어 못지않게 ‘과학유물’에서 강조되는 요소가 ‘얼마나 과학적인가’라는 설명이다. 당연히 과학유물이기 때문에 ‘과학적’ 요소가 그 가치의 중심에 있어야 하는 것이 맞다. 하지만 그 판단의 기준이 되는 ‘과학적’이라는 개념이 현대의 ‘과학 패러다임’ 안에서 정의되고 있다는 점을 염두에 둬야 한다.

러시아-우크라이나 사태를 계기로, 국내 자원안보에 대한 관심도가 나날이 높아지는 요즘이다. 국제 에너지기구(IEA)에 따르면 2020년부터 2040년까지 리튬 수요는 40배, 흑연·코발트·니켈은 20~25배, 희토류는 7배 증가할 것이라고 전망했다. 우리나라는 대표적인 자원 빈국으로, 국가 에너지 수요의 93%와 광물 수요의 95%를 해외에 의존하고 있다. 특히, 주요 희유금속인 희토류 금속 전량을 수입에 의존하고 있다. 배터리 산업 등에 활용되는 6대 핵심 광물(니켈, 아연, 구리, 우라늄, 유연탄, 철)의 자급률 또한 낮다. 탄소중립 정책 등 전기차와 신재생에너지 등 미래 산업의 핵심적 광물 수요가 증가하는 추세 속에서, 우리나라는 광물 순한자원화기술 개발에 인력과 예산을 투입하고, 자원개발 민간 투자 활성화를 위해 정부 융자, 세제 지원 등을 지원하고 있다.