과학적 호기심을 자극하는 방법

사물의 작동 원리가 궁금하신가요? 물리학자 나디아 메이슨은 집에서 직접 실험해 볼 것을 권합니다. 이 강연에서는 과학적 호기심을 자극함으로써 어떻게 우리 주변의 세상을 이해할 수 있는지 알려주고, 자석, 지폐, 드라이아이스 등을 이용한 간단한 실험도 진행됩니다.

몇 주 전 친구가 전화로
근황을 전하는데

핸드폰을 변기에 빠트렸다는 거예요.

비슷한 경험 다들 있으시죠?

(웃음)

참 난처하죠.

어쩌다 그렇게 됐고
어떻게 해결했는지 모르니까

그냥 난감한 상황이라 할게요.

친구가 당황할 수밖에 없었던 게,
저희들 대다수가 그렇듯

친구도 휴대폰 사용량이 많고
필수품이나 다름없거든요.

한편 친구는 휴대폰 수리를
어떻게 해야 할지도 몰랐는데

친구한텐 이게 완전히
베일에 싸인 블랙박스 같은 거였죠.

여러분이라면 어떻게 하시겠어요?

여러분이 사용하는 휴대폰의
작동 원리를 제대로 알고 계시나요?

여러분이라면 휴대폰의 어디를
테스트하고 고치시겠어요?

대다수는 잘 모르겠다고 대답합니다.

실제로 한 설문조사에 따르면

미국의 스마트폰 사용자들 중
약 80%가

본인의 스마트폰 배터리를
한 번도 간 적이 없고,

25%의 경우 배터리 교체가
가능한지조차 몰랐다고 합니다.

저는 실험물리학자이고,

여기는 제 실험 도구들이죠.

나노스케일 전자기기의 근본적인
양자역학적 특성을 연구하고자

신개념의 나노스케일 전자기기 개발을
특성화하고 있습니다.

그런 저마저도
만약 제 휴대폰이 고장 난다면

어떤 기능부터 먼저
테스트해야 할지 모를 겁니다.

우리가 의존하는 기기가 다양하고
휴대폰이 그 일례인데,

우리는 휴대폰 테스트와 분해는 물론,
작동 원리조차 제대로 모릅니다.

요즘 나오는 자동차나 전자기기,
심지어 장난감마저 너무 고도화된 나머지

기기를 열고 고치는 건
엄두조차 못 내죠.

그러니까 문제는,

기술을 사용하는 우리와 기술 간의
이해관계가 전혀 없다는 거죠.

우리가 가장 의존하는 기기로부터
철저히 소외되면서

우리는 속수무책이고 공허해집니다.

실제로 사람들이
자신들의 죽음보다 기술이 더 무섭다고

밝혀낸 한 연구는 놀랍지도 않습니다.

(웃음)

하지만 저는 우리가
기기에 친숙해질 수 있고

어떤 면에선 기기가
인간 친화적일 수 있다고 보는데,

직접 실험을 많이 해 보면
가능한 일입니다.

그 이유는 실험이 가설 검증과
사실 입증의 한 과정이기 때문이죠.

실험은 우리의 감각과 손을 통해
우리를 세상과 연결해 주고

세상의 작동 원리를
파악하게 해 줍니다.

우리가 놓치고 있는 게
바로 이런 연결인 거죠.

하나 보여드릴 게 있어요.

제가 최근에 한 터치스크린의
작동 원리 파악 실험입니다.

실험용 금속판 두 개가 있고,

그중 하나를 배터리와 연결해
충전해 보죠.

됐습니다.

그런 다음 여기 보이는 전압계로
전하 분리를 측정합니다.

잘 되나 확인해볼게요.

금속판 가까이로 손을 흔들었더니

전압이 변하는 게 보이시죠?

마치 손에 반응하는 터치스크린 같죠.

그런데 이게 제 손과 무슨 상관일까요?
실험을 더 해봐야겠습니다.

여기 나뭇개비를 가져다

금속판에 대면 별다른 반응이 없죠?

그런데 금속으로 된 개비와
금속판이 만나면,

전압이 급격히 변합니다.

그래서 추가 실험을 통해
목재와 금속 간에

어떤 차이가 있는지 알아볼 텐데요,

목재는 전기를 전도하지 못하는 반면

금속은 제 손처럼
전기 전도가 잘 되는지 보겠습니다.

보셨다시피 실험을 통해
저만의 이해가 구축됐죠.

이젠 왜 장갑을 끼면 터치스크린
작동이 안 되는지 이해가 되는데,

장갑이 전기 전도를 막기
때문인 걸 알기 때문이죠.

또한 저는 나노기술에서
이해가 안 됐던 부분은 하나씩 파헤치며

저만의 독자성을 키웠고,

기기의 기본적 원리와 상호작용하며
연구 지식을 축적했습니다.

그러나 실험은 단순히 물체를 분리하는
그 이상의 단계입니다.

실험은 검증과 실증적,
비판적 사고의 과정이기 때문이죠.

터치스크린의 작동 원리를 검증하든,

각기 다른 물질의
유도전압이 어떤지를 측정하든,

제 손을 이용한 실험으로
물체의 다양한 두께를 뚫는 게

얼마나 어려운지 알든,
그런건 크게 중요치 않습니다.

이 모든 과정을 통해
제가 쓰는 물건들의 기초를 이해하고

그걸 제어하는 능력을
갖췄다는 게 중요합니다.

이를 입증하는 연구가 있는데,

일단 제가 손을 씀으로써
웰빙이 증진될 수 있고요,

또한 제가 실험 수업에
적극적으로 관여하는 것이

이해와 기억력을 향상시킨다고
증명되었어요.

우리 뇌의 더 많은 기능이
활성화되기까지 하죠.

그렇기 때문에
실험을 통한 실증적 사고는

우리의 이해력 뿐 아니라 활력을
물질계 및 사물과

연결시키는 역할을 합니다.

인터넷 검색으로는
절대 얻을 수 없는 효과죠.

이러한 실험 중점적 태도는
제게 있어 개인적이기도 합니다.

제가 어릴 때부터
실험을 했던 건 아니었어요.

물리학자가 어떤 직업인지도 몰랐고요.

저한테 여형제가 있는데
제가 늘 탐내던 화학실험 세트를

손도 못 대게 했던 기억이 납니다.

당시엔 세상과 정신적으로
단절되는 느낌이었는데

그 이유를 알 수 없었죠.

사실 제가 9살일 때

할머니는 저를 유아론자라고 했고,

'유아론자'의 의미를 찾아봤더니

세상에 자신만이 존재한다고
생각하는 사람을 뜻했어요.

그 땐 그 말에 정말 상처 받았죠.

어떤 할머니가 손녀를
그렇게 부르나요?

(웃음)

하지만 지금은
그 말이 맞는 것 같아요.

그로부터 몇 년이 지나

대학에 가고
기초물리학을 수학했을 때

어떤 진리를 깨달았는데,

세상이,

적어도 물리계 만큼은
실험으로 이해할 수 있다는 것과,

그래서 세상의 이치와
세상에 자리한 저의 위치에 대해

180도 다른 생각을 갖게 됐습니다.

이후 제 연구 실험을 할 수 있게 되고

연구를 통해 이해의 저변을 넓혀가며

저와 세상의 관계에서
중요한 부분을 채웠습니다.

물론 우리 모두가
실험물리학자는 아니더라도

얼마든지 직접
실험에 나설 수 있습니다.

그리고 실제로,

실제 사례를 들께요.

최근에 중학생 몇 명과
실험을 하고 있었습니다.

아이들이 자성을 이해하는
수업이었는데요.

각 학생에게 실험할
자석 그림판을 줬죠.

이거 기억나세요?

처음엔 아이들이 자석판에
손댈 생각도 안 했죠.

이전부터 물건을 부수면
안된다는 말만 들었기에

물건을 다루는 데
소극적이었던 거예요.

그래서 아이들에게
이런 질문을 던졌어요.

"자석판의 작동 원리는?"
"자성은 어디에 있을까?"

"가설을 세우고 실험을 해 볼까?"

그럼에도 여전히 아이들은
분해엔 관심이 없고

그걸 집으로 가져가고 싶어 했어요.
정말로요.

한 학생이 자석판을 잘라
정말 흥미로운 걸 발견하기 전까지는요.

그래서 이 자석판으로
저희가 함께 실험해 볼 텐데요.

간단히 분해할 수 있어요.

보시면 안에 자석이 붙어있고
이 판을 자를 수 있어요.

한 번 더 자른 다음 쪼갭니다.

보셨는지 모르겠지만
뭔가 질퍽하고 하얀 게 나오는데요,

그게 제 손가락에 묻어났네요.

그런 다음 여길 펜으로 쓱 내리면

필라멘트가 붙은 걸 볼 수 있죠.

아이들이 이걸 보더니

정말 신기하다는 반응과 함께
관심을 보였고,

누구 할 것 없이 그림판을 뜯어
분해하기 시작했어요.

자석 필라멘트와
자석 펜의 연결 원리와

펜의 작동 원리를 스스로 발견하곤
소리치며 자랑했죠.

또 어떻게 이 하얀 게 퍼져서
자석판에 글씨가 나오는지도요.

실험이 끝나고 다들 나가는데

학생 두 명이 제게 와서
이렇게 말했어요.

"선생님, 오늘 너무 재밌어서

이번 주말에 저희끼리 집에서
실험을 좀 더 해 보려고요."

(웃음)

네, 부모님들은 뭘 걱정하시는지
잘 압니다.

그래도 긍정적인 일이잖아요!

실험은 유익할 뿐만 아니라
대단히 즐거운 거고,

아이들의 삶을 풍요롭게 할 수
있다고도 생각하거든요.

우리가 생각하는 일반적인 자석도

집에서 충분히 실험 가능한
도구이기 때문이죠.

자석이 단순하지만
한편 복잡하기도 하거든요.

스스로에게 질문한다고 치죠.

"어떻게 같은 물질인데
동시에 밀고 당길 수 있을까?"

"가령 자석이 두 개라면
하나를 이용해 나머지를

회전하는 게 쓸모가 있을까?"

또는 지폐는 여기에 둔 채
자석 세트를 가져오면

자석이 지폐를 끌어당기는 걸
확인할 수 있는데

위조 방지용 잉크 자석이
지폐 안에 들어있기 때문이죠.

여기 또 으깬 밀기울 시리얼이
보이실 텐데,

이렇게 자석에 붙죠?

시리얼에 철분이 함유돼 있거든요.

(웃음)

건강에 좋은거니까요.

여기 또 뭔가가 있는데,

이건 자성을 띠지 않아서

자석으로 꿈쩍도 안합니다.

이걸 차갑게 만들어 볼게요.

여기 똑같은 것도 차갑게 할 거고요.

이게 차가워지면

자석 위에 올릴 거예요.

됐네요.

(박수)

신기하죠?

자성이 없음에도 불구하고

어떤 연유에서인지
자석에 반응하고 있어요.

이에 대한 명확한 이해를 하려면
더 많은 실험이 필요하겠죠.

사실 제 연구 이력의
큰 부분을 차지하기도 하는 이것은

초전도체입니다.

초전도체가 이해하기 어렵고 복잡하지만

간단한 실험 몇 번으로
물질계와의 연결이 더 수월해지죠.

제가 여러분께 소형 자석의 회전으로
플래시 메모리가 작동된다고 말씀드리면

이젠 상상이 가시죠.
이미 실험을 통해 보셨으니까요.

또는 MRI 장비가 자성으로

여러분들 신체 내 자석 입자를
회전시키는 거라고 말씀드리면

보셨으니 이젠 이해가 되실거고요.

여러분은 나노기술과 상호작용은 물론,
기기들의 원리까지 터득한 거예요.

삶에서 뭔가를 더 한다는 게
쉬운 일은 아니죠.

특히 실험이라면 더더욱요.

하지만 실험은
그럴만한 가치가 있습니다.

사물의 작동 원리를 생각해본 뒤
분해하고, 실험해 보세요.

사물을 능숙하게 다루고
스스로에게 물리적 원리를 증명해보세요.

오늘날의 기술에서
사람을 다시 되돌려 놉시다.

사람과 기술의 관계에
감탄하실 겁니다.

감사합니다.

(박수)