거의 모든 것의 역사 ( 빌 브라이슨 지음, 이덕환 옮김, 까치, 2003) 이 덕 환 서강대학교 화학과, 과학커뮤니케이션.

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1 거의 모든 것의 역사 ( 빌 브라이슨 지음, 이덕환 옮김, 까치, 2003) 이 덕 환 서강대학교 화학과, 과학커뮤니케이션

2 빌 브라이슨 내가 살고 있는 행성에 대한 지식 ?  바닷물은 왜 짠가 ?  염도는 어떻게 바뀔 것인가 ?  양성자와 쿼크는 무엇인가 ? 3 년간 300 권의 교양과학도서 나를 부르는 숲

3 A Short History of Nearly Everything “ 외과의사나 배관공처럼 특별한 지식을 가진 사람 들을 믿는 것처럼 과학자들의 주장도 믿는다 ” “ 과학 교과서에는 과학자 자신들이 알고 싶어했던 문제들이 소개되어 있다. ” “ 도대체 그런 사실들을 어떻게 알아냈을까 ? ” “ 과학의 신비로움과 성과를 함께 공감할 수 있는 글 을 쓰고 싶다 ”

4 거의 모든 것 ? 우주, 태양계, 지구 땅 ( 속 ), 바다, 대기 생명 ( 생물 ) 우주의 역사 지구의 역사 생물의 역사 미래 ( 운명 ) 누가, 언제, 어떻게 알아냈을까 ? 자연사 + 과학사 일반인의 눈높이 설명의 수준, 일관성

5 거의 모든 것의 역사 1 부 : 우주에서 잊혀진 것들 2 부 : 지구의 크기 3 부 : 새로운 시대의 도래 4 부 : 위험한 행성 5 부 : 생명, 그 자체 6 부 : 우리의 미래

6 우주 (universe) 가시 부분 : 137 억 光年  은하의 수 = 1.4x10 11 : 은하수 (Milky Way)  별의 수 ~ 천억개 (10 11 ), ~3 광년 거리  고등생물 존재 : ~ 백만개 ( 드레이크 ), 200 광년 켄타우루스 : 4.3 광년 중심까지 23,000 광년 Hubble Ultra Deep Field 빅뱅 후 4~8 억년

7 빅뱅 (Big Bang) 137 억년 전의 특이점 (singularity)  르메트리 제안 (1920); 호일 작명 (1952)  펜지어스와 윌슨 (1965): 2.74K 배경복사  10 -43 초 : 중력, 전자기력, 핵력 광자, 양성자, 중성자, 전자 (10 79 ~10 89 ) 수소, 헬륨, 리튬  10 -34 초마다 2 배씩 팽창  6 개의 숫자 : 마틴 리스  다중우주 : 생명의 역할 ? ( 인본원칙 ) “ 우주는 정말 이상하다 ” ( 홀데인 )

8 초신성 (supernovae) 츠비키 (1934) 제안, 1968 년 확인  태양 보다 10~20 배 큰 별의 폭발 가장 가까운 후보 : 오리온 자리 (5 만 광년 ) 500 광년 이내에서 폭발하면 지구의 종말 은하에서 200~300 년에 하나씩 폭발  초신성 발견 1054 년 ( 게 ), 1604 년 ( 낮에도 관찰, 3 주 이상 ) “ 주차장에 가득한 소금 알갱이 찾는 일 ”  탄소, 철 합성 : 생명 탄생의 조건 호일 제안 (1957), 파울러 노벨상 (1983)

9 태양계 달 표면의 성냥불, 별의 크기와 생성  명왕성 (Pluto) 발견 : 클라이드 톰보 (1930) 퍼시발 로웰 : 화성인의 운하설 제안 지구형 ( 수성, 금성, 지구, 화성 ) 목성형 ( 목성, 토성, 천왕성, 해왕성 ) 소행성 벨트 퀴퍼 벨트 (1930) : 헬리 혜성 외픽 - 오르트 구름 (1950) : 헤일 - 밥 등  우주선으로는 1 만년

10 지구의 크기 리처드 노우드 (1637)  장거리 항해술에 필요  런던 탑에서 요크까지 도보로 측정  1 도 사이 = 110.72km ( 오차 548m) 뉴턴의 “ 프린키피아 ” (1684)  자전에 의한 원심력  프랑스의 페루 탐사 ( 라 콩다민, 1735)  프랑스의 스칸디나비아 탐사 (43km, 1740 ’ s) GPS (24+3, 1970 ’ s)

11 지구의 질량 뉴턴의 만유인력법칙 F = G m M / r 2 쉬할리온 실험 (1774)  매스컬린 ( 시계 ) 과 찰스 허턴 ( 등고선 )  5 천조 톤 존 미첼 (1780 ’ s)  158kg 추 헨리 캐번디시 (1796)  6x10 21 톤 ( 오차 1.3%)

12 태양까지의 거리 핼리 (1656~1742) 의 예측  1456, 1531, 1607, 1682 의 혜성이 동일  금성 통과 (Venus Transit) 으로 계산 가능 금성 통과 (3 시간 14 분 7 초 )  1761, 1769, 1874, 1882, 2004/6/8, 2012  국제 공동 관측 : 1761  제임스 쿡 (1769): 타히티  19 세기 관측 : 1.496x10 8 km

13 우주는 텅 빈 공간 … 지구 = 팥알 지구 = 팥알 목성까지거리 = 300m 목성까지거리 = 300m 명왕성까지거리 = 2.4km 명왕성까지거리 = 2.4km

14 지구의 나이 어셔 주교 : “ 구약성서 연대기 ” (1650)  기원전 4004 년 10 월 23 일 정오 핼리 (1715): 바다의 소금 양 뷔퐁 백작 (1770): 지열 방출 (75,000~168,000) 다윈 (1859): 영국 남부의 지질 (3 억년 ) 캘빈 경 (1862, 1897): 9,800~2,400 만년 클레어 패터슨 (1953 년 ): 45 억 5 천만년  지르콘 속의 우라늄 붕괴 (SHRIMP)  아서 홈스 ( “ 데이팅 게임 ” )  미즐리 (Pb(C 2 H 5 ) 4, CFC)

15 지구의 내부 지각  마리아나 해구 (11,200m)  콜라반도 시추 : 12,262m(1989) 맨틀  모호로비츠 불연속면 (1909)  부피 82%, 질량 65%  대류 (1970) 와 판구조론 (1968) 외핵 (1906): 올덤  핵분열 반응  지자기 ( 영국의 블러드 1949) 내핵 (1936): 레만  4~8 천도, 10 도 냉각

16 판구조론 (Tectonics: 1969)  냉전 시대 지하핵실험 중지 협정의 산물 !

17 지구의 환경 우주선 ( 線 ): 초신성 폭발, 핵융합반응  한스 베테 (1940 ’ s)  지자기의 역할  태양 플레어 소행성과 혜성  시칠리아의 피아치 (1800) : 26,000 개 발견  시속 10 만 킬로미터의 고속도로 : 2 천개  슈메이커 (1950 ’ s)  슈메이커 - 레비의 목성 충돌 (1994.7.16)

18 물 (H 2 O) 바닷물  인체에는 치명적 독성 : 허용 기준 70 배  체액의 성분과 비슷함  열염순환 (thermohaline): 럼퍼드 백작 (1797) 민물  물의 3% ( 호수 0.036%, 구름 0.001%)  호수 (10 년 ), 바다 (100 년 ), 대양 (1,000 년 )  심해 분출공 ( 열수공 ) 바닷물의 염도 유지 중앙은 섭씨 440 도, 바깥은 0 도 알비넬리드 ( 지렁이 ): 머리와 꼬리 70 도

19 생명의 존재 바다에서 해발 20 킬로미터  태평양 마리아나 해구 : 11,200 미터 투명한 갑각류와 단각류 “ 알빈 ” (1960) 과 열수공 (440 o C)  인간의 적응력 육지의 12%, 전체 면적의 4% 고등생물의 존재  적당한 별 ( 태양 ) 에서 적당한 거리  내부가 뜨거운 행성  짝을 가진 행성  안정기와 도전기 ( 빙하기 )

20 생명의 다양성 카를 린네 (1735): “ 자연의 체계 ”  Homo sapiens  린네학회 생물의 종류  300 만 ~2 억 종 (97% 가 미발견 ?)  박테리아 : 바이오매스의 ~80%  300 억 ~4 조 종 ( 종의 수명 ~400 만년 )  대규모 멸종 (5 차례, 페름기, 2.5 억년, 95%) 원자와 분자의 재활용

21 생명의 탄생과 진화 (38.5 억년 ) 04:00 - 단세포 생물 ( 스트로마톨라이트 ) 20:30 - 해양 식물 20:50 – 에디아카라 동물상 ( 이배엽성 ) 21:04 – 삼엽충 ( 캄브리아 번성기 ~ 페름기 ) 22:00 – 육상 식물 / 동물 (4 억년 ) 22:24 – 석탄기, 곤충 23:00 – 공룡 (45 분간 활동 ) 23:39 – ( 페름기 멸종 ); 포유류 23:58:43 – 인간 Shark Bay, AU

22 생명의 특성 출현이 어렵다. (Big Birth) 발전하고 싶어하지 않는다. 멸종하기도 한다.  비교적 자주 찾아온다.  지구 온난화, 냉각 ( 빙하기 ), 해수면 변화  전염병, 운석 / 혜성 충돌, 초대형 태풍 생명은 계속된다.  진화의 성공은 “ 제비뽑기 ” ( 굴드 )

23 생명의 정체 세포 (cell): 훅 (1665), 10 14 세포 핵 : 브라운 (1831) 세포설 : 파스퇴르 (1860 ’ s) 미토콘드리아 : 베더 (1867) DNA: 미셔 (1869), 구조 규명 (1953)  모든 생물은 같은 코드 사용 (A,T, G, C)  미토콘드리아 DNA ( 진핵생물 10 억년 전 ) 염색체 (1888) 단백질 : 인체에 100 만종  “ 폐차장에서 조림된 점보 제트기 ”

24 유전의 신비 다윈 (1859): 진화론  “ 적자생존 ” : 허버트 스펜서 (1864) 멘델 (1865): 유전법칙  유전자 (gene): 1913 년 왓슨과 크릭 (1953): DNA 구조  “ 가장 비활성인 분자 ”  복제 (~ 초 ); RNA 를 통한 단백질 합성  유전체 (genome) 와 단백질체 (proteomics)

25 미생물의 세계 박테리아와 바이러스  세포 수의 10 배 “ 중요한 구성 요소 ”  10 분 이내에 번식 : 하루에 280 조 마리  공생과 돌연변이 (DNA 복제 오류 ) 전염병  항생제  조류독감 바이러스 (H1N1)  AIDS (1959 년 첫 환자, 1980 년대에 출현 )

26 생명의 책, DNA(1953) 아미노산 (20 종 ) 의 서열 64 진법을 이용한 생명의 암호 : A, T, G, C 유전법칙

27 인류의 삶 오스트랄로피테쿠스 (700 만년 ) 호모 에렉투스 (200 만년 ); 호모 사피엔스  침팬지와의 관계 : 98.4% 위험한 육상생활  온도, 습도, 자외선, 강한 척추, 호흡법  육지의 4%, 전체의 12% ( 해발 5,500 미터 이하 )  이족보행의 위험 ( 파나마 지협 ) 아프리카 기원설 ( 미토콘드리아 DNA)  5 천명 정도의 부분적인 유골

28 못다한 이야기들 세상의 구조  분자 ( 화학 ), 원자, 쿼크, 초끈 지질학과 빙하 지진과 화산 바다와 대기 미생물의 세계 화석학 ( 고생물학 ) 멸종

29 미래에 대한 불안 : 종말론  인구 폭발, 식량 부족, 에너지 / 자원 / 물 고갈, 환경 파괴  경제 위기, 테러리즘, 사회적 격차 ( 경제적, 지적, 문화적 )  기후 변화, 악성 전염병, 오존층 파괴, 소행성 충돌, 태양 플레어 현재의 기술 수준에서의 미래 전망은 비관적일 수밖에 없다  “ 현재의 기술 수준에서의 미래 전망은 비관적일 수밖에 없다 ” ( 매트 리들리 ) 지구의 종말이 오지 않도록 하는 비결을 찾아내야만 한다  “ 지구의 종말이 오지 않도록 하는 비결을 찾아내야만 한다 ”

30 과학 : 세상을 보는 눈 ( 세계관 ) 우주관  음양오행 : 해와 달, 수성, 금성, 화성, 목성, 토성 자연관  자연과 인간의 관계 생명관  육식과 채식  Who are we? 문명관  우리는 왜 다른 짐승과 다르게 살까 ?  기술 : 치열한 생태환경에서 생존의 수단

31 “ 우리는 어디에서 어떻게 살고 있는 누구인가 ?”  인문학과 자연과학의 공동 목표  ‘ 두 문화 ’ 의 단절 극복  인문학과 과학의 정체성 확보  자연과 인간에 대한 이성적 / 과학적 이해

32 과학의 과제 “ 자연의 신비 ”  인문학, 사회과학의 기반  기술 개발의 원천 ?  기술 수용의 기반 자연에 대해서 얼마나 모르고 있는가 ? 생명의 기원과 운명 ? 쉽고 재미있다 ?

33  자연, 인간, 문명에 대한 과학적 해석 융합의 기반 - 우주론, 판구조론, 모든 것의 이론, 생명과학, 물질의 변환 - 복잡계의 과학  민주화 된 과학기술 시대의 인간 융합의 목표 - 기초 인성 ( 신뢰, 협동, 정직, 배려 ) - 과학적 인성을 기반으로 하는 창의적 문제 해결 능력 ( 과학적 인성 )  정체성 확보  소통 : “ 좋은 담이 좋은 이웃을 만든다 ”( 로버트 프로스트 )  문진 ( 問津 ) 융합의 전략