과학기술 연구에서의 창조성 이 광 렬 한국과학기술연구원. Outline Novelty in science 창조성의 Origin – 기존지식에 대한 비판적 이해 ( 당연한 것에 대한 비판 : 본다 는 것 ) – 끝까지 생각을 전개할 수 있는 상상력 ( 갈릴레오와 달의 문제.

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1 과학기술 연구에서의 창조성 이 광 렬 한국과학기술연구원

2 Outline Novelty in science 창조성의 Origin – 기존지식에 대한 비판적 이해 ( 당연한 것에 대한 비판 : 본다 는 것 ) – 끝까지 생각을 전개할 수 있는 상상력 ( 갈릴레오와 달의 문제 ) – 아이디어를 구체화시킬 수 있는 능력 (Moore’s law) 발산적 사고와 수렴적 사고 창조성의 외적 Origin – 자유스런 연구환경 ( 물리적으로 이념적으로 ) 흥미로운 문제에 접근할 수 있도록 만드는 환경 기존 권위에 대한 도전 vs. 버르장머리 상상력 훈련

3 1986 년 12 월 10 일 노벨 물리학상 시상식 “ 한스 부쉬, 막스 놀 그리고 보도 폰 보리스 같은 과학자들이 전자 현미경의 개발에 큰 기여를 했습니다만, 에른스트 루스카가 그 최 선단에 서 있었다고 하겠습니다. 그는 1933 년 통상의 광학 현미경 보다 월등히 뛰어난 성능을 가진 최초의 전자현미경을 만들었습니 다. 그 이후로 점점 더 성능이 뛰어난 장비가 개발되었으며, 이제는 많은 연구 분야에서 전자현미경의 중요성이 널리 알려져 있습니 다.” Source : www.nobelprize.org

4 과학에서 관찰한다는 것의 중요성 Telescope : Galilei (1610) – 새로운 우주관의 시발점 Microscope : Leeuwenhoek (1674) – 박테리아 정복의 시발점 신경세포의 가시화 : Golgi & Cajal (1906 Nobel Prize) –Neuroscience 의 시작 유적실험 : Millikan (1923 Nobel Prize) – 전하량 측정  근대적 원자구조의 이해 STM / AFM : Binnig & Rohrer (1986 Nobel Prize) –Nano-Technology 의 시작

5 현미경 : 더 크게, 더 자세히

6 전자현미경 발전의 역사 1895 W. Roentgen( 독일 ) 이 X-ray 발견 1897 Sir J. J. Thomson( 독일 ) 이 Electron 발견 1924 Louis de Broglie( 프랑스 ) 가 전자파동설 제안 1926 Hans Busch 가 전자에 대한 자계의 렌즈작용 이론화 1931 Max Knoll & Ernst Ruska 의 TEM 발명 (×17.4) 1933 대물렌즈에 pole piece 적용 (12,000x) 1938 집속렌즈, 대물렌즈에 pole piece, 투사렌즈, 사진판, 시 료방의 사전배기장치 (80,000x) 1954 2 단 집속렌즈를 도입하여 시료에 대한 열영향 방지 (100,000x) Si 3 N 4

7 Originality 란 무엇인가 ? 인류사에 축적된 지식과 연계되지 않은 완전히 새로운 지식이 있을 수 있는 가 ? 더구나 무한히 많은 지식들이 공유될 수 있는 환경을 가진 현대에는 …. 창조란 기존의 사실들을 아이디어를 통해 융합하는 것. 2003 년 국내 출판 ( 정기간행물 제외 ) 3 만 5 천 종 / 1 억 1,145 만권 한국출판문화협회 자료

8 창조성의 Origin 기존 지식에 대한 비판적 이해와 수용 – 기존 권위에 주눅들지 않기 – 당연해 보이는 것을 당연하지 않게 보는 것.( 아이의 마음 ) 생각을 전개하는 상상력 아이디어를 구체화할 수 있는 능력 외적 요인 : 자유스런 연구환경

9 창조성의 Origin 기존 지식에 대한 비판적 이해와 수용 – 기존 권위에 주눅들지 않기 – 당연해 보이는 것을 당연하지 않게 보는 것.( 아이의 마음 ) 생각을 전개하는 상상력 아이디어를 구체화할 수 있는 능력 외적 요인 : 자유스런 연구환경

10 코페르니쿠스와 과학혁명 코페르니쿠스 : 아마도 (?) 역사상 프톨레마이 오스 천문학을 최초로 완벽하게 이해하고 그 장점과 단점을 명확하게 지적할 수 있었던 사람 ( 토마스 쿤, “ 코페르니쿠스 혁명 ” )

11 과학적 창조성 ( 한양대 철학과 이상운 교수 ) 발산적 사고 수성의 근일점 변화는 뉴턴역학 기반의 설명이 불가능. 그러나, 일반상대성 이론에 의해 설명되 었음. 수렴적 사고 뉴턴역학에 벗어나는 천왕성의 궤도운동으로 부터 해왕성의 존재를 예측 발견한 것은 뉴턴 역학의 개가 발산적 사고와 수렴적 사고의 본질적 긴장을 생산적으 로 조절할 때 최고 수준의 과학적 창조성이 발휘됨.

12 아인슈타인 : 과학적 창조성의 전형 특수 상대성 이론 : 기존 이론의 문제점을 새로운 관점에서 정확 하게 분석해 냄 일반 상대성 이론 : ‘ 최초의 영감 ’ 을 발전시키는 과정에서 자신의 많은 생각을 바꿈.

13 개그콘서트 My Girls - “ 독창적으로 살아, 이 자식아 ” Go Go 예술 속으로 - 세밀한 관찰을 통한 창조

14 뒤집어 보기 : 관찰이란 무엇인가 ? 百聞 不如 一見

15 뒤집어 보기 : 관찰이란 무엇인가 ? 어떤 현상을 오감을 통해 인지하는 것. – 五感 (Sensing) : Natural Phenomena (physics) – 認知 (Recognition) : Brain’s Job (human factor) 광학현미경전자현미경원자현미경

16 눈으로 관찰하기

17 AFM/STM Si (111) Fe on Cu (111)

18 Time Evolution of R i and v i Molecular Dynamic Simulation i Empirical Approach First Principle Approach Interatomic Potentials

19 Atom Landing on a Crystal Al on Co Co on Al

20 Al on CoCo on Al Asymmetry in Interfacial Intermixing

21 Virtual Reality : Is this different from reality?

22 창조성의 Origin 기존 지식에 대한 비판적 이해와 수용 – 기존 권위에 주눅들지 않기 – 당연해 보이는 것을 당연하지 않게 보는 것.( 아이의 마음 ) 생각을 전개하는 상상력 아이디어를 구체화할 수 있는 능력 외적 요인 : 자유스런 연구환경

23 From the Earth to the Moon (Jules Verne, 1866) Voyage dans la Lune / A trip to the Moon (Dir. by Georges Melies, 1902) Robert Goddard (1882-1945) 진공에서의 로켓추진증명 액체추진제 최초의 로켓 경로보정장치 다단식 로켓 구현 Konstantin E. Tsiolkovsky (1857-1935) Hermann Oberth (1894-1989) “ 행성간 우주로의 여행 ” 액체추진제 로켓설계 인력탈출 속도 계산 “The Earth is the cradle of the mind, but we cannot live forever in a cradle.” “ 로켓을 이용한 우주탐사 (1903)”

24 Space Age Wernher Von Braun (1912-1977) 주피터, 주피터 -C 로켓 퍼싱 로켓 레드스톤 로켓 새턴 V 로켓 스카이랩 V2 Rocket (1935) Explore 1 (1958) Space shuttle (1981) Saturn V Rocket (1967)

25 Galilei Galileo (1564-1642) By the end of 1609 Galileo had turned his telescope on the night sky and began to make remarkable discoveries. Swerdlow writes In about two months, December and January, he made more discoveries that changed the world than anyone has ever made before or since. The astronomical discoveries he made with his telescopes were described in a short book called the Starry Messenger published in Venice in May 1610. This work caused a sensation. Galileo claimed to have seen mountains on the Moon, to have proved the Milky Way was made up of tiny stars, and to have seen four small bodies orbiting Jupiter.

26 완벽한 天上 ? “ 초생달이 나타난 뒤 4 번째 혹은 5 번째 날에는 달이 밝은 뿔처럼 보 인다. 이 때 달이 완벽한 구의 형태를 가지고 있다면 그 경계선은 매 끄러운 타원의 형태를 가져야 하지만, 달의 어두운 부분과 밝은 부 분의 경계선은 그렇지가 않았다. 그 경계선은 불규칙하고 매끄럽지 않은 매우 꾸불꾸불한 선이었고 ….. 이 뿐만 아니라, 고대의 거대한 점을 제외한 매우 많은 수의 검은 점 들이 어두운 부분과 동떨어진 채, 태양 빛을 받는 곳 곳곳에 흩어져 있었다. 이러한 점들은 관찰되는 시간이나 위치에 관계없이 공통된 특징을 가지고 있었는데, 마치 이들이 밝게 빛나는 산꼭대기로 둘러 싸인 것처럼 태양 쪽으로는 매우 어둡고 그 반대쪽에는 아주 밝은 경계를 가지고 있었다. 이러한 것은 지구상에서 일출 시에 관찰되는 현상, 즉 계곡에는 태양 빛이 도달하지 못하여 어둡더라도 태양과 반대쪽에 있는 산은 이미 태양 빛을 가득히 받아서 환하게 밝아오는 현상과 아주 동일한 특징을 가지고 있다. 또한, 태양이 점차 높이 뜸에 따라 계곡의 어두운 그림자가 사라지 는 것처럼, 달에서 관찰되는 이러한 점들도 태양이 비치는 부분이 증가함에 따라 밝은 부분이 넓어지고 있었다. 달의 빛과 그림자의 경 계가 매끄럽지 않고 꾸불꾸불할 뿐만 아니라, 더욱 이상한 것은 달의 어두운 부분에도 아주 많은 밝은 부분이 있다는 점이다. 이러한 점들 역시 밝은 지역과는 연결되어 있지 않고 상당한 거리의 간격을 가지 고 떨어져 있었는데, 시간이 지남에 따라 그 크기와 밝기가 점점 증가 하면서 한 두 시간 뒤에는 밝은 부분에 연결되었다. 그런 중에도 어두 운 부분 여기 저기에서 새로운 밝은 점들이 생겨나서 크기가 증가하 고 마침내는 밝은 부분에 연결되어 점점 확대된다. 자, 이러한 것이 일출전의 지구에서 평지가 어두운 상태에서도 태양 빛이 높은 산의 정상을 환하게 비추는 것과 무엇이 다른가 ? 잠시 후에 햇빛을 받는 부분은 계속 증가해서 산의 더 넓은 부분이 밝아지고 마 침내 완전히 해가 뜨면 평지와 계곡도 다 밝아지지 않는가 ? ”

27 Planneralm, Austria (2003)

28 상상력 훈련 서기 2050 년, 휴대폰이 극도로 작아져서 애기가 태어 나는 즉시 이소골에 장착하게 되었다. 이 휴대폰이 갖 추어야 할 기능 10 가지를 구체적으로 서술하라.

29 창조성의 Origin 기존 지식에 대한 비판적 이해와 수용 – 기존 권위에 주눅들지 않기 – 당연해 보이는 것을 당연하지 않게 보는 것.( 아이의 마음 ) 생각을 전개하는 상상력 아이디어를 구체화할 수 있는 능력 외적 요인 : 자유스런 연구환경

30 Moore’s Law Moore observed an exponential growth in the number of transistors per integrated circuit (doubling of transistors every couple of years) and predicted that this trend would continue. Gordon Moore Electronics, vol. 38, no. 8, April 19, 1965.

31 After 40 years International Herald Tribune 2004. 4. 19.

32 Douglas Engelbart (1925- ) 1950’s –Internet-Conneted PC 1960’s –Ontline editors for idea development –Hypertext linking –Tele-conferencing –Word Processing –E-mail –User configurability and programmability the mouse pointing device for on-screen selection a one-hand chording device for keyboard entry a full windowing software environment on-line help systems the concept of consistency in user interfaces  Xerox’s PARC  Apple Computers 1968 Demo @ SRI http://sloan.stanford.edu/MouseSite/1968Demo.html

33 Who should have the originality? 1959 Engelbart Publish a paper “Microelectronics and the Art of Similitude” saying that microelectronics would scale down. 1960 Engelbart Lecture in International Circuit Conference @ Philadelphia 1960 Moore Attend the Engelbart’s lecture @ Philadelphia 1965 Moore Publish the Electronics paper Engelbart’s previous observation did nothing to detract the significance of Moore’s careful plotting of the trend. It still should be called Moore’s law rather than Engelbart’s law and science is still based on theory and experiment.

34 창조성의 Origin 기존 지식에 대한 비판적 이해와 수용 – 기존 권위에 주눅들지 않기 – 당연해 보이는 것을 당연하지 않게 보는 것.( 아이의 마음 ) 생각을 전개하는 상상력 아이디어를 구체화할 수 있는 능력 외적 요인 : 자유스런 연구환경

35 Bell Labs Bell Labs Top 10 Innovations Transistor Laser Optical Communications Data Networking Digital Transmission and Switching Cellular Telephone Technology Communication Satellites Digital Signal Processor Touch-tone Telephone Unix Operation system and C Language 6 Nobel Prizes in Physics Fractional Quantum Hall Effect (1998) Optical Trapping (1997) Radio Astronomy (1978) Local Electronic States in Solids (1977) Transistor (1956) Wave Nature of Matter (1937)

36 One sure way to defeat the scientific spirit is to attempt to direct inquiry from above. All successful industrial research directors know this, and have learned from experience that one thing a 'director of research' must never do is to direct research. Successful research goes in the direction in which some inquiring mind finds itself impelled. The director of research does his part by building teams and seeing that they are supplied with facilities and given freedom to pursue their inquiry. He also protects them from interference or diversion arising from demands of immediate operating needs. From NYT (1949) Bell Labs Oliver E. Buckley President : 1940-1951

37 창조성의 Origin 기존 지식에 대한 비판적 이해와 수용 – 기존 권위에 주눅들지 않기 – 당연해 보이는 것을 당연하지 않게 보는 것.( 아이의 마음 ) 생각을 전개하는 상상력 아이디어를 구체화할 수 있는 능력 외적 요인 : 자유스런 연구환경

38 Science for What? The work I have done has, already, been adequately rewarded and recognized. Imagination reaches out repeatedly trying to achieve some higher level of understanding, until suddenly I find myself momentarily alone before one new corner of nature's pattern of beauty and true majesty revealed. That was my reward. Then, having fashioned tools to make access easier to the new level, I see these tools used by other men straining their imaginations against further mysteries beyond. There, are my votes of recognition. Then comes the prize…… Richard Feynman (1918-1988) Nobel Prize banquet speech (1965)

39 "Physics is like sex. Sure, it may give some practical results, but that's not why we do it." - R. Feynman