우리가 알고 있는 과학 지식의 토대는 어떻게 구축되었을까? “내가 더 멀리 보았다면 이는 거인들의 어깨 위에 올라서 있었기 때문입니다.” 과학이란 무엇일까? 인류 역사에서 과학은 세계를 이해하고 통제하기 위해 활용되었다. 처음에는 ‘앎’을 추구하는 과학보다 ‘행동’에 초점을 맞춘 기술이 더 중요했다. 셈법, 천문학, 의술이 가장 뚜렷한 ‘과학’ 분야였다. 농작물을 재배하거나 옷을 만들고 요리를 하려면 무슨 일을 어떻게 해야 하는지부터 알아야 했다. ‘왜’ 어떤 열매에는 독성이 있는지, ‘왜’ 어떤 식물은 먹어도 되는지는 알 필요가 없었다. 왜 매일 아침저녁으로 해가 뜨고 지는지도 알 필요가 없었다. 하지만 인간에게는 주변 세계를 이해하는 능력이 있었을 뿐만 아니라 호기심도 많았다. 그것이 바로 과학의 중심축이었다. 이 책은 단순한 호기심에서 촉발된 과학의 첫걸음이 그동안 얼마나 대단한 결과를 낳았는지 잘 보여준다. 코페르니쿠스부터 갈릴레오까지 100년 동안 과학은 세상을 완전히 바꿔놓았다. 이제 지구는 우주의 중심에 있지 않으며 해부학, 생리학, 화학, 물리학 분야에서의 새로운 발견은 고대인이 모든 것을 알지는 못했다는 사실을 보여주었다. 그럼에도 세상에는 여전히 발견해야 할 것이 많다. 그리고 과학의 발전 속도는 점점 빨라지고, 더 세분화되며, 연구하고 소통하는 방식도 끊임없이 변화하고 있다. 이 책에서 저자가 보여주고자 하는 것은 역사의 어느 순간에서든 과학이 그 특정 순간의 산물이라는 사실이다. 히포크라테스의 순간은 갈릴레오나 라부아지에의 순간과 달랐다. 그들은 각각 동시대의 다른 사람들처럼 입고, 먹고, 생각했지만 더 날카롭게 사고하고 자신의 생각을 전달하는 능력을 갖고 있었다. 그렇기 때문에 그들이 남긴 생각과 글은 기억할 가치가 있다. 사실 오늘날 우리가 알고 있는, 그리고 배우는 과학적 개념과 용어, 기기 중 많은 부분은 각각의 과학자가 일생을 바쳐 공부하고 관찰하고 연구하고 실패를 거듭하면서 이룬 성과다. 그렇다면 과학자 한 명과 각 세대의 과학자들은 이전 세대의 통찰력에서 어떤 도움을 받아 또 다른 연구 결과로 이어졌을까? 그것은 곧 과학의 본질이다. 그 대표적인 과학자는 아이작 뉴턴이다. 그는 어떤 과학자보다도 창의적이었으며 우주를 이해하는 데 엄청나게 기여했다. 그가 쓴 「프린키피아」는 케플러, 갈릴레오, 데카르트 등 많은 학자들이 연구한 천문학과 물리학의 정점이었으며, 20세기 들어 아인슈타인 같은 이들이 우주에 더 많은 비밀이 있다는 사실을 보여주기 전까지 과학자들이 활용한 물리학의 기초를 수립했다. 화학에서는 아보가드로의 이론이 여러 문제를 해결해주었고, 지금은 원자를 이해하는 기초가 되었다. 또한 루이 파스퇴르의 이론은 지금까지도 세균과 질병 사이의 연결고리나 일상생활의 여러 측면에서 미생물이 어떤 역할을 하는지 이해하는 데 핵심적인 역할을 하고 있다. 찰스 다윈은 생물학적 진화를 타당한 과학 이론으로 만들었다. 그가 쓴 저서의 세부적인 내용 중 상당수는 이후의 과학 연구에서 수정되었지만 다윈은 우리가 절대 다시는 이전과 같은 방식으로 지구상의 생명체를 바라보지 못할 것이라고 확신했다. 실험실보다는 책상이나 칠판 앞에서 연구한 아인슈타인은 우주를 이해하는 방식을 완전히 바꿔놓았다. 그가 내놓은 상대성이론으로 질량과 에너지, 파동과 입자, 시간과 공간의 경우처럼, 자연에서는 ‘둘 중 하나’가 아니라 ‘둘 다’ 가능하다는 사실이 밝혀졌다. 이외에도 이 책은 20세기 지식의 최첨단인 핵물리학과 양자물리학, 멘델레예프의 주기율표, 엑스선과 방사능 연구, 베게너의 대륙이동설, 생물계측학파와 멘델학파의 논쟁, 인슐린 발견, 원자폭탄 개발, 월드와이드웹과 개인용 컴퓨터 혁명 등 과학사의 굵직한 사건과 오늘날까지 여전히 활용되는 과학 지식의 토대를 간결하게 서술한다. 한편 이 책은 현대 과학의 일반적인 변화 양상도 언급한다. 그 대표적인 예로 인간 유전체 프로젝트(1990~2003년)가 있다. 이 프로젝트는 현대 과학의 상징이 될 만큼 전 세계적인 관심사였다. 이전과는 비교할 수조차 없을 만큼 많은 비용이 들었고 수천 명의 연구진과 컴퓨터가 동원되었는데, 과학을 둘러싼 영리 추구와 과대광고에 대한 우려도 함께 제기되었다. 현대 과학은 공동 연구의 도움을 받아야 한다. 오늘날에는 과학자들이 혼자 연구하는 경우가 거의 없다. 과학 논문에서 저자가 수십 명 또는 수백 명에 이르는 경우는 꽤 흔하다. 연구를 하려면 서로 다른 기술을 보유한 여러 개인이 필요하다. 윌리엄 하비가 혼자서 심장을 연구하고 라부아지에가 아내를 유일한 조수로 삼아 실험실에서 연구한 것은 아주 오래전의 일이다. 그런 만큼 과학과 기술이 공익을 위해 사용되지 않고 남용되거나 악용될 가능성이 높다. 따라서 저자는 과학이 우리가 사는 세상을 더 살기 좋은 곳으로 만드는 데 쓰이는지 감시하는 대중의 눈이 필요하다고 덧붙인다. 과학이 발견한 놀라운 사실과 과학 이론의 발전 과정을 들여다본다 누구나 쉽게 읽는, 생생한 과학적 사건과 인물들의 이야기 이 책은 특별한 과학 이론이나 발견 외에도 과학 발전에 큰 영향을 주거나 새로운 변화의 계기가 된 주요 사건을 다루고 있다. 그중 하나는 의과대학에 다니는 학생이라면 한 번쯤은 들어보았을 ‘히포크라테스 선서’다. 2,000년 전에 쓰인 이 선서는 의사가 환자에게 취해야 할 윤리적인 행동에 대해 이야기한다. 특히 ‘환자에게 해를 끼치지 않는 행위’는 의사로서 당연히 추구해야 할 목표로 남아 있다. ‘현대 화학의 아버지’로 불리는 라부아지에는 화학에서 사용하는 언어가 정확해야 한다는 신념을 갖고 있었다. 전 세계에 있는 어떤 화학자라도 서로 같은 물질을 다루고 있는지 정확히 확인할 수 있도록 화합물과 원소를 올바르게 지칭해야 한다는 것이었다. 그 이후 화학자들은 점차 공통된 화학 언어를 사용하기 시작했다. 또한 생물의 미세한 구성 요소를 보게 해주는 현미경은 언제부터 의학과 생물학 연구에 큰 도움이 되기 시작했는지, 화학자들은 멘델레예프가 만든 초기 주기율표를 왜 외면했는지 등도 흥미로운 포인트다. 1860년에는 화학을 현대화하는 데 도움이 된 사건이 일어났다. 바로 국제학회가 열린 것이다. 전화나 이메일이 없고 여행하기가 쉽지 않은 시절, 과학자들은 거의 만나지 못했고 대개 편지로만 소통했다. 해외에서 온 과학자가 자신의 연구 결과를 발표한 후 청중과 공개 토론을 하는 것은 드문 일이었다. 1850년대에 기차와 증기선을 이용한 여행이 보편화되면서 국제학회가 열리기 시작했으며, 사람들은 이 회의에서 다른 나라의 동료들과 만나 이야기를 나눌 수 있었다. 국제학회에서는 과학계에서 널리 공유하는 신념을 공표했다. 과학은 객관적이고 범세계적이며, 종종 사회를 분열시키고 국가를 전쟁의 소용돌이로 내모는 종교나 정치를 초월한다는 것이었다. 과학이 언제나 순기능 역할만 하지는 않았다. 1930년대에는 독일 나치가 유럽을 침공하고 이탈리아에서 파시즘이 대두되면서 수많은 과학자가 조국을 떠나는 ‘두뇌 유출’ 사태가 벌어졌다. 그리고 미국에서 극비리에 진행된 ‘맨해튼 계획’에 많은 과학자가 참여했고 제2차 세계대전이 발발하여 원자폭탄 투하라는 비극적인 상황으로 이어졌다. 수십만 명의 민간인이 희생되면서 사람들은 과학의 힘을 실감했다. 이로써 과학이 발전할수록 그 위험성도 높아진다는 점을 염두에 두게 되었다. 과학은 역동적이며 한 세대가 다음 세대로 전달하는 개념과 발견을 기반으로 하고, 완전히 새로운 사실이 발견될 때 엄청나게 도약한다. 아리스토텔레스는 ‘모든 인간은 본능적으로 알고 싶어 한다’고 말했는데 항상 호기심을 중요시했다. 진화론으로 우리 자신을 생각하는 방식을 바꿔놓은 찰스 다윈 또한 ‘호기심이 넘쳐나는 사람’으로 불렸다. ‘고정관념을 깨뜨리는’ 상상력도 발휘해야 한다. 물론 실험실에서 연구하며 눈앞에 놓인 증거와 자신의 생각을 비교하고 확인하지만, 훌륭한 과학자라면 모두 상상력을 활용한다. 과학은 이유(‘왜’)가 아니라 방법(‘어떻게’)을 다룬다. 여느 과학 분야에서처럼 물리학자와 우주론자 중에도 종교를 믿는 사람과 믿지 않는 사람이 공존한다. 그것이 과학이며, 서로 논쟁하면서 객관적으로 타당한 점은 기꺼이 받아들이는 분위기에서 과학은 발전할 수 있다. 이 책은 누구나 쉽게 방대한 과학의 역사를 일괄할 수 있을 뿐만 아니라 올바른 과학 정신이 무엇인지, 시대가 바뀌면서 과학 발전의 양상과 요건이 어떻게 변해왔는지 등에 대해서도 생각해볼 만한 여지를 남긴다. 고대부터 수많은 과학자의 열정과 탐구 정신이 차곡차곡 쌓여 오늘날 우리가 알고 있는 풍부한 과학 지식을 만들어냈다. 육안으로 보이지 않는 세계를 관찰하고, 동식물의 화석을 찾기 위해 땅속을 파헤치고, 규칙성과 일관성을 찾아내어 계산할 수 있는 수식을 만들고, 사람들의 인식을 바꾸기 위해 자신의 주장을 널리 알리고 설득하는 일련의 과정 속에서 과학은 더욱 단단한 지식 체계를 확립해왔다. 이 책을 통해 그 거대한 역사적 흐름에 온몸을 내맡긴 채 앞으로의 과학 발전 과정을 가늠해보는 것도 큰 의미가 있을 것이다.

1 과학의 첫걸음 2 바늘과 숫자 3 원자와 허공 4 의학의 아버지 _히포크라테스 5 지식인들의 스승 _아리스토텔레스 6 황제의 주치의 _갈레노스 7 이슬람 과학 8 암흑 밖으로 9 현자의 돌을 찾아서 10 인체의 비밀을 벗기다 11 우주의 중심은 어디일까? 12 사탑과 망원경 │갈릴레오 13 돌고 돌아 _하비 14 아는 것이 힘이다 _베이컨과 데카르트 15 새로운 화학 16 올라간 것은 반드시 떨어진다 _뉴턴 17 밝은 불꽃 18 우주라는 태엽 장치 19 세계의 질서 20 공기와 기체 21 물질을 구성하는 아주 작은 입자 22 힘과 장, 자기 23 공룡 발굴 24 지구의 역사 25 지구상에서 가장 위대한 쇼 26 생명이 담긴 작은 상자 27 기침과 재채기, 그리고 질병 28 엔진과 에너지 29 원소로 이루어진 표 30 원자 속으로 31 방사능 32 판도를 바꾸다 _아인슈타인 33 움직이는 대륙 34 우리는 무엇을 물려받는가 35 인간 연구 36 기적의 약 37 인체의 구성 요소 38 ‘생명의 책’ 읽기 _인간 유전체 프로젝트 39 빅뱅 40 디지털 시대의 과학 옮긴이의 말 찾아보기

아리스토텔레스는 동식물이 무엇으로 구성되었는지, 어떻게 기능하는지를 알아내는 데 많은 시간을 들였다. 그는 동식물이 세상에 나오기 전, 즉 부화하거나 발아하기 전에 어떻게 자라는지 알고 싶었다. 그에게 현미경은 없었지만, 분명 시력은 좋았던 것 같다. 아리스토텔레스는 병아리가 알에서 자라는 과정을 꼼꼼하게 묘사했다. 닭이 동시에 낳은 알들을 준비한 후 하루에 하나씩 깨뜨렸다. 처음으로 발견된 생명의 징후는 병아리의 심장이 될 부분에서 고동치는 작은 핏방울이었다. 아리스토텔레스는 이를 목격하고 심장을 동물의 핵심 기관이라고 여기게 되었다. 그는 심장이 감정이나 정신 작용의 중심 역할을 한다고 생각했다. 플라톤이나 히포크라테스학파 학자들은 그러한 정신적 기능을 뇌에서 수행한다고 생각했고, 사실 그것이 옳다. 그러나 우리가 겁을 먹고 긴장하거나 사랑에 빠지면 심장이 더 빨리 뛰기 때문에 아리스토텔레스의 이론이 아주 어리석다고 할 수만은 없다. 아리스토텔레스는 인간과 같은 고등동물의 기능을 다양한 능력이 있는 ‘영혼’이 작용한 결과라고 믿었다. 인간의 영혼에는 영양 섭취와 번식, 감각, 욕구, 운동, 상상력, 이성이라는 여섯 가지의 주요 기능이 있다는 것이다. _‘4 지식인들의 스승’에서 코페르니쿠스가 언제 오늘날 ‘태양계 모형’이라고 불리는 자신의 우주 모형이 수천 년간 쌓인 관측 결과를 더 잘 설명한다고 주장했는지는 정확히 알려져 있지 않다. 하지만 1514년 코페르니쿠스는 짧은 원고를 작성한 후, 감히 출판할 엄두는 내지 못하고 믿을 만한 친구 몇 명에게 보여주었다. 그 원고에는 ‘지구의 중심이 우주의 중심은 아니다’, ‘우리는 다른 행성처럼 태양 주위를 돌고 있다’라는 내용이 아주 분명히 적혀 있었다. 이 주장은 꽤 확고했으며 그 후 30년 동안 코페르니쿠스는 지구가 아니라 태양이 우주의 중심에 있다는 자신의 이론을 조용히 연구했다. 하늘을 직접 관찰하는 데 많은 시간을 할애하면서도 다른 천문학자들이 관측한 결과를 살펴보고, 태양을 중심으로 행성이 그 주위를 공전한다고 가정하여 기존의 이론이 갖고 있는 문제점을 해결하려고 최선을 다했다. 그 결과 식 현상이나 순행 또는 역행하는 행성의 움직임 같은 수수께끼가 풀렸다. 게다가 태양은 온기와 빛을 제공하는 등 인간의 삶에 매우 중요한 역할을 하기 때문에, 태양을 중심에 둔다는 관점은 태양 없이 지구상의 생명체가 존재할 수 없다는 사실을 인정한다는 의미였다. _‘11 우주의 중심은 어디일까?’에서 이 전염병의 시대에 뉴턴은 역학, 즉 움직이는 물체를 지배하는 법칙도 연구하고 있었다. 앞서 우리는 갈릴레오와 케플러, 데카르트 등이 포탄이 발사될 때나 지구가 태양 주위를 돌 때 일어나는 일을 설명하고 수학적으로 풀어내기 위해 어떻게 생각을 발전시켰는지 살펴보았다. 로버트 훅도 이 문제에 관심이 있었다. 뉴턴은 이들 학자의 책을 읽으면서 한 걸음 더 나아갔다. 뉴턴은 훅에게 쓴 편지에서 다음과 같이 언급했다. ‘내가 더 멀리 보았다면 이는 거인들의 어깨 위에 올라서 있었기 때문입니다.’ 부모님의 어깨 위에 올라본 기억이 있는가? 갑자기 키가 두세 배 커지면서 혼자서는 볼 수 없었던 것들이 드러난다. 바로 그것이 뉴턴이 추구한 바였다. 뉴턴의 멋진 비유는 과학자 한 명과 각 세대의 과학자들이 이전 세대의 통찰력에서 어떻게 도움을 얻는지 잘 보여준다. 이것이 과학의 본질이다. _‘16 올라간 것은 반드시 떨어진다’에서 다윈은 생물학적 진화를 타당한 과학 이론으로 만들었다. 일부 과학자들은 확신하지 못했지만 대부분은 수긍했으며 생물학적 진화가 어떻게, 왜 발생했는지에 대한 자신만의 이론을 내놓기도 했다. 다윈이 쓴 위대한 저서의 세부적인 내용 중 상당수는 이후의 과학 연구에서 수정되었다. 완벽하지는 않았던 것이다. 하지만 완벽할 필요는 없었다. 과학은 그런 것이다. 다운 하우스의 서재와 정원에서 다윈은 우리가 절대 다시는 이전과 같은 방식으로 지구상의 생명체를 바라보지 못할 것이라고 확신했다. 우리 행성의 진화 역사는 그야말로 지구상에서 가장 위대한 쇼나 다름없었다. ‘25 지구상에서 가장 위대한 쇼’에서 1850년대가 되자 화학은 성숙기에 접어들었다. 이 흥미진진한 시기에 원자량이 무엇인지, 원자 집단인 분자가 어떻게 결합하는지, ‘유기’화합물과 ‘무기’화합물의 차이는 무엇인지 등 많은 논쟁이 있었다. 1860년에는 화학을 현대화하는 데 도움이 된 사건이 일어났다. 오늘날에는 아주 평범해 보이지만, 당시에는 흔치 않은 일이었다. 바로 국제학회가 열린 것이다. 전화나 이메일이 없고 여행하기가 쉽지 않은 시절, 과학자들은 거의 만나지 못했고 대개 편지로만 소통했다. 해외에서 온 과학자가 자신의 연구 결과를 발표한 후 청중과 공개 토론을 하는 것은 드문 일이었다. 1850년대에 기차와 증기선을 이용한 여행이 보편화되면서 국제학회가 열리기 시작했으며, 사람들은 이 회의에서 다른 나라의 동료들과 만나 이야기를 나눌 수 있었다. 국제학회에서는 과학계에서 널리 공유하는 신념을 공표했다. 과학은 객관적이고 범세계적이며, 종종 사회를 분열시키고 국가를 전쟁의 소용돌이로 내모는 종교나 정치를 초월한다는 것이었다. ‘29 원소로 이루어진 표’에서 서로 다른 시대와 다른 위치의 화석으로 인간의 가계도를 재구성하기 위해 말이나 하마 같은 동물에 사용하는 도구와 기술이 활용된다. 물론 하마가 아니라 사람인 경우에는 감정이 훨씬 더 많이 개입된다. 그러나 증거는 존재하며 고생물학자, 인류학자, 고고학자를 비롯한 여러 전문가가 계속 조각을 맞춰나가고 있다. 연구진은 마침내 증거를 바탕으로 호모 사피엔스 같은 호미닌이 처음에는 아프리카에서 살았고 점차 여러 지역으로 퍼져나갔다는 사실을 밝혀냈다. 이 초기 호미닌의 이주에 대해서는 아직 밝혀내지 못한 부분이 많다. 아프리카에서 여러 차례에 걸쳐 이동했을까? 우리 종을 사촌 관계인 다른 종과 구별되게 하는 커다란 뇌는 어떻게 빨리 진화할 수 있었을까? 과학에서는 ‘왜’가 아니라 ‘어떻게’를 다룬다. 인간의 가계도나 헉슬리가 언급한 ‘자연에서 인간의 위치’를 생각할 때 특히 그런 것처럼 보인다. ‘35 인간 연구’에서