과학이 필요한 시간

궤도 지음

동아시아 2022년 10월 24일 출간 종이책 : 2022년 10월 17일 출간

작품소개

책소개

목차

들어가는 글: 무엇이 중요할까

1부 기계가 인간을 위해 노래할 때
[인공지능] 인간과 인공지능을 구별할 수 없는 세상이 온다
[기계 학습] 알파고는 지난 대국을 복기하지 않는다
[가상 인간] 인공지능, 가상 공간에서 신에게 도전하다
[컴퓨터] 0과 1로 생각을 모방하는 튜링 기계
[양자컴퓨터] 현실이 되어버린 공상, 양자컴퓨터

2부 당신 인생의 이야기
[시간] 어릴 적 지루했던 시간은 다 어디로 갔을까
[기억] 세상에서 가장 슬픈 시간 여행
[꿈] 살아 있는 생명체에게 부여된 꿈이라는 축복
[노화] 인공장기는 인간 수명의 한계를 극복할 수 있을까
[죽음] 죽음의 순간, 뇌는 무엇을 볼까

3부 블랙홀에 빠지는 가장 우아한 방법
[블랙홀] 지옥으로 가는 구멍이 우주에도 있을까
[중력파] 우주가 보내는 신호에 귀를 기울이면
[화성] 화성에서 제대로 된 일몰을 볼 수 있을까
[혜성] 현실에서 벌어질지도 모를 영화 속 한 장면
[제임스 웹] 우주를 보는 새로운 방법을 준비하는 인류

4부 최종 이론이라는 아름다운 꿈
[상대성이론] 시간을 달리는 소녀는 세상을 어떻게 볼까
[엔트로피] 악마는 엔트로피를 입는다
[정보] 우리가 살고 있는 세상이 홀로그램이라면
[양자역학] 가장 작은 세계부터 다중우주까지
[표준 모형] 늘어가는 내 몸의 질량은 어디서 왔을까
[끈 이론] 끈으로 이루어진 세상을 만들고 싶었던 이유

5부 무한보다 더 큰 무한을 담는 언어
[페르마의 마지막 정리] 기네스북까지 올랐던 수학 난제
[차원] 4차원 같다는 소리를 들어도 놀랍지 않은 이유
[푸앵카레 추측] 쓸모없어 보이지만 아름다운, 그래서 더욱 쓸모 있는 수학
[파이] 인류 역사상 가장 중요하고 유명한 상수
[무한] 영원히 끝없이 존재하는 상태를 찾아가는 여정

나가는 글: 가장 정확하게 실패하는 방법

책 속으로

■ 이젠 알고리즘이 인공지능과 헷갈릴 차례다. 간혹 이녀석이 스스로 무언가를 해내는 것처럼 보이기도 하는데, 그럴 때마다 ‘인공지능’이라는 단어가 들어가야 할 자리는 ‘알고리즘’으로 대체된다. 둘의 차이를 살펴보기 위해, 자동판매기를 예로 들어보자. 동전을 넣으면 음료수가 나오는 게 알고리즘이다. 하지만 인공지능은 동전과 음료수를 넣으면, 자판기를 만들어 준다. 소프트웨어가 받는 다양한 유형의 입력 정보에 대한 출력을 정의하는 특정한 규칙들의 모음을 ‘프로그램(program)’이라고 하는데, 인공지능은 받은 정보들을 바탕으로 이걸 만들어 주는 것이다. 이렇게 되면, 자율적으로 규칙 시스템을 구축해서 사람에게 의존했던 작업을 스스로 해결할 수 있다. ■ pp.18-19

■ 궁금증을 해결하기 위해 유니버시티칼리지 런던으로 자리를 옮긴 허사비스는 본격적으로 인간의 뇌에 대한 연구를 시작했다. 거의 인간처럼 사고하는 듯 보이는 인공지능조차 결국 개발자가 만들어 놓은 범위 안에서 생각하고 행동한다면, 완전히 새로운 발상을 떠올리는 창의적 행위야말로 인간의 마지막 남은 위대함이 아닐까? 2007년, 그는 6쪽짜리 짧은 논문을 발표한다. 결론은 매우 놀라웠다. 기억상실증에 걸린 환자는 새로운 경험이나 상황을 상상하지 못한다는 것이었다. ■ pp.26-27

■ 더 빨라질 수 있는 다른 방법은 없을까? 이걸 고민하다가, 근본적인 질문으로 돌아갔던 과학자가 있었다. 바로 영국의 이론물리학자 데이비드 도이치(David Deutsch)였다. 그는 생각했다. ‘우리는 지금 과연 컴퓨터를 제대로 만들고 있는 걸까? 지금의 컴퓨터는 0과 1로 계산하고 있지만, 양자역학적으로 보면 정보의 상태는 0과 1, 오직 두 가지만 존재하는 것이 아니다. 0이면서도 동시에 1인 중첩 상태(superposition)도 고려해야 하지 않을까?’ 이렇게 양자컴퓨터의 기본 단위인 큐비트(qubit, quantum bit)가 탄생했다. ■ p.56

■ 특히, 연구 대상인 수녀 가운데 특히 주목할 만한 사람이 있었다. 그녀가 심장마비로 85세에 사망하기 직전까지 치렀던 모든 인지 시험에서 최우수 성적을 거두었고, 비교적 젊은 다른 수녀들보다 훨씬 우수한 지적 능력을 갖추고 있었기에 연구팀 모두 기대가 컸다. 마침내 그녀의 뇌를 분석하려는 순간, 알츠하이머병 연구는 혁신적인 전환점을 만나게 된다. 그녀는 심각한 알츠하이머병이 말기까지 진행된 치매 환자였던 것이다. ■ pp.76-77

■ 니오와이즈 혜성이 지구에 가장 가깝게 접근하는 날은 2020년 7월 23일이었다. 다만, 태양으로부터 점차 멀어져 지구로 다가오는 것이다 보니 밝기가 점점 줄어들어 잘 보이지 않았을지도 모르겠다. 하지만 보이지 않아도 절대 잊지 말아야 한다. 1,000년 만에 다가오는 혜성 덕분에 몸이 바뀌거나 시간 여행을 하게 되지는 않더라도, 이미 우리는 혜성 덕분에 태어났고 살아왔다. 옆 사람도 보이지 않는 칠흑 같은 밤, 지구와 점점 가까워지는 혜성들을 올려다보며 한 번쯤 손을 흔들어 감사의 인사를 전해보는 건 어떨까. 기억할게, 너의 이름은. ■ p.139

■ 영화 〈악마는 프라다를 입는다〉에서, 뉴욕 최고의 패션 잡지 회사에 입사한 앤드리아는 유난히 까다로운 편집장 미란다의 비서로 일한다. 그녀는 그저 회사 일이라 생각하고 최선을 다하지만, 악마 같은 보스는 그녀를 하루가 다르게 더 깊은 지옥으로 안내한다. 온종일 울리는 전화벨, 끝없이 이어지는 야근, 쌓여가는 잡일에 애인마저 점점 멀어진다. 영화는 무난하게 결말로 흘러가지만, 15년이 지난 지금도 여전히 기억나는 건 괴팍한 백발 보스의 차갑고 품위 있는 카리스마다. 메릴 스트립이 감정 없는 연기를 어찌나 잘하던지, 영화 내내 오직 개인의 성공밖에 모르는 악마처럼 스크린을 압도했다. 지금도 ‘악마’라는 단어가 나오면 강령술과 무관한 이 코미디 영화가 떠오를 정도니까 말이다. 그런데 이런 무시무시한 악마가 물리학에도 존재한다. 바로 맥스웰의 악마(Maxwell’s demon)다. ■ p.162

■ 모두 알고 있듯이, 1, 3, 5, 7로 이어지는 홀수는 1부터 시작하는 자연수에 포함된다. 자연수가 전체라면, 홀수는 그 일부라는 뜻이다. 당연히 자연수가 홀수보다 많을 것 같다. 과연 그럴까? 두 수는 모두 무한하다. 그럼 이제 사탕을 세는 방식을 똑같이 써보자. 자연수와 홀수를 하나씩 짝을 지어서 세는 것이다. 어떻게 짝을 지어도 남거나 모자라는 수는 존재하지 않는다. 즉, 자연수와 홀수의 개수는 서로 같다는 말이다. 그래서 칸토어는 무한의 경우에는 전체와 그 일부가 같다는 결론을 내렸다. ■ pp.245-247

출판사 서평

★★★★★ 김상욱 교수, 박권 교수 추천 도서
★★★★★ 침착맨, 윤하 강력 추천
★★★★★ 구독자 63만 과학 유튜브 〈안될과학〉
★★★★★ 유튜브 채널 누적 조회 수 6,500만

인공지능과 인간 지능, 결국 그 둘은 서로 같은 것일까?
인간은 노화를 극복하고 타인의 뇌를 읽어낼 수 있을까?
우리 우주는 정말로 2차원 평면에 기록된 홀로그램일까?
1차원 끈으로 이루어진 우주는 무한하게 펼쳐져 있을까?
도대체 이 모든 건 어떻게 그리고 왜 존재하게 되었을까?

인공지능부터 양자역학까지,
초광속 · 초밀착 과학 안내서

모두에게 과학이 필요한 시기다. 특히 가파르게 전개되는 인공지능의 발전으로 인해, 과학이 소수의 전공자나 전문가의 소유물이 아닌 모든 시민의 것이어야 한다는 목소리가 높아지고 있다. 그리고 무엇보다 기후 위기 앞에서, 과학은 모두가 창의성을 발휘해 적극적으로 참여해야 하는 하나의 거대한 장이자 문화가 되어가고 있다. 그럼에도 여전히 적지 않은 이들이 과학을 이해하기 위한 ‘문해력’이 아직 자신에게 없으며, 가까이하기에는 지나치게 큰 인내심이 요구된다고 토로한다. 이런 이들을 위해, 유튜브 채널 〈안될과학〉의 진행자이자 과학 커뮤니케이터인 저자가 과학의 26가지 핵심 주제들을 4년간 엄선해 엮었다. 『과학이 필요한 시간』이다.
다양한 방송과 온라인 플랫폼에서 각 분야를 대표하는 교수들이나 독자들과 소통하며 수년간 시행착오를 거듭한 만큼, 저자는 가장 쉽고 정확하고 빠른 ‘최적의 설명’을 찾아 인공지능, 딥 러닝, 양자컴퓨터와 같은 과학의 최신 원리나 개념뿐만 아니라, 상대성이론, 양자역학, 표준 모형과 같은 21세기 과학의 핵심 이론들을 친절하게 풀어 설명한다. 더 나아가 꿈, 기억, 노화, 죽음과 같은 인생의 문제까지도 과학이라는 렌즈를 통해 바라볼 수 있도록 돕는다.

“궤도는 정확하다. 꼭 필요한 만큼만 이야기한다.
궤도는 영리하다. 사람들이 좋아할 주제만 다룬다.
궤도는 친절하다. 어려운 개념이 나오면 반드시 예를 든다.
궤도는 적절하다. 지금이야말로 과학이 필요한 시간이니까.”
─김상욱, 경희대학교 물리학과 교수 · 『떨림과 울림』 저자

한 알의 모래에서 우주를 보고
무한한 우주에서 나를 찾는 길

이 책은 크게 컴퓨터과학, 생물학, 천문학, 물리학, 수학으로 나누어 과학의 다섯 갈래를 다루는데, 이는 특수한 것에서 점점 더 일반적인 주제들로 단계를 밟아가며 여러 층위에서 과학을 조망하도록 구성된 것이다. 예를 들어, 컴퓨터가 과연 인간 수준의 지능을 갖출 수 있는지를 탐색하며 21세기 최대 화두인 인공지능과 기계 학습을 다루기 시작해(1부), 우리의 모든 의사 결정에 관여하는 뇌(2부), 괴물 같은 천체의 움직으로 일그러지는 시간과 공간(3부), 상대성이론과 양자역학 그리고 이 둘을 통합하는 끈(4부), 과학을 다루는 언어이자 이론 그 자체인 수학과 집합론까지 나아가는 식이다(5부).
세부적으로도 각 장이 서로 유기적으로 연결되도록 구성되었다. 예를 들어, 블랙홀의 특성을 다루고 나서 비로소 블랙홀 한 쌍의 충돌을 이용해 중력파를 감지하는 레이저간섭중력파관측소(LIGO)에 대해 이야기하고, 시간의 방향을 나타내는 물리량으로 엔트로피를 소개하고 나서 물리학에서의 정보를 정의한다. 또한 양자역학 또는 표준 모형이 예측하는 기본 입자들을 분류하고 나서 이들의 속성을 끈 이론으로 되짚어 보며, 차원이라는 개념을 소개하고 이를 바탕으로 푸앵카레 추측을 설명한다. 무엇보다 이 책에서 다루는 모든 내용이 유튜브 채널 〈안될과학〉의 콘텐츠들을 보완하고 심화하는 한편으로, 채널 영상들과 병행해 이해를 높일 수 있도록 짜여진 것이 특징이다.

“『과학이 필요한 시간』은 이토록 어려운 과학을 우리의 일상 곁으로 데려온다. 인공지능과 양자컴퓨터, 생명과 인지, 블랙홀과 우주, 상대성이론과 양자역학, 무한과 밀레니엄 문제 등과 같은 어려운 주제를 놀라울 정도로 재미있고 유쾌한 일상의 언어로 이해하고 싶은 모든 이를 위한 책이다.”
─박권, 한국고등과학원 물리학부 교수 · 『일어날 일은 일어난다』 저자

“인사할 시간도 없습니다.
여러분의 시간을 아껴드릴”
유튜브 채널 〈안될과학〉의 궤도

컴퓨터과학, 신경과학, 천문학, 물리학, 수학. 이토록 방대한 과학 주제들을 한 사람이 제대로 설명하는 것이 가능할까? 분자생물학자 김응빈 교수가 “너무 많은 걸 알고 있다”라고 이야기한 궤도라면, 걱정하지 않아도 좋다. 인공위성 궤도를 떠올리는 예명으로 〈안될과학〉의 진행자로 활동하기 전부터, 아프리카TV 최초 과학 토크쇼, 팟캐스트 〈과장창〉 등 여러 방송 및 온라인 플랫폼에서 오랜 시간 ‘가장 쉽고 빠르고 정확하게’ 과학을 전달하고자 노력해 온 국내의 대표적인 과학 커뮤니케이터이기 때문이다.
그뿐만 아니라 저자는 〈KBS 뉴스특보〉에서 국내 최초로 대한민국 발사체 누리호의 발사를 생중계로 해설하고, JTBC 〈국과대표〉, iHQ 〈G식의 밤〉, MBN 〈스라소니 아카데미〉 등 다양한 TV 및 지상파 라디오 방송에 출연하며 전문적인 과학 지식들을 발 빠르게 전달해 왔다. 또한 ‘페임랩’을 기획하고 운영해 새로운 과학 커뮤니케이터를 발굴하는 한편, 거리에서 과학을 소개하는 ‘사이언스 버스킹’에도 꾸준히 참여하며 과학의 대중화를 위해 앞장서고 있다. 이말년 작가의 유튜브 채널 〈침착맨〉에서 진행한 2021년 침투부어워즈의 대상 및 3관왕을 수상한 저자의 이번 책에는, 그동안 뇌과학, 화학, 공학 등 분야를 가리지 않고 실속 있는 과학 지식들을 소개해 온 내공이 집약되어 있다.

“현상을 과학으로 풀어 설명하는 궤도는 볼 때마다 신나 보인다. 달콤한 과자를 이제 막 먹으려는 소년처럼.”
─침착맨, 유튜버 · 웹툰 작가

과학이라는 우주의 언어,
그 언어를 이해하는 힘

“우주는 수학이라는 언어로 쓰여 있고, 수학 없이는 우주를 단 한 단어도 이해할 수 없다.” 16세기 이탈리아의 천문학자 갈릴레오 갈릴레이의 이 말이 지금처럼 여실히 체감되는 시대는 없었다. 수학을 포함하는 과학은 말 그대로 어디에나 있다. 알고리즘이 추천한 영상에는 기후 위기로 인한 식량 가격 폭등이나 해수면 상승 시뮬레이션이 재생되고, 뇌과학 연구를 바탕으로 신제품을 진열하는 기업의 광고에는 가상 인간이 홍보 모델로 등장하며, 텍스트만 입력하면 실제 그림 같은 이미지를 자동으로 생성해 내는 인공지능 DALL-E에 관한 기사에는, 인공지능 번역기로 번역된 항의 댓글들이 실린다. 과학이 우주 그리고 세상의 언어라면, 바야흐로 모두에게 그 언어가 필요한 시간이다.

“21세기를 사는 우리에게는 두 가지 길이 있다. 하나는 어떠한 곳에서도 과학을 보지 못하는 것이고, 다른 하나는 모든 곳에서 과학을 보는 것이다. 모든 것이 기적이라고 믿는 사람에게 우주가 감동적으로 다가오듯이, 모든 것에서 과학을 보는 사람에게는 우주가 숨겨진 아름다운 비밀을 알려준다. 궤도는 우리를 그 두 번째 길로 안내한다.”
─박권, 한국고등과학원 물리학부 교수 · 『일어날 일은 일어난다』 저자

이전 저서인 『궤도의 과학 허세』가 일상 속 과학을 다루는 ‘K-POP’ 같은 책에 가까웠다면, 4년 만에 출간되는 『과학이 필요한 시간』은 과학이 낯설기만 한 독자도 과학 · 기술이 범람하는 현대사회에서 소외되지 않도록 과학의 기본 문법들을 충실히 전달하는 ‘클래식’ 같은 책이다. 설명은 정교해지고, 위트는 다듬어졌으며, 다정함은 배가되었다.

“우리는 어디로부터 시작되어 어디로 가고 있을까? 이 물음이 사라지지 않는 한, 앞으로도 끊임없이 새로운 세계가 열릴 것이다. 미지는 흥미로운 동시에 두려운 것이기에, 우리는 ‘궤도’를 따라갈 필요가 있고, 지금이야말로 딱 ‘과학이 필요한 시간’이다.”
─윤하, 음악가

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저자(글) 궤도