2025 미래 과학 트렌드

국립과천과학관 지음

위즈덤하우스 2024년 12월 13일 출간 국내도서 : 2024년 11월 27일 출간

작품소개

책소개

▶ 인간을 이해하기 위한 더 완벽한 유전자지도 ▶ 화성 생명체의 존재 여부, 곧 밝혀진다 ▶ ChatGPT의 다음 분기점, 소규모 언어모델에서 ▶ AI, 양자 컴퓨터 시대를 구축하는 알고리즘 ▶ AI아트의 저작권 ▶ 기막힌 우주 임무가 가득! NASA 디스커버리프로그램 ▶ 베라루빈천문대의 ‘신상’ 망원경 ▶ 재활용 가능 발사체, 드디어 우리도 ▶ 반도체 유리 기판의 놀라움 ▶ HBM, 차세대 HBM 그리고 넥스트 HBM ▶ 랩 그로운 다이아몬드의 활용도 ▶ 꿈의 나노 물질 맥신의 등장 ▶ 인류세, 새 지질시대가 될 것인가 ▶ 폭우는 왜? ▶ 유전자 발현의 핵심 miRNA

2021년부터 2024년까지, 4년 동안 ‘미래 과학 트렌드’는 천문학, 물리학, 수학, 지구과학, 기후과학, 생명과학 등 자연과학의 영역부터 화학 및 화학공학, 컴퓨터공학, 기계공학 등 실용의 첨단을 달리는 분야까지 꾸준히 화제의 키워드를 짚어왔다. 그동안 이 책을 통해 중요하다고 제시했던 주제들이 진전되어 구체적인 연구 성과로 드러나기도 했고, 언급된 과학기술들이 상용화되어 우리의 삶을 바꾼 주역이 되기도 했다.
특히 게임체인저가 된 챗GPT, 2024년 노벨상을 장식한 단백질 3차원 접힘과 알파폴드 등 AI 관련 논의가 발빠르게 이루어졌고, 코로나19 팬데믹을 종식시킨 mRNA와 백신은 물론 첨단 의료의 변화 양상 또한 심도 있게 다루었다. 그래핀에서 맥신까지, 새로운 특성을 지닌 나노 물질에 대한 연구와 실험에 대한 이야기가 빠지지 않는데 이러한 재료와 신소재 키워드는 기술이 나아갈 방향을 직간접적으로 예측하도록 독자를 이끈다. 게다가 기후변화의 현 상황과 전 세계 정책의 흐름까지 놓치지 않도록 꾸준히 업데이트해왔다. 이처럼 분야별, 키워드별로 변화하는 과학기술을 파악하며 내일의 경향성을 예상해볼 수 있도록 하는 것이 바로 이 책만이 가진 강점이다.
과학자본의 시대가 도래했다는 것은 정보를 정확하게 인식하고, 비판적 사고를 견지하는 개개인의 ‘과학문해력’을 넘어, 사회문화적으로 과학의 경험이 충분히 축적되었음을 말한다. 지금 우리 삶에서 과학과 기술을 빼는 것은 불가능하다. 그리고 과학이 넓어지고 깊어지는 속도는 눈으로 쫓기 어려울 정도다. 이때 어렵게 보이던 과학을 풍성하게 누릴 수 있도록 좀 더 쉽고, 좀 더 활기찬 ‘생활밀착형 지식’을 《2025 미래 과학 트렌드》에 담았다.

목차

책머리에_ 한형주 국립과천과학관장

CHAPTER 1. 우주과학
다시 달을 향해, NASA 아르테미스프로그램
루빈천문대와 측광 연구
천왕성과 해왕성 다시 보기
화성 샘플 회수 프로그램
NASA 디스커버리프로그램과 소행성 탐사

CHAPTER 2. 생명과학
X와 Y, 염색체 이야기
인공 합성물을 분해하는 미생물

CHAPTER 3. 화학
반도체용 유리 기판
나노 재료 맥신의 부상
1000원짜리 다이아몬드

CHAPTER 4. 과학기술
양자 컴퓨터가 온다
누리호와 차세대발사체
AI와 양자 시대에 아주 간단한 알고리즘 이야기
인공지능과 반도체 혁신
AI 대규모 언어모델에서 소규모 언어모델로
AI와 빅데이터

CHAPTER 5. 지구과학
모래가 부족해진다
폭우의 과학
지질시대와 인류세
에너지 전환을 위한 시도

CHAPTER 6. 과학문화
AI 창작과 저작권
미래를 바꾸는 투자
달 표면에 새긴 조선의 천문학자
기후위기 시대의 탄소중립 과학관
전시 패널의 교육적 활용
과학문화 형성과 기초과학

부록_ 2024 노벨상 특강
유전자 발현 조절 미세 분자, 마이크로RNA_노벨생리의학상
인공지능이 밝혀낸 단백질의 비밀_노벨화학상
인공신경망을 이용한 머신러닝과 인공지능_노벨물리학상

참고 자료 및 그림 출처

책 속으로

달에 우주정거장을 만드는 이유는 화성과 같은 외행성을 탐사하는 데 보다 큰 목적을 둔다. 중력의 영향으로 지구보다 달에서 외행성으로 출발하는 것이 더 쉽고 비용도 적게 들기 때문이다. 루나게이트웨이는 라그랑주 점 L2를 중심으로 지구를 바라보며 달을 남북으로 도는 특이한 궤도를 사용하게 되고, 2027년 몇몇 모듈을 발사해 건설할 예정이다. 그 뒤에 아르테미스프로그램으로 모듈들을 더하게 되며 아르테미스 4호는 진짜 정거장(gateway)처럼 우주 비행사들이 오리온 우주선-루나게이트웨이-스타십으로 이동해 달 표면에 내려가는 계획을 세웠다. _ 27쪽, 〈다시 달을 향해, NASA 아르테미스프로그램〉 중에서

천왕성과 해왕성은 가스 행성인 목성, 토성에 비해 무거운 원소의 비율이 높기 때문에 ‘얼음 거대 행성’이라 불린다. 과학자들은 가스 행성과 암석 행성이 어떻게 형성되었는지 이해하고 있지만, 얼음 거대 행성의 형성에 대해서는 잘 모른다. 다른 별 주위의 외계 행성을 발견하게 되면서 알게 된 사실은, 신기하게도 많은 외계 행성의 일반적인 유형이 바로 얼음 거대 행성이라는 점이다. 따라서 우리 태양계와 다른 항성계를 이해하기 위해서는 얼음 거대 행성에 대한 지속적인 연구와 탐사가 필요하다. _ 52쪽, 〈천왕성과 해왕성 다시 보기〉 중에서

화성 샘플 회수 프로그램의 과학적 의의는 단순히 화성에서 지구로 샘플을 가져오는 데 그치지 않는다. 가져온 샘플을 지구에서 다양한 방법으로 분석함에 따라 과거 화성에 물이 존재했는지, 생명체가 살 수 있었는지에 대한 구체적인 증거를 살펴볼 기회가 된다. 이를 바탕으로 우리는 화성뿐 아니라 태양계 내 다른 행성의 생명체 존재 가능성에 대한 새로운 통찰을 얻게 될 것이다. _67쪽, 〈화성 샘플 회수 프로그램〉 중에서

유리 기판용으로 사용될 후보군 유리의 특성은 실리콘과 매우 유사하다. 표면이 매끄러워 초미세 선폭으로 회로 작업이 더 쉽고 기판 두께 자체를 아주 얇게 할 수 있으므로, 이상적으로는 인터포저를 없애거나 다른 부품을 유리 기판 안으로 넣을 수 있어 제품 경량화도 기대할 수 있다. 또한 유리의 열팽창계수는 실리콘과 비슷하여 대면적의 플라스틱 기판을 사용할 때 우려되는 휨 현상을 상대적으로 억제할 수 있다. _ 116쪽, 〈반도체용 유리 기판〉 중에서

맥신은 상대적으로 두께가 얇음에도 전이 금속 탄화물이나 질화물 같은 높은 기계적 강도를 유지하여, 강화 재료로서의 잠재력도 있다. 그리고 다양한 환경에서 화학적으로 안정적이며, 부식에도 강해 내구성 또한 어느 정도 보장된다고 할 수 있다. 특히 넓은 표면적비와 다양한 분자의 흡수 및 반응 촉진 특성이 있어 센서, 촉매 및 필터링 재료로 응용도 가능하다. 무엇보다 전자기파에 대한 효율적인 흡수 능력은 스텔스 도장이나 아주 얇게 인쇄가 가능한 안테나, 전자 부품에서의 전자파 차폐 등 다양한 활용을 기대할 수 있다. _126쪽, 〈나노 재료 맥신의 부상〉 중에서

양자 컴퓨터는 동시에 계산을 이끈다. 전자가 동시에 두 틈을 지나 결과적으로 어느 한곳에 위치하는 과정인 중첩을 이용해 계산하면 가능하다. 두 틈을 지나는 과정이 함수를 계산하는 과정이라 한다면 이론적으로 하나의 결론을 얻기 위해 동시에 모든 계산을 한꺼번에 할 수 있다. 계산해야 할 모든 경로를 물밀듯이 지나 중첩된 상태로 연산한다. _149쪽, 〈양자 컴퓨터가 온다〉 중에서

HBM4부터는 표준화된 제품이 아니라 고객사에서 요구하는 맞춤형 기능이 탑재된 인공지능 가속기가 제작된다. HBM은 인공지능 가속기의 능력을 끌어올릴 뿐 아니라 부문별로 특화된 반도체를 소량 생산하는 시스템 반도체, 표준화된 제품을 대량 생산하는 메모리 반도체라는 벽을 허물고 맞춤형 메모리 반도체의 소량 생산이라는 새로운 변화를 만들고 있는 것이다. _190쪽, 〈인공지능과 반도체 혁신〉 중에서

지질학적으로 모래가 순환하는, 다시 채워지는 물질인 것이 틀린 말은 아니다. 얼음과 물 그리고 바람과 시간은 모래 알갱이를 암석에서 떼 내고, 옮기고, 묻고, 굳히며, 다시 암석은 노출되면 모래로 풀려나기를 반복한다. 연구에 의하면 지금의 모래는 대략 6번의 사이클을 거친 것으로 추정한다. 하지만 안타깝게도 이런 순환은 인간의 시간 감각을 한참 벗어나 있다. 이 사이클이 짧게는 수천 년에서 길게는 수억 년에 걸친 활동인 것을 생각한다면, 모래는 재생 불가능한 자원이라고 보는 것이 맞다. _226쪽, 〈모래가 부족해진다〉 중에서

인공지능을 활용한 창작, 즉 생성형 인공지능을 이용해 만든 글, 그림, 음악과 영상의 수준이 상당히 높아지면서 이에 대한 저작권 또한 주목받고 있다. 인공지능을 사용해서 내가 작품을 만든다고 가정해보자. 과연 결과물을 내가 완전히 독립적으로 만들었다고 할 수 있을까? 아니면 인공지능과 협업했다고 해야 할까? 아니면 인공지능을 이용해서 만들었다고 해야 할까? 이것도 아니라면 인공지능과 나의 작품 활동을 어떻게 구분해야 할까? 이러한 질문은 낯설고 신선하면서도, 선뜻 대답하기가 어렵다. _263쪽, 〈AI 창작과 저작권〉 중에서

2022년 한국 최초의 달 탐사선인 다누리호가 달 궤도에 성공적으로 진입하며 우리나라는 세계 7번째로 달 탐사 국가에 합류했다. 2024년 5월에는 우주탐사를 총괄할 우주항공청이 설립되어 국제 우주탐사의 일원으로서 공식적인 체계를 갖추었다. 우주항공청은 2032년 달 착륙을 목표로 총력을 기울이고 있다. 이 시점에 ‘남병철 충돌구’ 명명은 한국 달 탐사에 대한 공감대 형성과 지지를 이끌 상징적 의미를 지닌다. _297쪽, 〈달 표면에 새긴 조선의 천문학자〉 중에서

출판사 서평

달라진 일상, 변화를 읽는 정확한 시선
두려움 없이 첨단 기술을 마주하는 힘 기르기

* CHAPTER 1. 우주과학: 달 ‘유인’ 탐사 계획이 성큼 2025년으로 다가왔다. 우리는 화성에서 샘플을 가져오는 인류 초유의 미션을 진행 중이며, 베라루빈천문대 ‘신상’ 망원경의 활약으로 3일에 한 번씩 남반구 우주 전역을 관측하게 되었다. 새롭게 전환된 천문학 연구의 흐름을 놓치지 않음은 물론 지구 외 다른 천체로 뻗어나가는 최신 우주과학을 살펴본다. 그 어느 때보다도 활발하게 우주 임무들이 진행되는 가운데, 천문학자들이 밤하늘을 보는 매력, 또다른 시각을 전한다.
* CHAPTER 2. 생명과학: 1990년에 시작해 2003년까지 이어진 인간 유전체 프로젝트는 사실 끝난 것이 아니었다? 독특한 발상의 전환이 빚어낸 과학기술은 그동안 더디게 진행되었던 Y염색체 완전 해독을 성공으로 이끌었다. 이는 우리가 인류를 제대로 알기 시작하는 출발선에 다시 선 것이며 그에 따른 의료의 발전을 주목하도록 한다. 또한 지속적인 미생물 연구가 빚어낸 과학적 결과는 플라스틱 등이 구축한 ‘인류세’의 어두운 면을 조금씩 걷어낼 단초를 얻게 했다.
* CHAPTER 3. 화학: ‘유리’의 재발견으로 반도체 집적 기술 한계의 난제를 풀어가고, ‘맥신’이라는 새로운 나노 물질의 무한한 가능성을 본다. 또한 랩 그로운 다이아몬드의 혁신으로 원가를 획기적으로 낮춘 우리 과학자들의 노력을 조명한다. 4차 산업 혁명을 대표하는 정보통신 분야가 디지털 전기신호의 향연으로 보이지만, 실은 그것을 물리적으로 구현해낼 수 있어야 함을 보여주는 ‘진짜’ 재료화학을 읽는다.
* CHAPTER 4. 과학기술: 양자 컴퓨터 기술의 정확한 현 위치부터 이를 가능하게 하는 알고리즘을 읽는다. 빅데이터와 통계학이 AI에서 하는 역할, 챗GPT 다음 세대인 소규모 언어모델의 등장, 한계에 부딪힌 반도체의 출구 전략 등 내일을 준비하는 AI와 반도체의 이야기가 이어진다. 그리고 재활용 가능 발사체를 비롯해 기초과학과 공학의 융합이 만들어낼 앞으로의 기술을 읽는다.
* CHAPTER 5. 지구과학: 오프라인에서 온라인까지 우리의 세계를 구축하는 것은 다름 아닌 모래다. 이 모래는 무한정 쓸 수 있는 자원일까? ‘인류세’는 정확한 말일까? 자원에 대한 질문부터 급격하게 바뀌는 우리나라 기후, 에너지 전환과 탄소중립의 현재 상황까지 지금 꼭 필요한 지구에 대한 지식이 알차게 들어 있다.
* CHAPTER 6. 과학문화: 과학의 시대, 과학기술은 어떻게 일상에 스며들었고 우리는 어떻게 누릴 수 있을까? 조금 더 깊어진 삶과 과학에 대한 고찰이 이어진다. 또한 인공지능을 비롯해 ‘현재’ 첨예하게 불거지는 과학과 윤리, 문화 등을 다각도로 고민한다. 이 챕터는 다른 책에서는 다루기 어려운 현재성 있는 논의가 이루어져 더욱 흥미롭다. AI아트의 저작권 등록, 달의 충돌구에 조선 시대 천문학자의 이름이 붙은 소식, 전 세계의 과학관이 기후변화에 대응하기 위한 주요 거점으로 시민들과 소통하는 모습을 사례를 통해 지켜본다.

생명과학에서 인공지능까지 필수 과학 분야를 단 한 권에
핵심만 골라 읽는 과학책

‘눈 닿는 곳이 모두 과학기술’인 지금, 우리는 어디까지 알아야 할까? 새로운 과학이 주는 충격은 시간이 지나면 일상이 되고, 결국 상식이 된다. 하지만 마법같이 등장한 신기술은 흥미, 호기심과 더불어 ‘알 수 없다’는 막연한 두려움을 동반한다. 언론의 우려나 자극적인 이야기에 휘둘리지 않으려면 기술이 사회를 변화시키는 큰 요인임을 인식하고 낯설어지지 않을 정도로 살펴볼 필요는 있을 것이다.
이때 과학자들이 《2025 미래 과학 트렌드》로 건네는 소통과 공감이 빛을 발한다. 국립과천과학관은 단순한 지식 전달을 넘어 사람들이 과학적 세계관을 갖도록 돕는 기관이다. 이곳의 연구자들은 과학 하는 이유를 ‘사람들의 경험을 확장하고 지속 가능한 지구 위 일상을 구축하기 위해서’라고 말한다. 이들은 현장에서 아이부터 어른까지 직접 만나 이야기를 듣고, 다양한 호기심을 가까이에서 지켜보았다. 따라서 대중이 가장 궁금해할, 꼭 필요한 최신 과학 정보를 선별할 수 있는 적임자로서 과학기술 분야의 현주소를 명료하게 소개하고 그 의미까지 빠짐없이 전한다. 그리고 저자들이 직접 그린 자료와 사진 50여 컷이 수록되어 더욱 편안하게 정보를 얻을 수 있다.
이 책의 장점은 여러 분야를 한자리에 모아 읽으며 인류가 과학으로 해소하고 싶었던 질문과 호기심을 파악할 수 있다는 것이다. 서로 연관되어 앎을 형성하는 과학의 흐름은 학생들에게 융합적 지식을 선사하고, 교양과학에 관심 있는 이들에게는 일상을 다시 보게 할 수 있다. 또한 전 세계의 트렌드뿐 아니라 화제의 연구에서 주도적 역할을 하는 우리나라 이야기도 충실히 담으며 한국에 발을 딛고 이야기한다는 점도 《2025 미래 과학 트렌드》의 특징이다. 부록으로 2024년 노벨상 해설 강의까지 읽고 나면 학문, 기술의 미래 그리고 시장의 틈새까지 한눈에 파악할 수 있다.

작가정보

저자(글) 국립과천과학관

국립과천과학관 2008년에 설립된 국내 대표 과학 대중화 기관. 우리나라에서 가장 큰 규모의 국립 과학관이다. 미래상상SF관을 비롯한 6개의 상설 전시관, 천체투영관 등 천문 시설, 야외 공원으로 구성되어 있다. 기획전시, 축제, 교육 등 다양한 프로그램이 열리며, 누구나 과학을 즐기는 곳으로 만들고자 한다.
강민지 과학, 예술, 문화를 좋아하는 사람. 여러 분야의 주제를 융합하여, 쉽고 재미있게 콘텐츠로 녹여낼 방법에 대해 고민한다.
강주환 과학을 좋아하는 사람이 더 많아지기를 기대하는 공돌이. 유튜브 ‘요즘과학’의 진행자로 넓고 얕게 과학을 알아가며 과학문화 확산에 기여하고 있다.
고준현 과학을 좋아하는 ‘잡학다식’ 공무원. 경제학 전공 후 한양대에서 과학기술정책 전공으로 행정학 박사학위를 받고, 동 대학원에서 과학기술정책 강의를 하고
있다. 여러 국가 R&D 정책 및 사업을 기획했고 현재 과학관 전략기획을 맡고 있다.
김선자 생명과학 기술의 사회·윤리적 이슈에 관심 많은 식물생명공학자. 충북대 원예학과를 졸업하고, 국립산림과학원에서 박사후연구원을 지냈다. 과학관에서 생
명과학 분야 전시 및 프로그램을 담당한다.
김예은 과학관이 웃음꽃으로 가득하길 바라는 일명 ‘방글핑’. 경희대 우주과학과를 졸업하고, 천문 교육 기관에서 다년간 근무했다. 천체투영관에서 찬란한 하늘을 소개하는 프로그램을 기획한다.
김유진 자연사로 지식 콘텐츠를 만들고 싶어 하는 창작자. 쓰고, 그리고, 영상을 만든다. 동물에서 영감을 얻는 예술가가 되려고 노력하는 중이다.
남경욱 영국에서 과학사와 철학으로 석사과정을 밟았고, 박사과정에서 한국과학기술사와 한국천문학사를 전공했다. 한양대에서 과학과 인문학 융합교육과정 개발
에 참여했으며 과학관에서 한국과학기술사 분야 전시, 교육, 행사 등을 담당한다.
문희라 대중과 함께 일상을 과학으로 물들이고 싶은 과학교육 기획자. 과학관을 방문하는 사람들의 능동적 참여를 이끌어내고자 노력한다. 이화여대에서 과학교육을 전공하고 과학관교육으로 석사학위를 받았다.
박대영 밤하늘의 아름다움을 담아내는 천체사진가이자 과학문화 전문가. 대학원에서 관측천문학과 대중천문학을 공부했으며 《우주 대체험》 《별 그리고 우주》 《과학이 톡톡 쌓이다! 사이다 3: 태양계×어린왕자》 《과학은 지금》(공저) 등을 집필했다. 과학관 전시 기획 및 과학문화 업무를 총괄하고 있으며 저술과 강연을 통해 대
중과 활발히 소통하고 있다.
박은지 과학과 배움을 즐기는 사람들에게 관심이 많은 교육연구자. 과학 교사를 거쳐 서울대 사범대학원에서 ‘학교 밖 과학 학습’으로 석사 및 박사학위를 받았다. 지구과학을 중심으로 유아부터 성인까지 전 연령 대상 과학관교육을 담당하고 있다.
손석준 남다른 관점을 가지려고 노력하는 과학자. 카네기멜런대 재료학 박사학위를 받았다. 반도체 개발, 과학기술사업 및 연구기관 평가, 연구 정보 관리, 인터넷 인프라 보급, 정보 보안, 국제기구 과학 외교 등 다양한 분야에서 근무했다.
안인선 우주와 사랑에 빠진 천문학자. 서울대에서 천문학으로 석사학위를 받고, 박사과정을 수료했다. 과학관에서 별과 우주로의 환상적인 여행을 어떻게 펼쳐 보일지 늘 고민 중이다.
이양복 인간과 컴퓨터의 상호작용을 연구하는 컴퓨터공학자. 세종대에서 얼굴 표정 인식을 주제로 석사 및 박사학위를 받았다. 과학관에서 정보화 업무를 담당한다.
이영주 과학 알려주는 것을 좋아하는 과학 에듀케이터. 과학관에서 다양한 주제와 형태의 교육 프로그램을 기획, 개발하여 대중에게 과학의 즐거움을 알리기 위해 노력한다.
이재형 과학관에 서식하는 은하수 여행자. 천문학을 전공하여 은하를 연구했으며 과학 커뮤니케이터의 길을 걷고 있다.
이춘호 글자보다는 숫자가 익숙한 과학자. 통계학을 전공하면서 절대로 도박과 ‘로또’는 하지 말아야겠다는 삶의 지혜를 배웠고, AI를 공부하면서 우리 인생에 등장할 또 다른 친구를 기다리고 있다.
전성윤 예술과 철학을 좋아하는 기획자. 성균관대에서 나노공학으로 석사학위를 받고 한화석유화학 중앙연구소에서 근무했다. 과학관에서 ‘과학의 실패’와 ‘심연, 눈과 마음의 관계’ 등을 기획, 연출했다.
정광훈 물리학자. 부산대 물리학과를 졸업했고 통계물리, 전산단백질, 생물리학으로 석사 및 박사학위를 받았다. 과학관에서 기초과학 분야 전시 및 프로그램 개발을 총괄하며 50여 종의 ‘과학원리체험콘텐츠’를 개발, 보급하고 있다.
정원영 지구를 사랑하는 교육연구자. 서울대에서 지구과학교육을 전공하고 환경 교육으로 석사 및 박사학위를 받았다. 교육과 전시기획자로서 모두의 미래를 위한 과학관을 꿈꾸며 일한다.
정훈 아직은 배울 것이 많은 과학관 막내. 기계, 작동 모형, ‘공간 경험’ 디자인에 관심이 많다. 삼성전자, 한국항공우주연구원 등을 거쳐 2024년 4월부터 과학관에 근무 중이다.
조춘익 의심 많은 공학자. 홍익대와 동 대학원에서 산업공학을 전공했으며 인간공학에 관심이 많다. 과학관에서 창작체험장 기획 및 운영을 담당한다.
최정원 건프라 키덜트. 행정학 박사, 기계공학 학·석사, 기술경영학 석사학위를 받았다. 현대자동차와 한국과학기술기획평가원에서 근무했고, 과학관에서 첨단기술 분야 전시 기획자로 일하고 있다.
한명희 다양한 이들에게 별을 보여주며 이야기하는 것을 좋아하는 과학 커뮤니케이터. 연세대 천문우주학과를 졸업하고 KVN(한국우주전파관측망) 오퍼레이터를 거쳐 현재 과학관 천문대에서 소통한다.