화학자가 되는 길

백성혜 | 한국교원대학교 화학교육과 교수, shpaik@knue.ac.kr

1. 화학자의 역할에 대한 변화

2024년 노벨화학상은 화학자가 아닌 AI 개발자가 받았다. 데이비드 베어커 미국 워싱턴대 교수는 단백질 설계 분야의 선구자로 새로운 단백질을 만들 수 있는 AI인 ‘로제타폴드(RoseTTAFold)’를 개발했고, 구글 딥마인드의 데미스 허사비스 CEO와 존 점퍼 박사는 또 다른 단백질 구조 예측 설계 AI ‘알파폴드’를 개발하였다. 데미스 허사비스는 2016년에 이세돌 9단과 AI 알파고의 바둑 대결을 통해 AI가 인간의 능력을 능가할 수 있다는 것을 전 세계에 알리기도 하였다. 노벨위원회는 “노벨 화학상 수상자 덕분에 인류가 새로운 단백질을 만들어 낼 수 있는 시대가 되었다.”는 것을 수상 이유로 밝혔다. 신소재 물질 개발과 생명의 구성 요소 설계를 아우르는 생화학까지 자연과학의 거의 모든 분야가 이제는 AI를 통해 혁명을 이룰 것이라는 기대가 이번 수상 이유였다.

오랫동안 화학자들은 단백질의 복잡한 구조를 풀지 못했는데, AI가 이를 예측하는 모델 개발에 성공한 것이다. 노벨위원회는 단백질이 생명의 기반이 되는 모든 화학 반응을 조절하기 때문에 제약, 백신, 나노 소재 개발 등에 응용될 수 있는 이 발견은 엄청난 잠재력을 가진다고 평가하였다.

2. 창의성에 대한 이해

노벨상은 창의적인 사람에게 수여된다. 그래서 우리는 과학자들의 창의성에 관심을 가지고, 과학고등학교나 과학영재학교, 과학예술영재학교 등에서 학생들의 창의성을 기르는 방법에 관심을 가진다. 그런데 AI 역시 매우 창의적이다. 심지어 거짓말도 하고, 변명도 한다. 이렇게 창의적인 AI를 개발한 사람의 창의성을 2024년 노벨위원회에서는 높이 평가한 것이다.

전세계에 코딩 교육의 열풍을 일으킨 MIT 미디어랩의 미첼 레즈닉 소장은 “평생유치원”이라는 저서를 통해 창의적 학습의 비밀을 4가지 제시하였다. 첫째는 지속적으로 궁리하고 목표를 검토하고 새로운 경로를 탐색하고 가능성을 상상하는 과정을 놀이하듯이 반복하는 과정에 참 여 하는 것이다. 둘째는 배우고, 가르치고, 나누고, 돕는 활동, 즉 자신이 배운 것을 다른 사람을 위해 쓰는 마음을 배우는 것이다. 셋째는 실패에 대한 회복탄성력을 가지고 시도하고 커뮤니티의 다른 친구들의 도움을 받아 수정하고 개선하는 것을 멈추지 않는 열정이다. 마지막으로는 자신이 배운 것을 친구들과 공유하는 마음이다. 둘째와 넷째가 유사할 것 같은데, 둘째는 다른 사람을 돕는 과정이라면 넷째는 정보의 공유라는 점에 더 초점을 둔다. 이러한 4가지 전략은 끊임없이 반복되는 과정을 놀이로 즐기는 것, 다른 사람을 위해 베풂을 배우는 인성을 가지는 것, 실패에 대한 회복탄성력을 가지는 것, 그리고 함께 할 수 있는 친구를 가지는 것으로 정리할 수 있다.

놀이와 공부를 이분법적으로 구분하는 사고는 근대적 사고이다. 현대는 이러한 이분법적 사고를 해체하고 개 성, 자율성, 다양성, 대중성을 받아들이면서 노는 것과 배움을 구분하지 않는다.

교육학자였던 피아제는 ‘놀이는 아이에게 일이다.’라고 말했고, 비고스키는 ‘놀이는 아이들이 자신의 한계를 넘 을 수 있게 한다.’고 말했다. 놀다가 자신의 한계를 시험하면서 다치는 아이들은 있어도 공부하다가 다치는 아이 들은 없다. 공부는 한계를 뛰어넘는 것이 아니라, 주어진 능력 안에서 실수를 하지 않는 연습을 하도록 제한하기 때문이다.

노는 것은 기술, 사람, 환경과의 상호작용에서 끊임없이 새로운 것을 만들어내는 과정이다. 그래서 환경이 똑같고 함께 하는 친구가 같아도 똑같은 상황이 반복되는 놀이는 없다. 늘 새롭게 창조되는 힘이 있다. 노는 것의 본질은 호기심이자 상상력이다. 그리고 주어진 여건에서 다양한 실험의 조합으로 나오는 산물이다.

3. 공부하는 이유

우리가 학생들에게 바로 써먹을 수 있는 단편적 지식을 수용하는 교육만을 강조하면 학생들의 대뇌는 단순 지식 암기 훈련이 익숙해지면서 성장을 멈추고 산업체에서 요구하는 경직된 사고만 하도록 위축된다. 우리가 공부하는 이유는 공부를 수단으로 삼아 더 좋은 직장이나 기회를 얻기 위해서가 아니라, 공부하는 과정에서 자신의 내적 성장을 통해 진정한 자아를 알아가고 세상의 이치를 깨닫기 위해서이다. 가끔 제자 중에 왜 석사과정이나 박사과정의 공부를 해야 하는지 물어보는 경우가 있다. 나는 “예전에는 학위가 있으면 좋은 곳에 취직할 수 있었지만, 지금은 그런 수단으로 공부하는 것은 바람직하지 않다. 하지만 공부를 하다 보면, 내가 세상을 바라보는 관점이 달라지면서 내가 변화하는 것을 느끼게 되는데, 그 것이 공부하는 진정한 목적이다.”라고 이야기해준다. 나의 경우, 공부를 시작할 때에는 비판적이고 논리적인 사고를 하고 객관적으로 뛰어난 실력을 갖추는 것이 중요 하다고 생각했다. 하지만 그러한 생각은 세상에 많은 적들을 만들었고 나는 그러한 현상이 그들의 탓이라고 생각했다. 학문이 성숙해지면서 나는 사람들이 이성적으로 행동하는 것이 아니라 감정적으로 먼저 결정하고 나서 이 성적으로 그 결정에 대한 합리적인 이유를 찾는다는 것을 깨닫게 되었다. 그때 내가 배운 것은, 객관적 우열의 차이가 중요한 것이 아니라 나와 다름을 수용하고 교류하는 역량이 더 중요하다는 것이다. 내가 대한화학회의 다양한 활동에 열정적으로 참여하는 이유는 이 때문이다. 34년간 화학을 연구하면서 화학결합이론, 화학평형, 전해질, 산성 문제 등 뛰어난 발견으로 5명의 제자가 노벨화학상을 받으며, 버클리 대학을 세계적인 화학 연구의 중심지로 키웠던 길버트 루이스 교수는 화학의 아버지로 불릴 만큼 유명했지만, 정작 자신은 노벨상을 받지 못했다. 뛰어난 연구 역량에도 불구하고 매번 노벨위원회에서 몇 사람들의 반대에 부딪혔기 때문이다. 그의 가장 큰 약점은 다른 사람의 어리석음을 참지 못한다는 것 이었다. 그래서 학생과 동료들은 루이스에게 잘못을 지적받지 않으려고 늘 조심했다. 나이가 들어도 늘 실험실 에서 연구를 하던 그는 자신이 생각하기에 어리석은 화학자가 노벨상 수상 소식을 전하러 방문한 날 오후에 실 험실에서 시안화물 실험을 하다가 사망하였다. 그는 시약을 다루는 솜씨가 뛰어났기 때문에 일부 사람들은 그가 자살한 것이 아닐까 생각했다.

변인의 최소필요조건화라는 의미의 미네코바는 세상을 사는 이치를 파악하는데 도움을 준다. 모든 것을 갖춘 사람이라고 해도 다른 사람의 어리석음을 참지 못하는 단 하나의 어리석음으로 인해 루이스는 다른 모든 능력에 대한 평가를 제대로 받지 못한 것이다. 우리가 공부하는 이유는 이러한 어리석음을 깨닫고, 다른 사람과 교류하면서 함께 더 멀리 갈 수 있는 일들을 도모하는 역량을 기르기 위해서가 아닐까 생각한다. 그런 점에서 학교 공부도 역시 객관적인 실력을 측정하는 데에 에너지를 쏟기 보다는 학생들이 자신의 부족한 점을 깨닫고, 다른 사람 과 함께 더 좋은 성과를 낼 수 있는 역량을 길러주는 것 에 초점을 두어야 한다고 생각한다. 하지만 이렇게 공부의 목표를 바꾸게 되면, 외부에서 오는 다양한 압력, 예 를 들면 학부모의 항의나 학생의 불만 등에 대한 대처 능력이 있어야 한다. 이러한 항의는 대부분 객관적 실력이 세상에서 가장 중요하고, 객관적 실력은 측정할 수 있다 는 생각으로부터 나온다. 이러한 생각에서 오는 압력을 이기고 대처할 능력이 없는 교육자는 학생들의 공부 목 표를 바꿀 용기도 없다. 하지만, 학생들이 미래 시대를 살 아가는 데 필요한 지식이 무엇인지 고민한다면, 우리는 조금 더 용기를 내어 공부의 방향을 바꾸기 위해 노력을 해야 한다.

4. 팅커링

팅커링은 원하지 않는 결과를 얻었을 때, 이리저리 궁리 해 보는 탐구의 기회를 가지는 것을 말한다. 대부분의 사람은 이러한 상황을 원하지 않는다. 하지만 인생을 살다 보면 이러한 상황에 부딪히는 경험을 피할 수 없다. 피할 수 없다면 즐기라는 속담처럼 원하지 않는 결과를 만났을 때, 이 문제를 해결하기 위해 새로운 방안을 상상하고, 만들어보고, 즐기면서 그 결과를 공유하고 다시 생각하고 만 들어보는 과정은 어렵지만 즐겨야 한다. 이러한 어려운 과제를 푸는 과정을 즐길 수 있는 역량이 팅커링이다. 팅커링은 무엇인가 새로운 것을 만들어 낼 때 사용하는 가치로운 전략이며, 이 과정에서 효율성 대신 창의성과 민첩 성을 얻게 된다. 팅커링은 거창한 계획과 실행을 통한 대박을 기대하는 것이 아니라, 작게 시작하고 간단하게 아이디어를 시행해보고, 구불구불 돌아가는 길을 선택하면 서 기대하지 않았던 행운을 만나는 과정이다. MIT 미디어랩의 조이이토 이사는“모든 것을 계획하면 당신에게 는 행운이 따르지 않는다.”라는 말로 팅커링을 소개하였다. 계획에는 예상되는 결과에 대한 기대가 있지만, 팅커링 과정에서는 기대하지 못한 행운이 있다는 의미이다. 노벨상에 버금하는 필즈상 수상자인 허준이 교수도 “100일 중 99일은 허탕을 친다.”라고 표현하면서, 그러한 허탕은 시간 낭비가 아니라 의미있는 성장의 과정이라고 말했다. 우리는 가장 빠르고 효율적으로 어떤 일을 완수하려고 하지만, 공부하는 과정에서는 팅커링을 통해 많은 경험을 쌓는 것이 더 가치 있다는 것을 이해하는 것도 중요하다.“너는 왜 그렇게 쓸데없는 일만 하니?”라고 생각하기보다, 내가 보기에는 쓸모없는 일처럼 보이지만 그 일에 매달리는 사람의 열정을 이해하려고 노력하는 것이 더 의미있는 태도라고 생각한다.

5. 노벨상과 필즈상 수상자의 특징

스웨덴의 화학자로 1903년 이온이라는 개념을 창안하여 노벨화학상을 받은 아레니우스는 그 당시 전통적인 화학자의 관심과 다르게 어떤 물질은 물에 녹으면 전류가 흐르는 성질이 나타나는 것에 관심을 가졌다. 하지만 전류 현상은 화학이 아닌 물리나 공학적 개념으로 그 당시 화학자들은 이러한 물질의 특성에 관심을 가지지 않았기 때문에, 지도교수도 그의 연구 관심을 다른 방향으로 바꾸도록 요청하였다. 그러나 아레니우스는 자신의 호기심을 해결하기 위해 물리학자, 공학자들과 교류하면서 그 당시 물질의 기본 입자는 중성이라는 생각을 깨고 전하를 띤 가장 작은 입자의 존재를 주장하게 되면서 이온이라는 모델을 제안하였다. 그는 자신과 다른 분야의 전문가들과의 교류를 통해 물질의 이온화도, 산염기 물질의 특성을 나타내는 이온, 강전해질과 약전해질이라는 개념 등을 창안하면서 화학의 발전에 큰 기여를 하게 되었다.

러시아 과학자로 1977년 노벨화학상을 받은 일리아 프리고진은 ‘구조, 안정과 변동의 열역학’, ‘혼돈에서 질서’등의 연구를 통해 뉴턴부터 이루어진 고전 과학의 사고를 깨고 비평형 불안정성을 전제로 한 연구를 시도하였다. 그리고 다양한 연구자들과 함께 자신의 연구를 사회학, 생물학, 경제학, 도시계획 등 다양한 분야에 폭넓게 적용하면서 “과학의 창의성은 예술의 창의성과 동일하다.”고 주장하였다. 그는 “과학자가 하는 일은 본질적으로 작가나 예술가가 하는 일과 동일하며, 과학자가 한 일은 절대적 진실 이라고 믿는 것은 미신을 믿는 것과 같다.”고 하였다. 과학자들이 연구를 통해 자료를 얻는 것도 중요하지만 그것만이 과학이 아니라, 그 자료로부터 창의적인 주장과 모델을 만들어 내는 것이 과학자의 중요한 일이라는 것을 강조한 것이다. 그래서 연구 자료는 과학자가 직접 얻지 않고 대학원생이나 다른 사람으로부터 얻을 수도 있지만, 그렇다고 해서 자료를 제공한 대학원생이나 다른 사람까지 노벨상을 타는 것은 아니다. 예를 들어 왓슨과 크릭은 로절린느 프랭클린이 찍은 DNA 사진을 보고 이중나선구조 를 제안하여 노벨상을 받았지만 프랭클린은 함께 노벨상 을 타지 못했다.

우리는 노벨상을 받을 정도로 뛰어난 과학적 발견은 불 변의 지식이라고 생각한다. 하지만 톰슨이 음극선 실험 현상을 설명하기 위해 창안한 푸딩 모형의 원자 구조는 그의 제자인 러더퍼드가 금박 실험을 증명하기 위해 원자핵의 존재를 주장하면서 깨어졌다. 그렇다고 해서 노벨위원 회가 톰슨의 노벨상을 회수하지는 않았다. 그의 모델은 여전히 음극선 실험을 설명하는데 가치가 있기 때문이다. 과 학지식은 틀리고 맞는 것이 아니라, 얼마나 자연 현상을 잘 설명하는가에 의해 존재의 가치가 있다는 것을 알아야 한다. 그것이 바로 창의적 사고이다.

창의적 사고를 하는 과정에서 다양한 혼란스러운 상황 에 부딪치게 되지만, 이로부터 질서를 찾는 과정에서 과 학자들은 심미적 경험을 하게 된다. 이러한 내용을 소개한 책이 교육 철학자 존 듀이가 쓴 “경험으로서 예술”이다. 그는 배움의 과정에서 정답을 찾아야 한다고 생각하지 말고, 혼란스러움 속에서 질서를 찾는 과정을 즐겨야 한다고 이야기하면서, 창의적인 과학자들과 예술가들은 혼란으로부터 오는 저항과 긴장을 피하지 않고 즐긴다고 하였다. 그러나 우리는 이러한 혼란과 긴장을 견디지 못 하고 빨리 정답을 찾기 위해 노력을 하면서 스스로 창의 적 사고를 만들어내는 과정에서 벗어나려고 한다. 이 때문에 우리나라 학생들은 정답을 찾는 것에는 훈련이 잘되어 있지만, 스스로 자신의 생각을 만들고 다듬고 의미를 찾아가는 것에는 서툴다.

노벨문학상을 받은 한강의 작품이 가지는 공통점 중 하나는 한국 역사의 아픈 기억과 치유안 된 상처를 통해 모순 속에서 살아갈 수 밖에 없는 응어리를 문학적으로 표출한 것이다. 이러한 과정에서 그녀는 창의적인 작품을 만들면서 인간의 삶에 대한 심미감을 지각하고 모험심을 가지면서 새로운 발견을 위해 오랜시간 견디며 노력한 것이다. 문학 작품이나 과학적 성과는 모두 이러한 과정을 통해 만들어진다는 공통점을 가진다.

필즈상을 받은 허준이 교수는 대학교 4학년 때 만난 필즈상 수상자인 일본인 히로나카 교수의 영향을 받아 늦은 나이에 수학자의 길을 선택했다. 그러나 그는 젊은 수학 자에게만 수여하는 필즈상을 받았다. 수학자로서 시작은 늦었지만 성장은 무섭게 빨랐던 것이다. 그는 서울대학교 학위수여식 축사를 통해 “나는 중고등학교 때 시인이 되고 싶었지만, 너무 어려워서 포기하고 그 다음으로 좋아하는 과학을 선택했지만, 결국 좋은 선생님을 만나 수학을 공부했어요. 그런데 수학도 알고 보니 세상을 표현하는 하나의 언어입니다. 시인도 마찬가지입니다.”라고 말하면서 결국 그가 돌고 돌아서 세상을 표현하는 시인으로 자신의 길을 찾았음을 이야기했다. 그의 삶이야말로 팅커링으로 대변할 수 있을 것이다. 축사 마무리에서 허준이 교수는 “무례와 혐오와 경쟁과 분열과 비교와 나태와 허무의 달콤함에 길들지 말길, 의미와 무의미의 온갖 폭력을 이겨내고 하루하루를 온전히 경험하길, 그 끝에서 오래 기다리고 있는 낯선 나를 아무 아쉬움없이 맞이하길 바 란다.”라고 아름다운 시와 같은 축사를 마무리했다.

그는 “소중한 학창 시절을 공부하는데 사용하는 것이 아니라 평가받는데 사용한다는 것이 문제이다.”라고 말하면 서, 학생들이 이러한 교육 현실에 주눅 들지 말고 실수 없이 빨리 문제를 푸는 것보다 마음이 이끄는 대로 폭넓은 공부를 하도록 격려해야 한다고 말했다. 그는 사회에서 평 가받으면서 정말 자신이 좋아하는 일이 아니라 다른 사람 보기에 좋다고 하는 일을 따라가려고 애쓰는 것이 잘못되었다고 말하면서, 그런 삶을 살다 보면 결국 내가 무엇을 좋아하는지 모르는 사람이 된다고 경고하였다. 그는 남이 나에게 기대하는 것에 부응해서 살지 말고, 내가 누구인지 치열하게 고민하고 스스로 자아를 찾아가는 삶 자체를 즐기는 것이 진정한 행복이라고 말하였다. 그는 자신이 어떤 것에 흥미를 느끼고 좋아한다는 것 자체가 매우 큰 자 산이며, 그러한 즐거움은 다른 사람에 의해 훼손되기 쉬우므로 그 가치를 인식하고 안전하게 보호할 필요가 있다 고 하였다. 그리고 학생들에게 마음과 흥미가 이끄는 대 로 거침없이 배울 수 있는 환경을 만들어주어야 한다고 말 했다.

마무리

화학을 왜 배우는가? 화학은 세상의 다양한 물질과 그 변화를 이해하는 너무나 아름다운 학문이기 때문이다. 물리, 화학, 생물, 지구과학 중에 생물과 지구과학은 우리가 자유롭게 통제하면서 그 변화를 관찰하기 어렵고, 물리는 너무나 무미건조하다. 화학이야말로 인류에게 꼭 필요한 많은 물질을 창조해 내고 세상을 바꾼다. 이러한 기초 학문을 어렸을 때 배우고, 나이가 들면 이를 응용하는 학문으로 나아가고, 그리고 마지막에는 세상을 이해하기 위한 인문학적 성찰의 길을 걸어가는 학자로서 성장하는 것이 매력적인 진로의 길이 아닐까 생각한다. 돈과 취업을 위해 학생들이 의대나 공대로 진로를 선택하도록 강요하는 사회적 압박을 지켜보기보다는, 학생들에게 화학의 매력을 알려주어 화학에 흥미를 느끼고 좋아할 기회를 주어야 한다. 그래서 만약 학생들이 화학에 흥미를 느끼고 좋아한다면 용기 있게 화학을 선택하도록 돕는 것이 우리가 해야 할 중요한 일이라고 생각한다.

참고문헌

1. 미첼 레즈닉 지음, 최두환 옮김(2017). 미첼 레즈닉의 평생 유치원. 다산사이언 스 출판사.

2. 존 듀이 지음, 박철홍 옮김(2016). 경험으로서 예술 1, 2. 나남 출판사.

3. https://m.dongascience.com/news.php?idx=67835(검색일: 2025년 1월 10일)

4. https://namu.wiki/w/%ED%97%88%EC%A4%80%EC%9D%B4(검색일: 2025년 1월 10일)

5. https://maily.so/remem/posts/w6ov8jd9rk5(검색일: 2025년 1월 10일)