과학자 이야기 퀴즈 12문제 - 갈릴레이 망원경과 종교재판, 케플러 법칙, 라부아지에 질량 보존, 멘델 완두콩, 파스퇴르 저온살균, 코흐 세균설, 플레밍 페니실린, 로절린드 프랭클린과 DNA, 퀴리 부부, 파인만, 튜링, 우장춘

정답과 해설

1. 갈릴레오 갈릴레이에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 망원경을 직접 발명하지는 않았지만 성능을 크게 개량해 목성의 위성과 금성의 위상 변화를 관측했고, 1633년 재판에서 유죄 판결을 받은 뒤 사실상 가택연금 상태로 지냈다. 망원경 자체는 네덜란드의 안경 장인들이 먼저 만들었고, 갈릴레이는 그 소식을 듣고 배율을 크게 높인 기구를 만들어 하늘로 돌렸습니다. 그가 본 것은 울퉁불퉁한 달 표면, 목성 둘레를 도는 네 개의 위성, 달처럼 차고 기우는 금성이었고, 특히 금성의 위상 변화는 모든 천체가 지구를 돈다는 설명으로는 나오기 어려운 관측이었습니다. 지동설과 천동설을 대화 형식으로 견준 책이 문제가 되어 1633년 재판에서 유죄로 판단되자 그는 주장을 공개적으로 철회했고, 남은 생애를 자기 집에 머무르는 조건 아래 보내면서도 물체의 운동에 관한 연구를 정리해 냈습니다. 화형을 당했다는 이야기는 다른 인물의 사례와 뒤섞인 오해이고, 그래도 지구는 돈다는 말은 그가 죽은 뒤 한참 지나 전기 작가의 글에 등장한 일화입니다. 타원 궤도를 계산으로 밝힌 사람은 케플러, 만유인력으로 묶은 사람은 뉴턴입니다.
2. 케플러가 정리한 행성 운동의 법칙으로 맞는 것은? — 정답: 행성은 태양을 한 초점으로 하는 타원 궤도를 돌며, 태양에 가까울수록 빠르게 움직인다. 케플러는 튀코 브라헤가 오랜 세월 쌓은 관측 자료를 물려받아 계산했고, 화성의 위치가 원 궤도로는 끝내 맞지 않는다는 점에서 출발했습니다. 첫째 법칙은 궤도가 타원이고 태양이 두 초점 가운데 하나에 있다는 것, 둘째 법칙은 행성과 태양을 잇는 선이 같은 시간에 같은 넓이를 쓸고 지나간다는 것입니다. 둘째 법칙 때문에 태양에 가까울 때 더 빨리 움직이게 됩니다. 셋째 법칙은 공전 주기의 제곱이 궤도 긴반지름의 세제곱에 비례한다는 관계여서, 행성마다 주기가 다릅니다.
3. 라부아지에의 업적으로 맞는 것은? — 정답: 밀폐한 그릇 안에서 반응 전후의 무게를 재어 질량이 보존됨을 보이고, 연소를 산소와 결합하는 과정으로 설명했다. 18세기 후반까지는 물질이 탈 때 플로지스톤이라는 것이 빠져나간다는 설명이 널리 받아들여졌습니다. 라부아지에는 저울을 앞세워 반응 전후의 무게를 꼼꼼히 재는 방식으로 접근했고, 금속이 타면 오히려 무거워진다는 사실을 공기 중 산소와 결합하기 때문으로 설명했습니다. 닫힌 계에서 전체 질량이 변하지 않는다는 결론이 여기서 나왔습니다. 원자설은 돌턴, 주기율표는 멘델레예프의 작업으로 서로 다른 사람의 몫입니다.
4. 멘델의 완두콩 실험에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 여러 세대에 걸쳐 형질이 나타나는 비율을 세어, 유전되는 요소가 섞여 묽어지지 않고 낱낱이 전해진다는 점을 보였다. 멘델이 고른 완두콩은 씨의 모양이나 꽃의 색처럼 두 갈래로 뚜렷이 갈리는 형질이 많고 한 세대가 짧아 세어 보기에 알맞았습니다. 잡종 1세대에서 한쪽 형질만 나타났다가 다음 세대에서 숨어 있던 형질이 일정한 비율로 다시 나오는 결과는, 부모의 성질이 물감처럼 섞인다는 당시 통념으로는 설명되지 않았습니다. 다만 그의 논문은 1866년에 나온 뒤 오래 묻혀 있다가 20세기 초 여러 연구자에 의해 다시 발견되었고, 유전물질이 DNA라는 사실은 훨씬 뒤에 밝혀졌습니다.
5. 파스퇴르의 업적으로 맞는 것은? — 정답: 목이 굽은 플라스크 실험으로 미생물이 저절로 생기지 않음을 보였고, 술과 우유가 상하지 않게 하는 가열법과 광견병 백신을 내놓았다. 파스퇴르는 목을 길게 구부린 플라스크에 끓인 액체를 담아 두면 공기는 드나들어도 먼지 속 미생물이 들어가지 못해 상하지 않는다는 것을 보여, 생물이 저절로 생겨난다는 주장을 무너뜨렸습니다. 술이 시어지는 원인을 미생물로 짚어 낸 뒤 끓이지 않고 낮은 온도에서 일정 시간 데우는 방법을 제시했고, 이 방식은 지금도 우유 처리에 쓰입니다. 다만 사람에게 백신을 처음 쓴 것은 우두를 이용한 제너였고, 결핵균을 찾은 사람은 코흐, 수술 소독을 도입한 사람은 리스터입니다.
6. 로베르트 코흐에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 탄저균과 결핵균을 찾아내고, 어떤 미생물이 어떤 병의 원인이라고 말하려면 무엇을 확인해야 하는지를 조건으로 정리했다. 코흐는 특정 세균이 특정 병을 일으킨다는 주장을 증명하려면 어떤 절차를 밟아야 하는지를 조건으로 묶어 두었습니다. 병든 개체에서 그 미생물이 늘 발견될 것, 순수하게 배양할 수 있을 것, 건강한 개체에 넣으면 같은 병이 생길 것, 거기서 같은 미생물을 다시 얻을 것이 뼈대입니다. 그는 이 방식으로 탄저균과 결핵균, 콜레라균 연구를 이어 갔고 결핵균 발견으로 노벨 생리의학상을 받았습니다. 나쁜 공기가 병을 일으킨다는 설명은 세균설이 자리 잡으면서 밀려났습니다.
7. 플레밍의 페니실린 발견에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 배양접시에 우연히 자란 푸른곰팡이 둘레에서 세균이 자라지 못한 것을 보고 알아냈으며, 약으로 쓸 만큼 뽑아내는 일은 다른 연구자들이 해냈다. 1928년 플레밍은 휴가를 다녀온 뒤 정리하지 않고 둔 배양접시에서 곰팡이가 자란 자리 둘레만 세균이 없어진 것을 발견했습니다. 다만 그가 얻은 물질은 양이 적고 불안정해서 치료제로 쓰기 어려웠고, 이를 정제하고 대량으로 만드는 방법을 찾아낸 것은 옥스퍼드의 플로리와 체인 연구진이었습니다. 그래서 실제 치료에 널리 쓰인 시기는 제2차 세계대전 무렵이며, 세 사람은 1945년 노벨 생리의학상을 함께 받았습니다. 흙 속 세균에서 얻은 항생제로는 스트렙토마이신이 있습니다.
8. DNA의 이중나선 구조가 밝혀지는 과정에서 로절린드 프랭클린의 역할은? — 정답: X선을 쪼여 얻은 회절 사진으로 나선 구조를 보여 주는 결정적인 자료를 만들었고, 그 자료가 왓슨과 크릭의 모형 제작에 쓰였다. 프랭클린은 킹스칼리지 런던에서 DNA 섬유에 X선을 쪼여 회절 무늬를 찍는 작업을 했고, 이른바 51번 사진은 분자가 나선 형태임을 강하게 시사했습니다. 이 사진과 관련 자료가 본인의 충분한 동의 없이 왓슨과 크릭에게 전해진 것으로 알려져 있으며, 두 사람은 이를 바탕으로 1953년 모형을 발표했습니다. 프랭클린은 1958년에 세상을 떠났고 노벨상은 살아 있는 사람에게만 주기 때문에 1962년 수상자 명단에는 왓슨과 크릭, 윌킨스가 올랐습니다. DNA가 유전물질임을 보인 실험은 에이버리 연구진과 허시·체이스의 몫입니다.
9. 마리 퀴리에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 남편 피에르와 함께 폴로늄과 라듐을 찾아냈고, 물리학상과 화학상을 각각 받아 서로 다른 두 분야에서 노벨상을 받은 사람이 되었다. 우라늄에서 나오는 방사선을 처음 알아챈 사람은 베크렐이고, 퀴리 부부는 그 현상을 파고들어 광석 속에 더 강한 방사선을 내는 물질이 있다고 보고 폴로늄과 라듐을 분리해 냈습니다. 1903년 물리학상은 베크렐과 퀴리 부부가 함께 받았고, 1911년 화학상은 마리 퀴리가 단독으로 받았습니다. 서로 다른 두 과학 분야에서 노벨상을 받은 사람은 지금까지도 드뭅니다. 핵분열의 확인은 한 세대 뒤 한과 슈트라스만의 실험과 마이트너의 해석으로 이루어졌습니다.
10. 물리학자 리처드 파인만에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 빛과 전자의 상호작용을 다루는 이론으로 노벨상을 받았고, 복잡한 계산을 그림으로 나타내는 방식을 널리 퍼뜨렸다. 파인만은 양자전기역학을 정리한 공로로 1965년 노벨 물리학상을 슈윙거, 도모나가와 함께 받았습니다. 입자들이 주고받는 상호작용을 선과 꼭짓점으로 그려 계산으로 옮기는 방식은 그의 이름을 달고 지금도 교과서에 실려 있습니다. 강연과 글솜씨로도 알려져 있고, 1986년 우주왕복선 챌린저호 사고 조사에 참여해 고무 부품을 얼음물에 담가 보이며 저온에서 탄력을 잃는다는 점을 짚은 장면이 유명합니다. 상대성이론은 아인슈타인, 전자 발견은 톰슨, 우주 팽창의 관측은 허블과 관련됩니다.
11. 앨런 튜링에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 계산이라는 행위를 수학적으로 정의한 가상의 기계를 제안했고, 제2차 세계대전 중 독일군 암호 해독에 참여했다. 튜링은 1936년 논문에서 테이프에 기호를 읽고 쓰는 단순한 장치를 상상해, 무엇이 계산 가능한 문제인지를 따질 수 있는 틀을 만들었습니다. 전쟁 중에는 블레츨리 파크에서 독일군 암호 기계 에니그마의 통신을 풀어내는 작업에 참여했고, 이 성과는 오랫동안 기밀로 묶여 있었습니다. 기계가 사람처럼 생각한다고 할 수 있는지를 대화로 판별해 보자는 제안은 튜링 테스트라는 이름으로 남았습니다. 통신 규약과 트랜지스터, 개인용 컴퓨터는 모두 다른 사람들의 작업입니다.
12. 육종학자 우장춘에 대한 설명으로 맞는 것은? — 정답: 배추속 작물들 사이의 관계를 실험으로 밝힌 연구로 알려졌고, 광복 후 귀국해 우리 실정에 맞는 채소 종자를 기르는 일에 힘썼다. 우장춘은 배추와 양배추, 유채 같은 작물들이 어떤 관계로 이어져 있는지를 교배 실험으로 정리해 국제 학계에 이름을 알렸습니다. 광복 뒤 한국으로 건너와 종자를 대부분 수입에 기대던 상황에서 배추와 무 같은 채소의 우량 종자를 길러 내고 감귤과 감자 재배를 살피는 일에 매달렸습니다. 씨 없는 수박은 일본의 기하라 히토시가 먼저 만든 것으로, 우장춘은 육종이 무엇을 할 수 있는지 보여 주려고 이를 국내에서 재배해 선보인 쪽에 가깝습니다. 통일벼는 1970년대에 여러 연구진이 함께 이룬 성과입니다.

하늘을 본 사람과 계산한 사람

갈릴레이는 망원경을 발명한 것이 아니라 성능을 크게 높여 하늘로 돌렸고, 달 표면의 요철과 목성의 위성 넷, 금성의 위상 변화를 관측했습니다. 1633년 재판에서는 유죄 판결을 받고 주장을 철회한 뒤 사실상 가택연금 상태로 지냈으며, 그래도 지구는 돈다는 말은 후대의 글에 처음 등장하는 일화입니다. 케플러는 튀코 브라헤의 관측 자료로 계산해 궤도가 타원이며 태양이 두 초점 중 하나라는 것, 태양에 가까울수록 빠르다는 것, 주기의 제곱이 궤도 크기의 세제곱에 비례한다는 것을 정리했습니다.

보이지 않는 것을 다룬 사람들

라부아지에는 저울로 반응 전후를 재어 질량이 보존됨을 보이고 연소를 산소와의 결합으로 설명해 플로지스톤설을 밀어냈습니다. 멘델은 완두콩의 형질이 나타나는 비율을 세어 유전 요소가 섞여 묽어지지 않음을 보였으나 논문은 오래 묻혀 있다가 20세기 초에 재발견되었습니다. 파스퇴르는 목이 굽은 플라스크로 자연발생설을 무너뜨리고 저온살균법과 광견병 백신을 내놓았고, 코흐는 탄저균과 결핵균을 찾아내며 어떤 미생물이 어떤 병의 원인인지 판단하는 조건을 정리했습니다. 사람에게 처음 백신을 쓴 사람은 제너입니다.

20세기의 이름들

플레밍은 배양접시의 푸른곰팡이 둘레에서 세균이 자라지 못한 것을 보고 페니실린을 발견했지만, 약으로 만든 것은 플로리와 체인 연구진이었습니다. 로절린드 프랭클린의 X선 회절 사진은 이중나선 구조의 결정적 근거가 되었으나 1958년에 세상을 떠나 1962년 노벨상 명단에는 오르지 못했습니다. 마리 퀴리는 남편 피에르와 폴로늄·라듐을 찾아냈고 물리학상과 화학상을 각각 받았습니다. 파인만은 양자전기역학으로 노벨상을 받고 챌린저호 조사에서 저온의 고무 부품 문제를 짚었으며, 튜링은 계산을 수학적으로 정의하고 에니그마 해독에 참여했습니다. 우장춘은 배추속 작물의 관계를 밝힌 연구와 국내 채소 종자 육성으로 알려져 있고, 씨 없는 수박을 처음 만든 사람은 아닙니다.

자주 묻는 질문