과학의 눈

* 망원경으로 달의 크레이터를 관찰하고 그린 갈릴레오의 달 그림

* 병사들의 사망률을 극적으로 낮춘 나이팅게일의 원그래프

* 우주가 팽창하고 있다는 증거를 최초로 제시한 허블의 선그래프

* 지구 온난화 실태를 한눈에 보여 주는 온난화 줄무늬

* 코로나19의 원인을 밝힌 SARS-CoV-2의 주사전자현미경 사진

* 복잡한 뇌 구조를 개별 뉴런 수준까지 매핑하려는 트랙토그램

백 마디 설명보다 명확하고 설득력 높은 ‘시각화’의 힘

과학 발전을 이끈 기념비적인 시각화 자료를 한 권에 담아내다!

1911년, 〈뉴욕이브닝저널〉의 편집자 아서 브리즈번은 광고주들의 모임에서 다음과 같이 조언했다. “사진을 이용하세요. 천 마디 말의 가치가 있습니다.” 우리는 이 말에 익숙할뿐더러 광고 이미지들에 시달리고 있다. 그 이미지들은 우리의 두뇌에 스며들어 말보다 더 효과적이고 즉각적으로 욕망을 불러일으킨다. 이미지가 그토록 강력한 이유 중 하나는 이미지에 포함된 정보가 ‘병렬적으로’ 동시에 전달되기 때문일 것이다. 반면에 말이나 글이 통하려면 단어가 차례대로 전달되고 소비되어야 한다. 이미지에는 색상, 형태, 물체 사이의 거리, 물체의 집합, 얼굴의 표정과 몸의 자세, 움직임, 장소의 분위기 등 많은 세부 정보를 담을 수 있다. 우리 뇌는 이 모든 것을 놀랍도록 빠르게 해석한다. 광고에서 이미지가 특별한 힘을 발휘하듯 과학에서도 그렇다. 《과학의 눈》은 150가지 이상의 예시를 통해 과학에서 이미지가 얼마나 중요하고 어떻게 활용되는지 보여 준다.

보이지 않는 것을 보이게 만들기

“현실의 99.9%는 인간의 감각으로 인지할 수 없기 때문에 이미지의 도움이 중요하다.” 건축가이자 발명가, 미래학자인 버크민스터 풀러가 한 말이다. 이 세계에는 우리 눈에 보이는 것보다 훨씬 더 많은 것이 존재한다. 공기는 미세한 먼지 입자와 물방울로 가득하고, 무수한 원자와 분자로 이루어져 있으며, 대부분은 제트기보다 빠르게 이동한다. 가시 스펙트럼 너머의 복사선은 빛의 속도로 지나가고, 지구 밖에서 온 입자들은 뜨거운 칼이 버터를 자르는 것보다 더 쉽게 우리 몸을 통과한다. 전기장과 자기장이 우주의 모든 공간을 가득 채우고 있으며, 무수히 많은 과정이 너무 빨리 일어나서 우리가 인지할 수 없고, 반대로 너무 느리게 일어나서 알아차리지 못하기도 한다. 일반적으로 눈에 보이지 않는 사물을 이미지로 나타내려면 현미경, 망원경, 적외선이나 고속 카메라 등 애초에 사물을 볼 수 있게 해 주는 기술이 필요하다. 이런 기술로 만들어 낸 이미지는 보이지 않는 것을 보여 줌으로써 과학적 이해를 돕는다.

데이터, 정보, 지식 그리고 시각화

과학은 우리가 사는 세계에 대한 지식을 탐구하는 학문이다. ‘지식’은 가설을 세우고 검증함으로써 얻을 수 있다. 가설을 세우려면 ‘정보’가 필요하고, 정보를 생산하고 가설을 검증하기 위해서는 ‘데이터’가 필요하다. 데이터는 대개 숫자로 이루어져 있는데, 그 자체로는 별 의미가 없다. 데이터를 이해하고, 정보를 전달하고, 지식을 전수하려면 그것을 ‘시각화’해야 한다. 그래서 모든 분야의 과학자들이 데이터를 분석하는 데서 그치지 않고 동료 및 대중과 공유하기 위해 명확하고 매력적인 시각 자료를 만드는 일을 일상적으로 하고 있다. 오늘날 거의 모든 과학 논문에는 데이터를 해석한 이미지를 함께 싣는다.

수학 모델과 시뮬레이션

갈릴레오 갈릴레이는 우주를 “수학의 언어로 쓰인 위대한 책”이라고 표현했다. 과학에서 수학은 단순히 데이터를 수집하고 분석하는 일 이상으로 중요한 역할을 한다. 과학자들은 물체와 시스템의 거동을 설명하고 예측하기 위해 대수를 이용하는데, 대수 방정식으로 현실 세계에서 일어나는 현상을 모델링할 수 있다. 지금과 같은 컴퓨팅 시대에는 초기 조건을 다양하게 적용해 수학 모델을 구현함으로써 현실 세계를 시뮬레이션해 볼 수 있다. 컴퓨터 시뮬레이션은 현실 세계와 비교할 수 있게끔 결과를 예측해 주므로 과학자들은 이를 통해 가설을 검증할 수 있다. 중요한 것은 과학자들이 수학 모델의 출력값이나 시뮬레이션 결과를 시각화해 동료 과학자들뿐 아니라 더 많은 대중이 정보에 접근할 수 있게 한다는 점이다.

과학 속의 예술

과학자가 아이디어를 구체화하면서 끼적인 낙서부터 연구 결과를 폭넓게 전달하기 위해 제작한 애니메이션까지, 과학에서 예술의 역할은 무척 다양하다. 어떤 예술가들은 과학자들과 협력해 먼 과거의 광경이나 심우주의 물체 등 우리 눈으로 볼 수 없는 대상에 관한 정보가 담긴 장면을 만들어 내기도 한다. 이렇게 표현된 창작물은 복잡한 주제를 이해하기 쉽게 만들어 더 많은 대중에게 과학 지식을 전달해 준다. 때로 예술가들은 과학적 아이디어를 더욱 추상적으로 표현함으로써 지식 전달을 넘어 감동을 불러일으키기도 한다. 예술가와의 협업으로 과학자는 자신의 연구를 명확하게 보여 줄 수 있고, 과학이 가져다주는 새로운 통찰은 예술가에게 풍성한 영감을 준다. 과학과 예술의 협업은 학문의 경향이 STEM(과학, 기술, 공학, 수학의 융합)에서 STEAM(예술을 뜻하는 A까지 포함)으로 변화함에 따라 점점 더 보편화하고 있다.

《과학의 눈》은 다양한 분야의 과학 지식을 복잡하게 설명하는 대신 한 장의 이미지로 함축해 눈앞에 대령하는 책이다. 책장을 넘길 때마다 호기심을 자극하고 강렬한 인상을 남기는 이미지들의 향연이 펼쳐진다. ‘이런 사진은 대체 어떻게 찍었을까?’, ‘내 몸의 세포가 저렇게 생겼다고?’, ‘이 알쏭달쏭한 이미지의 정체는 뭐지?’ 하는 궁금증을 느끼며 각각의 설명을 읽어 나가다 보면 어떤 지점에서는 의문이 풀리고, 또 다른 지점에서는 그 분야를 좀 더 알아보고 싶은 의욕이 샘솟기도 할 것이다. 그리고 누구라도 과학의 매력에 빠져들 수밖에 없을 것이다. 

지은이 : 잭 챌로너 

어려운 과학 이론을 쉽고 재미있게 풀어 대중에게 전달하기를 좋아한다. 임페리얼칼리지런던(Imperial College London)에서 물리학을 전공하고 과학 및 수학 교사 과정을 이수했다. 런던 과학박물관의 교육 관련 부서에서 일하며 일반인을 위한 과학 교육에 관심을 기울이기 시작했다. 스코틀랜드 BBC의 과학 프로그램 제작에 참여했으며, 과학 전문 작가로 활동하면서 많은 책을 쓰고, 과학 커뮤니케이터로서 대중과 활발하게 소통하고 있다. 《원자》, 《세포》, 《물》, 《죽기 전에 꼭 알아야 할 세상을 바꾼 발명품 1001》 등 시각 자료가 풍부한 과학책을 다수 집필했다. 

옮긴이 : 변정현

학부에서는 전기전자공학을 전공했으며, 미국의 대학원에서는 의공학을 전공하고 돌아와 대학에서 공학 과목을 가르치고 있다. 오랫동안 공학에 빠져 살아온 공학 예찬론자이자 ‘뼈공학도’로, 추리소설을 읽으며 과학적 연관 논리를 즐기는 것이 취미다. 마크 미오도닉의 《흐르는 것들의 과학》을 우리말로 옮겼다.

시작하며: 보다, 보여 주다

1부 | 보이지 않는 것을 보이게 만들기

눈의 한계를 넘는 현미경과 망원경

정보를 포착하는 사진술과 전자현미경

가시 스펙트럼 너머의 세계

어디에나 있는 장과 입자

2부 | 데이터, 정보, 지식 그리고 시각화

데이터 시각화, 복잡한 수치를 이미지로

정보 전달, 실험실을 나와 대중에게로

지식 전수, 새로운 발견을 이끌다

3부 | 수학 모델과 시뮬레이션

현실 세계의 수학적 모델링

흐름을 예측하는 전산유체역학

4부 | 과학 속의 예술

영감을 주고받는 예술과 과학

시간 여행의 예술, 팔레오아트

무한한 가능성의 만남, 우주예술

옮긴이의 말

참고 자료

도판 저작권