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[Part V(21-25). 1880년 7월 3일 미국의 발명왕 토머스 에디슨이 창간한 유서깊은 과학전문지 美 사이언스지 2005년 7월 1일자 창간 125 주년 기념호에서, 인간이 풀지 못한 125개의 주요 문제(big questions) 중 앞으로 25년 안에 인간이 풀어 낼 ‘과학적 수수께끼 25개(25 Big Questions)' 선정, 이중 21-25번 문제 소개(The Top 25 Essays by our news staff on 25 big questions facing science over the next quarter-century. 21. 양자의 불확정성과 편재성(비국지성)을 설명할 심오한 법칙은 가능한가?(Do Deeper Principles Underlie Quantum Uncertainty and Nonlocality?), 22. 효과적인 에이즈 치료약이 나올까?(Is an Effective HIV Vaccine Feasible?), 23. 온실효과로 지구는 얼마나 더워질까?(How Hot Will the Greenhouse World Be?), 24. 값싼 석유 대체 에너지원은 무엇이며, 언제 등장할까?(What Can Replace Cheap Oil--and When?), 25. 질병·기아 등으로 인구증가가 자연 억제될 것이라던 맬서스의 이론은 틀렸나?(Will Malthus Continue to Be Wrong?)(07/Oct/2005)]

드넓은 우주에서부터 미세한 세포에 이르기까지 인류의 호기심과 궁금증을 자극하는 수수께끼들은 도처에 널려 있다. 그러나 인류탄생 이래 과학은 꾸준히 발전해왔지만, 우주의 신비를 벗겨내는 걸음은 느리기만 하다. 1880년 7월 3일 미국의 발명왕 토머스 에디슨이 창간한 유서 깊은 과학전문지 ‘사이언스(Science)’는 2005년 7월 1일 발간된 창간 125주년 기념호에서 ‘인류가 여전히 풀지 못한 수수께끼 125개’를 선정하여 이중 앞으로 25년 안에 인간이 풀어 낼 '과학적 수수께끼 25개(25 Big Questions)'를 선정 제시했다. 사이언스는 “이 수수께끼들은 과학이 얼마나 진전을 이뤘는지 보여주는 동시에 미래의 발견에 대한 동력이 되고 있다.”면서 “25년 안에 풀어낼 가능성이 있거나 그 해법에 대한 접근법을 제시할 수 있을 것”이라고 내다봤다. 오늘은 이 주요 내용을 살펴보는데 그간 배운 제 지식과 경험으로 이에 대한 답도 제시해보고자 한다. 어떤 것은 종교철학으로 접근하겠지만...물론 얼마나 맞을 지 모르겠지만...

이번 2005년 7월 1일자 사이언스지는 [Vol 309, Issue 5731] 호로 75페이지에서 102페이지에 걸쳐 25개의 Big Questions을 제시하고 있는데 이는 무료로 일반에게 공개되고 있다. 한번 들어가서 본 내용을 확인해보라. 이 25가지의 수수께끼를 푸는 사람들은 바로 노벨상 후보가 되기 때문이다. 총 Part I-V까지 5개씩 소개하고자 한다. 기대하시라!!!
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[목차]

[Part I]
 

[Part II]
 

[Part III]
 

[Part IV]
 

[Part V]
 

21. 양자의 불확정성과 편재성(비국지성)을 설명할 심오한 법칙은 가능한가?(Do Deeper Principles Underlie Quantum Uncertainty and Nonlocality?)

[요약] 여러분이 양자이론의 공식을 어떻게 보든 간에 양자이론은 아주 작은 미시 객체들로 하여금 직관적 지식을 무시하는 방법으로 행동하도록 한다는 것이다. 과학자들은 어느 날인가 아인쉬타인으로 하여금 "신은 주사위 놀이를 하지 않는다"라고 선언하게 한 이 양자이론의 불안을 뛰어 넘어 새로운 법칙을 찾기를 희망하고 있다(No matter how you look at the equations of quantum theory, they allow a tiny object to behave in ways that defy intuition. Scientists are hoping to someday get beyond the discomfort that led Einstein to declare that "[God] does not play dice.")

"양자역학은 매우 인상적이다."라고 Albert Einstein은 1926년에 이렇게 썼다. "그러나 내부에서 나오는 소리는 나에게 그 실체가 정말 실체가 아니라고 말을 한다." 양자이론이 수년간 성숙됨에 따라 이에 대한 소리들도 점점 조용해지고 있지만 사실은 조용한 것이 아니다. 양자이론의 칭송 아래에는 아직도 잔인한 웅성거림이 존재한다("Quantum mechanics is very impressive," Albert Einstein wrote in 1926. "But an inner voice tells me that it is not yet the real thing." As quantum theory matured over the years, that voice has gotten quieter--but it has not been silenced. There is a relentless murmur of confusion underneath the chorus of praise for quantum theory).

양자이론은 19세기 말에 태동하여 곧 현대물리학의 기둥이 되었다. 양자이론은 서술하기를, 믿을 수 없을 정도로 정확하고 기묘하며 직관에 반대되는 어조로 이들 미시세계의 행동을 서술한다. 즉, 미시세계의 원자와 전자들 그리고 극미세 세계의 원자핵 속에 존재하는 소미립자들을 서술한다. 그러나 이에 대한 성공은 고통의 댓가를 치루어왔다. 양자역학의 방정식은 잘 나가고 있으나 그러나 아직도 일반인들에게 상식적으로 다가서지는 못하고 있다(Quantum theory was born at the very end of the 19th century and soon became one of the pillars of modern physics. It describes, with incredible precision, the bizarre and counterintuitive behavior of the very small: atoms and electrons and other wee beasties of the submicroscopic world. But that success came with the price of discomfort. The equations of quantum mechanics work very well; they just don't seem to make sense).

여러분이 양자이론의 공식을 어떻게 보든 간에 양자이론은 아주 작은 미시 객체들로 하여금 직관적 지식을 무시하는 방법으로 행동하도록 한다는 것이다. 예를 들면 하나의 객체는 겹칠 수 있다(초위치, superposition)는 것이다. 즉 동시에 두 개의 배타적(排他的)인 속성을 갖는다. 이를 이산성(離散性) 또는 비연속성이라 한다. 따라서 양자이론의 수학은, 여러분들이 원자를 방해하지 않는 한, 그리고 원자를 관찰하지 않는 한(관찰하면 이는 인간의 오감중심적 관찰이므로 양자역학이 아니라 고전역학이 되어 이들 양자들은 연속성의 양립성(兩立性)이 되어 정지되어 보이게 된다), 하나의 원자는 거의 같은 거리에서 하나의 박스 왼쪽에 있을 수도 있고 오른 쪽에 있을 수도 있다. 그런데 여러분이 이들 왼쪽과 오른쪽에 있는 원자의 위치를 측정하려고 노력하면 이 때 초위치가 붕괴(collapse)되어 원자는 즉각적으로 왼쪽이던지 오른쪽이던지를 선택하게 된다(No matter how you look at the equations of quantum theory, they allow a tiny object to behave in ways that defy intuition. For example, such an object can be in "superposition": It can have two mutually exclusive properties at the same time. The mathematics of quantum theory says that an atom, for example, can be on the left side of a box and the right side of the box at the very same instant, as long as the atom is undisturbed and unobserved. But as soon as an observer opens the box and tries to spot where the atom is, the superposition collapses and the atom instantly "chooses" whether to be on the right or the left).

이 이론은 80년 전에 등장하였으나 오늘날에도 아직 확정적인 이론은 아니다. 그러므로 Erwin Schrodinger는 이를 반은 살아있고 반은 죽은 고양이로 표현했다. 이를 Schroedinger의 핵 고양이(Nuclear Cat)라 한다.  실제로 관찰하기 전까지는 고양이가 살아 있을 수도 있고 죽어 있을 수도 있다는 것이다. 확률은 50:50인 것이다. 왜냐하면 양자이론은 "존재(is)"의 의미를 변화 시키기 때문이다. 전통 세계에서는 하나의 객체는 고체적인 실제를 갖고 있다. 설사 가스의 구름층도 당구공같은 수많은 딱딱한 방울로 설명되어진다. 그리고 이들 고체적인 방울들은 정확한 위치와 속도를 갖고 있다. 그러므로 위치와 속도를 정확히 측정할 수 있다. 하지만 양자이론에서는 이들 고체적인 실제를 부정한다. 그 유명한 베르너 하이젠베르크의 불확정성의 원리(Uncertainty Principle)는 양자이론 수학에서 나온 것인데, 말하기를 사물의 위치와 운동량(질량 x 속도)은 너무 불안정하여, 위치를 정확히 측정하고자 하면 운동량을 측정할 수 없고, 운동량을 정확히 측정하고자 하면 이미 그 원자의 위치는 다른 곳에 있으므로 위치를 정확히 측정할 수 없다는 것이다. 따라서 그 한 가지의 측정 값은 정확한 값이 아니라는 것이다. 다시 말하면 양자역학에서는 일정한 상태에서 어떤 양을 측정하여도 일정한 값이 얻어진다고 할 수 없고, 단지 같은 상태에서 같은 측정을 많이 되풀이할 때 일정한 값이 얻어지는 확률이 나타날 뿐이다(This idea is almost as unsettling today as it was 80 years ago, when Erwin Schrodinger ridiculed superposition by describing a half living, half-dead cat. That is because quantum theory changes what the meaning of "is" is. In the classical world, an object has a solid reality: Even a cloud of gas is well described by hard little billiard ball-like pieces, each of which has a well-defined position and velocity. Quantum theory seems to undermine that solid reality. Indeed, the famous Uncertainty Principle, which arises directly from the mathematics of quantum theory, says that objects' positions and momenta are smeary and ill defined, and gaining knowledge about one implies losing knowledge about the other).

초기 양자물리학자들은 이 비실제성(unreality)을 다루었는데 즉 존재(is)는 - 양자이론의 공식에 의해 핸들링되는 기본적인 객체들 - 외부에 들어나는 실제를 갖는 실제 활동적인 입자들이 아니라 한 관찰자가 하나의 측정을 시도할 때만 실제(real)로 변할 수 있는 가능성을 지닌 확률 파장(probability waves)에 불과한 것이었다. 이를 소위 "코펜하겐 해석(Copenhagen Interpretation)"이라 하는데, 만약 여러분들이 실제는 고체성의 객체가 아니라 확율 파장이 실제라는 사실을 받아들일 때 이 코팬하겐 해석은 의미를 갖게 되는 것이다. 하지만 아직 이 코펜하겐 해석은 또 다른 양자이론의 무시무시한 다른 법칙을 충분히 설명하지 못하고 있는데, 그게 바로 비국지성(편재성, nonlocality)이다(The early quantum physicists dealt with this unreality by saying that the "is"--the fundamental objects handled by the equations of quantum theory--were not actually particles that had an extrinsic reality but "probability waves" that merely had the capability of becoming "real" when an observer makes a measurement. This so-called Copenhagen Interpretation makes sense, if you're willing to accept that reality is probability waves and not solid objects. Even so, it still doesn't sufficiently explain another weirdness of quantum theory: nonlocality).

[그림 : CREDIT: RIMMA GERLOVINA AND VALERIY GERLOVIN "TWO EGGS" ? 2002, C-PRINT. COURTESY ROBERT BROWN GALLERY, WASHINGTON, D.C. 출처 : Science]

1935년에 아인쉬타인은 일반 상식을 부정하는 하나의 시나리오를 떠 올렸다. 그의 사고 실험에서 두 개의 입자들이 서로 떨어져 날다가(비행하다가) 은하계의 서로 다른 반대편 끝에서 비행을 마친다. 그러나 이때 두 개의 입자들은 얽힘(entangled) 현상이 일어나는데 - 양자역학 의미로 연결된 - 그래서 하나의 입자는 서로 쌍둥이인 것처럼 느끼게 된다. 이 때 하나의 입자를 측정하면 다른 입자는 즉각적으로 측정된 입자에 의해 변형이 된다. 이는 마치 우주의 광할한 지역을 넘어 쌍둥이 입자들이 서로 통신하는 것처럼 보이는 것이다. 이를 편재성(비국지성, nonlocality)이라 하는데, 양자이론 수학의 중요한 이론이며 실제 실험실에서 증빙되기도 했다. 이 무시무시한 활동은 거리(distance)를 무시하고 동시에 시간의 흐름을 무시한다. 이론적으로 입자들은 실제 얽힘 현상이 측정된 후에 얽히게 되는 것이다(In 1935, Einstein came up with a scenario that still defies common sense. In his thought experiment, two particles fly away from each other and wind up at opposite ends of the galaxy. But the two particles happen to be "entangled"--linked in a quantum-mechanical sense--so that one particle instantly "feels" what happens to its twin. Measure one, and the other is instantly transformed by that measurement as well; it's as if the twins mystically communicate, instantly, over vast regions of space. This "nonlocality" is a mathematical consequence of quantum theory and has been measured in the lab. The spooky action apparently ignores distance and the flow of time; in theory, particles can be entangled after their entanglement has already been measured).

그러나 어느 한 수준에서 보면 양자이론의 무시무시함은 전혀 문제가 되지 않는다. 수학적 프레임워크는 그럴 듯하고 이 기묘한 모든 현상을 서술한다. 만약 우리 인간이 우리의 공식에 상응하는 물리적인 실제를 상상할 수 없다면 어떻게 되는 것인가? 그래서 물리학자들은 이런 경우 "입 닥치고 계산이나 하라" 한다. 하지만 다른 사람들에게는 양자이론은 아직 이해되지 않는다(On one level, the weirdness of quantum theory isn't a problem at all. The mathematical framework is sound and describes all these bizarre phenomena well. If we humans can't imagine a physical reality that corresponds to our equations, so what? That attitude has been called the "shut up and calculate" interpretation of quantum mechanics. But to others, our difficulties in wrapping our heads around quantum theory hint at greater truths yet to be understood).

두 번째 그룹의 몇 물리학자들은 양자이론의 무시무시한 핵심을 풀기 위해 실험 디자인에 열중이다. 이들은 무엇이 양자 초위치(superpositions)로 하여금 붕괴시키는지 테스트를 실시하고 있다. 이 연구는 양자이론에서 측정의 역할에 대한 통찰력을 줄 뿐 아니라 왜 커다란 거시세계와 미시세계가 왜 다른지를 알게 할 것이다. 다른 과학자들은 양자이론과 관련된 많은 이론들, 초위치, 얽힘,  및 다른 현상들을 연구하고 있다. 이러한 노력들은 어느날인가 아인쉬타인으로 하여금 "신은 주사위 놀이를 하지 않는다"라고 선언하게 한 이 양자이론의 불안을 뛰어 넘어 새로운 법칙을 찾게 될 것이다(Some physicists in the second group are busy trying to design experiments that can get to the heart of the weirdness of quantum theory. They are slowly testing what causes quantum superpositions to "collapse"--research that may gain insight into the role of measurement in quantum theory as well as into why big objects behave so differently from small ones. Others are looking for ways to test various explanations for the weirdnesses of quantum theory, such as the "many worlds" interpretation, which explains superposition, entanglement, and other quantum phenomena by positing the existence of parallel universes. Through such efforts, scientists might hope to get beyond the discomfort that led Einstein to declare that "[God] does not play dice.")

22. 효과적인 에이즈 치료약이 나올까?(Is an Effective HIV Vaccine Feasible?)

[요약] 에이즈(AIDS, 후천성면역결핍증, 後天性免疫缺乏症, Acquired immune deficiency syndrome) 연구원들은 에이즈를 유발하는 HIV(Human Immunodeficiency Virus) 바이러스의 내부를 밖으로 끌어내고 인간의 면역 시스템을 어떻게 파괴하는지 조심스럽게 설명하고 있지만, 아직도 이들은 에이즈 바이러스 전염을 막아주는 인간의 면역 반응 시스템에 대해선 아무것도 모른다. 하지만 에이즈 백신 연구원들은 조만간 이를 해결할 확고한 실마리를 갖고 있다(Although AIDS researchers have turned HIV inside out and carefully detailed how it destroys the immune system, they have yet to unravel which immune responses can fend off an infection. Yet AIDS vaccine researchers have solid reasons to believe they can succeed).

지난 20년간 연구원들이 AIDS의 원인으로 HIV를 밝혀낸 이후로 역사상 어떤 백신보다도 에이즈 백신을 찾는데 상당한 금액이 투자되어 왔다. 미국 국립보건원만 보더라도 매년 5억 달러를 투자하고 있고, 그 결과 50여 가지의 백신들이 임상실험에 사용되고 있다. 그러나 매년 수백만 가지의 새로운 HIV 전염을 예방할 수 있는 가장 효과적인 AIDS 백신의 개발은 아직 요원한 꿈에 불과하다(In the 2 decades since researchers identified HIV as the cause of AIDS, more money has been spent on the search for a vaccine against the virus than on any vaccine effort in history. The U.S. National Institutes of Health alone invests nearly $500 million each year, and more than 50 different preparations have entered clinical trials. Yet an effective AIDS vaccine, which potentially could thwart millions of new HIV infections each year, remains a distant dream).

에이즈 연구원들은 에이즈를 유발하는 HIV(Human Immunodeficiency Virus) 바이러스의 내부를 밖으로 끌어내고 인간의 면역 시스템을 어떻게 파괴하는지 조심스럽게 설명하고 있지만, 아직도 이들은 에이즈 바이러스 전염을 막아주는 인간의 면역 반응 시스템에 대해선 아무것도 모른다. 이 것은 무엇을 의미하는가 하면, 한 가지의 AIDS 백신을 개발한 연구원들은 이미 10년 전에도 유명해졌지만, 아직 이 에이즈 분야는 "나침반 없이 표류하고 있다"(Although AIDS researchers have turned the virus inside-out and carefully detailed how it destroys the immune system, they have yet to unravel which immune responses can fend off an infection. That means, as one AIDS vaccine researcher famously put it more than a decade ago, the field is "flying without a compass.")

몇몇 회의론자들은 HIV를 막아줄 백신은 없다는데 동의한다. 이들은 그 이유로 바이러스는 너무 빠르게 자기복제를 하고 복제시 너무 많은 미스테이크(실수)를 범하기 때문에 어떤 백신도 존재하는 모든 종류의 HIV를 막을 수 없다고 주장하는 것이다. 게다가 HIV 스스로 인간의 면역 공격을 피할 복잡한 메커니즘을 개발하고 있는데, 예를 들면 이들 HIV는 표면 단백질을 당으로 위장하여 항체로부터의 취약한 부분을 숨기고 다른 면역 세포 전사(군대)들의 생산을 억제하는 단백질을 생산한다는 것이다. 따라서 회의론자들은 지적하기를 백신 개발자들은 인간의 면역 시스템에 정상적으로 준비를 하는 HIV와 같은 병원균에 대해 별다른 성과를 거두지 못했다는 것으로, 예를 들면, 말라리아 기생충, 간염 C 바이러스, 결핵 세균 등을 그 주요 예로 들고 있다(Some skeptics contend that no vaccine will ever stop HIV. They argue that the virus replicates so quickly and makes so many mistakes during the process that vaccines can't possibly fend off all the types of HIV that exist. HIV also has developed sophisticated mechanisms to dodge immune attack, shrouding its surface protein in sugars to hide vulnerable sites from antibodies and producing proteins that thwart production of other immune warriors. And the skeptics point out that vaccine developers have had little success against pathogens like HIV that routinely outwit the immune system--the malaria parasite, hepatitis C virus, and the tuberculosis bacillus are prime examples).

하지만 AIDS 백신 연구원들은 백신 개발에 성공할 확고한 이유를 갖고 있다. 원숭이 실험은 백신들이 HIV의 원숭이 사촌격인 SIV로부터 동물들을 보호하고 있다는 것을 보여준 사실이다. 여러 연구들은 HIV에 반복적으로 표출된 사람들의 신원을 파악했는데 이들은 전혀 에이즈 바이러스에 전염이 되지 않았다는 사실이며, 이는 분명 인간에게는 이 바이러스를 중지시킬 무언가 있음을 암시하는 것이다. 또한 이 들 중 소수는 바이러스에 전염되었지만 결코 에이즈 증상의 고통을 받지 않았으며, 바이러스를 보유한 몇몇 사람들(보균자)은 그들의 면역 시스템에 손상을 입기 전 10년 이상을 버티고 있다는 사실이다. 또한 과학자들은 몇몇 항체들은 튜브 실험 테스트에서 바이러스에 대해 매우 강력한 작용을 하고 있다는 사실도 밝혀 낸 것이다(Yet AIDS vaccine researchers have solid reasons to believe they can succeed. Monkey experiments have shown that vaccines can protect animals from SIV, a simian relative of HIV. Several studies have identified people who repeatedly expose themselves to HIV but remain uninfected, suggesting that something is stopping the virus. A small percentage of people who do become infected never seem to suffer any harm, and others hold the virus at bay for a decade or more before showing damage to their immune systems. Scientists also have found that some rare antibodies do work powerfully against the virus in test tube experiments).

처음에 연구원들은 HIV 표면 단백질에 항체 생산을 유도하는 백신을 디자인하는 아이디어를 창출해냈다. 이 접근은 매우 희망적인 것으로 보였는데 그 이유는 HIV는 표면 단백질을 이용하여 백혈구가 들어오지 못하도록 빗장을 걸어 잠그고 전염을 퍼뜨리기 때문이었다. 그러나 오로지 HIV 표면 단백질만을 대상으로 하는 백신들은 동물들과 튜브테스트에서 별 효과가 없어 보였으며 대단위 임상실험에서 별 가치가 없는 것으로 증빙되었다(At the start, researchers pinned their hopes on vaccines designed to trigger production of antibodies against HIV's surface protein. The approach seemed promising because HIV uses the surface protein to latch onto white blood cells and establish an infection. But vaccines that only contained HIV's surface protein looked lackluster in animal and test tube studies, and then proved worthless in large-scale clinical trials).

[그림 : CREDIT: REUTERS/CORBIS. 출처 : Science]

그러므로 지금 연구원들은 다른 흥미 있는 접근을 조사 연구하고 있다. HIV가 항체를 방해하고 전염통로를 열때, 백혈구 다음의 두 번째 방어 군대인 면역세포(cellular immunity)로 하여금 특별히 HIV가 전염된 세포들을 표적하여 제거토록 하는 것이다. 몇몇 백신들이 지금 이와 같은 면역 시스템의 폭풍의 군대인 킬러 면역 세포(killer immune cells)들의 생산을 자극하는 것을 목표로 테스트 중이다. 이러한 면역 세포들에는 여러 종류가 있는데, 먹어 치우는 대식세포(macrophages), 화학메신저 면역물질인 사이토카인(cytokines), 그리고 자연살해세포(natural killer cells) 등이 있다(Now, researchers are intensely investigating other approaches. When HIV manages to thwart antibodies and establish an infection, a second line of defense, cellular immunity, specifically targets and eliminates HIV-infected cells. Several vaccines which are now being tested aim to stimulate production of killer cells, the storm troopers of the cellular immune system. But cellular immunity involves other players--such as macrophages, the network of chemical messengers called cytokines, and so-called natural killer cells--that have received scant attention).

항체 베이스의 백신 또한 전성기를 향하고 있다. 하지만 이 방법은 사실상 뒤로 돌아가는 방법이다. 즉, HIV의 일종인 항원(antigens)을 만드는 것이다. 그 다음 이들이 이끌어내는 항체를 평가하는 것이다. 지금 연구원들은 튜브 테스트 실험에서 바이러스가 전염되었지만 HIV 전염으로부터 해방된 사람들로부터 12가지 이상의 항체를 분리해냈다. 이 기법으로 조만간 어떤 특정 항원들이 항체 생산을 독려하는지 알게 될 것이다(The hunt for an antibody-based vaccine also is going through something of a renaissance, although it's requiring researchers to think backward. Vaccine researchers typically start with antigens--in this case, pieces of HIV--and then evaluate the antibodies they elicit. But now researchers have isolated more than a dozen antibodies from infected people that have blocked HIV infection in test tube experiments. The trick will be to figure out which specific antigens triggered their production).

현재 가장 많이 시도되고 있는 한 가지 전략은 AIDS 백신으로 하여금 항체의 생산뿐 아니라 면역 세포의 생산까지 자극하는 것이다. 아마도 주요 핵심은 HIV 가 특별히 침투하는 점액 표면에서 면역 세포를 자극하게 하는 것이 될 것이다. 또 하나의 방법은 아직 아무도 모르고 있는 면역 반응(an immune response)을 발견하는 것이다. 또는 아마도 답은 면역 시스템과 인간의 유전적 변이사이의 상호작용이 될 수도 있다. 최근의 연구 결과를 보면 HIV 전염이나 병에 가장 걸리기 쉬운 사람이나 이들에 가장 강력한 저항력을 가진 사람들에게 유전자가 강하게 영향을 미치고 있다는 사실을 보여주고 있기 때문이다(It could well be that a successful AIDS vaccine will need to stimulate both the production of antibodies and cellular immunity, a strategy many are attempting to exploit. Perhaps the key will be stimulating immunity at mucosal surfaces, where HIV typically enters. It's even possible that researchers will discover an immune response that no one knows about today. Or perhaps the answer lies in the interplay between the immune system and human genetic variability: Studies have highlighted genes that strongly influence who is most susceptible--and who is most resistant--to HIV infection and disease).

어디에 답이 있던지 통찰력은 면역 세포의 공격에 쉽게 굴복하지 않고 수백만 사람들의 목숨을 앗아가는 HIV와 같은 질병에 대한 백신의 개발에 도움이 될 것이다. 이와 같은 질병을 위해 백신을 개발하는 개발자들은 또 다른 답이 될 수도 있는 다른 곳도 살펴볼 필요가 있다. 최근 에이즈 백신 연구원들이 작성한 지도는 면역 로직이 아닌 다른 영역도 포함하고 있는데 이는 정말 가치를 매길 수 없는 귀중한 자료가 될 것이다(Wherever the answer lies, the insights could help in the development of vaccines against other diseases that, like HIV, don't easily succumb to immune attack and that kill millions of people. Vaccine developers for these diseases will probably also have to look in unusual places for answers. The maps created by AIDS vaccine researchers currently exploring uncharted immunologic terrain could prove invaluable).

23. 온실효과로 지구는 얼마나 더워질까?(How Hot Will the Greenhouse World Be?)

[요약] 지구가 앞으로 다가오는 수십 년 동안 그리고 수세기 동안 얼마나 뜨거워질 것인가는 전적으로 우리가 대기에 내뿜는 온실 가스에 대하여 얼마나 기후 시스템이 예민하게 반응하느냐에 전적으로 달려있다. 연구원들은 결국 이 가능한 민감도의 범위를 좁힐 수 있는 시스템을 연구개발하기 시작했다(How hot the planet gets in coming decades and centuries will depend on just how sensitively the climate system responds to the greenhouse gases we're pumping into the atmosphere. Researchers are finally beginning to tighten up the range of possible sensitivities, at least at one end).

과학자들은 최근 세계가 더워지고 있음을 안다. 이들은 이 심각한 온난화를 야기시키는 가장 큰 원인을 인간이라 믿는다. 하지만 앞으로 다가오는 수십 년 및 수세기 동안 이 지구를 얼마나 더 뜨겁게 만들 것인가? 이 것은 공기, 바다, 얼음, 땅 그리고 생명 등의 기후 시스템으로 하여금 우리가 대기에 내뿜는 온난화 가스에 얼마나 예민하게 반응토록 하느냐에 전적으로 달려 있다. 지난 25년 동안 전문가들의 기후 민감도에 관한 의견은 명확하지 못했다. 화석연료의 연소로부터의 이산화탄소, 화산 잔해, 태양의 흐림 등과 같은 하나의 기후 요인이나 다른 요인에 의해 매우 날카롭게 경고를 할 수 있기 때문에 전문가들은 기후란 워낙 까다롭다는 점을 모두 인정했다. 다른 한편으로는 이들 전문가들은 어느 한 지역에 집중적으로 온난화가 발생함에도 불구하고 오로지 평균적으로 조금 이상이 있을 경우에만 경고를 하기 때문에 기후란 상대적으로 비반응적이라는 점도 인정했다. 그만큼 예민한 기후 시스템을 구축한다는 것이 어렵다는 것을 인정하고 있는 셈이다(Scientists know that the world has warmed lately, and they believe humankind is behind most of that warming. But how far might we push the planet in coming decades and centuries? That depends on just how sensitively the climate system--air, oceans, ice, land, and life--responds to the greenhouse gases we're pumping into the atmosphere. For a quarter-century, expert opinion was vague about climate sensitivity. Experts allowed that climate might be quite touchy, warming sharply when shoved by one climate driver or another, such as the carbon dioxide from fossil fuel burning, volcanic debris, or dimming of the sun. On the other hand, the same experts conceded that climate might be relatively unresponsive, warming only modestly despite a hard push toward the warm side).

기후 민감도의 문제는 무엇인고 하면 당장 나가 직접 기후를 측정할 수 없다는 것이다. 그럼에도 불구하고 기후 모델은 하나의 그림을 그려내야만 한다. 모든 모델은 그 자체의 민감도를 갖고 있다. 그러나 각각의 모델은 실제 세계의 기후 시스템을 모사(facsimile)할 때 이미 자연적으로 존재하는 모든 불확정성에 따라 변할 수 있다는 점이다. 즉, 모사 순간의 그림은 이미 과거라는 점이다. 실제 상황은 이미 변화된 상황이라는 점이다. 그 결과 기후 과학자들은 오래 동안 민감도의 모호한 영역을 지적해왔다. 온실 가스 이산화 탄소의 두 배 증가는, 이는 이번 세기에 들어와 발생된 것으로 예측되는데, 궁극적으로 평균 1.5도와 많게는 4.5도 사이 정도로 지구의 온도를 높이게 된 꼴이 된 것이다. 이 온도의 범위는, 초기의 두 개의 기후 모델에 기초로 하여 측정한 것인데, 1979년에 등장했고 그 이후로 매번 주요 기후 측정 평가 시에 인용되어 왔다(The problem with climate sensitivity is that you can't just go out and directly measure it. Sooner or later a climate model must enter the picture. Every model has its own sensitivity, but each is subject to all the uncertainties inherent in building a hugely simplified facsimile of the real-world climate system. As a result, climate scientists have long quoted the same vague range for sensitivity: A doubling of the greenhouse gas carbon dioxide, which is expected to occur this century, would eventually warm the world between a modest 1.5°C and a whopping 4.5°C. This range--based on just two early climate models--first appeared in 1979 and has been quoted by every major climate assessment since).

[그림 : 예고(전조)? 2003년 유럽에 닥친 온난화로 죽은 사람들의 관이 즐비하게 늘어서 있다. CREDIT: PASCAL LE SEGRETAIN/GETTY IMAGES. 출처 : Science]

연구원들은 결국 적어도 한가지 범위에서(최고 온도) 가능한 민감도의 범위를 좁히기 시작했다. 한가지 예를 들면 5%-95%의 신뢰도의 모든 가능한 모델들의 민감도들로 이는  1.5도에서 4.5도의 표준 범위에 들게 만든 것이다. 하지만 몇몇 모델들은 4.5를 넘어서기도 한다. 이렇게 해서 최초의 시도가 추진되었는데, 이는 구름 활동과 같은 다양한 변수들을 반영하고 있지만 하나의 단일 모델로서, 평균치가 3.2도로 2.4도와 5.4도 범위의 민감도를 측정하는 시스템이다(Researchers are finally beginning to tighten up the range of possible sensitivities, at least at one end. For one, the sensitivities of the available models (5% to 95% confidence range) are now falling within the canonical range of 1.5°C to 4.5°C; some had gone considerably beyond the high end. And the first try at a new approach--running a single model while varying a number of model parameters such as cloud behavior--has produced a sensitivity range of 2.4°C to 5.4°Cwith a most probable value of 3.2°C).

하지만 모델은 그저 모델에 불과하다는 것이다. 만약 자연이 이 실험을 운영한다면 얼마나 나아질까? 고고기후학자들은 온실 가스같은 기후 요인들이 어떻게 먼 과거에 자연적으로 변화되어 왔는가와 그 때 기후 시스템은 어떻게 반응했는지를 연구하고 있다. 물론 자연은 다가오는 온난화를 위해 완벽한 아날로그를 운영하지 않는다. 마지막 빙하시대 동안 얼마나 많은 이산화탄소 농축이 떨어졌는지? 얼마나 많은 태양 흐림이 필리핀의 Mount Pinatubo산의 융기로부터 발생되었는지는 항상 부정확하다. 그러나 기후 민감도의 고고기후 예측 데이터는 일반적으로 3도의 표준 범위에 들어온다(Models are only models, however. How much better if nature ran the experiment? Enter paleoclimatologists, who sort out how climate drivers such as greenhouse gases have varied naturally in the distant past and how the climate system of the time responded. Nature, of course, has never run the perfect analog for the coming greenhouse warming. And estimating how much carbon dioxide concentrations fell during the depths of the last ice age or how much sunlight debris from the eruption of Mount Pinatubo in the Philippines blocked will always have lingering uncertainties. But paleoclimate estimates of climate sensitivity generally fall in the canonical range, with a best estimate in the region of 3°C).

가능한 기후 민감도의 최저치가 보이고 있다. 그 것은 1.5도 이하로 내려가지 않는다고 연구원들은 말한다. 이 수치는 몇몇 온실 반대론자들이 제안하는 사소한 온난화를 배제할 수 있다. 그러나 기후 민감도의 계산은 아직 최고치 온도에서는 퍼지 영역에 존재한다. 지난 과거 세기에 관찰된 기후 변화에 자연적이고 인류발생론적인 기후 요인들을 더한 연구 자료는 4.5도를 넘을 확률이 30%임을 보여주고 있으며 이때 최고의 온도는 9도까지 포함된다. 최근 다양한 모델 변수들을 반영한 최근 연구자료는 민감도가 11도까지 올라감을 보여주고 있는데, 이들 저자들은 이 극단적인 최고치인 9도까지 변화했을때 무엇이 일어날 것인지 말을 할 수 없다는 것이다. 다른 전문가들은 기후 모델이 복사할 수 없는 지질학적 과거에 있었던 최고치의 온난화 시대를 지적하고 있는데, 이는 바로 무언가 빠진 기후 모델들로 구성된 기후 시스템에 상당히 위험한 요소가 존재함을 뜻하는 것이다(The lower end at least of likely climate sensitivity does seem to be firming up; it's not likely below 1.5°C, say researchers. That would rule out the negligible warmings proposed by some greenhouse contrarians. But climate sensitivity calculations still put a fuzzy boundary on the high end. Studies drawing on the past century's observed climate change plus estimates of natural and anthropogenic climate drivers yield up to 30% probabilities of sensitivities above 4.5°C, ranging as high as 9°C. The latest study that varies model parameters allows sensitivities up to 11°C, with the authors contending that they can't yet say what the chances of such extremes are. Others are pointing to times of extreme warmth in the geologic past that climate models fail to replicate, suggesting that there's a dangerous element to the climate system that the models do not yet contain).

기후 연구원들은 그들의 연구 작업을 잠시 중단했다. 기후 연구원들은 이제 불확정성의 가장 큰 소스인 구름 및 연무질 등의 이해를 그들의 모델링에 포함시켜야 한다. 10-15년 전에 과학자들은 말하기를 이 기후 시스템을 구축하는데 10-15년이 걸릴 것이라 했다. 그러나 조만간 시스템이 나타나리라는 징조는 보이지 않는다. 이들은 모델의 충실도를 높여야 하고 가능한 컴퓨팅 파우어를 이용하여 주어진 현실적인 목표를 높여야 한다. 그리고 과거의 기후 변화와 그 요인들의 기록으로부터 보다 많은 데이터를 추출해야 한다. 그러는 동안, 화석 연료 에너지로부터 신속한 에너지 이동이 일어나지 않는 한 우리 인간들은 이산화탄소의 배 증가 - 아니 그 이상의 증가는 피할 수 없는 문제가 될 것이다(Climate researchers have their work cut out for them. They must inject a better understanding of clouds and aerosols--the biggest sources of uncertainty--into their modeling. Ten or 15 years ago, scientists said that would take 10 or 15 years; there's no sign of it happening anytime soon. They must increase the fidelity of models, a realistic goal given the continued acceleration of affordable computing power. And they must retrieve more and better records of past climate changes and their drivers. Meanwhile, unless a rapid shift away from fossil fuel use occurs worldwide, a doubling of carbon dioxide--and more--will be inevitable).

24. 값싼 석유 대체 에너지원은 무엇이며, 언제 등장할까?(What Can Replace Cheap Oil--and When?)

[요약] 에너지 위기를 피하기 위해 제 때에 어떤 대체 에너지가 발견될 것인지는 전적으로 어떤 에너지에 우선 순위를 두어 집중 연구개발하느냐에 달려있다. 그리고 여기에는 과학이 우리에게 던져주고 있는 것에 대해 글로벌적인 정치적 동의가 필요하다(Whether alternative energy sources will be found in time to avoid an energy crunch depends in part on how high a priority we give energy research and development. And it will require a global political consensus on what the science is telling us).

과거의 에너지에서 새로운 에너지자원까지의 로드를 보면 울퉁불퉁하다. 그러나 에너지 전이(transitions)는 과거에 매우 완만하게 이루어져왔다. 천년간의 나무 에너지를 지나 사회는 석탄 에너지를 추가했고 중력을 이용한 수자원에너지를 추가했다. 그 다음 산업 혁명이 일어났다. 그래서 석유가 도착했고 이를 이용한 육해공의 교통수단이 번창했다. 그러므로 당분간 다음 다량의 석탄에너지가 어디에서 와야 하는지? 에너지 생산에서의 폭발적 성장이 이 세계에 무엇을 던져주고 있는지 걱정할 필요가 없었다(The road from old to new energy sources can be bumpy, but the transitions have gone pretty smoothly in the past. After millennia of dependence on wood, society added coal and gravitydriven water to the energy mix. Industrialization took off. Oil arrived, and transportation by land and air soared, with hardly a worry about where the next log or lump of coal was coming from, or what the explosive growth in energy production might be doing to the world).

그런데 시간이 변했다. 석유가격이 천정부지로 오르고 있으며, 북극과 남극의 빙하가 녹기 시작했고 그 결과 글로벌 온도의 수은주는 올라가고 있다. 과거처럼 에너지 전이가 완만하게 전이될 다음 세대의 커다란 에너지 전이는 다음 세 가지의 질문에 전적으로 달려 있다. (1) 언제 석유 생산의 정점이 도래할 것인가? (2) 우리가 화석 연료(fossil fuels)를 태움으로써 대기에 내뿜고 있는 이산화탄소에 얼마나 민감한 기후 시스템을 만들 수 있을 것인가? (3) 대체 에너지 자원들이 정말 합리적인 비용으로 사용 가능하게 될 것인가? 이에 대한 답은 과학기술에 달려 있다. 그러나 정치적 영역에서 이에 대한 사회 반응이 어떻게 형성될 것인가?(Times have changed. The price of oil has been climbing, and ice is melting around both poles as the mercury in the global thermometer rises. Whether the next big energy transition will be as smooth as past ones will depend in large part on three sets of questions: When will world oil production peak? How sensitive is Earth's climate to the carbon dioxide we are pouring into the atmosphere by burning fossil fuels? And will alternative energy sources be available at reasonable costs? The answers rest on science and technology, but how society responds will be firmly in the realm of politics).

세계는 조만간 석유 에너지가 고갈 될 것이라는 데 모두가 동의하고 있다. 하지만 이 논쟁은 아직도 지속적이다. 석유에 대한 글로벌 수요는 매년 1-2% 상승하고 있다. 우리는 이 지구 땅에서 매초마다 1,000 배럴의 석유를 뽑아(생산) 내고 있다. 회의론자들은 - 대부분 석유 회사 출신의 지질학자들이지만 - 조만간 석유 생산이 정점에 이를 것으로 예측하고 있다. 이들은 미국의 지질학자인 M. King Hubbert가 1956년에 성공적으로 예측한 미국 내 석유생산이 1970년에 정점에 이를 것이라는 예측을 지적하고 있다. 과거의 석유생산 및 발견의 기록을 참고한 똑 같은 방법으로 이들은 전 세계의 석유생산 정점이 앞으로 10년 내에 올 것으로 예측하고 있다. 낙관론자들은 - 대부분 자원 경제학자들이지만 - 석유생산은 얼마나 많은 석유가 땅에 매장되어 있느냐가 아니라 전적으로 경제와 정치변수에 의해 달려있다고 주장한다. 이들은 말하기를 기술적 혁신이 계속 일어날 것이고 그래서 석유 생산은 지속적으로 증가할 것이라 주장한다. 그렇다손 치더라도 누구나 석유생산의 정점이 반세기 안에 도래할 것으로 믿는다. 예를 들면 미국의 경우 전체 에너지 소비량의 40% 가량의 석유 에너지를 대체할 필요가 있다는 것을 고려하고 있다. 여기에 기후 변화가 강조되면서 비화석연료(nonfossil fules)로의 전이가 상당히 긴급한 이슈로 등장하고 있다(There is little disagreement that the world will soon be running short of oil. The debate is over how soon. Global demand for oil has been rising at 1% or 2% each year, and we are now sucking almost 1000 barrels of oil from the ground every second. Pessimists--mostly former oil company geologists--expect oil production to peak very soon. They point to American geologist M. King Hubbert's successful 1956 prediction of the 1970 peak in U.S. production. Using the same method involving records of past production and discoveries, they predict a world oil peak by the end of the decade. Optimists--mostly resource economists--argue that oil production depends more on economics and politics than on how much happens to be in the ground. Technological innovation will intervene, and production will continue to rise, they say. Even so, midcentury is about as far as anyone is willing to push the peak. That's still "soon" considering that the United States, for one, will need to begin replacing oil's 40% contribution to its energy consumption by then. And as concerns about climate change intensify, the transition to nonfossil fuels could become even more urgent).

만약 석유 공급이 조만간 정점에 이르고 화석연료로부터의 전이가 기후관련 주요 이슈가 된다면, 다양한 대체에너지 공급은 양쪽 날개에서 지금 기다리고 있다. 태양은 언제나 86,000 조 와트(8경6천조 와트) 또는 86,000 테라와트로 지구의 표면을 찜질하고 있는데 이 에너지의 량은 지구상에서 매년 인간들이 사용하고 있는 전체 에너지량의 6,600배에 달하는 에너지이다. 바람, 생물량(biomass, 매장된 생물량), 핵 파우어 등도 또한 풍부한 대체 에너지이다. 이런 관점에서 보면 효율적인 에너지 사용에 대한 기회는 엄청 많은 것이다(If oil supplies do peak soon or climate concerns prompt a major shift away from fossil fuels, plenty of alternative energy supplies are waiting in the wings. The sun bathes Earth's surface with 86,000 trillion watts, or terawatts, of energy at all times, about 6600 times the amount used by all humans on the planet each year. Wind, biomass, and nuclear power are also plentiful. And there is no shortage of opportunities for using energy more efficiently).

물론 대체 에너지 자원은 그들 나름대로의 문제가 있다. 핵 분열(nuclear fission) 옹호론자들은 영원히 사용할 수 있는 방사능 폐기물(radioactive wastes) 처리에 대한 논쟁적인 솔루션을 찾아내고 있다. 하지만 이는 책임과 자본 비용이라는 관점에서 전기생산 기업들을 위협하고 있다. 재생 자원(renewable sources)도 풍부하다. 하지만 재생자원은 저렴한 가격에 충분한 에너지 파우어로 만들 수 있는 기술 비용이 비싸고 그만큼 어려운 기술이다. 지금까지 풍력 에너지는 주요 대체 에너지로 부상하고 있는데 이는 글로벌적으로 구축된 사이트에서 400억 와트(40 기가와트) 이상의 에너지를 공급하여 킬로와트당 4.5센트라는 저렴한 비용으로 전기를 공급하고 있다(Of course, alternative energy sources have their issues. Nuclear fission supporters have never found a noncontroversial solution for disposing of long-lived radioactive wastes, and concerns over liability and capital costs are scaring utility companies off. Renewable energy sources are diffuse, making it difficult and expensive to corral enough power from them at cheap prices. So far, wind is leading the way with a global installed capacity of more than 40 billion watts, or gigawatts, providing electricity for about 4.5 cents per kilowatt hour).

[그림 : CREDIT: JUPITER IMAGES. Source : Science]

재생 에너지에 관한한 그럴듯하게 들린다. 그러나 재생 에너지의 규모는 화석 연료 사용과 비교하면 아직 작다. 미국에서만 재생 에너지는 전체 에너지 생산의 6%를 차지한다. 글로벌 에너지 수요는 매년 13 테라와트에서 앞으로 반세기 안에 30-60 테라와트로 성장할 것으로 예측된다는 점을 감안하면 이와 같은 재생 에너지의 활용은 현재 자원을 대체할 수 있도록 확장되어야 하며 그렇게 함으로써 세계의 미래 에너지 수요에 중요한 영향을 미칠 것으로 보인다(That sounds good, but the scale of renewable energy is still very small when compared to fossil fuel use. In the United States, renewables account for just 6% of overall energy production. And, with global energy demand expected to grow from approximately 13 terawatts a year now to somewhere between 30 and 60 terawatts by the middle of this century, use of renewables will have to expand enormously to displace current sources and have a significant impact on the world's future energy needs).

그러러면 무엇이 필요한가? 에너지를 효율적으로 사용하는 것만이 필수 불가결한(필요 조건) 에너지 기획에 중요한 핵심이 될 것이다. 태양 전기 파우어 모듈의 구축 비용은 지난 30년간 규모면에서 2등급이나 떨어졌다. 그리고 대부분의 전문가들은 태양 에너지 시스템이 광범위하게 사용되려면 지금의 구축 비용보다 100배 이상 떨어져야 가능하다고 말한다. 나노기술의 혁신 또한 새로운 반도체 시스템을 만들어 태양 에너지 수집기의 효율성을 증가시킬 수 있을 것이며, 아마도 태양 빛, CO2 나 물로부터 직접 필요한 화학연료를 추출하여 대량 생산이 가능할 것을 보인다(What needs to happen for that to take place? Using energy more efficiently is likely to be the sine qua non of energy planning--not least to buy time for efficiency improvements in alternative energy. The cost of solar electric power modules has already dropped two orders of magnitude over the last 30 years. And most experts figure the price needs to drop 100-fold again before solar energy systems will be widely adopted. Advances in nanotechnology may help by providing novel semiconductor systems to boost the efficiency of solar energy collectors and perhaps produce chemical fuels directly from sunlight, CO2, and water).

에너지 위기를 피하기 위해 제 때에 어떤 대체 에너지가 발견될 것인지는 전적으로 어떤 에너지에 우선 순위를 두어 집중 연구개발하느냐에 달려있다. 그리고 여기에는 과학이 우리에게 던져주고 있는 것에 대해 글로벌적인 정치적 동의가 필요하다(But whether these will come in time to avoid an energy crunch depends in part on how high a priority we give energy research and development. And it will require a global political consensus on what the science is telling us).

25. 질병·기아 등으로 인구증가가 자연 억제될 것이라던 맬서스의 이론은 틀렸나?(Will Malthus Continue to Be Wrong?)

[요약] 가장 급한 문제는 곤경에 처한 사람들의 처지를 향상시키면서 현재의 생활 수준을 지속적으로 유지하느냐? 어떻게 우리 인간들은 지구상에서 삶을 유지하면서 생물종의 다양성을 보호하면서 살아갈 수 있느냐이다(The urgent question is whether current standards of living can be sustained while improving the plight of those in need. How can humans live sustainably on the planet and do so in a way that manages to preserve some biodiversity?)

1978년 영국 Albury에 소재 조그만 교구의 32살의 목사는 아주 진지한 팜플렛에 "인구의 원칙에 관한 에세이(An Essay on the Principle of Population)"이라는 글을 소개했다. 이 당시에는 유토피아 철학자들의 근엄한 논쟁이 대세를 이루던 시절이라, Thomas Malthus는 인구는 항상 증가하려는 경향이 있으나 궁극적으로 조사가 가능하다면서, 예를 들어, 출생 조절, 기근-전쟁-병의 결과 등을 보고 인구의 전망이 가능하다고 주장했다. 이와 같은 관점들은 많은 사람들을 고무시켜 환경론자들로부터 매우 끔찍한 경고를 유발시키기도 하였다(In 1798, a 32-year-old curate at a small parish church in Albury, England, published a sobering pamphlet entitled An Essay on the Principle of Population. As a grim rebuttal of the utopian philosophers of his day, Thomas Malthus argued that human populations will always tend to grow and, eventually, they will always be checked--either by foresight, such as birth control, or as a result of famine, war, or disease. Those speculations have inspired many a dire warning from environmentalists).

맬서스 이후로 세계의 인구는 6배가 증가한 60억에 달했다. 그러나 다행스럽게도 아직까지 현대묵시록 같은 파국들은 값싼 에너지, 과학기술, 녹색혁명의 도래로 예방되었다. 대부분의 인구통계학자들은 2010년 경이 되면 글로벌 인구는 100억에 달할 것으로 예상하고 있다(Since Malthus's time, world population has risen sixfold to more than 6 billion. Yet happily, apocalyptic collapses have mostly been prevented by the advent of cheap energy, the rise of science and technology, and the green revolution. Most demographers predict that by 2100, global population will level off at about 10 billion).

가장 급한 문제는 곤경에 처한 사람들의 처지를 향상시키면서 현재의 생활 수준을 지속적으로 유지하느냐이다. 그저 음식뿐 아니라 물, 화석연료, 목재, 기타 기본 자원 등 자원의 소비는 개발도상국에서 엄청난 속도로 증가하고 있다. 여기에 인간들은 자연의 자원들을 합성 조합하여 다양한 방법으로 자연에 대해 위협을 가하고 있는데, 예를 들면 기후의 변화, 땅과 물의 오염, 그리고 종들을 공격하는 여러가지의 해로운 사물들의 유포 등이 그것들이다(The urgent question is whether current standards of living can be sustained while improving the plight of those in need. Consumption of resources--not just food but also water, fossil fuels, timber, and other essentials--has grown enormously in the developed world. In addition, humans have compounded the direct threats to those resources in many ways, including by changing climate, polluting land and water, and spreading invasive species).

어떻게 우리 인간들은 지구상에서 삶을 유지하면서 생물종의 다양성을 보호하면서 살아갈 수 있을까? 이 문제를 풀려면 다양한 범위의 자연과 사회 과학자들이 참가하는 연구가 필요하다. 분명한 것은 인간들은 많은 생태계 시스템을 파괴하고 깨끗한 물과 다른 "선과 서비스, goods and services)"를 공급하는 자연의 능력을 방해하고 있다는 사실이다. 하지만 얼마나 악적인 상태까지 영향을 미치고 있을까? 연구원들은 습지, 숲, 다른 지역의 상태와 트렌드에 관한 보다 나은 정보들을 필요로 한다. 그리고 우선 순위를 정하기 위해 연구원들은 무엇이 생태계로 하여금 저항하게 하고 있으며 무엇이 취약하게 만들고 있는지? 어떤 스트레스를 받은 생태계가, 예를 들면, 수산업이나 양식업 등, 더이상 회복될 수 없는 상황까지 도달했는지 이에 대한 좀더 나은 연구와 이해가 필요한 것이다(How can humans live sustainably on the planet and do so in a way that manages to preserve some biodiversity? Tackling that question involves a broad range of research for natural and social scientists. It's abundantly clear, for example, that humans are degrading many ecosystems and hindering their ability to provide clean water and other "goods and services". But exactly how bad is the situation? Researchers need better information on the status and trends of wetlands, forests, and other areas. To set priorities, they'd also like a better understanding of what makes ecosystems more resistant or vulnerable and whether stressed ecosystems, such as marine fisheries, have a threshold at which they won't recover).

[그림 : 균형이 깨짐. 세계의 증가하는 인구를 유지하는 것은 자원의 비효율적 소비나 가난에 의해 위협받고 있다. CREDIT: VIVIANE MOOS/CORBIS. Source : Science]

농경학자들은 지금 40억 인구의 입을 먹여 살릴 거대한 임무에 직면해있다. 농물 생산은 선진국에서 극대화 시킬 수 있으나 많은 농산물들이 개발도상국에서 생산될 수 있다. 특히 남 사하라 아프리카 지역이 바로 그 지역으로 이 곳에 미래가 존재할 수 있다. 이 곳은 질소가 절대적으로 필요한 지역이다. 물론 농업 바이오기술이 생산량을 극대화시킬 수 있고 농업에 영향을 미치는 환경을 극소화시킬 수 있는 잠재력을 갖고 있지만, 나름대로의 약점이 있는데, 바이오 기술이 회의론자들을 이기고 승리하려면 아직 먼 얘기이다(Agronomists face the task of feeding 4 billion more mouths. Yields may be maxing out in the developed world, but much can still be done in the developing world, particularly sub-Saharan Africa, which desperately needs more nitrogen. Although agricultural biotechnology clearly has potential to boost yields and lessen the environmental impact of farming, it has its own risks, and winning over skeptics has proven difficult).

물론 사회 과학자들에게도 아직 많은 일거리들이 있다. 자원의 과용을 부채질하는 심술궂은 땅의 침전들은 - 결국 이 때문에 값비싼 농기계를 구입해야 하고 비효율적인 자동차 기계를 구입해야 함으로 여기에 엄청난 세금을 내므로 농사짓는 사람들로 하여금 항상 빛에 쪼들리게 하는 상황이 발생 - 오래 동안 인간들이 풀지 못한 문제로 남아 있다. 그러므로 새로운 땅의 영역으로 확장하고자 하는데, 이를 위한 산림 목재 도벌 비용이 만만치 않고, 그 결과 자연을 파괴하여 깨끗한 물을 공급하는 산림을 훼손하고 있는 실정이다. 결국 이와 같은 외부로의 영역 확대는 비용과 결합해 볼 때 생태계의 지식이 더욱 필요하다는 관점에서 매우 위협적인 도전이다. 뿐만 아니라 경제적 의사결정은 종종 현재가치(net present value)만 보고 결정을 하는데, 이는 바로 자원, 즉, 토양 침식, 농지의 살육과 태우기 등의 미래의 가치 있는 자원들을 무시하는 것이다. 게다가 도시를 건설하게 되면 땅을 파서 물을 찾아야 하고 농지를 위한 샘물을 파는 것 또한 최대 문제인 것이다. 이 모든 과정들은 산업의 변형을 의미하는데, 설사 이를 통해 좋은 직장, 좋은 음식과 서비스를 제공하게 되겠지만, 궁극적으로는 환경을 파괴하는 것이다(There's no shortage of work for social scientists either. Perverse subsidies that encourage overuse of resources--tax loopholes for luxury Hummers and other inefficient vehicles, for example--remain a chronic problem. A new area of activity is the attempt to place values on ecosystems' services, so that the price of clear-cut lumber, for instance, covers the loss of a forest's ability to provide clean water. Incorporating those "externalities" into pricing is a daunting challenge that demands much more knowledge of ecosystems. In addition, economic decisions often consider only net present value and discount the future value of resources--soil erosion, slash-and-burn agriculture, and the mining of groundwater for cities and farming are prime examples. All this complicates the process of transforming industries so that they provide jobs, goods, and services while damaging the environment less).

연구원들은 또한 주택의 변화하는 인구통계학을 고려해야 한다. 인간의 복지에 얼마나 영향을 미칠 것인가? 앞으로 35-50년간, 이 지구상에 사는 인간들의 수는 두 배가 될 것이다. 인구 성장은 주로 지금 30,000 에서 3백만 명의 인구를 가진 개발도상국들의 도시에서 증가하게 될 것이다. 이들 거대한 도시의 영향을 고려한다는 것은 에너지 효율 방법에서부터 집을 짓기 위한 콘크리트까지의 모든 방법을 간단히 하여 마실 수 있는 물을 제공해야 함을 의미하는 것이다(Researchers must also grapple with the changing demographics of housing and how it will impact human well-being: In the next 35 to 50 years, the number of people living in cities will double. Much of the growth will likely happen in the developing world in cities that currently have 30,000 to 3 million residents. Coping with that huge urban influx will require everything from energy efficient ways to make concrete to simple ways to purify drinking water).

이제 글로벌적으로 TV와 무정한 광고시대가 도래했다. 이러한 시대에 소비의 패턴은 어떻게 변할 것인가? 전 세계는 분명 지금 미국인들이 누리는 생활수준과 같은 수준으로 이 지구상에서 100억 명을 지원할 수는 없다. 자연과학이나 사회과학이나 - 과학과 기술이 엔진을 걸어 우리 인간들이 만든 이런 문제들을 풀 수 있는지? 이게 바로 우리 세계가 직면한 매우 중요한 문제인 것이다. 이런 문제들을 정치적으로 소집하는 것은 매우 고난도의 선택이 될 것이다. 그러나 바로 정치적 이슈로 접근하는 것은 가장 커다란 도전이 될 것이다(And in an age of global television and relentless advertising, what will happen to patterns of consumption? The world clearly can't support 10 billion people living like Americans do today. Whether science--both the natural and social sciences--and technology can crank up efficiency and solve the problems we've created is perhaps the most critical question the world faces. Mustering the political will to make hard choices is, however, likely to be an even bigger challenge).

[소스]

[Science-Introduction to special issue. What Don't We Know?(01/Jul/2005)]
[Science - In a special collection of articles published beginning 1 July 2005, Science Magazine and its online companion sites celebrate the journal's 125th anniversary with a look forward -- at the most compelling puzzles and questions facing scientists today(01/Jul/2005)]
[서울신문-창간 125돌 사이언스誌 ‘과학적 수수께끼’ 25개 선정(07/Jul/2005)]
[문화일보-아직 못푼 과학수수께끼 25개는? 美사이언스지 창간 125주년 기념호서 선정(02/Jul/2005)]

키워드 : 1880년 7월 3일 미국의 발명왕 토머스 에디슨이 창간한 유서깊은 과학전문지 美 사이언스지 2005년 7월 1일자 창간 125 주년 기념호에서, 인간이 풀지 못한 125개의 주요 문제(big questions) 중 앞으로 25년 안에 인간이 풀어 낼 ‘과학적 수수께끼 25개(25 Big Questions) 선정, The Top 25 Essays by our news staff on 25 big questions facing science over the next quarter-century, 125 big questions, 25 big questions, 이번 2005년 7월 1일자 사이언스지는 [Vol 309, Issue 5731] 호로 75페이지에서 102페이지에 걸쳐 25개의 Big Questions을 제시하고 있는데 이는 무료로 일반에게 공개되고 있다. 양자의 불확정성과 편재성(비국지성)을 설명할 심오한 법칙은 가능한가?(Do Deeper Principles Underlie Quantum Uncertainty and Nonlocality?), 효과적인 에이즈 치료약이 나올까?(Is an Effective HIV Vaccine Feasible?), 온실효과로 지구는 얼마나 더워질까?(How Hot Will the Greenhouse World Be?), 값싼 석유 대체 에너지원은 무엇이며, 언제 등장할까?(What Can Replace Cheap Oil--and When?), 질병·기아 등으로 인구증가가 자연 억제될 것이라던 맬서스의 이론은 틀렸나?(Will Malthus Continue to Be Wrong?)