디스커버 선정, 과학의 8대 대실수 (하)

최근 미국의 과학잡지 디스커버는 과학에서 흥미롭긴 하지만 틀린 것으로 판명난 과학의 대실수 8가지를 소개했다. 비록 이론은 틀리긴 했지만 이를 내놓은 과학자의 창의성이 얼마나 대단한지를 살펴볼 수 있다는 의미에서 말이다. 전편에 이어 나머지 4가지 실수를 소개한다. 

<<< 관련포스트 : 2009/08/06 - 디스커버 선정, 과학의 8대 대실수(상)

5. 빛의 본성과 에테르

 

▲ 뉴턴은 빛을 연구하면서 빛이 입자들로 이루어져 있다고 주장했다. 그는 입자설로 빛의 성질을 설명하기 위해 에테르라는 걸 고안해냈다.

빛은 어떻게 이동하는지, 빛의 본성은 무엇인지를 밝히는 일은 천년 동안이나 과학자들을 괴롭힌 난제였다. 1704년 아이작 뉴턴(1642-1727)은 이에 대해 이런 주장을 펼쳤다. 빛은 입자들로 이루어져 있다는 것이었다. 

그런데 빛의 입자설로는 빛이 꺾이는 굴절 현상을 제대로 설명할 수 없었다. 그래서 뉴턴은 빛이 에테르라는 물질이 채워져 있는 우주공간을 통과하면서 굴절현상이 나타난다고 설명했다.

뉴턴과 달리 다른 과학자들은 빛의 파동설을 펼쳤다. 그런데 그들 역시 에테르가 필요했다. 파동은 매질을 통해 전파되기 때문에 빛이 태양으로부터 지구로 도달하기 위해서는 에테르라는 매질이 있어야 한다고 생각한 것이다.

입장은 다르지만 양쪽에 모두 받아들여진 에테르의 존재는 마이켈슨-몰리 실험으로 끝이 났다. 빛의 파동에 에테르가 미치는 영향을 확인하려던 실험은 완전히 실패한 것이었다. 에테르의 효과가 전혀 나타나지 않았던 것이다. 이 실험은 물리학 역사상 가장 유명한 실패실험이지만 동시에 물리학에서 가장 유명한 실험 중 하나이기도 하다.

6. 19세기의 또다른 진화론 

19세기 과학자들은 어떻게 지구에 이토록 다양한 생물 종이 존재할 수 있는지를 설명하려고 애를 쓰고 있었다. 당시 모든 이들이 찰스 다윈의 자연선택 진화론을 추종했던 건 아니다. 다른 과학자들은 나름의 다른 이론을 펼쳐보였다.

▲ 19세기에 다윈의 진화론 말고도 생물의 다양성을 설명하는 또다른 진화론이 있었다. 그것은 생물의 초기단계인 배아에서 여러 생물 종이 탄생했다는 반복발달설이다.

 

그 중 하나가 배아(embryo) 진화론이다. 배아는 생물의 초기 단계를 말하는데, 인간의 경우 정자와 난자가 수정하고 2주 동안을 말한다. 배아 진화론에 따르면 배아에 새로운 발달 단계가 추가되면 새로운 생물 종이 탄생한다. 배아 진화론의 과학자들은 원시 배아가 몇 단계를 더 밟아감으로써 최초의 인간이 등장한 것이라고 주장했다.

배아 진화론의 대표 과학자는 독일의 에른스트 헤켈(1834-1919)이었다. 그는 자신의 이론을 반복발달설(recapitulation theory, 또는 계통발생설)이라고 했다. 그는 동물이 발생초기인 배아단계에서는 사람이나 물고기, 닭 등이 비슷하다는 배아를 증거로 제시하면서 이로부터 새로운 생물종이 진화한 것이라고 주장했다. 

1920년대 들어서면서 헤켈의 주장은 과학계에서 더 이상 받아들여지지 않았다. 하지만 그가 제시한 여러 생물 종의 배아사진은 오랫동안 생물교과서에서 진화의 증거로 사용되었다. 여러 생물이 배아일 때 얼마나 비슷하냐면서 이게 바로 우리가 진화한 흔적이라고 말이다. 하지만 1997년 9월 5일 사이언스지에는 헤켈의 배아사진이 위조되었다는 글이 게재됐다.

7. 『제인 에어』에 등장한 골상학

샬롯 브론테(1816-1855)의 소설 『제인 에어』에는 여주인공이 자신이 나중에 사랑하게 되는 로체스터의 얼굴 생김새를 뜯어보며 그가 어떤 성격을 소유했고 얼마나 지적인 인물일지를 탐구한다. 브론테가 살았던 19세기, 지식인들은 브론테처럼 골상학에 다들 매료되어 있었다. 

▲ 두개골의 각 부위마다 성격이나 지능을 담당하는 영역이 따로 있다는 골상학은 소설 '제인 에어'에 등장할 정도로 19세기 지식인들 사이에서 유행했다.

 

골상학은 두개골의 형태를 연구해 정신능력과 성격특성을 분석하는 학문이다. 골상학 연구의 기본가설을 세운 대표적인 인물은 독일인 의사 프란츠 요제프 갈(1758~1828)이었다. 그는 뇌가 여러 부분으로 구성되어 있으며 각각의 부분은 특별한 기능을 수행한다고 주장했다. 즉 미를 인식하는 뇌의 영역이 여기이고, 욕망과 관련된 영역은 저기이다는 식이었다.

갈은 사람마다 성격이나 지적인 면이 다른 것은 뇌의 특정 부분이 남들보다 더 불룩하게 튀어나오거나 들어갔느냐에 따라 결정된다고 주장했다. 발달되어 있으면 더 불룩하고 튀어나온다는 것이다. 

19세기에 골상학은 관련 학계와 저널의 적극적인 홍보를 통해 대대적으로 대중들에게 알려졌다. 하지만 골상학은 20세기에 들어 신빙성이 없는 것으로 받아들여졌다.

8. 빅뱅이론과 경쟁 벌인 정상우주론

▲ 우주는 팽창해도, 계속 새로운 물질이 생겨나 변함이 없다는 것이 정상우주론이다. 정상우주론에 따르면 우주는 과거에도 지금과 같았고, 미래에도 그렇다.

1920년대 허블이 우주가 팽창한다는 점을 발견했다. 이후 천문학자들은 우주의 팽창에 대해 크게 두 가지 이론을 내놓았다. 하나는 우리가 잘 알고 있는 빅뱅이론으로, 우주가 대폭발로 탄생했다는 이론이다. 이에 따르면 우주가 앞으로도 계속 팽창해 나가 시간이 흐르면서 은하 사이의 거리가 멀어진다. 그리고 유한한 우주는 결국 언젠가는 최후를 맞이하게 된다. 

또 다른 이론은 정상우주론. 우주는 항상 팽창하고 있지만 평균 밀도는 일정하게 유지된다는 이론이다. 즉 팽창하면서 새로운 별과 은하가 새로 생겨나 평균 밀도는 변하지 않는다는 것이다. 그래서 정상우주에는 시간적으로 시작과 끝이 없다. 그리고 과거나 지금이나 미래나 변함이 없다. 

20세기 초중반 정상우주론과 빅뱅이론은 반 세기 동안 경쟁을 벌였다. 하지만 1960년대 우주배경복사가 발견되면서 정상우주론은 한계를 드러냈다. 우주배경복사는 대폭발 이후 현재까지 남아 있는 것으로 여겨지는 우주 태초의 폭발 흔적이다. 우주배경복사의 관측으로 빅뱅이론이 승리를 거뒀다.

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박미용 기자 | pmiyong@gmail.com