Discovery is not the opposite of application

위대한 과학 논쟁: 왜 하나만 고를 수 없는가

과학을 거대하고 북적이는 도시라고 상상해 보세요. 이 도시에는 두 종류의 주요 건설업자가 있습니다. 한 그룹은 **응용 건설업자(Applied Builders)**로, 지금 당장 집, 다리, 병원을 짓습니다. 이들은 "어떻게 하면 깨끗한 물을 얻을 수 있을까?" 또는 "이 특정 독감을 어떻게 치료할 것인가?"와 같은 즉각적인 문제를 해결합니다. 다른 그룹은 **발견 건설업자(Discovery Builders)**로, 별을 바라보며 "중력은 무엇으로 만들어졌는가?" 또는 "우주는 어떻게 시작되었는가?"와 같은 질문을 던지는 꿈꾸는 사람들입니다. 이들은 오늘 당장 만질 수 있는 무언가를 만들지는 않지만, 게임의 규칙을 이해하려고 노력합니다.

오랫동안 사람들은 이 두 그룹이 같은 돈을 두고 싸우고 있다고 주장해 왔습니다. 논리는 이렇습니다. "우리는 자금이 부족하니, 꿈꾸는 사람들에게 줄 돈을 끊고 대신 집을 짓는 사람들에게 주자. 결국, 집은 '지금' 유용하지만, 우주를 이해하는 것은 사치처럼 느껴지기 때문이다." 이러한 생각은 미국과 영국의 거대 정부 기관들 사이에서 인기를 얻고 있습니다. 하지만 여기 함정이 있습니다. 만약 꿈꾸는 사람들이 실제로 집이 무너지지 않도록 지탱하는 기초를 만드는 이들이라면 어떨까요? 만약 그 "쓸모없는" 질문들이 우리가 내일 필요로 할 도구들을 발명하는 유일한 방법이라면 어떨까요? 이것이 바로 케임브리지 대학의 과학자 히라냐 페이리스스(Hiranya Peiris)가 새로운 논문에서 다루고 있는 핵심 질문입니다. 그녀는 발견과 응용을 적대적인 관계로 취급하는 것이 도시 전체를 망가뜨릴 수 있는 커다란 실수임을 보여주고자 합니다.

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논문의 핵심 아이디어: 제로섬 게임이 아니다

"발견은 응용의 반대가 아니다(Discovery is not the opposite of application)"라는 제목의 논문에서, 히라냐 페이리스는 "호기심"과 "유용성" 사이에서 선택해야 한다는 생각이 함정이라고 주장합니다. 그녀는 기초 과학에 대한 예산을 삭감하여 응용 프로젝트를 위해 돈을 아끼려는 시도는, 마치 초고층 빌딩의 기초를 제거함으로써 돈을 아끼려는 것과 같다고 말합니다. 오늘 몇 푼을 아낄 수는 있겠지만, 결국 건물 전체가 무너지고 말 것입니다.

경제적 함정
페이리스는 이 "기초를 삭감하자"는 생각 뒤에 숨겨진 수학적 논리가 틀렸다고 지적합니다. 정부는 종종 예산을 검토하며 "기초 과학은 비용이 많이 들고 성과가 빨리 나타나지 않으니, 이를 삭감하자"라고 생각합니다. 하지만 그녀는 이것이 경제를 바라보는 매우 잘못된 방식이라고 설명합니다. 연구에 1달러를 투자할 때마다 경제가 약 10달러를 돌려준다는 연구 결과가 있습니다(영국 기준). 미국에서도 매우 보수적인 추정치를 적용하더라도, 1달러당 약 5달러의 수익이 발생합니다.

이것을 숲을 심는 것에 비유해 보세요. 만약 다음 주에 바로 열매를 맺는 나무만 심는다면, 빠른 간식은 얻을 수 있습니다. 하지만 수십 년이 걸려 자라는 깊은 뿌리를 가진 나무를 심는다면, 그 나무들은 결국 목재와 그늘, 그리고 다른 모든 것을 지탱하는 전체 생태계를 제공하게 됩니다. 논문은 이 "깊은 뿌리" 연구에 드는 비용이 영국 전체 공공 지출의 0.1% 미만으로 매우 적다는 점을 언급합니다. 이를 잃는다고 해서 돈이 크게 절약되지는 않겠지만, 한 세대의 과학자들과 그들의 기술을 잃는 결과를 초래할 것입니다.

"헤비 테일(Heavy-Tail)"의 놀라움
페이리스가 강조하는 가장 흥ens로운 점 중 하나는 발견이 일어나는 방식에 관한 것입니다. 그녀는 기초 연구를 통해 얻는 수익이 일정하고 예측 가능한 흐름으로 들어오는 것이 아니라고 말합니다. 대신, 그것은 "헤비 테일 분포(heavy-tailed distribution)"를 따릅니다. 이는 아주 쉽게 말해, 대부분의 경우에는 큰 수익이 보이지 않지만, 가끔씩 예측할 수 없었던 거대하고 세상을 바꾸는 잭팟이 터진다는 뜻입니다.

로또를 사는 것을 상상해 보세요. 만약 당신이 "안전"하거나 "가능성이 높아 보이는" 번호에만 돈을 건다면, 조금은 딸 수 있을 것입니다. 하지만 정말 인생을 바꾸는 잭팟은 아무도 예상하지 못한 희귀하고 기이한 번호들에서 나옵니다. 만약 예산을 일괄적으로 삭감한다면, 당신은 그 희귀하고 기이한 번호들에 대한 로또를 사는 행위를 멈추는 것입니다. 돈은 아낄 수 있겠지만, 큰 상을 탈 기회는 영영 사라지게 됩니다. 논문은 어떤 연구가 다음 번의 거대한 돌파구로 이어질지 예측할 수 없으므로, 예산을 삭감하는 것은 그 기회를 찾을 확률을 낮추는 일이라고 주장합니다.

중력 사냥꾼들의 이야기
발견과 응용이 사실은 같은 것이라는 점을 증명하기 위해, 페이리스는 영국의 중력파 프로그램 이야기를 들려줍니다. 40년 동안 영국의 과학자들은 블랙홀이 충돌하며 발생하는 시공간의 물결을 감지하기 위해 노력했습니다. 수십 년 동안 그들은 단지 "소음"을 측정하고 유령을 쫓고 있는 것처럼 보였습니다. 그것은 순수한 호기심이었습니다.

그러다 2015년, 마침내 그들은 신호를 포착했습니다. 그것은 우주를 보는 방식을 바꾼 노벨상 수상급 순간이었습니다. 하지만 반전이 있습니다. 그들이 우주의 소리를 듣기 위한 도구를 만드는 동안, 그들은 의도치 않게 지금 당장 사람의 생명을 구하고 지구를 보호하는 도구들을 발명했습니다.

그들은 양성자보다 작은 변화를 감지할 수 있을 만큼 완벽한 거울을 만들어야 했기에, 초정밀 센서를 개발했습니다.

• 화산 감시자들: 글래스고의 한 팀은 이 기술을 사용하여 "위지(Wee-g)"라는 아주 작은 중력 센서를 만들었습니다. 이 센서는 스마트폰의 가속도계보다 더 정밀하게 지하의 변화를 감지할 수 있습니다. 현재 이 기술은 화산을 관찰하고 지하 활동을 모니터링하여 안전과 에너지를 관리하는 데 사용되고 있습니다.
• 뼈 치유사들: 다른 과학자들은 진동을 측정하는 전문 지식을 활용하여 "나노키킹(nanokicking)" 기술을 만들었습니다. 이는 미세한 진동을 이용해 화학 물질 없이 줄기세포를 뼈를 만드는 세포로 전환하는 기술입니다. 현재 척수 손상 환자들이 새로운 뼈를 생성하도록 돕는 데 테스트되고 있습니다.
• 안과 의사들: 우주 신호의 "소음"을 제거하기 위해 그들이 고안한 데이터 처리 기법들은 이제 인간의 망막을 더 선명하게 촬영하는 데 사용되고 있습니다.

페이리스는 이 프로젝트들이 별개의 작업이 아니었음을 강조합니다. 동일한 과학자들이, 동일한 자금을 사용하여, "쓸모없는" 우주 연구와 "유용한" 의료 연구를 모두 수행한 것입니다. 만약 40년 전에 우주 연구에 대한 예산을 삭감했다면, 오늘날의 의료적 돌파구도 사라졌을 것입니다.

기초를 깎아내는 것의 위험성
논문은 한 번 연구 문화를 무너뜨리면 다시 회복하기가 매우 어렵다고 경고합니다. 페이리스는 이를 한 방향으로만 움직이는 도구인 '래칫(ratchet)'에 비유합니다. 만약 예산을 삭감하면 과학자들이 떠나게 되고, 나중에 예산이 다시 돌아오더라도 그들은 돌아오지 않습니다. 기술은 영원히 사라집니다. 그녀는 예산 삭감으로 인해 인재가 영구적으로 유실되어 결코 회복되지 못한 아르헨티나와 포르투갈 같은 사례를 언급합니다.

결론
정부가 제시하는 선택지—"발견에 투자할 것인가, 응용에 투자할 것인가?"—는 환상에 불과합니다. 그것은 마치 "기초를 만들 것인가, 지붕을 만들 것인가?"라고 묻는 것과 같습니다. 둘 중 하나 없이는 다른 하나도 존재할 수 없습니다. 거대하고 추상적인 질문을 던지는 연구자들이 바로 질병을 치료하고 도시를 움직이는 기술을 발명해 내는 바로 그 사람들입니다. 그들이 계획해서 하는 것이 아닙니다. 깊은 이해가 예상치 못한 도구로 이어지기 때문에 자연스럽게 일어나는 일입니다.

페이리스는 기초 연구가 우리 사회의 보이지 않는 토대라고 결론짓습니다. 고층 빌딩이 서 있는 동안에는 그 존재를 느끼지 못하지만, 만약 그 기초를 제거한다면 그 위의 모든 것이 무너져 내릴 것입니다. 이 논문은 우리에게 과학을 "현재"와 "미래" 사이의 선택으로 보지 말고, 우리가 오늘 던지는 질문이 내일의 세상을 만든다는 하나의 연결된 여정으로 바라볼 것을 촉구합니다.