시어도어 그레이. 2010. 세상의 모든 원소 118. 영림카디널. 235쪽.

저자는 대중과학 저술가이며, 이 책은 주기율표에 있는 총 118개의 원소 각각에 대해 샘플 사진을 곁들여 설명한다. 과학 원리에 대한 약간의 배경 설명과 함께, 일상에서 각 원소가 사용되는 예들을 제시한다. 원자번호 1번 수소 H에서부터 그당시까지 발견 혹은 합성된 118번의 '우눈옥튬'까지 각각의 원소에 대해 설명한다.

저자는 원소 샘플 수집가이며, 자신의 일상에서 벌어지는 에피소드를 곳곳에 삽입하면서 캐쥬얼하게 이야기를 풀어나간다. 가볍게 서술 부분을 읽고 사진을 보면서 눈요기하는 도감책이다.

김경렬. 2009. 화학이 안내하는 바다탐구. 자유아카데미. 463쪽.

저자는 화학 해양학자이며, 이 책은 화학 지식을 동원하여 바다를 탐구한 결과를 설명한다. 바다물의 화학적 구성, 바닷물의 순환, 깊이에 따른 바다의 특성 차이, 바다의 지형, 바다가 기후에 미치는 영향, 조석과 파도, 등이 주요 내용이다.

화학 해양학에서는 온도와 염을 중심으로 바다를 분석한다. 깊이 및 지역에 따라 온도와 염에 차이가 있다. 바다는 깊이에 따라 표층과 중층 및 심해로 나눈다. 햇빛이 투과되는 표층의 깊이는 100미터도 안된다. 이 표층에서 대부분의 생명 활동이 전개된다. 1,000미터 이하의 심해에는, 0~2도의 매우 차가운 물이 적도에서부터 극지방까지 동일한 분포를 보인다. 바닷물에 녹아있는 염은, 소금의 구성 성분인 염소와 나트륨이 대부분(86%)을 차지하며, 이외에 황산, 마그네슘, 칼슘, 칼륨 등이 있는데, 지역에 관계없이 전세계적으로 염의 구성 비율이 동일하다.

바다는 매우 깊다. 전세계 바다의 평균 깊이는 3,600미터에 이른다. 육지의 연장인 대륙붕은 200미터 깊이 이하의 얕은 바다이며, 대륙붕을 넘어서면 가파른 경사를 지나 심해의 평탄한 해저가 넓게 펼쳐진다. 평탄한 해저 곳곳에는 깊은 협곡인 해구와, 화산으로 솟아오른 해령이 존재한다. 지구물리학 이론인 판구조론으로 바다의 지형을 설명할 수 있다. 대서양에는 남에서 북으로 길게 해저 산맥이 존재하는데, 이는 아메리카 판과 유라시아판이 서로 갈라지면서 벌어진 틈으로 마그마가 분출하여 만들어졌다. 지구의 판과 판이 만나는 지점에 매우 깊은 해구가 형성된다. 밀도가 높은 해양판이 상대적으로 밀도가 낮은 육지판 아래로 들어가면서 해구를 만들고 지진과 화산을 발생시킨다. 이러한 심해에 대한 탐사가 이루어진 것은 최근의 일이다.

바닷물은 수평으로 뿐만 아니라 수직으로 순환한다. 표층의 바닷물이 심해로 내려가서 전세계 바다의 밑 바닥을 한바퀴 돌고 표층으로 올라오는 순환을 반복한다. 표층의 바닷물이 심해로 내려가는 입구가 대서양의 북쪽 끝에 있으며, 이곳에서 심해로 내려간 바닷물은 대서양 남쪽을 지나 인도양 바닥을 거쳐 태평양 북쪽에서 표층으로 솟아 오른다. 이러한 순환의 중간인 대서양 남쪽과 인도양에서 일부가 표층으로 용출한다. 이러한 전지구적인 수직 순환을 한번 하는데 1,000년 이상의 시간이 소요된다. 일반적으로 해류라고 지칭하는 수평 순환은 표층에서만 일어나며, 심해는 매우 서서히 이동한다.

태평양 동쪽의 표층 온도의 이상 변화로 인해 태평양 서쪽 지방에서 기상 이변이 발생한다. 엘리뇨는 페루 연안의 이상 고온을, 라니냐는 그 반대 현상을 지칭한다. 이러한 변화는 수십년을 주기로 발생하는데, 원인은 모른다. 근래에 전지구적으로 표층 온도가 상승하면서 지구 온난화의 우려가 커졌다. 해양 온도의 변화는 지구 역사에서 주기적으로 발생했는데, 근래에 관찰되는 해양 온도의 상승은 1,800년대 이래 산업화와 함께 특이하게 빠른 속도로 전개되고 있다. 

바다는 인류의 삶과 밀접한 관련을 맺고 있음에도 바다에 대한 체계적 이해는 달 탐험보다 더 늦게 이루어졌다. 이 책은 전문 연구자의 서술로 바다에 관해 깊이있는 지식을 전달한다. 바다에 관해 알려진 지식뿐만 아니라, 어떤 과정을 통해 새로운 발견이 이루어졌는지, 연구 방법과 계기를 설명한 것 또한 흥미있게 읽었다.

DK 과학원리 편집위원회. (김홍표 번역). 2018. 과학원리. 사이언스 북스. 247쪽. 

이 책은 물질, 에너지와 힘, 생명, 우주, 지구 순으로 장을 달리하면서 자연의 원리를 그림과 함께 설명하는 도감이다.  화학, 물리학, 생물학, 천체 및 지구과학의 기초 지식을 전달한다. 우리가 일상적으로 만나는 자연현상이 왜 그러한지를 설명하는 데 촛점을 맞춘다. 교육과정을 통해 습득한 과학 지식을 복습하면서, 자연에 대한 이해를 약간이나마 깊이하는 기회를 제공한다. 그림을 보고 해설을 읽으면서 과학은 흥미로운 영역임을 확인한다.

DK 음식원리 편집위원회 (변용란 옮김). 2018. 음식원리 (How Food Works). 사이언스북스. 247쪽.

이 책은 도감 책이며, 음식이 어떻게 인체에 작용하는지 그림과 글을 통해 설명한다. 영양소, 요리의 과학, 다양한 식재료, 음료, 식습관, 음식관련 변화, 등의 주제를 장을 바꾸어 설명한다. 생리학과 화학의 지식을 배경으로, 음식과 인간의 관계를 설명한다.

제법 깊이 있게 설명하며, 그림과 곁들여서 설명하기 때문에 이해가 쉽다. 매일 조금씩 읽으면서 인체와 음식에 대해 알아가는 즐거움을 느꼈다. 이 책을 읽으면서 일상에서 접하는 식품과 이것이 인체에 작용하는 기제에 대해 체계적으로 이해하게 되었다. 책의 끝으로 다가가면서 아쉬움을 느낄 정도로 흥미로웠다.

Addy Pross. 2012. What is Life? : How Chemistry becomes biology. Oxford University Press. 199 pages.

저자는 화학자이며, 이 책은 생명체의 특성과 근원을 설명한다. 생명체는 화학적 반응의 집합으로, 에너지를 소비하여 자기복제를 통해 영속성을 유지한다. 다윈이 주장하는 진화의 과정은, 물질이 자기복제 반응의 성공율을 높이기위한 복잡화(complexification)과정의 일부로 이해되어야 한다.

생명체는 목적지향적인 활동을 함에 비해, 무생명체 즉 물질에게 '목적'이란 의미가 없다. 어떻게 목적이 없는 물질이, 목적지향적인 존재로 바꾸어질 수 있었을까? 생명체의 목적은 자기복제이다. 자기와 닮은 또 다른 존재를 만드는 것이 생명체의 궁극적 목적이다. 

생명체란 불안정한 존재이다. 열역학제2법칙에 따르면 모든 물질은 에너지가 낮은 수준을 향하여, 질서가 흩뜨러지는 방향으로 진행한다.  생명체란 무질서의 세계에서 고유의 패턴, 즉 질서를 유지하는 존재이며, 주위의 에너지 수준과 격차를 계속 유지하는 존재이다. 이는 마치 새가 계속 날개짓을 하면서 중력을 거스르고 있는 것과 같은 상태이다. 생명체는 외부로부터 에너지를 받아들여 소비하는 대사작용(metabolism)을 통해 자기복제를 계속함으로서 이러한 불안정 상태를 계속 유지한다. 개별 생명체는 열역학제2법칙에 따라 질서가 흩뜨러지고 주위와의 에너지 격차가 사라지는 과정, 즉 죽는 과정(decay and die)을 밟지만 자기복제를 통해 집단으로서의 생명체의 존재를 유지한다.

개체로서는 죽지만, 집단(population)으로서는 계속 유지되는 것이다. 이를 저자는 '동적인 안정성' (dynamic kinetic stability)이라고 지칭하면서, 샘물의 비유를 든다. 샘물을 구성하는 물은 계속 바뀌지만 샘물의 존재는 계속 안정적으로 유지된다. 세포, 기관, 개체의 각 단위에서 개체로서는 죽지만 집단으로서는 존재를 유지한다. 예컨대 우리의 피부는 계속 죽고 동시에 새로 생성되는 과정을 지속하면서 피부의 안정된 상태를 유지한다. 생명체의 동적인 안정성이 유지되는 이유는, 생명체의 자기복제가 지수적으로 증식(exponential growth)하기 때문이다. 엄청나게 많은 수가 복제되기 때문에, 개체들은 계속 사멸함에도 불구하고, 생명체의 존재는 유지된다.

과학자들은 유기물질로부터 자기복제를 하는 존재(RNA)를 합성해내는데 성공했다. 문제는, 자기 복제를 하는 개별적인 존재가 자기복제를 계속한다는 것은 열역학제2 법칙, 즉 질서는 무질서의 방향으로 진행한다는 원리에 어긋나는 것인데, 어떻게 자기복제를 계속 할 수 있게 되었을까?  과학자들은 자기복제를 하는 서로 다른 두개의 존재가 합쳐져 서로의 복제를 촉진하는 존재가 만들어진다는 것을 확인했다. 자기 복제를 하는 물질 간에도 더 잘 자기복제하는 것과 그렇지 못한 것 간에 차이가 발생한 것이다. 자기 복제를 하는 과정에서 변이(mutation)가 나타나고, 변이된 것 중에는 외부로부터 에너지를 받아들여 자기복제를 더 잘 하는 존재가 나타나게 됬으며, 이후에는 진화적인 경쟁과 선택의 과정이 반복되면서 점점 더 자기복제를 잘하는 복잡한 존재 (complexification)로 발전하게 되었다. 복잡화는 자기복제의 수월성을 향하여, 즉 다른 자기복제 존재보다 더 복제를 잘 하는 방향으로 나아가는 것이다. 외부 환경의 다양한 틈새(nitche)를 자기복제의 효율을 높이는데 이용하면서 자기복제 종의 다양화가 이루어졌다. 

생명체가 목적지향적인 활동을 하는 것은 열역학 제2법칙을 거슬러 동적인 안정성을 유지하려는 것으로 해석해야 한다. 모든 물질은 안정성(stability)를 향하여 진행한다. 무생물체는 열역학 제2법칙의 원리에 따라 에너지 수위가 낮고 무질서한 안정성으로 진행한다. 반면 생명체는 외부로부터 에너지를 공급받아 열역학 제2법칙을 거스르는 동적인 안정성을 유지한다. 왜 생명체는 자기복제를 하려고 하는가? 자기복제를 하지 않으면 열역학 제2법칙에 따라 무생명의 물질로 돌아가게 된다. 더 잘 자기복제를 하는 존재가 그렇지 않은 존재를 압도하는 물리적인 상황을 두고, 우리는 생명체가 목적을 가지고 움직인다고 표현하는 것일 뿐이다. 의식을 가지고 있지 않은 박테리아의 세계에서도 더 잘 자기복제하는 존재가 그렇지 않은 존재를 압도하는데, 이러한 객관적 현상을 두고 우리는 박테리아는 복제를 더 잘하기 위해 활동한다, 즉 목적 지향적으로 움직인다고 표현하는 것이다.

저자는 '무생명체, 즉 물질에서 생명체가 어떻게 출현하였는가' 라는 근본적이 문제에 대한 지금까지의 과학적 탐구 과정을 비전공자도 이해할 수 있게 잘 설명한다. 생명체는 화학 반응의 집합이며, 생명체의 출현과 이후 발전 과정 역시 화학 반응의 맥락에서 이해해야 한다고 주장한다. 생명체란 자기복제 반응의 집합이며, 집합으로서 자기복제할 때 자기복제가 더 잘 되는 것, 즉 복잡화(complexification)의 과정은  화학 실험으로 증명되었음으로, 생물학과 화학을 잇는, 즉 생명체와 비생명체를 잇는 연결 고리가 해결되었다고 주장한다.  불분명한 점은, 복잡화의 과정 중에, 외부로부터 에너지를 받아들여 자기복제를 더 잘하는 존재가 나타나게 됬다고 하는데, 이점에 대한 설명이 미흡하다. 외부로부터 에너지를 받아들여 자기복제를 한다는 것은, 즉 생명활동의 핵심인 대사작용을 의미하는데, 어떻게 비생명체인 물질이 대사작용을 하는 존재로 바뀌게 되었는가하는 문제가 생명체 출현의 핵심이 아닌가?  자기복제를 하는 존재는 화학적으로 합성할 수 있었지만, 대사작용을 하는 존재는 아직까지 화학적으로 합성해내지 못했다.  여하간 대단한 책이다. 읽으면서 어려운 주제를 쉽게 설명하는 저자의 능력에 감탄을 거듭하며 긴장의 끈을 놓지 않고 찬찬히 읽었다. 훗날 다시한번 읽어보아야겠다.

John Hill, Terry McCreary, and Doris Kalb. 2013. Chemistry for Changing Times. 13th ed. Pearson. 706 pages.

저자는 화학자들이며, 이 책은 인문계 학생들을 위해 쓴 화학 대학교재이다. 총 22개 장에 걸쳐,  원자구조에서부터 시작하여, 화학 결합, 화학 계산, 물질의 상태, 산과 염기, 산화물, 유기화학, 폴리머, 핵화학, 지구화학, 공기, 물, 에너지, 생화학, 음식, 약품, 건강, 농업 화학, 집안 주변의 화학물, 독성학 등에 대해 설명한다. 비과학 전공자를 위한 책이므로, 수식과 계산은 최소화하고, 대신 서술을 많이하여 잘 읽혀진다.

오래전부터 화학에 흥미가 있었으나, 화학을 제대로 다루는 교양서를 찾을 수없었다. 화학 원리와 응용에 대해 제대로 서술한 책을 읽으려면 대학 교재를 읽어야 한다는 결론에 도달하여, 한달에 걸쳐서 천천히 읽었다. 처음에 화학의 원리를 설명하는 부분에서부터 유기화학까지는 체계적으로 써서 이해가 쉽고 흥미롭게 읽었으나, 뒤로가면서, 특히 생화학에서부터는 다양한 많은 사실을 망라하는 방식으로 제시되어 읽어내리기 힘들었다. 그럼에도 이 책을 읽으면서, 화학이 설명하는 세상은 신기하고 흥미로웠으며, 화학 원리와 지식을 하나 하나 알아가는 것이 즐거웠다.

대학교에서 화학을 전공했다면 이후의 삶이 흥미있게 열정적으로 일하면서 큰 성과를 냈을텐데하는 아쉬움이 읽는 내내 들었다. 가지 않은 길이기에 더욱 풀이 우거지고 파랗게 보였는지 모른다. 하는 일이 즐거우면 열정이 샘솟고, 열정적으로 일하면 좋은 성과를 내고 사람들로부터 인정을 받게 되고, 성취는 다시 흥미와 열정을 낳는  식으로 선순환을 그리며 살고 싶은데, 지금까지 나의 삶은 그렇지 못했다. 어느 정도 열심히 했고 성과를 내기는 했지만, 일이 즐겁고 그래서 열정이 솟았다고 말할 수 없으니. 아쉬울 따름이다.

열심히 하는 사람은 즐겁게 하는 사람을 따라갈 수 없다.

수학과 과학에 소질이 있던 학생이 고등학교때 인문계를 선택하여 그 길을 걸은 결과이다. 앞으로 남은 생은 좋아하는 것을 열심히 하고, 성과와 인정을 받고, 열정적으로 보람을 느끼며 살기를 간절히 바란다. 마지막 숨을 거두는 자리에서 보람있는 삶을 살았노라고 자족하고 싶다.