순수과학과 응용과학

레이저(LASER)

1917년 알버트 아인슈타인은 복사에 대한 자극 방출(stimulated emission) 이론을 발표했는데 그 이론은 어떤 원소의 여기된 원자(excited atoms)가 자극을 받으면 빛을 낼 수 있다고 설명한 것이었다. 아인슈타인이 그의 이론을 발표한지 46년이 지나고, 그가 죽은지 8년이 지난 1963년에 최초의 레이저(Laser; Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 장치가 고안되었다. 레이저는 오늘날 공업, 의료 분야 및 다른 과학 분야에서 아주 중요한 기구가 되었다. 예를 들어, 세인트 헬렌즈 산에서 화산 활동을 예보하기 위해서 레이저는 지각의 이동을 조사하기 위한 방법으로 주변의 산 정상들 사이의 거리를 측정하는데 사용되었다.

캘리포니아에서 레이저는 지진 단층선을 따라 아주 미세한 이동을 측정하는데 사용되었다. 1969년, 최초로 달에 착륙한 우주인 암스트롱과 알드린은 지구와 달 사이의 거리 측정의 새로운 방법으로 지구로부터 발사된 레이저 광선이 되돌아오도록 달 위에 거울을 설치하였다.


레이저의 예에서 보았듯이 아인슈타인의 자극 방출 이론에 관한 레이저의 발명은 오늘날 다양한 용도로 활용되고 있다. 레이저의 발명이 순수 과학이라면, 그 활용은응용 과학이다. 이와 같이 순수 과학과 응용 과학의 아이디어는 보통 생각하듯이 그렇게 별개의 것은 아니다. 근본적으로 새로운 과학적 이론이나 발견은 그것을 이용할 실제 적용 방법이 찾아질 때까지 순수 과학으로 생각되는 것이다. 그러한 적용 방법이 빨리 찾아지기도 하고, 때로는 상당히 느리게 발견되기도 한다. 아인슈타인의 자극 방출 이론은 기술과 응용에 매우 느리게 적용된 한 예라 할 수 있다. 보통 필요에 의해­우주왕복선에 단열 타일을 부착할 초강력 접착제 같은 것­순수 과학 과정이 가속된다.


순수 과학은 두 가지 주요 범주로 나뉘는데, 이론적인 것과 실험적인 것이 그것이다. 자극 방출에 대한 아인슈타인의 아이디어는 논문에 실린 방식으로 레이저 실험이 시작될 때까지는 이론적인 것으로 남아 있었다. 1963년에도, 레이저는 완전하지는 못했다. 그래서 그 이론은 보다 신빙성 있는 레이저가 개발될 때까지 실험 과학의 영역으로 남아 있게 된다. 레이저가 실제로 인간 생활에 사용되기 시작할 때까지 그것은 응용 과학의 도구가 되지못할 것이다.



지질학: 순수 혹은 응용 과학

여러분은 이 장(지구의 선물)에서 순수와 응용 과학의 특수한 일치성을 보았다. 광상과 함께 발견되는 배게 용암은 지질학자들로 하여금 그 용암이 발견된 곳이 전에는 해양저였다는 사실을 가르쳐 준다. 베게 용암은 용융된 용암의 표면이 물에 의해 급속히 냉각되면서 형성된다.

한편, 지질학자들은 배게 용암 주변 환경에 대한 지질학자들의 과학적 지식(순수 과학)을 더해 가면서 베개 용암이 어떻게 형성되었는가를 알게 된다. 그러나 지질학이 과학적 지식을 얻기 위한 순수 과학인 반면, 지질학은 광물 자원을 찾을 때처럼 역시 많은 실제적인 응용을 하는 응용 과학의 측면도 가지고 있다. 따라서 배게 용암에 관한 정보에 기반을 둔 광물 탐사는 응용 과학이 된다.

때로는 과학자들은 자기 연구가 어디로 가고 있는지를 잘 모르고 있는 경우도 있다. 물리학자 엔리코 페르미(Enrico Fermi)는 실험을 위한 자금을 언제 요청할지, 또 그가 발견하고자 하는 것이 무엇인지 알려 달라는 요구를 받았다. 그 연구 계획에 자금을 대는 사람들은 이 질문에 대한 결과의 실제 응용을 기대하고 있었던 것이다. 그러나 페르미 대답은“그가 찾으려고 하는 것이 무엇인지 안다면 돈을 필요로 하지 않을 것”이라는 대답뿐이었다.


순수와 응용 면에 대한 상관 관계는 과학의 기본적인 활력소 중의 하나이다. 때때로 순수 과학의 발전은 그들 자신의 응용을 창조할 것이며, 또한 강조한 대로 응용은 순수 과학적인 연구의 과정을 가속화할 것이다. 갈릴레오는 그가 망원경을 만들었기 때문에 하늘을 보았을까? 아니면 그가 하늘을 보기 위해 망원경을 만들었을까? 이것은 우주 계획에 관한 순수와 응용 과학의 특별한 예가 될 것이다. ‘우리는 순수 지식을 확장하기 위해 우주 탐험을 원한다’라고 말한 것이다. 그렇게 하기 위한 노력은 응용 과학을 낳게 하고, 우주 환경에서 얻은 자료는 응용 과학을 통해서 새로 운 기술 발전에 이바지한다.


순수냐? 응용이냐?

앞의 설명은 순수와 응용 과학 사이의 차이점을 말한 것이다. 질문에 대한 답을 얻기 위해 행해지는 과학적 연구는 순수 과학이다. 특별한 문제에 대한 연구 결과의 적용은 응용 과학으로 정의될 수 있다.

다음 서술은 과학적 활동과 관계가 있다. 각 서술들을 주의 깊게 읽고 그것이 순수 과학인가 아 니면 응용 과학인가를 결정해 보도록 하자. 그리고 각각의 경우 여러분의 결정에 대한 이유도 함께 생각해 보자.

중국의 과학자들이 지진 예보 작업을 한다.
과학자들이 기후의 기록을 알기 위해 나이테 연구를 한다.
생물학자들이 어떤 화학 약품이 곤충을 죽인다는 것을 발견한다.
담배 갑에 건강에 대한 경고를 하고 있다.
물리학자들이 궤도 운동 물체의 역학을 연구한다.
건축 기술이 지질 안전도에 맞추어 개선된다.
생물학자들이 어떤 화학 물질이 실험 쥐에 암을 유발시킨다는 사실을 발견한다.
엔지니어들이 궤도를 도는 인공 위성을 설계한다.
지질학자들이 지각판의 경계와 광상의 위치와의 관계를 발견한다.
천문학자들이 태양으로부터 받는 에너지를 측정한다.
어느 탄광 회사가 철 광상이 있는 지질 탐사 지도를 사용한다.
지질학자들이 석유를 찾는데 지진 자료를 이용한다.
어느 전력 회사가 태양력 발전소를 개발한다.
지질학자들이 지각판의 이동을 연구한다.
높은 고도에 있는 기구로 상층 대기의 복사량을 측정한다.
위성으로부터 오는 TV 신호를 수신하기 위해 위성 수신 안테나를 설치한다.
과학자들이 지구 자기장을 그린다.
도보 여행자들이 진북과 자북의 차이를 보정하기 위해 나침반을 보정한다.
우리들은 많은 유명한 과학자들을 알고 있다. 예를 들어, 식물학자로서 많은 변종의 과일과 소채류를 개발한 루더 버뱅크(L. Burbank), 떨어지는 사과를 보고 중력과 운동의 법칙을 발견한 아이작 뉴턴(I. Newton), 페니실린을 발견한 알렉산더 플레밍(A. Fleming), 물리학의 개척자로 라듐을 발견하고 노벨상을 두번이나 수상한 퀴리 부인(M. Curie), 전구, 전축 등 많은 발명을 한 에디슨(T. Edison), 로켓트를 개발하여 미 항공우주 프로그램의 선구자가 된 폰 브라운(Werner Von Braun) 박사, 등...

여러분은 그들이 일차적으로 순수 혹은 응용 과학 어느 것에 관련된다고 말 할 수 있을까? 자! 이제 여러분은 두 칸을 만들어 하나는 순수 과학 또 다른 한쪽은 응용 과학으로 표시하고, 이 들 과학자들의 업적을 분류해 보자. 또한 여러분 스스로 여러 가지 예를 생각해 보고 순수와 응용 과학에 관하여 기술해 보자.