과학 지식이 거품처럼 톡톡 터지며 머릿속에 녹아든다!
맥주 거품과 카푸치노를 즐기듯 맛보는 거품 과학의 세계

거품이 톡톡 튀는 것처럼 재기 넘치는 물리학자 시드니 퍼코위츠는 우리를 흥미진진한 거품의 세계로 인도한다. 에어로젤의 거품 방울들이 만드는 미세한 네트워크에서 은하단이 이루는 거대한 거품 구조까지 세상은 거품으로 가득 차 있다. 거품으로 만들어진 달콤한 머랭 과자를 씹을 때처럼, 이 책의 과학 지식은 머릿속에서 톡톡 터지며 살살 녹아든다. -로알드 호프먼(화학자, 노벨상 수상자)

시드니 퍼코위츠의 이 책은 내가 한번도 고민해 본 적이 없는 방대한 물질의 세계를 소개한다. 그러나 거품과 관련된 현상은 인류 역사와 한번도 떨어져져 본 적이 없다. 화산 부석에서 면도용 거품까지, 머랭과 크림 같은 먹을거리에서 신비한 성질을 가진 에어로젤까지 말이다. 이 책에는 거품에 감춰진 물리학이 아주 매력적으로 설명되어 있다. -리온 레이더먼(물리학자, 노벨상 수상자)

최근 거품이라는 단어가 인구에 많이 회자되고 있다. 경제에 낀 거품이 일시에 꺼지면서 여기저기서 내는 파열음이 세계 경제를 휘청거리게 하고 있는 것이다. IT 거품, 부동산 거품, 심지어는 ECO 거품까지 거품은 불확실성의 상징인 양 부정적인 취급을 받고 있다. 그러나 과학자들에게 있어 거품은 정체가 명확하게 밝혀지지 않은 신비의 물질 형태이자 호기심의 대상이다.
과학이 우주의 기원을 밝히고 생명을 조작하고 인간이 만든 무기로 지구 전체를 파괴할 수 있을 정도의 힘을 가지게 된 현재에도 우리가 매일매일 세수할 때 쓰는 비눗방울이나 저녁 때 한 잔 즐기는 맥주 속의 거품 구조를 완전하게 이해하지 못하고 있는 게 현실이다.
이번에 (주)사이언스북스에서 펴낸 시드니 퍼코위츠(Sidney Perkowitz)의 『거품의 과학(Universal Foam)』은 고체, 액체, 기체, 플라스마에 이어 ‘다섯 번째 물질’이자 ‘부당하게 무시당한 물질’로 불리는 ‘거품’을 해설한 과학책이다. 성인 남성들이 매일 아침 사용하는 면도용 거품이나 우리가 먹고 마시는 크림 같은 거품 과자나 맥주와 샴페인 같은 발포성 주류의 거품에서 현대 문명의 일부를 이루고 있는 스티로폼 같은 발포 플라스틱이나 첨단 과학이 발명해 낸 현대적 거품인 에어로젤에 이르기까지 거품의 모든 것을 설명한다.
하지만 에모리 대학교 물리학 교수로 물질의 독특한 특성을 연구하는 과학자인 저자 시드니 퍼코위츠는 우리 눈앞에 있는 거품을 설명하는 데 그치지 않는다. 바다를 하얗게 덮고 있는 파도의 거품 방울이 지구에서 생명이 진화하는 데에서 어떤 역할을 했는지, 현재 지구의 대기 환경을 안정화시키는 데 어떤 역할을 하는지 등을 파헤치는 데에서 시작해 극도로 작아 눈에 보이지도 않는 양자 세계에서 만들어지는 양자 요동과 거품이 우리 우주를 탄생시킨 빅뱅을 어떻게 일으켰으며, 수십억 개의 은하가 모여 이루는 거품 모양의 우주 거품 구조까지 ‘거품 과학’ 이야기를 끌고 나가며 비눗방울에서 우주의 비밀을 읽는 방법을 가르쳐 준다.
“거품으로 만들어진 달콤한 머랭 과자를 씹을 때처럼, 이 책의 과학 지식은 우리 머릿속에서 톡톡 터지며 살살 녹아든다.”라는 노벨 화학상 수상자 로알드 호프먼의 호평 그대로 이 책은 거품 과학이라고 하는 낯설지만 흥미진진한 과학의 세계로 우리 모두를 멋지게 안내한다.

현대 과학의 최전선, 거품의 과학

거품은 우주의 탄생 시에도 존재했고, 우주가 어렸을 때에도 존재했다. 운석의 구조 속에도 분명히 존재하며, 인류의 우주 탐사 노력에도 기여한다. 그리고 수십억 개의 별을 거느리고, 수만 광년의 영역을 차지하는 은하계가 우주 속에서 어떻게 배열되어 있는지도 규정한다. -본문에서

거품이 우리가 생각하는 것 이상으로 우리 삶 속에 깊이 파고들어 있는 것처럼 거품 과학은 우리가 상상하는 것 이상으로 폭 넓은 영역에서 활용되고 있다. 맥주의 거품을 부드럽고 아름답게 만드는 데 사용되는 것은 물론이고, 샴페인이나 콜라나 사이다 같은 탄산 음료의 맛을 더하는 데에도 빠지지 않고 활용된다. 세계적인 맥주 업체나 주류 업체, 심지어는 세계 최대의 브랜드 파워를 자랑하는 코카콜라 사 같은 곳에서는 매년 수십억 원의 돈을 거품 과학 연구에 투자하고 있을 정도이다.
또한 요새처럼 발달한 온라인 쇼핑 문화는 스티로‘폼’ 같은 발포성 플라스틱 없이는 상상할 수 없다. 그 수많은 상품을 일종의 고체 거품인 발포성 플라스틱 없이 어떻게 포장해 장거리 수송할 수 있겠는가? 또한 자동차나 비행기의 생명 안전 장치들 역시 발포성 폴리우레탄 같은 고체 거품들 없이는 만들 수 없다. 제2차 세계 대전 당시에 개발된 방화용 거품은 전쟁 당시는 물론이고, 이후 수많은 화재에서 수많은 인명을 구했다. 거품은 우리의 생명을 지켜 주는 물질인 것이다. 이제 이러한 거품 물질은 고전적으로 문명을 떠받쳐 온 철, 구리, 나무 같은 물질들보다도 더 많이 생산되고 있고, 더 많은 연구비가 투자되고 있다.
그리고 새롭게 개발된 거품 물질인 에어로젤은 금속보다 튼튼한 동시에 다양한 모양으로 바꿀 수 있는 가소성을 갖추고 있어 우주 탐사선의 탐사 장비는 물론이고, 불시착하는 비행기의 긴급 제동 장치 등에 사용되고 있다.
거품 과학은 단순하게 새로운 기술이나 물질을 개발하는 응용 과학에 그치지 않는다. 생명과 우주의 기원은 무엇이고, 우주 만물을 지배하는 법칙은 무엇인지 묻고 해결하는 기초 과학에서도 핵심적인 역할을 한다. 화산에서 분출되는 부석(浮石, 돌 안에 기공 구조가 많이 물 위에 뜰 정도로 돌 같은 가벼운 화산 분출물) 안에 만들어져 있는 거품 구조에서 지질학자들은 지구의 역사를 읽어 내고, 강한 바람이 불어 바다 위를 하얗게 덮은 파도의 포말에서 해양학자들은 파도의 포말을 통해 바다의 물질과 대기의 물질이 얼마나 많이 순환되는지 연구한다.
부석을 통해 지각 밑에 있던 광물질이 대기 중으로 방출되지 않았고, 파도의 포말을 통해 바닷물 속에 포함되어 있던 유기 물질이 대기 중과 지상으로 방출되지 않았다면, 지구 표면에서 자기 복제가 가능한 DNA 같은 생명 물질이 형성될 환경은 형성되지 않았을 수도 있다고 지질학자들과 해양학자들은 추정한다. 이 때문에 저자는 이렇게 말한다. “거품이 우리의 창조주 중 하나라고 상상하는 것도 자연스러운 일일 것이다.”
또한 길이가 수십 킬로미터에 이르는 거대한 입자 가속기에서 입자들을 충돌시켰을 때 새로운 입자가 발견된 것을 알아낼 수 있게 해 주는 장치 역시 거품이 가득 들어 있는 ‘거품 상자’이다. 노벨상을 받은 물리학자 도널드 글레이저가 맥주를 마시다가 아이디어를 얻었다고 하는 이 거품 상자가 없었다면 현대 입자 물리학은 존재할 수 없었을 것이다.
거품 과학의 세계는 지구상에 머무르지 않는다. 거품 과학자들은 거품이 우주의 탄생과 발전 그리고 최후와도 밀접한 관련이 있다고 주장한다. 현대 우주론은 태초의 우주가 원자핵보다 작은 양자의 세계(10-32미터의 세계)에서 만들어진 양자 거품, 즉 양자 요동에서 태어났다고 생각하고 있다. 우주, 즉 은하, 별, 행성, 인간 이 세상 모든 것이 거품에서 태어난 것이다. 또 현대의 천문학자들은 수십억 개의 은하들이 우주에 골고루 흩어져 있는 것이 아니라 거대한 거품 모양을 이루며 배열되어 있음을 밝혀냈다. 이것은 양자 거품에서 만들어진 우주가 팽창할 때 거품 방울들이 팽창할 때와 같은 방식으로 팽창했기 때문이다. 우주는 말 그대로 거품에서 태어나 거품으로 살아가는 것이다.      
 

거품이 없었다면 우리는 얼마나 불행했을까?

프랑스 요리는 거품 빼면 시체라 해도 과언이 아니다. -본문에서

커피의 일종인 에스프레소 한 잔을 보자. 에스프레소 위를 덮고 있는 것은 황금빛 크레마. 이 크레마는 커피의 맛가 향기를 한층 더해 주는 ‘거품’이다. 또 이 에스프레소를 담고 있는 테이크아웃용 커피 컵. 이 역시 발포 스티로폴로 만든 일회용 컵이다. 또 이 에스프레소는 이 황금빛 크레마를 가장 잘 만들어 낼 수 있도록 설계된 에스프레소 머신으로 내린다. 이처럼 우리가 거품은 우리의 삶과 떼려야 뗄 수 없는 존재이다.
메소포타미아에서 최초의 농경 문명이 탄생했을 때부터 인류와 함께해 온 빵 역시 밀가루를 발효시키고, 열로 구워 만든 고체 거품이다. 또 최초의 발효 음식으로 생각되는 맥주 역시 효모가 일으키는 발효 과정에서 생기는 거품 없이는 그 맛을 100% 살릴 수 없는 음식이다. 인류 최초의 화학이라고 할 수 있는 발효 과학은 거품과 함께 발전해 왔다. 거품 음식의 일종인 빵과 맥주가 없었다면 식도락 이전에 현재 같은 문명 사회는 성립할 수 없었다고 해도 과언은 아닐 것이다.
우유나 달걀 등을 휘저어 만드는 거품 음식인 머랭이나 수플레 등도 우리의 삶을 풍족하게 만들어 주는 거품 중 하나이다. 정말로 거품이 없었다면 우리는 얼마나 불행했을까?

부엌에서 우주까지 거품이 지배하는 세상의 길잡이

거품은 고전과 현대, 그리고 미래의 과학과 테크놀로지에 새로운 문을 열어 준다. 또한 음식과 예술을 비롯해 여러 곳에 쓰이기 때문에 인류 문화에서도 마찬가지이다. 거품의 성질 자체가 특별한 느낌을 불러일으킨다. 거품은 그 연약함, 아름다움, 그리고 관능적인 호소력으로 우리에게 즐거움을 준다. 거품의 세계와 그 다양한 쓰임새를 과학을 통해 본다면 거품이 얼마나 놀랍고 널리 퍼져 있는지 더욱 잘 알게 될 것이다. -본문에서

우리는 은하들이 이루는 거대한 우주 거품 사이에서 살며, 파도의 포말이 생겼다 깨지는 소리를 들으며, 바닷가에 앉아 맥주 거품을 즐기며, 우리의 몸을 이루는 세포들의 구조와 거품의 방울 구조가 얼마나 유사한지를 고찰하며 세상 만물의 근본 법칙을 궁리한다. 거품이라는 물질은 이 모든 것을 하나로 엮는 고리의 역할을 한다. 저자는 과학을 일종의 접착제 삼아 비눗방울에서 우주 거품까지 거대한 간격을 사이에 두고 떨어져 있는 세계를 하나로 이으며 과학이 가진 즐거움과 힘을 한껏 보여 준다. 과학이 일상적인 것과 낯선 것 사이, 인간과 우주 사이, 우리가 아는 것과 우리가 알고 싶은 것 사이의 틈새를 메우는 것이라고 할 때, 이 『거품의 과학』이라는 책은 흥미진진하고 달콤새콤한 과학의 세계로 안내하는 훌륭한 길잡이라고 할 수 있을 것이다.