2021년 노벨 물리학상은 우리가 사는 지구의 날씨와 기후, 그리고 세상의 아주 복잡한 일들이 어떤 규칙으로 움직이는지 밝혀낸 세 분의 과학자에게 돌아갔어요. 먼저 슈쿠로 마나베 할아버지와 클라우스 하셀만 할아버지는 지구가 왜 점점 뜨거워지는지, 즉 지구 온난화의 원인을 과학적으로 증명해낸 분들이에요. 마나베 할아버지는 아주 오래전부터 컴퓨터를 이용해 공기 중의 이산화탄소가 늘어나면 지구의 온도가 얼마나 올라가는지 계산하는 모델을 만드셨는데, 이게 오늘날 우리가 기후 변화를 예측하는 데 가장 중요한 기초가 되었답니다. 하셀만 할아버지는 매일매일 변덕스러운 날씨 속에서도 기후라는 커다란 흐름이 어떻게 변하는지 찾아내는 방법을 알아내셨어요. 덕분에 우리는 지금 지구가 더워지는 것이 단순히 자연적인 현상이 아니라 인간들이 만들어낸 탄소 때문이라는 것을 확실하게 알 수 있게 되었죠.
나머지 절반의 상을 받은 조르조 파리시 할아버지는 ‘복잡계’라는 아주 어려운 문제를 풀어낸 천재예요. 복잡계란 수많은 작은 알갱이나 요소들이 서로 뒤엉켜 있어서 앞날을 예측하기 어려운 시스템을 말해요. 예를 들어 숲속의 새떼가 움직이는 모양이나 아주 작은 금속 가루들의 불규칙한 움직임 같은 것들이죠. 파리시 할아버지는 겉으로 보기에는 아무런 규칙 없이 어지럽게 섞여 있는 것처럼 보이는 것들 속에도 사실은 아주 정교한 수학적 규칙이 숨어 있다는 것을 수학으로 증명해냈어요. 이 발견은 물리학뿐만 아니라 우리가 사용하는 컴퓨터의 인공지능이나 생물학, 심지어 사람들이 모여 사는 사회 현상을 이해하는 데도 엄청난 도움을 주고 있답니다.
인공지능은 수만 개의 디지털 신경세포들이 서로 복잡하게 얽혀 있는 구조로 되어 있는데, 이는 파리시 할아버지가 연구했던 무질서한 입자들의 모임과 매우 비슷합니다. 인공지능이 수많은 사진 중에서 ‘고양이’를 찾아내야 할 때, 처음에는 어떤 특징이 중요한지 몰라 갈팡질팡하며 무질서한 상태에 빠지게 돼요. 이때 파리시 할아버지가 발견한 수학적 규칙을 적용하면, 무질서해 보이는 데이터들 사이에서 가장 안정적이고 정확한 답(고양이의 특징)을 찾아가는 ‘길’을 논리적으로 설명할 수 있게 됩니다.
구체적으로는 인공지능의 ‘딥러닝’ 학습 과정에서 오류를 줄여나가는 방식을 이해하는 데 큰 도움을 주었어요. 마치 울퉁불퉁한 산맥에서 가장 낮은 골짜기(정답)를 찾아 내려가는 것처럼, 복잡하게 뒤엉킨 정보들 속에서 최적의 규칙을 찾아내는 수학적 토대를 마련해준 것이죠. 덕분에 지금의 인공지능은 사람의 목소리를 알아듣고, 복잡한 바둑을 두고, 자율주행 자동차를 운전하는 등 어려운 임무를 수행할 수 있게 된 것이랍니다.
결국 2021년 노벨 물리학상은 아주 작은 입자들의 무질서한 움직임부터 우리가 사는 커다란 지구의 기후 변화까지, 세상의 복잡한 현상들을 과학과 수학으로 명확하게 설명할 수 있다는 것을 보여준 상이에요. 세 분의 과학자 덕분에 우리는 지구가 앞으로 어떻게 변할지 더 정확하게 알 수 있게 되었고, 무질서해 보이는 세상 속에서 질서를 찾는 지혜를 얻게 된 것이죠. 이분들의 연구는 우리가 지구를 지키기 위해 지금 당장 무엇을 해야 하는지 알려주는 소중한 길잡이가 되고 있습니다.
2021년 노벨 물리학상을 받은 세 분의 할아버지들은 연구 업적만큼이나 재미있고 인간적인 이야기도 있어요.
이탈리아 사람인 파리시 할아버지는 요리에도 진심이었어요. 한창 유럽에 에너지가 부족해서 가스비를 아껴야 했을 때, 할아버지는 페이스북에 **’불을 끄고 파스타 삶는 법’**을 올렸다가 이탈리아 전체에서 엄청난 화제가 됐답니다. 물이 끓으면 면을 넣고 딱 2분만 더 끓인 뒤, 불을 아예 끄고 뚜껑을 덮어두면 남은 열기만으로도 파스타가 맛있게 익는다는 ‘과학적 요리법’이었죠. 유명한 요리사들이 “그건 파스타에 대한 모욕이다!”라며 반대하기도 했지만, 할아버지는 꿋꿋하게 “에너지를 아끼는 과학적인 방법”이라며 토론을 즐기셨다고 해요.
일본에서 태어나 미국에서 활동한 마나베 할아버지는 무려 90세라는 아주 고령의 나이에 노벨상을 받으셨어요. 할아버지는 1960년대, 그러니까 지금처럼 컴퓨터가 좋지 않던 시절부터 50년 넘게 “지구가 왜 뜨거워질까?”라는 한 가지 질문에만 매달렸답니다. 상을 받았을 때 소감을 묻자, “나는 기후 연구가 너무 재미있어서 평생 한 번도 ‘일’을 한다고 생각한 적이 없다”라고 말씀하셨어요. 공부를 억지로 한 게 아니라, 매일매일 호기심을 가지고 즐겁게 관찰하다 보니 어느덧 세계 최고의 과학자가 되신 거죠.
하셀만 할아버지가 처음 “인간 때문에 지구가 더워지고 있다”는 연구 결과를 발표했을 때, 많은 사람이 믿어주지 않았어요. “날씨는 원래 변덕스러운데 그걸 어떻게 맞히냐”며 무시당하기도 했죠. 하지만 할아버지는 포기하지 않고 연구를 계속했는데, 사실 할아버지가 기후 연구에 더 집중하게 된 계기 중 하나는 부인의 조언이었다고 해요. 부인이 “당신의 수학 실력을 좀 더 세상에 도움이 되는 일(지구 구하기)에 써보는 게 어떠냐”고 슬쩍 제안했고, 그 덕분에 우리가 지금 기후 위기를 미리 대비할 수 있게 된 것이랍니다.