How simple ideas lead to scientific discoveries

어떻게 단순한 아이디어가 과학적 발견으로 이어지는가

Translator: Jenny Zurawell

번역: Juhyeon Kim 검토: 민석 최

(음악)

뇌에 관해 재미있는 사실 하나는

One of the funny things about owning a brain

is that you have no control over the things

뇌가 어떤 사실이나 이야기를 모으고 저장하는 것을

that it gathers and holds onto, the facts and the stories.

여러분이 통제할 수 없다는 겁니다. 나이가 들면 더 나빠지기만 하죠.

And as you get older, it only gets worse.

어떤 것들은 수 년이 지나서야

Things stick around for years sometimes

before you understand why you're interested in them,

비로소 자신이 왜 거기에 관심을 가졌는지 알게 되고,

새삼 그것의 의미를 이해하게 되죠.

before you understand their import to you.

여기 세가지 이야기가 있습니다.

Here's three of mine.

When Richard Feynman was a young boy in Queens,

리처드 파인만이 어린 시절 퀸즈 지방에 있을때,

he went for a walk with his dad and his wagon and a ball.

아버지와 함께 수레를 끌고 걸었죠.

수레엔 공이 실려있었는데, 수레를 끌어당기면

He noticed that when he pulled the wagon, the ball went to the back of the wagon.

공이 수레의 뒤쪽으로 굴러간다는 것을 알아챘어요.

아버지에게 물었죠. "왜 공이 수레 뒤쪽으로 가요?"

He asked his dad, "Why does the ball go to the back of the wagon?"

아버지가 말했죠. "그게 관성이란다."

And his dad said, "That's inertia."

그는 "관성이 뭐죠?" 물었고, 아버지는 “아,

He said, "What's inertia?" And his dad said, "Ah.

관성은 과학자들이 붙인 명칭인데,

Inertia is the name that scientists give

to the phenomenon of the ball going to the back of the wagon."

공이 수레 뒤로 굴러가는 현상을 말하지.

(Laughter)

그러나 정말로 이해하는 사람은 없단다."

"But in truth, nobody really knows."

나중에 파인만은 MIT, 프린스턴에서 학위를 얻었고,

Feynman went on to earn degrees

챌린저 우주왕복선 폭발 사고를 밝혀냈고,

at MIT, Princeton, he solved the Challenger disaster,

마침내 노벨물리학상을 수상했습니다.

he ended up winning the Nobel Prize in Physics

아원자 입자의 운동을 설명하는 파인만 다이어그램으로 말이죠.

for his Feynman diagrams, describing the movement of subatomic particles.

그는 아버지와의 대화 덕분에

And he credits that conversation with his father as giving him a sense

깨달음을 얻었다고 합니다.

that the simplest questions could carry you out to the edge of human knowledge,

아주 간단한 질문도 인간 지식의 한계를 벗어날 수 있다는 것,

그가 즐기려는 곳이 바로 그 지점이라는 것입니다.

and that that's where he wanted to play.

그리고 그는 즐겼습니다.

And play he did.

Eratosthenes was the third librarian at the great Library of Alexandria,

자, 에라토스테네스는 알렉산드리아 도서관의 세번째 관장이었고,

and he made many contributions to science.

과학에 많은 기여를 했습니다.

하지만 그를 가장 기억되게 하는 것은

But the one he is most remembered for

began in a letter that he received as the librarian,

관장일 때 그가 받은 한 통의 편지에서 시작되었습니다.

from the town of Swenet, which was south of Alexandria.

알렉산드리아 남쪽의 스 웨넷(아스완) 마을에서 온 편지였죠.

이 편지에 씌어진 사실이 에라토스테네스의 마음을 사로잡았습니다.

The letter included this fact that stuck in Eratosthenes' mind,

편지에는, 태양이 최고조에 이른 정오에

and the fact was that the writer said,

at noon on the solstice, when he looked down this deep well,

깊은 우물을 내려다 보았을때

he could see his reflection at the bottom,

바닥에 자신의 그림자가 보였고, 자기 머리가

and he could also see that his head was blocking the sun.

태양을 가리고 있었다는 겁니다.

I should tell you -- the idea that Christopher Columbus

이걸 말해야겠군요. 크리스토퍼 콜롬버스가 세상이 둥글다는걸 발견했다는 것은

discovered that the world is spherical is total bull.

거짓이에요. 전혀 사실이 아닙니다.

It's not true at all.

사실, 교육받은 사람들은 모두 세계가 둥글다는 것을 알고 있었어요.

In fact, everyone who was educated understood that the world was spherical

아리스토텔레스 시대 이래로 말이죠. 아리스토텔레스가 그걸

since Aristotle's time.

Aristotle had proved it with a simple observation.

단순한 관찰로 증명했죠.

그는 달에 비치는 지구의 그림자가 언제나

He noticed that every time you saw the Earth's shadow on the Moon,

둥글다고 알려주었죠.

it was circular,

그리고 언제나 둥근 그림자를 만드는 형체는

and the only shape that constantly creates a circular shadow

구체라고 증명했습니다. 완벽하죠, 지구는 둥급니다.

is a sphere, Q.E.D. the Earth is round.

그러나 지구가 얼마나 큰지는 아무도 몰랐습니다.

But nobody knew how big it was

until Eratosthenes got this letter with this fact.

에라토스테네스가 이 사실을 편지로 받기 전까지는 말이죠.

그는 태양이 스웨넷 도시의 바로 위에 있다는걸 알았습니다.

So he understood that the sun was directly above the city of Swenet,

because looking down a well, it was a straight line

왜냐하면 우물을 내려다볼 때, 일직선으로

all the way down the well, right past the guy's head up to the sun.

우물 아래와 그 사람의 머리, 태양이 이어지니까요.

에라토스테네스는 또 다른 사실도 알았는데,

Eratosthenes knew another fact.

He knew that a stick stuck in the ground in Alexandria

알렉산드리아의 땅에 꽂아둔 막대기가

at the same time and the same day, at noon,

같은 시간, 같은 날 정오,

the sun's zenith, on the solstice,

태양이 절정인 최고 지점일때

the sun cast a shadow that showed that it was 7.2 degrees off-axis.

7.2도 기울어진 그림자를 만든다는 것이었습니다.

자, 여러분이 원의 둘레를 알고자 하고

If you know the circumference of a circle, and you have two points on it,

이 원 위에 두 점이 있다면

all you need to know is the distance between those two points,

여러분이 알아야 할 것은 두 점간의 거리이죠.

and you can extrapolate the circumference.

그러면 원의 둘레를 추정할 수 있습니다.

360 degrees divided by 7.2 equals 50.

360도를 7.2도로 나누면 50이 됩니다.

약간 어림잡은 숫자라서 의심스럽기는 합니다만,

I know it's a little bit of a round number,

and it makes me suspicious of this story too,

어쨌든 좋은 이야기에요. 계속하겠습니다.

but it's a good story, so we'll continue with it.

그는 스웨넷과 알렉산드리아 사이의 거리를 알아야 했는데,

He needed to know the distance between Swenet and Alexandria,

다행히 에라토스테네스는 지리에 익숙했습니다.

which is good because Eratosthenes was good at geography.

사실, 그는 지리학이라는 단어를 만들었어요.

In fact, he invented the word geography.

(Laughter)

스웨넷과 알렉산드리아를 잇는 길은

The road between Swenet and Alexandria was a road of commerce,

상업적 교역로였고,

and commerce needed to know how long it took to get there.

교역을 하자면 거기 가는데 얼마나 걸리는지 알아야 했죠.

It needed to know the exact distance, so he knew very precisely

거리를 알아야 하는데, 그는 두 도시 사이의 거리가 500마일이라는 것을

that the distance between the two cities was 500 miles.

정확히 알고 있었습니다.

Multiply that times 50, you get 25,000,

50을 곱하면 25,000이 됩니다.

which is within one percent of the actual diameter of the Earth.

이것은 실제 지구 지름과 오차범위 1% 수준입니다.

이걸 2,200년 전에 측정했습니다.

He did this 2,200 years ago.

현재, 우리가 살고 있는 시대에서는

Now, we live in an age where

multi-billion-dollar pieces of machinery are looking for the Higgs boson.

수십조 달러 가치의 기계로 힉스 보손 입자 를 찾고 있습니다. (입자물리학의 표준모형이 제시하는 기본 입자 중 하나)

We're discovering particles

우리는 빛보다 빠르게 움직이는 소립자들을 발견하고 있고,

that may travel faster than the speed of light,

이 모든 발견이 가능해진 것은

and all of these discoveries are made possible

지난 수십년간 기술이 발달한 덕분이죠.

by technology that's been developed in the last few decades.

But for most of human history,

하지만 대부분 인간 역사에서,

우리는 이런 것들을 눈, 귀, 생각으로 발견해야 했습니다.

we had to discover these things using our eyes and our ears and our minds.

아르망 피조는 파리의 실험 물리학자였습니다.

Armand Fizeau was an experimental physicist in Paris.

His specialty was actually refining and confirming other people's results,

그의 특기는 사실상 다른 사람의 결과를 다듬고 확인하는 것이었고,

이는 다소 뒤떨어진 느낌을 주지만,

and this might sound like a bit of an also-ran,

but in fact, this is the soul of science,

사실은 이것이 과학의 본질이죠.

because there is no such thing as a fact that cannot be independently corroborated.

스스로 입증될 수 있는 사실은 없으니까요.

그는 갈릴레오의 실험에 익숙했습니다.

And he was familiar with Galileo's experiments

빛에 속도가 있는가 파악하는 실험입니다.

in trying to determine whether or not light had a speed.

갈릴레오는 아주 훌륭한 실험을 했는데요.

Galileo had worked out this really wonderful experiment

where he and his assistant had a lamp, each one of them was holding a lamp.

그와 그의 조수가 램프를 각각 들고,

갈릴레오가 램프를 열면, 조수도 램프를 열었습니다.

Galileo would open his lamp, and his assistant would open his.

그들은 그 시간을 잘 기록했습니다.

They got the timing down really good.

They just knew their timing.

그저 시간을 알았습니다. 그 후 2마일 떨어진 두개의 언덕 꼭대기에 서서,

And then they stood at two hilltops,

two miles distant, and they did the same thing,

똑같은 실험을 했죠. 갈릴레오의 추정은

on the assumption from Galileo that if light had a discernible speed,

만약 빛이 식별할 수 있는 속도가 있다면,

he'd notice a delay in the light coming back from his assistant's lamp.

그가 조수의 램프에서 되돌아오는 빛에 간격이 있다는 것을 알아차릴 수 있다는 것이었죠.

But light was too fast for Galileo.

하지만 빛은 너무 빨랐습니다.

갈릴레오는 광속은 음속보다 10배 정도 빠를 것이라 추정했는데,

He was off by several orders of magnitude when he assumed

that light was roughly ten times as fast as the speed of sound.

규모에서 차이가 많이 났죠.

Fizeau was aware of this experiment.

피조는 이 실험을 알고 있었습니다. 그는 파리에 살았으며,

He lived in Paris, and he set up two experimental stations,

두개의 실험 장소를 만들었는데

대략 5.5마일 떨어진 거리였습니다.

roughly 5.5 miles distant, in Paris.

그리고 그는 갈릴레오의 문제를 풀었습니다.

And he solved this problem of Galileo's,

and he did it with a really relatively trivial piece of equipment.

그는 비교적 매우 평범한 장비로 실험을 해냈습니다.

이런 것들 중 하나를 갖고 했죠.

He did it with one of these.

제가 프리젠터를 잠시 내려놓겠습니다.

I'm going to put away the clicker for a second

because I want to engage your brains in this.

이걸로 여러분의 관심을 사로잡을테니까요.

So this is a toothed wheel.

이것은 톱니바퀴입니다. 홈이 많고

It's got a bunch of notches and it's got a bunch of teeth.

이빨 부분도 많습니다.

This was Fizeau's solution to sending discrete pulses of light.

이것이 피조가 단절된 빛의 파를 보낸 방법입니다.

He put a beam behind one of these notches.

그는 이런 홈 부분 뒤편에 빛줄기를 두었습니다.

If I point a beam through this notch at a mirror,

빛이 홈을 지나서 거울로 가면,

5마일 거리에서 그 빛이 거울에 반사되어

five miles away, that beam is bouncing off the mirror

and coming back to me through this notch.

다시 홈을 통해 자신에게 되돌아옵니다.

그런데 여기서 톱니바퀴를 빨리 돌리면 흥미로운 일이 생깁니다.

But something interesting happens as he spins the wheel faster.

마치 문이 닫히기 시작하는 것처럼

He notices that it seems like a door is starting to close

on the light beam that's coming back to his eye.

그의 눈으로 되돌아오는 빛이 차단되는걸 알았습니다.

Why is that?

왜 그럴까요?

이것은 빛의 파장 때문입니다. 같은 홈을 통해

It's because the pulse of light is not coming back

through the same notch.

돌아오지 않는거죠. 빛이 이빨 부분을 치는 겁니다.

It's actually hitting a tooth.

And he spins the wheel fast enough and he fully occludes the light.

톱니바퀴를 빠르게 돌리자

완전히 빛을 가렸습니다.

And then, based on the distance between the two stations

그 후 두 지점의 사이의 거리,

and the speed of his wheel and the number of notches in the wheel,

바퀴의 속도와 홈의 갯수를 바탕으로

he calculates the speed of light to within two percent of its actual value.

그는 빛의 속도를 실제 값의 2% 오차 내로 계산합니다.

이게 1849년의 일입니다.

And he does this in 1849.

제가 과학을 하게 만든 것이 이것입니다.

This is what really gets me going about science.

Whenever I'm having trouble understanding a concept,

개념을 이해하기 어려울 때면, 저는 과거 그 개념을 발견한 사람들을 연구합니다.

I go back and I research the people that discovered that concept.

그들이 어떻게 그걸 이해하게 됐는지 이야기를 봅니다.

I look at the story of how they came to understand it.

What happens when you look

발견자들이 발견을 해낼 때 생각했던 것을

at what the discoverers were thinking about

when they made their discoveries,

여러분이 살펴보고 알게 되는 것은

is you understand that they are not so different from us.

그들이 우리와 크게 다르지 않다는 겁니다.

우리는 모두 고기와 물로 되어있죠. 똑같은 도구로 시작하죠.

We are all bags of meat and water. We all start with the same tools.

저는 각각의 과학 분야를 연구 영역이라고 부르는걸 좋아합니다.

I love the idea that different branches of science are called fields of study.

대부분 사람들은 과학은 닫힌 것, 블랙박스라 여기죠.

Most people think of science as a closed, black box,

when in fact it is an open field.

사실은 열린 영역인데도 말이에요.

And we are all explorers.

우리는 모두 탐험가입니다.

이런 발견을 한 사람들은 그저 조금 더 열심히

The people that made these discoveries just thought a little bit harder

about what they were looking at, and they were a little bit more curious.

본 것을 생각했고, 조금 더 호기심이 많았을 뿐이죠.

And their curiosity changed the way people thought about the world,

그들의 호기심은 사람들이 세계를 생각하는 방법을 바꾸었고,

and thus it changed the world.

마침내 세계를 바꾸었습니다.

They changed the world, and so can you.

그들은 세계를 바꾸었고, 여러분도 그럴 수 있습니다.

감사합니다

Thank you.

(Applause)

(박수)