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지난해 11월 한 달간 진행한 ‘궁극의 질문 공모전’의 결과가 나왔습니다. 궁극의 질문 공모전은 궁금하지만 해결할 방법이 없어서 답답했던 질문거리를 KAIST 과학영재교육연구원 멘토들과 함께 해결해나가는 프로젝트입니다.
참가자들은 ‘강아지와 대화를 할 수 있을까’와 같은 일상적 질문부터 ‘인간 문명은 스스로 유토피아를 이룰 수 있을까’처럼 철학적 질문까지 저마다 품고 있던 다양한 질문을 꺼내놨습니다. 치열했던 경쟁을 뚫고 ‘궁극의 질문’으로 선정된 4개의 질문을 소개합니다.
Q. 과학질문│플라스틱을 효율적인 에너지로 바꿀 순 없을까?
질문을 갖게 된 이유한 강연에서 식물의 리그닌 성분을 분해하는 세균(박테리아)이 없을 때 살아남은 식물이 쌓여 석탄이 됐다고 들었다. 썩지 않고 쌓여가는 플라스틱도 석탄처럼 에너지로 활용할 수 있을지가 궁금하다.
예상 해결 방법플라스틱의 성분이나 제조과정을 확인해 추출할 수 있는 물질을 찾아야 한다.
KAIST 과학영재교육연구원 + 과학동아
‘궁극의 질문’ 선정 이유플라스틱으로 인한 환경오염을 해결할 수 있는 중요한 질문이다. 해결을 위해 제대로 고민한 흔적이 보이며, 앞으로 해결책에 대한 다양한 의견을 제시하길 바란다.
해결의 길잡이 폐플라스틱을 에너지로 바꾸는 기술은 이미 개발됐다. 플라스틱을 높은 온도에서 저분자로 만들어 에너지원을 만드는 기술이 대표적이다. 기술의 효율을 높이는 방법이나 아예 새로운 방법을 고민해볼 수도 있다.
Q. 과학질문│식물도 자신만의 언어, 신호체계가 있을까?
질문을 갖게 된 이유풀과 나무들이 천적에게 속수무책으로 먹히는 것처럼 보이지만, 아주 긴 시간을 두고 살펴보면 잔혹하게 복수한다는 글을 봤다.
예상 해결 방법식물들이 연대를 이루기 위한 그들만의 화학적 혹은 물리적 신호가 있을 것 같은데, 이것을 실험이나 추적관찰을 통해 알아보고 싶다.
KAIST 과학영재교육연구원 + 과학동아
‘궁극의 질문’ 선정 이유 과학소설(SF)에 주로 등장하는 소재다. 식물이 서로 소통한다고 할 때 이것이 환경적인 요소인지 실제 신호전달의 결과인지 구분하는 것은 매우 재밌는 연구주제다.
해결의 길잡이 소리를 내거나 문자를 남기지 못하는 식물이 소통할 수 있는 창구는 ‘공기’와 ‘토양’이다. 같은 바구니에서 하나의 과일이 썩으면 다른 과일도 썩는 현상은 식물이 공기로 소통하는 대표적인 예다. 식물 내의 칼슘 신호 전달로 소통하다는 연구도 있다. 이같이 식물의 신호전달에 관한 사례나 연구를 찾아보는 것도 방법이다.
Q. 수학질문│보기의 ①, ② 모두 무한의 개념으로 식을 유도하는데 왜 ①은 틀리고, ②는 옳을까?
① 정삼각형ABC에서 AB의 중점을 A1, AC의 중점을 A2, BC의 중점을 M1이라고 하면 AB + AC = BA1 + A1M1 + M1A2 + A2C 이며, 이 과정을 한없이 반복하면 AB + AC = BC 가 된다.
② 반지름이 r인 원의 넓이를 구할 때 원을 n등분하여 πr×r의 직사각형과 비슷한 모양을 만들 수 있다. 이때 분할하는 조각을 한없이 늘리면 직사각형(πr×r)에 가까워지므로 결국 원의 넓이는 πr²이다.
KAIST 과학영재교육연구원 + 과학동아
‘궁극의 질문’ 선정 이유①처럼 직관적으로는 옳은 것처럼 보이지만 틀린 예시를 고민하는 것은 수학 개념을 이해하는 데 많은 도움이 될 수 있다.
해결의 길잡이①과 ② 증명 모두 함수의 수렴이나 극한과 관련된 섬세한 계산이 필요하다. 삼각형은 높이가 0이 될 수 없으므로, 아무리 많은 삼각형을 만들어도 ①의 명제가 성립할 수 없다. 이처럼 무한의 개념을 비판적인 시각으로 바라보는 것이 중요하다.
Q. 수학질문│정수 집합에서 자연수를 뽑을 확률은?
질문을 갖게 된 이유시간에 대한 확률을 생각해 보다가 무한한(연속된) 구간에서 무한한 구간에 대한 확률을 찾아봤다. 이를 알 수 있다면 시간의 무작위성을 포함한 사건이 일어날 확률 해석도 가능할 거라 생각한다.
예상 해결 방법적절한 모집단을 설정해 통계적 확률의 극한을 생각해 보는 방법이 있을 것 같다.
KAIST 과학영재교육연구원 + 과학동아
‘궁극의 질문’ 선정 이유 이 문제에서 사건이 일어나는 경우의 수는 어떻게 계산할까? 계산할 수 없다면 어떻게 접근하는 것이 수학적으로 타당할까? 이렇게 다양한 의문을 가지다 보면 정의할 수 없는 문제를 해결하기 위해 수학자들이 어떤 방법을 사용했는지 알아낼 수 있다.
해결의 길잡이 각 정수 n이 선택될 확률을 Pn이라 하면 확률의 합은 1이므로 당연히 Pn=1이고, Pn이 자연수를 뽑을 확률이다. Pn=c로 두고 c가 양수일 때와 0일 때를 가정해서 자연수를 뽑을 확률을 찾다보면 해답을 찾을 수 있을 것이다.
