땅의 길을 열어준 재료가 고무라면
하늘의 길을 열어준 재료는 알루미늄이다?
인류의 운명을 결정한 12가지 혁신적 재료들!

새로운 소재는 새로운 변화를 가져온다. 저자는 이러한 변화를 과학 용어를 빌려 ‘속도결정단계’라고 표현했다. 속도결정단계란 변화하는 연속된 흐름에서 가장 화학반응 속도가 느린 단계를 가리키는데, 이 단계가 어떤 구간을 빠져나가는 전체 속도를 결정한다. 즉 ‘시대가 원하는 재료의 등장이 세상에 커다란 변화를 일으키기 위한 결정타, 즉 속도결정단계’라고 본 것이다.
음악은 레코드판에 녹음이 가능해지면서 처음으로 대중에게 퍼져나갔다. 초창기에는 랙깍지진디의 분비물을 굳힌 ‘셸락’이라는 수지로 만들어 대량생산이 어려웠지만 폴리염화비닐이 등장하며 누구나 싼 값에 고품질의 음악을 접하게 되었다. 이 폴리염화비닐이 바로 ‘속도결정단계’다.
다른 예를 들어보자. 알루미늄은 ‘신이 인간에게 내려준 축복’이라고 할 정도로 녹이 잘 슬지 않고 가벼우며 튼튼한 금속이다. 지표에서의 존재비율은 7.5퍼센트로 산소와 규소 다음으로 많지만 산소와 잘 결합하는 탓에 발견되지 않은 채 오랜 세월 땅속에서 잠들어 있었다. 그러다 1880년대 미국 오하이오주의 오버린대학에서 학생들이 산소와 알루미늄을 분리시키는 방법을 발견하며 급속도로 개발이 진행되었다. 이로써 인간의 영역은 땅을 벗어나 하늘로 확장되었다.
과거로 더 거슬러 올라가보면 더욱 대단한 발견이 속속 등장한다. 흙으로 만든 그릇을 불에 구워 만든 자기 덕분에 인류는 식중독의 위험에서 벗어나게 되었다. 무두질로 콜라겐을 가죽과 분리하면서 따뜻한 생활이 가능해졌고 인간의 평균 수명 역시 늘어났다. 지구에서 가장 많은 원소인 철 덕분에 누구나 손쉽게 강력한 힘을 갖게 되었다. 식물에서 나온 피브로인을 활용해 만든 종이로 인류는 지식을 대대로 전하게 되었다. 고무를 가공해 타이어를 만든 굿이어 덕분에 인간의 기동력은 눈에 띄게 높아졌다.
이렇듯 인류의 발전은 항상 새로운 소재의 발견과 함께 이루어졌다. 아무도 예상하지 못한 성질을 가진 재료의 등장에 사회가 뿌리째 바뀔 가능성은 충분하다.

오늘을 살아가는 우리는 무한에 가까운 재료의 우주에서
극히 일부만을 바라보고 있을 뿐이다

재료는 만물의 기초다. 그러나 지금까지는 인간의 발전에 끼친 막대한 영향에 비해 그다지 빛을 보지 못했다. 우리의 일상생활은 신소재로 둘러싸여 있고, 특히 알루미늄이나 플라스틱, 실리콘 등 비교적 최근에 발견된 물질들은 이 시대를 떠받치는 기둥이라 해도 과언이 아니다.
지금 전 세계 과학계는 새로운 재료의 발견에 막대한 투자를 하고 있다. 국가마다 기술 경쟁이 치열해지면서 어떠한 재료를 찾고 개발하느냐가 나라의 경쟁력을 좌우하기 때문이다. 저자가 바로 지금 신소재에 주목한 것도 이런 흐름과 무관하지 않다. 앞으로 세계는 지금까지 상상하지 못한 재료로 새로운 세상을 열어갈 것이다. 저자는 책을 마무리하며 이렇게 말한다.

“강철보다 강한 종이, 깨져도 원래 상태로 돌아가는 도자기, 작게 접을 수 있는 유리, 열을 통과시키지 않아 겨울에도 셔츠 한 장으로 돌아다닐 수 있을 만큼 따뜻한 천, 내용물을 다 마신 후 사라져버리는 용기. 우리의 자녀나 손자는 이러한 재료에 둘러싸여 생활할지도 모른다. 오늘을 살아가는 우리는 무한에 가까운 재료의 우주에서 극히 일부만을 바라보고 있을 뿐이다.”

《세계사를 바꾼 12가지 신소재》를 통해 현재를 살아가는 우리는 과거의 위대한 발견에 감사하고 미래의 새로운 발견을 기대하며 무한 경쟁 시대에서 살아남는 방법을 찾을 수 있을 것이다.



책 속에서

금의 찬란한 빛이 사람을 움직이게 한 또 다른 예로는 미국 캘리포니아주에서 일어난 골드러시가 있다. 계기는 1848년 어느 아침, 새크라멘토강에서 발견된 사금이었다. 소문은 삽시간에 퍼졌고, 금을 채굴하기 위해 미국 내는 물론이거니와 중국과 유럽에서도 사람들이 몰려왔다. 채굴자 수는 대략 30만 명이었다고 한다.
인구가 수백 명에 불과했던 시골 마을 샌프란시스코(새크라멘토강과 샌와킨강이 합류하여 샌프란시스코만으로 흘러든다. ― 편집자)는 수년 만에 미국 굴지의 도시로 변모했다. 데님은 리바이 스트라우스가 채굴자의 작업복으로 개발한 옷이며, 신용카드로 유명한 아메리칸 익스프레스는 본래 채굴자 대상 운송 서비스업으로 시작한 회사였다. 금을 손에 넣으려는 사람들의 에너지가 세계적 기업을 탄생시킨 계기가 된 것이다
- p.33, ‘인류사를 움직인 찬란한 빛-금’ 중에서

영국의 우주생물학자 루이스 다트넬은 그의 저서 《지식-인류 최후 생존자를 위한 리부팅 안내서》에서 세계가 어떤 형태로든 종말을 맞이한 이후 인류가 과학 문명을 다시 일으키기 위한 방법을 시뮬레이션했다. 이 시뮬레이션에서 다트넬은 문명을 재건할 때 가장 먼저 채굴해야 할 재료로 탄산칼슘을 꼽았다.
이유 중 하나는 탄산칼슘이 식량 생산에 필요한 물질이기 때문이다. 작물이 얼마나 잘 자라느냐는 토양의 산성도에 크게 좌우된다. 산성도가 높으면 중요한 영양분인 인산을 흡수하기 어려운 탓에 식물이 제대로 성장하지 못한다. 특히 산성 토양이 많은 국가에서 이는 큰 문제인데, 석회를 뿌림으로써 산성을 중화한다. 게다가 석회에는 작물을 병충해로부터 보호해주는 효능이 있으므로 농업과 원예업에도 석회를 빠뜨릴 수 없다.
- p.123, ‘다채로운 얼굴을 가진 천생 배우-탄산칼슘’ 중에서

오늘날의 타이어 제조 회사 굿이어가 설립된 때는 가황법이 발명된 지 반세기도 더 지난 1898년으로, 사명을 찰스 굿이어의 이름에서 따왔을 뿐 그와 직접적인 자본 관계는 없다.
여기저기에서 굿이어가 낸 가황법 특허를 침해한 탓에, 굿이어는 여러 건의 재판을 치르는 처지가 되었다. 영국에서는 특허를 다른 사람에게 고스란히 빼앗기기도 했다. 굿이어가 특허를 팔기 위해 제조법을 밝히지 않고 샘플을 보냈는데, 샘플을 받은 고무 회사에서 샘플을 분석하여 표면에 유황이 미세하게 달라붙어 있다는 사실을 발견한 것이다. 이 회사는 당장 가황법 특허를 신청했고, 결국 회사가 낸 특허가 통과되었다. 결국 굿이어는 거액의 빚을 떠안은 채 자신의 발명이 세상을 바꾸는 모습을 보지 못하고 1860년에 세상을 떠났다. 자신의 이름을 새긴 타이어가 세계 구석구석을 누빈다는 사실이 그나마 그에게 위로가 될까.
- pp.167~168, ‘세계를 축소한 물질-고무(폴리아이소프렌)’ 중에서

어느 날, 한 장인이 유리잔을 바치고 싶다며 티베리우스를 찾아왔다. 황제가 잔을 들고 감상하자 장인은 “잔을 돌려주십시오.” 하고 말하더니, 잔을 받자마자 바닥에 내던졌다. 모든 사람이 유리잔이 산산조각 날 것이라고 예상했으나 놀랍게도 잔에는 금조차 가지 않았다. 청동 그릇처럼 움푹 팼을 뿐이었다. 장인은 느긋하게 작은 망치를 꺼내 잔 안쪽을 두드려 움푹 팬 곳을 원래 상태로 되돌려놓았다.
세밀한 부분은 다르지만 여러 저술가가 이 일화를 기록했으니, 이 이야기는 큰 틀에서 실화일 것이다. 유명한 박물학자 플리니우스는 이 잔을 ‘유연한 유리’라고 말했는데, 장인이 만든 잔은 우리가 아는 플라스틱으로 추측된다. 화학이라는 학문의 원형조차 정립되지 않았던 당시에 장인은 어떻게 이 잔을 만들었을까. 안타깝게도 잔의 제조법은 영원한 수수께끼로 남았다.
티베리우스는 “이 잔의 제조법을 자네 이외에 누가 알고 있나?” 하고 물었다. 장인은 가슴을 쫙 펴고 이렇게 대답했다. “소인 외에는 아는 자가 없습니다.” 그러자 황제는 그 자리에서 장인의 목을 치라는 명령을 내렸다. 이리하여 장인의 목이 바닥에 떨어짐과 동시에 ‘로마의 플라스틱’ 제조법은 영원히 미궁에 빠지고 말았다.
- pp.220~221, ‘자유롭게 변화하는 만능 재료-플라스틱’ 중에서

재료는 인간의 생활을 개선하고 인간의 능력을 확장했다. 훨씬 뛰어난 재료를 손에 넣은 자가 싸움에서 승리해 윤택해졌고 때로는 왕으로 군림하기도 했다. 더 나은 재료를 만들기 위해서 항상 당대 최고의 기술과 뛰어난 인재가 투입되었다. 이러한 상황은 지금도 마찬가지란 사실은 이제까지 이야기한 대로다.
앞으로 재료는 어떤 방향으로 나아갈까? 한 예로 축전지는 단일 재료가 아닌 전극, 전해질, 케이스 등 여러 가지 재료로 구성되는데, 이 조합을 달리하면 축전지의 기능을 향상할 수 있다. 이와 마찬가지로 앞으로는 단독으로 작용하기보다는 다른 재료와 힘을 합침으로써 진가를 발휘하는 재료가 많이 탄생하리라 예측된다. 그렇다면 재료를 개발할 때 단독으로 우수한 재료를 선택하는 일보다 점차 재료의 조합과 균형이 중시될 터이므로, 이러한 재료를 선정할 때도 인공지능은 틀림없이 커다란 위력을 발휘할 것이다.
목재나 도기 같이 한 가지를 다양한 용도로 사용할 수 있는 재료는 이제 나오지 않을지도 모른다. 플라스틱처럼 성질이 다른 재료를 여러 개 만들어, 용도에 따라 구분해 사용하는 형태가 점차 늘어날 것이다.
- p.269, ‘AI가 좌우하는 ’재료과학‘ 경쟁의 미래’ 중에서

금의 찬란한 빛이 사람을 움직이게 한 또 다른 예로는 미국 캘리포니아주에서 일어난 골드러시가 있다. 계기는 1848년 어느 아침, 새크라멘토강에서 발견된 사금이었다. 소문은 삽시간에 퍼졌고, 금을 채굴하기 위해 미국 내는 물론이거니와 중국과 유럽에서도 사람들이 몰려왔다. 채굴자 수는 대략 30만 명이었다고 한다.
인구가 수백 명에 불과했던 시골 마을 샌프란시스코(새크라멘토강과 샌와킨강이 합류하여 샌프란시스코만으로 흘러든다. ― 편집자)는 수년 만에 미국 굴지의 도시로 변모했다. 데님은 리바이 스트라우스가 채굴자의 작업복으로 개발한 옷이며, 신용카드로 유명한 아메리칸 익스프레스는 본래 채굴자 대상 운송 서비스업으로 시작한 회사였다. 금을 손에 넣으려는 사람들의 에너지가 세계적 기업을 탄생시킨 계기가 된 것이다
- p.33, ‘인류사를 움직인 찬란한 빛-금’ 중에서

영국의 우주생물학자 루이스 다트넬은 그의 저서 《지식-인류 최후 생존자를 위한 리부팅 안내서》에서 세계가 어떤 형태로든 종말을 맞이한 이후 인류가 과학 문명을 다시 일으키기 위한 방법을 시뮬레이션했다. 이 시뮬레이션에서 다트넬은 문명을 재건할 때 가장 먼저 채굴해야 할 재료로 탄산칼슘을 꼽았다.
이유 중 하나는 탄산칼슘이 식량 생산에 필요한 물질이기 때문이다. 작물이 얼마나 잘 자라느냐는 토양의 산성도에 크게 좌우된다. 산성도가 높으면 중요한 영양분인 인산을 흡수하기 어려운 탓에 식물이 제대로 성장하지 못한다. 특히 산성 토양이 많은 국가에서 이는 큰 문제인데, 석회를 뿌림으로써 산성을 중화한다. 게다가 석회에는 작물을 병충해로부터 보호해주는 효능이 있으므로 농업과 원예업에도 석회를 빠뜨릴 수 없다.
- p.123, ‘다채로운 얼굴을 가진 천생 배우-탄산칼슘’ 중에서

오늘날의 타이어 제조 회사 굿이어가 설립된 때는 가황법이 발명된 지 반세기도 더 지난 1898년으로, 사명을 찰스 굿이어의 이름에서 따왔을 뿐 그와 직접적인 자본 관계는 없다.
여기저기에서 굿이어가 낸 가황법 특허를 침해한 탓에, 굿이어는 여러 건의 재판을 치르는 처지가 되었다. 영국에서는 특허를 다른 사람에게 고스란히 빼앗기기도 했다. 굿이어가 특허를 팔기 위해 제조법을 밝히지 않고 샘플을 보냈는데, 샘플을 받은 고무 회사에서 샘플을 분석하여 표면에 유황이 미세하게 달라붙어 있다는 사실을 발견한 것이다. 이 회사는 당장 가황법 특허를 신청했고, 결국 회사가 낸 특허가 통과되었다. 결국 굿이어는 거액의 빚을 떠안은 채 자신의 발명이 세상을 바꾸는 모습을 보지 못하고 1860년에 세상을 떠났다. 자신의 이름을 새긴 타이어가 세계 구석구석을 누빈다는 사실이 그나마 그에게 위로가 될까.
- pp.167~168, ‘세계를 축소한 물질-고무(폴리아이소프렌)’ 중에서

어느 날, 한 장인이 유리잔을 바치고 싶다며 티베리우스를 찾아왔다. 황제가 잔을 들고 감상하자 장인은 “잔을 돌려주십시오.” 하고 말하더니, 잔을 받자마자 바닥에 내던졌다. 모든 사람이 유리잔이 산산조각 날 것이라고 예상했으나 놀랍게도 잔에는 금조차 가지 않았다. 청동 그릇처럼 움푹 팼을 뿐이었다. 장인은 느긋하게 작은 망치를 꺼내 잔 안쪽을 두드려 움푹 팬 곳을 원래 상태로 되돌려놓았다.
세밀한 부분은 다르지만 여러 저술가가 이 일화를 기록했으니, 이 이야기는 큰 틀에서 실화일 것이다. 유명한 박물학자 플리니우스는 이 잔을 ‘유연한 유리’라고 말했는데, 장인이 만든 잔은 우리가 아는 플라스틱으로 추측된다. 화학이라는 학문의 원형조차 정립되지 않았던 당시에 장인은 어떻게 이 잔을 만들었을까. 안타깝게도 잔의 제조법은 영원한 수수께끼로 남았다.
티베리우스는 “이 잔의 제조법을 자네 이외에 누가 알고 있나?” 하고 물었다. 장인은 가슴을 쫙 펴고 이렇게 대답했다. “소인 외에는 아는 자가 없습니다.” 그러자 황제는 그 자리에서 장인의 목을 치라는 명령을 내렸다. 이리하여 장인의 목이 바닥에 떨어짐과 동시에 ‘로마의 플라스틱’ 제조법은 영원히 미궁에 빠지고 말았다. - pp.220~221, ‘자유롭게 변화하는 만능 재료-플라스틱’ 중에서
재료는 인간의 생활을 개선하고 인간의 능력을 확장했다. 훨씬 뛰어난 재료를 손에 넣은 자가 싸움에서 승리해 윤택해졌고 때로는 왕으로 군림하기도 했다. 더 나은 재료를 만들기 위해서 항상 당대 최고의 기술과 뛰어난 인재가 투입되었다. 이러한 상황은 지금도 마찬가지란 사실은 이제까지 이야기한 대로다.
앞으로 재료는 어떤 방향으로 나아갈까? 한 예로 축전지는 단일 재료가 아닌 전극, 전해질, 케이스 등 여러 가지 재료로 구성되는데, 이 조합을 달리하면 축전지의 기능을 향상할 수 있다. 이와 마찬가지로 앞으로는 단독으로 작용하기보다는 다른 재료와 힘을 합침으로써 진가를 발휘하는 재료가 많이 탄생하리라 예측된다. 그렇다면 재료를 개발할 때 단독으로 우수한 재료를 선택하는 일보다 점차 재료의 조합과 균형이 중시될 터이므로, 이러한 재료를 선정할 때도 인공지능은 틀림없이 커다란 위력을 발휘할 것이다.
목재나 도기 같이 한 가지를 다양한 용도로 사용할 수 있는 재료는 이제 나오지 않을지도 모른다. 플라스틱처럼 성질이 다른 재료를 여러 개 만들어, 용도에 따라 구분해 사용하는 형태가 점차 늘어날 것이다.
- p.269, ‘AI가 좌우하는 ’재료과학‘ 경쟁의 미래’ 중에서

프롤로그 ‘새로운 재료’가 역사를 움직인다

제1장 인류사를 움직인 찬란한 빛 ？ 금
인간을 유혹한 최초의 빛 | 손끝으로 금을 만든 남자 | 화폐의 시작, 경제의 탄생 | 세계 경제를 움직이는 세 자매 | 동쪽 끝 황금의 섬 ‘지팡구’ | 비약적인 과학 발전의 문을 연 연금술 | 어째서 금은 사람의 마음을 끌어당길까?

제2장 만 년을 견딘 재료 ？ 도자기
인류 최초의 발명품, 그릇 | 안전한 식생활을 가져온 터닝포인트 | 도자기는 어째서 단단할까? | 도자기 때문에 숲이 사라졌다? | 빛나는 그릇의 탄생 | 얼마나 하얗게 만들 수 있을까? | 바다를 건넌 백자 | 유럽 최초의 도자기 공장, 마이센 | 도자기에서 파인 세라믹으로

제3장 동물이 만든 최고의 걸작 ？ 콜라겐
인간은 왜 여행을 할까? | 인류를 죽음에서 구한 털가죽 | 삼중 나선 구조로 이루어진 단백질 | 콜라겐으로 무기를 만들었다? | 인간이 먹이사슬 꼭대기로 올라선 까닭 | 수명 연장의 꿈을 실현해줄 콜라겐

제4장 문명을 이룩한 재료의 왕 ？ 철
금속의 왕이자 재료의 왕 | 결국 모든 것은 철이 된다 | 끝내 밝혀내지 못한 비밀 | 일본에서 꽃피운 제련 기술 | ‘녹슬지 않는 철’의 탄생 | 전 세계를 지탱하는 문명의 토대
제5장
제5장 문화를 전파한 대중매체의 왕 ？ 종이(셀룰로스)
종이에서 액정 디스플레이까지 | 종이를 발명한 사람 | 식물이 만든 최고의 건축 재료 | 2,000년 전 베스트셀러의 탄생 비화 | 고구려에서 일본으로 건너간 종이 | 서양에서는 왜 뒤늦게 종이를 사용했을까? | 인쇄술의 전파와 구텐베르크 | 디지털 매체 때문에 종이가 사라질까?

제6장 다채로운 얼굴을 가진 천생 배우 ？ 탄산칼슘
자유롭게 형태를 바꾸는 천생 배우 | 운명이 갈린 쌍둥이 행성 | 탄산칼슘이 없으면 인류가 굶주린다? | 모든 길은 로마로 통한다, 탄산칼슘 덕분에 | 탄산칼슘이 만드는 최고의 보석, 진주 | 역사를 바꾼 클레오파트라의 진주 | 추악한 세계사의 단면, 콜럼버스의 진주 | 가짜인 듯 가짜 아닌 양식 진주 | ‘바닷속 열대우림’의 위기

제7장 제국을 자아낸 재료 ？ 비단(피브로인)
집집마다 귀하게 모신 ‘누에 님’ | 비단은 신의 선물 | 정교함의 끝판왕, 피브로인 | 인류 최초의 동서양 교역로, 실크로드 | 실크로 지은 제국 | 하이테크 실크의 시대

제8장 세계를 축소한 물질 ？ 고무(폴리아이소프렌)
‘목숨’보다 ‘감동’인가? | 구기 종목이 탄생한 시대 | 고무를 만드는 식물 | 고무가 늘어나는 까닭 | 고무, 바다를 건너다 | 가황법을 발견한 굿이어 이야기 | 분자를 잇는 다리 | 고무가 없는 시대는 상상할 수 없다

제9장 혁신을 가속한 재료 ？ 자석
스스로 돌며 힘을 만드는 돌 | 자석은 언제 발견되었을까? | 방향을 가리키는 광물 | 자석이 열어준 대항해시대 | 콜럼버스를 고민에 빠뜨린 ‘편각’ | 지구가 거대한 자석임을 밝힌 《자석론》 | 지구자기는 생명의 수호신? | 전기로 세상을 밝힌 남자 | 자석이 음악 산업을 뒤흔들다 | 인간의 기억력을 대체할 물질

제10장 ‘가벼운 금속’의 기적 ？ 알루미늄
방어력과 기동성을 모두 갖춘 금속 | 알루미늄이 명반에서 나왔다? | 알루미늄을 사랑한 황제 | 신이 인간에게 내려준 축복 | 대학생들이 일으킨 기적 | 하늘을 나는 합금 | 인간의 공간을 하늘로 넓힌 혁명

제11장 자유롭게 변화하는 만능 재료 ？ 플라스틱
모든 재료의 자리를 빼앗은 신소재 | 원하는 대로 만들어드립니다 | 플라스틱을 죽인 황제 | 플라스틱은 거대 분자 | 우연에서 비롯된 중대한 발견 | 플라스틱 때문에 비극을 맞은 천재들 | 플라스틱의 왕, 폴리에틸렌의 탄생 | 앞으로 플라스틱은 어떻게 될까?


제12장 무기물 세계의 선두 주자 ？ 실리콘
컴퓨터 문명의 시작, 실리콘 | 고대 그리스에도 컴퓨터가 있었다 | 계산 머신의 꿈 | 운명이 갈린 형제 원소 | 금속과 비금속 사이에서 | 전기를 자유롭게 이동시키는 물질 | 진공관과 저마늄의 시대 | 실리콘밸리의 기적

마지막 장 AI가 좌우하는 ‘재료과학’ 경쟁의 미래
재료의 미래 | ‘투명 망토’는 실현될까? | 축전지를 둘러싼 사투 | AI가 재료를 창조한다 | 재료는 어디까지나

에필로그
참고문헌