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우리는 ‘탄소’에 대해 잘 알고 있다고 생각한다. 기후위기의 주범으로서 말이다. 그러나 탄소만큼 다재다능하고 매력적인 원소도 없다. 부드럽고 매끄러운 연필심과 다이아몬드의 매혹적인 광채가 모두 탄소에서 나온다. 탄소는 생명의 물질이기도 하다. 유기화합물을 만드는 원소이자 모든 살아 있는 유기체에 존재하는 몇 안 되는 원소이다.
《카본 퀸》은 탄소의 형태와 성질을 연구해 나노과학의 선구자가 된, 뛰어난 여성 물리학자 밀드레드 드레셀하우스의 전기이다. 드레셀하우스는 흑연, 버키볼, 나노튜브, 그래핀 같은 탄소 형태가 가진 중요한 성질을 발견했다. 이러한 탄소 연구는 전자공학에서 항공, 의료, 에너지까지 우리의 세계를 수없이 많은 방법으로 바꾸는 데 기여했다. 드레셀하우스의 다양한 기초연구를 바탕으로, 오늘날 과학자와 공학자들은 나노 규모의 물질 연구에서 엄청난 발전을 이루었다.

드레셀하우스는 전 세계 여성 과학자의 멘토이자 리더이기도 하다. 드레셀하우스는 어린 시절에 여성이 가질 수 있는 직업은 비서, 간호사, 교사 세 가지뿐이라고 들으며 자랐지만, 더 큰 꿈을 포기하지 않았다. 하버드의 래드클리프컬리지에 다니면서 성차별 문제를 인식하게 된 드레셀하우스는, MIT 교수로 있는 동안 여성포럼을 만드는 등 과학계 여성이 겪는 불평등을 해소하고 권익을 보호하기 위해 힘썼다. 또한 그의 발자취를 따르고 싶어 하는 학생과 동료에게 훌륭한 역할 모델이 되어주었다.

《카본 퀸》을 쓴 마이아 와인스톡은 〈MIT 뉴스〉의 부편집장이자 MIT STEM 분야에서 여성의 역사를 강의하고 있다. 저자는 이 책을 집필하려고 드레셀하우스의 가족과 동료들의 증언을 직접 듣거나 여러 과학 매체와의 인터뷰와 기사 등 수많은 자료를 조사했다. 이를 통해 드레셀하우스의 삶과 업적을 촘촘히 엮어내면서, 그가 어떻게 과학자와 공학자로서 선구적인 경력을 만들어나갔는지 보여준다.

“불확실하고 어려운 시대를 살아가는 젊은 여성 연구자에게 희망과 비전을 제시한다.”
- 윤진희 인하대학교 물리학과 교수
“과학자로서의 호기심과 열정, 사랑과 의무, 봉사에 대한 진한 감동을 전한다.”
- 이공주복 이화여자대학교 물리학과 교수
“이 시대의 리더와 미래의 리더가 될 모든 학생에게 추천하고 싶은 책이다.”
- 이성빈 카이스트 물리학과 교수

탄소의 끝없는 가능성을 열어준,
‘탄소의 여왕’ 밀드레드 드레셀하우스

요즘 탄소 하면 좋은 이미지가 떠오르지는 않을 것이다. ‘탄소 저감 운동’이니 하며 기후위기의 주범으로 몰리고 있는 물질이 탄소다. 하지만 화석연료의 주성분인 탄소의 모습은 빙산의 일각일 뿐, 탄소처럼 다양한 성질과 모습을 가졌으며 활용성이 무궁무진한 물질도 없다. 탄소는 원자의 결합 형태에 따라 연필심이 되기도 하고, 매혹적인 광채를 내뿜는 다이아몬드가 되기도 한다. 탄소는 생명의 물질이기도 하다. 유기화합물을 만드는 원소이자 모든 살아 있는 유기체에 존재하는 몇 안 되는 원소 가운데 하나이다. 무엇보다 탄소는 현재 세계에 가장 많이 존재하면서도 셀 수 없이 응용 가능한, 다재다능한 물질이다. 탄소화합물의 종류는 1,000만 가지가 넘으며 지금도 매일 탄소화합물이 발견되고 있다.
《카본 퀸》은 이러한 탄소 연구에서 선구적인 업적을 이룬 물리학자 밀드레드 드레셀하우스(이하 밀리)의 전기이다. 밀리는 ‘탄소의 여왕’이라는 별명으로 알려져 있다. 60년에 걸쳐 과학 탐구자로서 끝없는 호기심을 가지고 연구했고, 탄소의 다양한 형태와 성질에 대한 사고방식을 바꾸었다. 과학과 공학에 크게 기여한 밀리의 연구 덕분에 인류는 지금 수많은 실질적인 혜택을 누리고 있다.
밀리는 ‘탄소 나노튜브’라고 부르는 물질의 존재를 예측했다. 나노튜브는 탄소 원자로 이루어진 시트가 작은 원기둥 모양으로 말린 물질이며, 전기가 매우 잘 흐른다. 축구공 모양의 버키볼, 원통 모양의 탄소 나노튜브, 그래핀이라고 부르는 2차원 탄소 시트가 에너지 저장, 의학 연구, 건축자재, 종이처럼 얇은 전자제품 등의 용도로 개발되었다. 이러한 탄소 구조는 무수히 새로운 용도로 이용되고 있어서 과학소설에서나 볼 수 있었던 양자컴퓨터, 해수를 담수화하는 효율적인 염분 제거 장치, 전자회로가 융합된 신체 기관까지 개발되고 있다.
특히 나노과학자들은 밀리가 수행한 다양한 연구에 막대한 빚을 지고 있다. 나노 크기의 물질 가운데서도 탄소는 응용 가능성이 가장 많은 흥미로운 물질이다. 밀리는 나노과학과 그에 따른 나노기술의 선구자로서 엄청난 역할을 했다. 이 모든 기술은 지금도 비약적으로 성장하고 있다.
《카본 퀸》의 저자는 〈MIT 뉴스〉의 부편집장이자 MIT STEM 분야에서 여성의 역사를 강의하고 있다. 저자는 이 책을 집필하려고 밀리의 가족과 동료들의 증언을 직접 듣거나 여러 과학 매체와의 인터뷰와 기사 등 수많은 자료를 조사했다. 이를 통해 밀리의 삶과 업적을 촘촘히 엮어서, 어떻게 과학자와 공학자로서 선구적인 경력을 만들어나갔는지 보여준다.

전 세계 여성 과학자의
멘토이자 리더

1930년에 태어난 밀리는 어린 시절에 여성이 선택할 수 있는 직업이란 비서, 간호사, 교사 세 가지뿐이라고 들으면서 자랐다. 그럼에도 밀리는 뉴욕의 박물관과 천문관을 드나들고, 3센트짜리 《내셔널 지오그래픽》 과월호를 사 읽거나 과학사 책을 탐독하면서 과학 탐구의 열정을 키워나갔다.
밀리의 중고등학교 선생님들은 밀리가 얼마나 총명하고 재능이 있는지 알고 있었지만, 밀리의 학문적 호기심과 용기를 꺾는 사람도 있었다. 시카고대학교에서 박사논문을 쓸 때, 밀리의 지도교수는 여성에게 과학을 가르치는 것이 시간과 돈 낭비라고 생각한 사람이었다. 이것이 당시 STEM(과학Science, 기술Technology, 공학Engineering, 수학Mathematics) 분야의 여성을 바라보는 일반적인 시각이었다.
밀리는 하버드대학교의 래드클리프컬리지에 다니면서 처음 성차별을 인식하게 되었다. 이곳에서는 남학생이 산만해한다는 이유로 여학생과 남학생이 함께 시험을 볼 수도 없었다.
밀리는 MIT에서 공학부 최초의 여성 종신교수이자 연구소 교수가 되었고, 60년 동안 재직했다. MIT에 재직하는 동안 밀리는 본격적으로 STEM 분야에서 여성의 지위를 향상시키기 위해 노력했다. 동료 여성 교수와 함께 MIT에서 여학생과 남학생의 불평등한 입학 과정, 여학생 차별과 처우에 관한 보고서를 작성해 정책 개선을 이끌어냈다. MIT 여성포럼을 만들어서 학교에서 여성이 불평등하다고 느끼는 정책을 체계적으로 검토하도록 학교를 설득했다. 또한 미국물리학회 회장직이 끝난 뒤에는 ‘물리학에서 여성의 지위에 관한 위원회’의 위원장을 맡았다. 이 위원회에서 현재도 계속되고 있는 ‘여성을 위한 환경 현장 방문 프로그램’을 조직하는 데 주도적 역할을 했다.
어린 시절 마리 퀴리의 전기를 읽으며 과학자의 꿈을 키웠던 밀리는, 이제 전 세계 여성 과학자에게 또 다른 마리 퀴리가 되었다. 많은 사람, 특히 전 세계의 여성 과학자가 밀리의 발자취를 따르고 싶어 한다. 《카본 퀸》에는 자신의 학생과 동료에게 훌륭한 역할 모델이 되어주었던 밀리의 진면목이 잘 드러나 있다.

사라지지 않을 유산을 남긴
과학자의 모범

“우리에게는 새로운 과학, 새로운 아이디어가 필요합니다. 그리고 젊은이들이 들어와서 새로운 아이디어를 발견하는 경력을 쌓을 수 있는 충분한 공간이 있습니다. 연구자로 살아가는 것은 매우 흥미롭습니다. 이리 와서 나와 함께합시다!”
- 밀드레드 드레셀하우스의 마지막 인터뷰 중

대공황 시대의 뉴욕에서 자란 밀리는 가난과 역경으로 점철된 어린 시절을 보냈다. 초등학교 시절부터 과외교습을 하고 공장에서 일하며 살림에 보태야 할 정도였다. 밀리는 어린 시절부터 고난을 유연하게 넘기는 능력을 보여주었다. 밀리와 가족을 괴롭혔던 수없는 난관을 헤쳐나간 모습을 보면, 밀리는 다른 방향으로 갔어도 뛰어난 인재가 되었을 것이다.
특유의 긍정적 태도와 성실함으로 역경을 극복한 밀리는 헌터컬리지, 시카고대학교, 코넬대학교, 케임브리지 풀브라이트 펠로우십, 하버드의 래드클리프컬리지, 링컨연구소를 거치며 과학자로서의 경력을 쌓아갔다. 이 과정에서 밀리는 자신의 멘토가 된 물리학자 로절린 얠로와 엔리코 페르미를 만났다. 얠로는 밀리의 미래에 대한 가능성을 일깨워서 과학자의 길을 갈 수 있게 해주었다. 페르미는 물리학자로서 생각하는 방법과 교육자의 태도를 가르쳐주었다. 밀리의 연구 동료이자 남편이었던 진 드레셀하우스의 역할도 빼놓을 수 없다. 진도 뛰어난 이론 고체물리학자였다. 그럼에도 진은 늘 한발짝 뒤에서 밀리가 재능을 마음껏 발휘하도록 든든한 지원자가 되었다.
비참한 가난으로 시작했고 어린 시절 치명적인 질병을 이겨냈으며, 성차별과 편견을 극복하고끈기 있게 노력했던 밀리의 삶은 훌륭한 통찰을 준다. 밀리는 과학과 공학에서 여성을 대하는 사회적 태도를 계속 변화시켰다. 또한 자신의 경력과 지위를 최대한 활용하여 사회적, 경제적 배경 때문에 힘들어하는 사람들을 도왔다.
《카본 퀸》은 단순히 한 여성 과학자의 연구 성과를 보여주는 전기가 아니다. 자신이 받은 것을 사회에 되돌려주어야 한다고 생각한 밀드레드 드레셀하우스는 평생 자신이 받은 것보다 훨씬 많은 일을 했다. 이 책에 쓰인 모든 장면에서 밀리의 호기심과 연구 열정, 자신이 아는 모든 사람에게 보여준 사랑과 헌신, 사회적 봉사에 대한 신념이 고스란히 느껴질 것이다.

이성빈(카이스트 물리학과 교수)
나는 아직도 80세의 나이에 학회에서 열정적으로 연구를 발표하고 학생들의 질문에 친절하게 답하던 밀리의 모습을 기억한다. 이 시대가 본받아야 할 진정한 리더십을 가진 밀리. 《카본 퀸》은 밀리가 어떻게 가난, 질병, 편견을 극복하고 훌륭한 연구자, 과학과 기술을 넘나드는 선구자로 만인의 존경을 받으며 살아왔는지 보여주는 책이다. 이 시대의 리더에게, 미래의 리더가 될 모든 학생에게 추천하고 싶다.

이공주복(이화여자대학교 물리학과 교수)
마리 퀴리가 타계했을 때 네 살이었던 밀드레드 드레셀하우스. 마리 퀴리의 전기를 즐겨 읽던 밀리에게 물리학자 로절린 얠로는 현존하는 마리 퀴리였다. 이제 탄소의 여왕 밀리는 많은 여성 과학자에게 현존하는 마리 퀴리로 자리매김했다. 《카본 퀸》은 단지 뛰어난 여성 과학자의 연구 성과와 삶을 소개한다기보다 과학자로서 지치지 않는 호기심, 열정, 사랑과 의무, 사회적 봉사에 대한 진한 감동을 전하고 있다.

윤진희(인하대학교 물리학과 교수)
《카본 퀸》은 단지 밀드레드 드레셀하우스라는 과학자의 전기가 아니다. 고난과 편견을 이겨내고 자신이 원하는 삶을 만들어간 한 여성의 모습을 보여준다. 이 책은 밀리에게 주어진 많은 기회가 우연인 것처럼 보이지만 그 기회는 끊임없는 노력의 결과물이라는 영감을 준다. 불확실하고 어려운 시대를 살아가는 젊은이, 특히 젊은 여성 연구자에게 희망과 비전을 제시하고 있다.

프롤로그 교육자, 멘토 그리고 탄소의 여왕

1 다듬어지지 않은 다이아몬드
브루클린에서 브롱크스로
가난과 역경으로 점철된 어린 시절
경험과 기회를 준 그리니치 하우스 음악학교
책에서 찾은 과학의 영감
신세계로 가는 티켓

2 두뇌 더하기 재미
맨해튼을 점령한 밀리
밀드레드 드레셀하우스=두뇌+재미

3 갈림길에 서다
밀리의 첫 번째 멘토 로절린 얠로
케임브리지대학교로 날아가다
성차별 문제를 깨닫게 한 래드클리프컬리지

4 위대한 정신과의 만남
배척하는 사람, 도와주는 사람
초전도성 연구에 발을 내딛다
인생의 전환점이 된 새로운 선택

5 한 과학자가 꽃을 피우다
매혹적인 성질을 가진 탄소 연구
물질의 에너지띠와 전도성
링컨연구소를 떠나다

6 정신과 손
흑연의 전자구조에서 발견한 결정적 뒤바뀜
MIT 여성의 지위를 올려놓다
MIT 여성포럼의 탄생
전 세계를 다니다

7 나노 세계에 온 것을 환영합니다
나노 세계로 들어가다
밀리와 진의 조화로운 삶
한 분야가 뿌리를 내리다

8 세상을 바꾼 탄소
국가의 과학을 이끄는 지도자가 되다
세상을 바꾼 거대한 탄소 공
마법사 같은 과학자 밀리
기억해야 할 한 해

9 모범을 보이다
뜨거움과 차가움, 열전효과를 되살리다
드레셀하우스 박사 워싱턴에 가다
니트 스웨터를 입은 탄소의 여왕
과학의 순환, 그래핀으로 돌아가기
새로운 친구와 함께한 연구

10 사라지지 않을 유산
창조성의 배출구가 되어준 음악
밀리의 대가족
선구자를 기리다
다음 세대를 위한 도전
전설을 잃다
불가능해 보이는 삶

감사의 말
주요 연표
각주
찾아보기

밀리는 초등학교에 다니던 여덟 살 때부터 돈을 벌기 시작했다. 기억력에 심각한 문제가 있어서 특별한 도움이 필요한 학생을 가르쳤다. 일주일에 열다섯 시간에서 스무 시간을 수업하며 50센트를 받았다. “수업료가 많지는 않았지만 꽤 환상적인 경험이었어요. 그 아이를 가르치기가 엄청 어려웠으니까요.” 밀리는 이렇게도 말했다. “어떻게든 꼬드겨서 공부하도록 해야 했고 많은 것을 배웠습니다. 그 아이를 가르치면서 좋은 선생님이 되는 법을 훈련했던 거죠.” 이때쯤 선생님들은 밀리의 호기심과 추진력이 또래들을 훨씬 뛰어넘는다는 것을 알아챘다.
-31쪽

유명한 물리학자이자 화학자인 마리 퀴리의 전기도 밀리가 과학에 흥미를 느끼는 계기가 되었다. 퀴리의 둘째 딸 에브 퀴리가 쓴 《마담 퀴리》는 수많은 기사와 편지에서 골라낸 글과 함께 이 주제를 잘 알고 있는 작가의 통찰을 담아 노벨상을 두 번이나 받은 과학자의 개인사를 상세하게 그려냈다. 밀리는 한참 더 지난 뒤에야 과학자로서의 경력을 준비하게 되지만, 이 책은 어린 밀리에게 탁월한 여성 과학자의 초상을 보여주었다.
밀리는 부지런히 푼돈을 모아서 《내셔널 지오그래픽》을 샀다. 이 잡지를 탐욕스럽게 읽으면서 과학과 인문학적 사고에 더욱 빠져들었다. 밀리는 한때 이렇게 말했다. “10센트로 과월호 세 권을 살 수 있었죠. 그 정도는 용돈으로 쓸 수 있었기 때문에 그 잡지로 과학을 배웠습니다.” -37~38쪽

당시 대학 진학을 원하는 여성에게는 선택지가 별로 없었는데, 재정적 여유가 거의 없는 경우엔 더 심했다. 제2차 세계대전이 벌어지는 동안 수많은 여성이 전통적으로 남성이 지배하는 STEM 분야에 진출했지만, 전쟁이 끝나자 많은 여성이 직업을 잃거나 여성에게 주어지던 자리가 전쟁에서 돌아온 남성에게 돌아갔다. 이렇게 되자 여성들, 그 가운데서도 불리한 배경을 가진 사람들은 이 분야의 일자리와 교육받을 기회에서 조직적으로 제외되었다. “나는 포부가 크지 않았어요.” 밀리는 2012년 인터뷰에서 이렇게 말했다. “여자인 데다 돈도 없었던 내가 선택할 수 있는 직업은 교사, 간호사, 비서 세 가지뿐이라는 말을 들었죠.” -54쪽

얠로는 경력 내내 크고 작은 방식으로 밀리를 계속 도와주는 믿음직한 멘토가 되었다. 얠로는 우선 밀리에게 교사의 길은 잊어버리고 연구자가 되라고 격려했다. “선생님은 자신의 힘으로 생물물리학 분야를 개척한, 과학 분야에서 세계적 인물이 된 놀라운 사람이었어요.” 밀리는 2012년 인터뷰에서 얠로에 대해 이렇게 말했다. “선생님은 내가 대학원에 진학하고 최고의 학교를 다니고 최고의 학자들과 함께 연구하도록 이끌어준 가장 영향력이 큰 사람이었습니다. 내가 여자이지만 해낼 수 있다고, 여성 과학자가 가는 길은 더 험난하지만 단념해서는 안 된다고 말씀해주셨어요.” -67쪽

페르미와 밀리의 첫 만남은 밀리가 페르미의 양자역학 수업을 들으면서 이루어졌다. 밀리는 강의를 들으면서 이 위대한 거장의 인내심 있고 영감 넘치며 마음이 열린 교육 방식을 알게 되었다. 페르미는 느리고 의도적이며 이탈리아 억양이 강한 영어 발음으로 복잡한 주제를 능숙하게 풀어내 그 자리에 있는 모든 사람이 이해할 수 있게 해주었다. 밀리는 페르미가 “멈칫거리면서” 강의한다고 묘사했다. 페르미는 물리적 개념의 본질을 벗겨내어 보여주기를 즐겼다. 연구에만 열중하고 끈기 있게 가르치는 일을 귀찮아하는 다른 교수들과 달리 페르미는 자기가 아는 물리적 개념을 사람들에게 찬찬히 설명하는 기회를 소중히 여겼다. 그는 설명하는 재주가 뛰어났다. 이런 방식으로 양자역학의 세밀한 부분까지 설명해주다 보니 밀리의 말에 따르면, “어떤 젊은이라도 그의 강의를 들으면 모든 말을 단어 하나까지 이해했다. -85쪽

밀리는 링컨연구소에서 일하는 동안 많은 어려움과 난관을 헤쳐나가야 했다. 그럼에도 밀리는 진의 헤아릴 수 없는 많은 도움을 받아 링컨연구소에서 7년을 보내면서 흑연과 다른 여러 가지 반금속의 광학적 성질을 정량화했다. 진은 링컨연구소에서 계속 일하다가 1970년대 중반에 MIT로 옮겨서 밀리와 합류했다. 그동안 둘은 많은 연구 프로젝트를 함께한 것은 물론이고 부모로서 메리앤, 칼, 폴, 엘리엇에게 많은 애정을 쏟았다. -134쪽

밀리, 자반, 슈뢰더는 과학자들이 흑연의 전자구조에서 양공과 전자를 반대로 생각하고 있다는 것을 발견했다. 그러니까 이제까지 전자로 알고 있던 것은 양공이 되어야 하고, 양공은 전자가 되어야 한다는 것을 알아낸 것이다. “이 결과는 조금 미친 것 같았어요.” 밀리는 2001년
구술사 인터뷰에서 말했다. “우리는 그 시점까지 흑연의 전자구조에서 이루어졌던 모든 것이 반대라는 것을 발견했어요.” -146쪽

이렇게 해서 MIT 여성포럼이 탄생했다. 여성포럼은 MIT 캠퍼스에서 여성이 겪는 곤경을 조사할 수 있는 장소가 되었다. 그 후 몇 주 동안 여성포럼 참여자들은 보육에서부터 학업, 재정 지원에 이르기까지 관련된, 학교에서 여성이 불평등하다고 느끼는 정책을 체계적으로 검토하도록 MIT 본부를 설득했다. 이러한 제안을 진지하게 받아들인 본부는 여학생이 느끼는 우려와 여러 문제를 주의 깊게 살펴보기 위한 위원회를 구성했다. 밀리는 MIT 4학년 학생인 파울라 스톤과 함께 공동위원장을 맡았다. -155~156쪽

1980년대에 여러 연구팀에서 불활성기체에서 탄소 시료에 레이저 광선을 쬐었을 때 생겨나는 이상한 원자 클러스터를 연구하기 시작했다. 클러스터란 지름 1~3나노미터 크기의 나노입자로, 여러 개의 원자로 이루어진 덩어리이다. 많은 연구자가 클러스터는 단지 원자 몇 개쯤으로 이루어졌다는 생각을 바탕으로 분자구조를 알아내려고 했다. 그러나 밀리와 동료들은 레이저 연구에서 생겨난 클러스터 대부분이 훨씬 많은 원자로 이루어져 있다고 예상했다. 원자 클러스터마다 탄소 원자 수십 개로 이루어져 있고, 100개로 이루어졌을 수도 있다고 예상한 것이다. 밀리는 2002년 인터뷰에서 이렇게 말했다. “많은 사람이 내 생각을 비웃었어요. 그들은 불가능하다고 생각했거든요.” -198쪽

밀리는 블랙에게 필요한 내용으로 한 학기 분량의 추가 강의 자료를 만들었고, 이 자료를 바탕으로 매주 시간을 내서 수업을 진행했다. “선생님이 오로지 나를 위해 수업했다고 확신해요.” 블랙은 이 강의에 계속 참석하는 학생이 자기 말고는 아무도 없다는 것을 알았다. 이렇게 몇 달 동안 일대일 교육을 받고 나서 고체물리학을 충분히 습득하게 되었다. 블랙은 드디어 밀리, 진, 그리고 실험실의 다른 사람들과 함께 연구할 수 있을 정도의 직관과 지식을 얻었다.
이 일은 모든 학생을 돕는 것을 사명으로 삼은 교육자로서 밀리의 본모습을 보여주는 수많은 에피소드 가운데 하나일 뿐이다. 밀리는 심지어 성공할 가능성이 거의 없어 보이는 학생들에게도 어쩌면 더욱 특별히 정성을 기울였다. -221쪽