심층질문,

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정답을 묻기보다는, 생각을 넓히고 깊게 만드는 질문

🧭 1. ‘왜?’ 또는 ‘어떻게?’로 시작하자

• 단순 설명보다 원인, 과정, 의미를 파고드는 질문

• 예시:

  • "화산은 왜 생명을 위협하기도 하고 돕기도 할까?"

  • "DNA는 정말 모든 것을 결정할까?"

🧠 2. 사람마다 생각이 다를 수 있는 질문을 만들자

• 정해진 답이 없고, 다양한 의견이 나올 수 있는 질문

• 예시:

  • "우리는 주기율표를 자연의 법칙이라 믿어도 될까?"

  • "지구 시스템은 인간이 바꾸는 걸까, 원래 변하는 걸까?"

🌍 3. 실생활이나 책에서 연결해보자

• 과학 개념을 현실, 사회, 환경, 기술과 연결

• 예시:

  • "별에서 온 원소들이 인간을 만든다는 말은 과학일까, 문학일까?"

  • "전기적 성질을 가진 물질은 왜 첨단기술에서 중요할까?"

🌋 2. “판이 멈춘다면, 지구는 더 안전해질까?”
관련 성취기준: [10통과1-03-02]
▶︎ 지권 내 에너지 흐름이 없다면: 화산·지진이 사라지는 것뿐 아니라, 지각 생성과 재활용이 멈추는 것

▶︎ 지권의 ‘불안정성’이 사실은 생명 유지의 조건이라는 점을 탐색
📘 추천 도서: 『지진과 화산 쫌 아는 10대』 – 이지유
→ 지권 내 에너지 흐름, 지각판의 움직임, 지진 및 화산 활동을 중심으로 구성되어 있음.

🛰️ 3. 중력이 없다면 세상의 모든 운동은 어떻게 달라질까?
관련 성취기준: [10통과1-03-03]
▶︎ 중력은 단순한 힘이 아니라 우리 삶과 지구 시스템 전체에 영향을 미치는 근본적인 존재
▶︎ 낙하, 공전, 무중력 상태 등에서의 현상을 상상해보고 물리적 개념 적용 가능

🚗 4. 자동차의 에어백은 ‘운동량 보존 법칙’과 어떤 관계가 있을까?
관련 성취기준: [10통과1-03-04]
▶︎ 운동량, 충격량의 개념을 일상 속 안전 장치(에어백, 헬멧 등)와 연결하여 적용 가능
▶︎ 관성과 힘의 변화량, 시간 간의 관계를 통해 사고 예방 기술을 분석

🔥 5. 생명 시스템은 왜 끊임없이 에너지를 소모해야만 유지될까?
관련 성취기준: [10통과1-03-05]
▶︎ 생명 유지에 필수적인 에너지 투입과 화학 반응(예: ATP 생성, 효소 작용)의 이유에 대한 탐구
▶︎ 생명체는 닫힌 계가 아닌 열려있는 계라는 개념 도입

🧬 6. DNA가 단백질을 만드는 과정은 정말 ‘정보 처리’에 가까운가?
관련 성취기준: [10통과1-03-06]
▶︎ 유전자 → 단백질이라는 전사·번역 과정을 컴퓨터의 정보 처리와 비교해보는 철학적·과학적 접근
▶︎ 생명체가 정보를 저장하고 활용하는 시스템이라는 관점 소개
📘 추천 도서: 『유전자의 내밀한 역사』 – 시드하르타 무케르지
→ 유전자의 과학적 발견뿐만 아니라 윤리, 문화, 의학과의 연결까지 포괄하여 다층적 이해 가능.

📏 [10통과1-01-01]

심층 질문:
“시간”은 인간이 만든 개념일까, 자연이 본래 가진 성질일까?

추천 도서:
📘 『시간은 흐르지 않는다』 – 카를로 로벨리
📖 추천 이유: 시간의 본질에 대한 물리학자 로벨리의 시각을 통해, 고전역학·상대성이론의 관점 차이를 비교하고 시간의 개념을 철학적으로 성찰할 수 있음. 고등학생도 이해 가능한 수준의 서술로 구성됨.

🌌 [10통과1-01-02]

심층 질문:
우리가 쓰는 ‘미터’나 ‘초’는 자연의 단위일까, 인간의 약속일까?

추천 도서:
📘 『측정의 세계』 – 제임스 빈센트
📖 추천 이유: 시간, 질량, 거리 등 과학의 기본 단위들이 어떻게 정해졌고, 인류 문명과 과학의 발전에 어떤 역할을 했는지 설명. 단위의 과학적·사회적 의미를 탐구할 수 있음.

📐 [10통과1-01-03]

심층 질문:
정확한 측정만이 좋은 과학일까? 어림은 과학에서 무시되어야 할까?

추천 도서:
📘 『팩트풀니스』 – 한스 로슬링
📖 추천 이유: 통계적 사고와 숫자의 한계를 지적하며, 세상을 수치로만 보는 것이 얼마나 오해를 낳을 수 있는지를 설명. 어림과 직관의 중요성을 다룬다는 점에서 관련 주제와 연계 가능.

💻 [10통과1-01-04]

추천 도서:
모든 정보를 디지털화하면, 아날로그 정보는 사라져야 할까?

도서 추천:
📘 『우리는 각자의 세계가 된다』 – 데이비드 이글먼
📖 추천 이유: 인간의 감각이 어떻게 세상을 인식하며, 기술이 어떻게 그 감각의 한계를 확장할 수 있는지를 보여줌. 센서 기술과 디지털 변환의 사회적, 감각적 함의에 대해 고찰할 수 있음.

• [10통과1-01-01] 원자와 우주를 시간과 공간 차원에서 비교하면서 규모(scale)의 의미와 필요성을 소개하고, 시간과 공간을 측정하려는 과학자들의 노력이 인간의 경험 범위를 얼마나 확장했는지를 설명한다.
• [10통과1-01-02] 과학의 기본량으로 시간, 길이, 질량, 전류, 온도 등 초⋅중학교 과학 교과에서 이미 학습한 내용을 중심으로 다루며, 부피, 속력, 농도 등과 같은 초⋅중⋅고등학교 과학 교과의 주요 과학 개념들이 이러한 기본량으로부터 도출됨을 설명한다.
• [10통과1-01-04] 인간을 둘러싼 자연계의 변화가 전달될 때 신호가 되고, 이를 측정하여 분석할 때 정보가 됨을 다룬다. 센서를 통해 아날로그 형태의 다양한 신호가 전기 신호로 바뀌어 디지털 정보가 됨을 소개하며, 센서의 작동 원리는 다루지 않는다.

• [10통과1-02-01] 분광기를 활용하여 수소의 선스펙트럼을 관찰하고 이를 우주 전역의 선스펙트럼을 관찰한 결과 자료와 비교함으로써 우주 진화 초기에 만들어진 수소와 헬륨이 현재 우주의 주요 구성 원소임을 파악하게 한다.
• [10통과1-02-02] 별의 진화 과정에서 별 내부의 핵융합을 통해 탄소, 질소, 산소가 생성되는 것을 정성적으로 다루고, 초신성 폭발의 결과로 철보다 무거운 원소가 만들어짐을 다룬다.
• [10통과1-02-03] 주기율표의 1족과 17족 원소를 통해 동족 원소는 유사한 화학적 성질을 가진다는 것을 다룬다. 주요 원소들이 화학 결합을 형성하는 이유를 전자껍질 모형을 이용한 전자배치를 통해 안정성을 지닌 원소와 비교하여 설명한다.
• [10통과1-02-04] 각 화학 결합으로 나타나는 성질은 전기 전도성에 한정하여 다룬다.
• [10통과1-02-05] 지각을 구성하는 규산염 광물은 Si–O 사면체를 기본 골격으로 하여 다양한 광물들이 만들어짐을 다루되, 구체적인 구조식이나 화학식은 다루지 않는다. 일정한 구조를 가진 기본 단위체들의 다양한 배열을 통해 여러 가지 구조와 기능을 갖는 생명체의 주요 구성 물질이 생성될 수 있음을 단백질과 핵산을 중심으로 학습하고, 기본 단위체를 비롯한 단백질과 핵산의 구체적인 구조식이나 화학식은 다루지 않는다.
• [10통과1-02-06] 지구를 구성하는 여러 물질을 원자 내 자유전자의 이동에 따라 도체, 부도체, 반도체로 구분할 수 있고, 특히 규산염 광물이 반도체 소자의 재료가 되어 현대 사회에서 매우 유용하게 활용됨을 소개한다. 이때 반도체의 원리는 불순물을 추가함에 따라 전기적 성질을 제어하기 쉽다는 수준으로 소개하고 접합 원리는 다루지 않는다.

• [10통과1-03-01∼02] 지구시스템을 구성하는 권역들의 성층구조를 파악하게 한다. 기권, 수권 등 각 권역이 상호작용하는 과정의 에너지 흐름과 물질 순환으로 인해 지표의 변화, 날씨의 변화 등과 같은 여러 가지 과학적 현상이 일어남을 다룬다.
• [10통과1-03-03] 지구 표면을 향해 낙하하거나 지구 주위를 공전하는 원운동은 모두 중력에 의한 지구 중심 방향의 가속도 운동임을 설명한다.
• [10통과1-03-04] 일상생활의 역학 시스템에서 물체의 관성 및 충돌에 의한 안전사고 예방을 위한 대비책 및 장치를 고안할 때 관성 법칙과 충격량을 활용하게 한다.
• [10통과1-03-05] 생명 시스템의 기본 단위인 세포에서 일어나는 화학 반응에 효소가 필요하고, 세포막을 통한 선택적 투과를 통해 물질 출입이 일어남을 학습한다.
• [10통과1-03-06] 전사와 번역을 통해 유전물질로부터 단백질이 만들어지는 과정에 대해 학습하고, 생명 시스템의 유지를 위한 세포 내 정보의 흐름이 체계적으로 구성되어 있음을 이해한다.

심층 질문:
"별빛을 보면 별의 정체를 알 수 있다"는 말은 과학적으로 가능한가?

추천 도서:
📘 『코스모스』 – 칼 세이건
📖 추천 이유: 빛과 스펙트럼, 우주의 기원에 대한 핵심 개념이 서사적으로 서술된 고전.

💫 [10통과1-02-02]

심층 질문:
우주에 존재하는 '물질'만으로 생명은 자연스럽게 탄생할 수 있었을까?

추천 도서:
📘 『생명이란 무엇인가』 – 에르빈 슈뢰딩거
📖 추천 이유: 생명의 기원을 물리학자 관점에서 설명하며, 생명과 우주의 연결성에 대해 고찰. 과학과 철학이 융합된 고전.

⚛️ [10통과1-02-03]

심층 질문:
주기율표는 자연의 완벽한 질서일까, 인간이 만든 분류일까?

추천 도서:
📘 『청소년을 위한 사라진 스푼』 – 샘 킨
📖 추천 이유: 타이타늄, 우라늄, 규소, 텅스텐 같은 원소들 뒤에 숨은 발견의 역사, 실험, 인물 이야기를 생생하게 풀어냄. 주기율표는 단지 편의일까, 아니면 자연이 원래 그런 방식일까?를 생각해볼 수 있음.

🧂 [10통과1-02-04]

심층 질문:
물(H₂O), 소금(NaCl), 산소(O₂)은 단순한 분자인가, 생명의 열쇠인가?

추천 도서:
📘 『사소한 것들의 과학』 – 마크 미오도닉
📖 추천 이유: 다양한 물질의 특성과 구조를 일상 속 사례로 풀어냄. 화학결합, 전기 전도성 등과 연결되어 있음.

🧬 [10통과1-02-05]

심층 질문:
단백질과 핵산 같은 분자는 단순한 물질일까, 생명의 본질일까?

추천 도서:
📘 『물질에서 생명으로』 – 노정혜
📖 추천 이유: 현대 생명의 거대분자인 단백질·핵산(DNA, RNA)을 중심으로 분자 수준에서 생명 현상이 어떻게 작동하는지 설명함. 연구 및 교실 수업 경험을 바탕으로, 분자들이 단순한 물질이 아니라 기능과 정보를 전달하는 시스템의 핵심이라는 깨달음을 자연스럽게 유도함.

⚡ [10통과1-02-06]

심층 질문:
전기 전도성이라는 특성 하나로, 물질의 가치는 달라질 수 있을까?

추천 도서:
📘 『반도체 제국의 미래』 – 정인성
📖 추천 이유: 실리콘, 반도체, 도체·부도체의 과학적 원리와 사회적 영향력을 분석.

2. 선택 도서: 『우리는 각자의 세계가 된다』/데이비드 이글먼/참고 쪽수(84p~86p)

3. 탐구 동기

 선생님께 독서 탐구 과제를 받았을 때, 나는 고등학교에 와서 처음 해보는 과학 독서 탐구였기에 주제를 무엇으로 정해야 할지 쉽게 결정하지 못했었다. 이에 선생님께서 제시해주신 여러 과학 탐구의 주제들을 둘러보다 위의 주제를 발견했고, 이러한 궁금증이 생겼다. ‘현대 사회는 디지털 기술이 발전해 각종 분야에서 아날로그 정보보다는 정보를 간편하게 수집하고 저장하여 전달할 수 있는 디지털 정보를 선호한다. 디지털 정보는 아날로그 정보에 비해 정보의 왜곡이 일어난다는 단점이 있지만, 이는 기술의 발전으로 점점 사소해지고 있다. 그러므로 아날로그 정보를 모두 디지털 정보로 전환하여 사용해도 문제 없이 오히려 정보 이용이 더 편리해지지 않을까?’ 때문에 이 궁금증을 독서 탐구를 통해 해소해보고 싶었다.

4. 탐구 과정 및 내용

 책의 목차는 총 12장으로 되어있었고, 그 중 내 궁금증을 해소해줄 것 같던 내용은 ‘4장-입력 자료 이용하기’에 있을 것 같아 4장 부분을 깊게 읽어보았다.

 책에 따르면 손끝이나 안구 등의 감각 기관들은 외부 세계의 정보를 뇌에서 스파이크로 바꿔주는 주변 장치에 불과하다고 한다. 스파이크는 뇌 속의 뉴런 각각이 다른 뉴런과의 소통을 위해 전송하는 미세하고 짧은 전압 신호로, 이는 신호의 입력 지점은 중요하지 않고 뇌 속을 이동하는 몇 조 개의 스파이크가 가장 중요하다는 것을 의미한다. 즉, 입력되는 정보의 종류와 상관없이, 뇌는 거기에 적응해서 최대한 정보를 추출해내는 방법을 터득한다. 뇌는 어떤 정보가 들어오든 간에 그것을 이용할 방법을 찾아낼 뿐이다.

 작가는 이 개념을 ‘진화의 포테이토 헤드 모델’이라 명명한다. 미국의 장난감 캐릭터인 포테이토 헤드는 감자 몸통에 손, 발, 눈, 코, 입을 자유자재로 붙였다 뗄 수 있다. 작가는 눈과 귀 등이 모든 감각 기관이 단지 플러그와 플레이 주변 기기일 뿐이라는 점을 강조하기 위해 이러한 이름을 사용하였고, 감각 기관은 꽂아 넣으면 곧바로 작동하며 그를 통해 전달되는 정보를 처리하는 것은 뇌가 할 일이라고 덧붙였다.

 이 내용을 통해 나는 아날로그 정보인지 디지털 정보인지에 관계 없이 뇌가 그 정보의 특성에 적응해 필요한 정보를 얻어내는 방법을 얻어내기 때문에 아날로그 정보를 무리해서 디지털 정보로 전환할 필요가 없을 뿐 아니라 아날로그 정보를 디지털 정보로 전환하면 뇌가 기존의 정보 유형이 아닌 다른 정보 유형으로 전환된 것에 따라 새롭게 적응해야 하므로 오히려 더 비효율적일 수 있다는 것을 추론할 수 있었다.

 이번 탐구를 통해 과학에 대해 어렵게 생각했던 나 자신을 돌아보게 되었다. 처음에는 배운 내용에 대해 질문을 만들어 탐구해보라는 선생님의 말씀에 큰 부담을 느꼈으나, 책을 읽고 내용을 정리하며 추론하는 과정에서 과학이라는 것은 크지 않은 의문이라도 일상에서 사소한 의문을 품으며 그에 대해 정보를 탐색하고 해결해나가는 모든 과정임을 깨닫게 되었다. 앞으로도 자연을 이해하는 학문인 과학을 공부해나가며 작은 의문이라도 무시하지 않고 깊게 탐구하며 과학의 세계에 한 발짝 더 다가갈 수 있도록 노력할 것이다.

3. 처음 베게너가 제시한 대륙이동설이 현재의 판구조론으로 이어지며 정설로서 받아들여지고 또한 그것에 대해 고등학교에서 배우게 된다. 원래 베게너가 주장했을 당시에는 아무도 믿지 않았고 베게너 본인도 그 증거를 찾지 못하고 죽게 되었다고 한다. 우린 그런 판구조론의 이론만을 배울 뿐 어떻게 그것이 확실한 이론으로 정립되었는지는 배우지 않았어서 관련된 배경이 계속 궁금했었다. 이번 독서탐구를 위해 도서관에 갔는데 이 책의 목차에서 ‘판구조론의 증거’를 보게 되었고 이 책이 그동안의 궁금증을 해소시켜 줄 것이라 생각해 이 책을 선택하게 되었다.

4. 그 증거는 크게 세 가지로 나뉜다.

첫 번째로는 인간이 직접 증거를 만들어 조사한 방법인데 해양시추를 이용한 방법이다. 70년대에 들어서며 해양시추선으로 수백 개의 시추공을 뚫어 채취한 시료들을 서로 비교 대조해 가며 퇴적암과 그 속의 미고생물들을 이용해 해양지각의 나이를 추정하거나 이동방향 등을 알아낼 수 있었던 방법이다.

두 번째 증거는 ‘맨틀상승류와 열점’이다. 맨틀상승류가 암권 바깥에서 만나는 점을 열점이라 하는데 이곳은 절대 움직이지 않는다. 맨틀상승류는 판보다 훨씬 깊은 곳에서 올라오기 때문이다. 하지만 열점으로 인해 생긴 해저화산이나 섬들이 판들의 이동으로 인해 계속 움직이고 열점은 항상 같은 자리에 있기에 지형 등이 열점으로부터 벗어나면 새로운 지각이 열점 위로 옮겨질 것이며 이 과정이 계속되어 판의 이동방향에 따라 일자로 쭉 뻗은 섬들이 형성되는 것이다. 대표적인 예로는 하와이가 있으며 실제로도 지도를 찾아보면 여러 섬들이 북서 방향으로 뻗어있는 모습을 볼 수 있다.

세 번째 증거는 화석자기라고도 불리는 ‘고자기’이다. 간단하게 지구의 자기가 현무암에 기록된 것을 의미하는데 이유는 아직 밝혀지지 않았지만 수십만 년 주기로 지구에는 자기 역전 현상이 일어난다. 해령에서는 시간이 지나면 새로운 지각이 생성된다. 그와 같이 지구 안에 묻혀있던 자력을 잃은 용암들이 나와 온도가 식어가면서 자성을 되찾고 지구자기장에 맞춰 정렬되는 것이다. 그런데 이것이 앞서 말한 지구의 자기 역전 때문에 수십만 년을 주기로 해령 주변 현무암에 고자기가 반대 방향으로 정렬되어있는 것을 과거의 과학자들이 알아내었다. 자기 역전의 이유는 아직 불명이나 그 주기성은 알아볼 수 있기 때문에 해령 근처의 지각이 오랜 시간을 거쳐 이동했다는 것을 알 수 있다.

이 책을 읽으며 학교에서 배우는 판구조론이 정설로 받아들여질 수 있었던 확실한 증거들에 대하여 자세히 알 수 있었다. 어쩌면 베게너가 대륙이동설을 제기하기 전부터도 벌써 세상에 대놓고 나중의 판구조론의 가장 직관적인 증거로서 사람들이 발견하기 너무도 쉽게 바다 위에 떠있던 하와이를 예시로 보면서 이미 현재에도 아무도 의심하지 않던 것이 지구의 엄청난 비밀을 품고 세상에 드러나길 기다리고 있을 수도 있겠다고 생각했다. 이번 활동으로 인해 앞으로도 무언가 새로운 것을 보거나 배우게 될 때에도 1차원적인 시선으로만 바라보는 것이 아닌 새로운 시각으로도 그것을 바라볼 수 있도록 통찰력을 기르는 것이 중요할 거 같다고 생각하게 된 것 같다.

2. 우주의 지도를 그리다 / 제임스 기치 지음 / 90P ~ 91P/96P ~ 102P

3. 탐구 동기

이 도서를 선택한 이유는, 스펙트럼을 관찰하게 되면, 수많은 선들을 볼수가 있는데, 이 선으로 인해서 스펙트럼은 원소마다 고유한 위치에 선이 등장한다. 하지만 이 스펙트럼들은 언제, 어디서, 어떻게, 무엇에 쓰이는 지가 궁금하게 됐다. 스펙트럼은 빛이 프리즘을 통과하면 여러가지 색의 띠로 나타나는 걸 볼 수가 있는데, 이걸로 인해서 많이 유용할 수 있을까?에 대한 의문을 가지게 되었다. 스펙트럼이 사용하는 곳을 찾는 것은 어려울 수 있으나, 분명히 어딘가에는 유용할 거라는 생각이 들었다.

4. 탐구 과정 및 내용

스펙트럼은 촛불이나 은하같이 빛을 발하는 물체가 다양한 파장에서 방출하는 에너지 양을 측정하는 수단이다. 예를 들어 태양에서 나오는 빛을 프리즘을 통해 분산시키면 특유의 빛의 연속복사(continuum of light), 즉 무지개를 관찰할 수 있다. 이 무지개는 노란빛과 대응하는 약 500nm의 파장에서 최고조를 이루는 강도를 가지고 있다. 태양은 자외선이나 적외선과 같이, 스펙트럼 중 인간의 눈으로 볼 수 없는 영역에 있는 방사선을 방출하지만 이 영역에서의 방출은 더 약하다. 스펙트럼은 완전히 균일하지도 않다. 이 밝은 연속복사 방출에는 특정 파장에서 생기는 검은 선이 수천개가 있다. 이들을 흡수선(absorption line)이라고 부른다. 그럼 이 바탕으로 태양의 스펙트럼을 보자, 태양의 스펙트럼은 매우 세밀한 무지개가 보인다. 이 무지개에서는 태양의 빛은 구성 주파수별로 분산된다.(우리는 이 주파수들을 다양한 색깔로 인식한다), 가장 짧은 파장인 가장 높은 주파수는 맨 끝에 있는 파란 빛이 있고, 줄이 바뀌면서 파장이 길어지고, 주파수는 낮아진다. 태양 스펙트럼에서 보이는 검은 선들은 프라운호퍼선이라고 부른다. 프라운호퍼선은 태양 대기에 존재하는 다양한 원소에 의해 빛이 흡수된다는 사실을 나타낸다. 스펙트럼은 각 파장에서 얼마나 많은 에너지가 방출되는지를 알려준다. 태양의 경우, 에너지의 대부분이 전자기 스펙트럼의 자외선 영역과 광학 영역에서 방출되고 초록빛/노란빛 표식 주변에서 가장 높은 에너지 방출이 일어난다. 따라서 스펙트럼을 이용해 태양의 구성 요소와 물리학에 대한 새로운 정보를 알아낼 수 있었다. 같은 수단을 우리 은하 전체에 작용할 수도 있다. 우리는 스펙트럼을 이용해 은하의 별 생성률(다른 물리적 특징뿐안 아니라)을 측정할 수 있다. 분광학은 천문학에서 사용하는 매우 강력한 도구 중 하나다. 스펙트럼을 이용하면 그 이상으로 응용 가능하다. 앞서 살펴보듯이 스펙트럼에는 먼 은하의 내적 구성 요소, 화학, 역학에 관한 매우 중요한 정보가 들어있다. 따라서 스펙트럼은 외부 은하의 내부 상태와 평균 나이를 알아내는 데 사용될 수도 있고, 우리가 알아낸 특징을 기반으로 외부 은하를 다양한 유형으로 구분하는 데 사용될 수 있다. 하지만 신생 별을 생성하는 은하인데도 자외선 방출을 많이 하지 않거나 특별히 강한 방출선을 내보이지 않을 수도 있다.

2. 다케무라 마사하루, [ 단백질이 없으면 생명도 없다 ] p164~p172 참고

3. 탐구 동기

암이라는 존재는 내게 먼 존재이면서도 가까운 존재인 것 같았다. 암 치료제가 발명되었다는 뉴스가 들려오기도 하고, 암 치료의 희망이 생겼다는 부분적인 이야기만 들으면서, 실제로 암에 걸리게 된 주변인들과 대화를 해 보면 고통스럽다는 이야기가 연신 나오는 것을 보고, 다른 병과 하나 다를 것 없어 보였던 '암'이 실제로 어떤 영향을 받아 걸리게 되는지, 바이러스성 질병같은, 감기 같은 종류는 아니었을지 궁금해서 이번 탐구 보고서에 선정하게 되었다. 초기에 검색하면서 암 단백질의 특징 변화에 의해 만들어진 이형 암 단백질이 영향을 미치게 된다고 들었는데, DNA가 mRNA로 자신의 유전정보를 옮겨적는 전사 과정, 그리고 세포질에서 mRNA가 단백질 합성을 하는 번역 과정을 통해 단백질이 형성되는데 , 도대체 이 과정에서 무슨 일이 일어나고, 어떤 요인에 의해서 단백질과 DNA의 변형이 초래되는지 궁금해 탐구 주제로 정하게 되었다.

4. 탐구 과정과 내용

   수 천 수 만 종이나 되는 단백질이 질서 있게 각자의 일을 해내는 덕에 세포가 정상적으로 움직일 수 있는 것이다. 암세포는 세포의 비정상적인 활동으로 단백질 이상을 의미한다. 현재 사망원인 1위인 암은 이미 고대부터 그 존재했지만 20세기에 들어서 ‘암은 DNA이상’으로 이것이 우리를 죽게 만든다고 판명되었다. 우리가 걸리는 대부분의 질환은 잘 치료하면 낫지만 세포가 암세포로 변할 때 걸리는 DNA질병은 절대로 낫지 않는다. 이처럼 DNA에 문제가 생기면 세포도 정상적인 작동을 할 수가 없고 DNA염기 배열에 돌연변이가 발생한다. 돌연변이는 DNA염기배열의 전체 또는 일부에서도 일어난다. 자외선, 화학물질 등의 외적요인이나 복제착오 같은 내부요인 때문에 발생한다. DNA설계도 부분에 돌연변이가 생기면 아미노산의 배열에 변화가 생기고 그로 인해생긴 나쁜 단백질이 세포를 암세포로 변화시킨다. 염기배열의 돌연변이는 암유전자가 된다. 암의 원이이 암유전자였다면 암유전자로 변화시킨 단백질은 암유전자 산물이 되는 것이다. 이러한 암 단백질은 이제 세포 증식시스템으로 부터 전달되는 분열 할 것과 분열하지 않을 것을 알려주는 명령을 듣지 않고 나쁜 세포를 계속 분열시켜버리거나 증식을 멈추는 이상행동을 보이며 우리 몸을 망가뜨린다.

   사람의 많은 부분이 DNA결정된다고 한다. 우리인생은 많은 부분은 DNA가 결정해 왔고 앞으로 미래를 살아가면서도 DNA의 영향에서 벗어날 수 없을 만큼 DNA는 정말 중요한 것이다. 기계 작동 중 프로그램이나 장치에 오류가 발생하면 작동을 멈추거나 내부의 예기치 못한 변화로 인한 잘못된 작업이 수행될 수 있는 것처럼 DNA의 유전자 구성에서도 오류가 발생한다면 우리 몸의 기능에도 문제가 발생할 것이다. DNA는 A-T, C-G 상보결합을 통하여 다양한 염기 배열을 만들어 각각의 유전 정보를 저장하는데 만약 DNA 구성 물질 중 특정 염기쌍이 다른 염기쌍으로 교체되는 등의 변화가 발생하면 '돌연변이'가 일어났다고 말한다. 이 돌연변이는 단순히 독립된 염기쌍에서만 발생하는 것이 아니라 특정 부분이 통째로 없어진다거나 다른 염색체와 일부분이 교체되거나 중복되는 변화도 가져온다. 이 과정에서 정상 세포가 암세포로 변화되기도 한다.

   암 유전자는 정상세포 중에도 존재하며 암을 유발할 것 이외에 세포증식과 분열을 제어하는 역할을 맡기도 한다. 그러나 이들이 발암물질이나 방사선 작용에 의하여 성질이 바뀌거나 변성된다면 성질이 다른 단백질이 생성되는 '암화 과정'이 진행된다.

   단백질의 기본단위체인 아미노산의 설계도인 DNA에 변화가 생기면 변화된 DNA를 이용하여 전사와 번역이 발생해 기존과 다른 단백질이 생성될 것이다. 예를 들면 정상 염기쌍이었던 A-T, C-G, G-C였던 염기쌍 중 하나가 A-T, A-T, G-C 등으로 변형된다(앞서 말한 변화를 사람들은 점 돌연변이라고 정의한다). 만약 그 단백질이 특정세포를 구성하는 핵심요소였다면 그 세포는 암세포로 변화할 수 있다. 대표적으로 'RAS'는 기존에 암을 억제하는 단백질이었지만 변질되면서 손상된 돌연변이DNA를 기반으로 한 세포를 계속해서 분열시키며 '변질된 P53' 단백질을 만들어낸다. 단백질을 활성화시키며 세포 분열을 통제하는 현상을 ‘단백질 인산화현상’이라고 하는데 이 경우 암 단백질들을 계속 분열하라는 신호를 보내면서 암세포들을 계속해서 분열시켜 증식시킨다. 점 돌연변이 과정에서 다양한 암 단백질들이 발현되는데 이 중 하나인 'p21'은 세포의 성장속도를 비정상적으로 증가시켜 종양으로 발전시킨다. 이외의 암 단백질로는 12번 염색체의 짧은 쪽(단완)에서 발생하여 위암, 췌장암, 대장암 등을 유발하는 K-ras, 1번 염색체의 단완에서 발생하는 백혈병의 주원인인 N-ras 단백질 등이 존재한다.

   이번 탐구를 통해서 암의 발병 원인이 단백질의 돌연변이에 의한 것을 알게 되었다. 암은 과도한 스트레스, 유전, 나쁜 식습관으로 부터 생기는 몸에 쌓인 독소 등으로 발생하고 암세포는 무조건 나쁜세포라는 생각을 했었는데 실제 참고자료를 통해서 암 유전자가 정상 형태라면 오히려 암을 억제하고 정상세포의 회복, 분열 등을 조정하고 통제한다는 새로운 사실도 알 수 있었다. 또한 암 단백질 K-ras, N-ras 단백질의 발현을 통제하여 암 성장 과정을 억제하는 기술을 만들고 있다는 것도 알게 되었다. 나쁜 단백질로 생각했던 것들을 역으로 이용하여 암치료에 효과적인 치료방법을 연구하는 것을 보며 쓸모없는 연구가 없다는 생각을 했다. 단백질이 우리몸을 통제하고 아주 작은 부분의 오류가 이렇게 치명적인 결과를 가져올 수 있다는 것과 ‘세포가 암세포로 변할 때 걸리는 DNA질병은 절대로 낫지 않는다’라는 구절은 암 예방의 중요성이 절실히 느껴졌다. 그동안 다른 병들과 다를 것 없어보였던 '암'이라는 존재가 오히려 생명의 본질이라고 불리는 단백질의 특징에서 변형이 일어나 세포들의 분열에 직접적으로 영향을 미치는 생각보다 더욱 무섭고 커다란 존재라는 것을 다시금 자각하게 되는 시간이었다. 기존에 이야기했던 발암의 원인이 암 유전자의 변형으로 인해 발생한 이형 암 단백질의 세포 분열 통제 기능의 상실이었던 만큼 ‘유전자 가위 기술'을 통해서 이형 암단백질을 형성하는 부분의 DNA를 잘라내고 복원시키는 기술을 통해 선천적인 암을 포함하여 후천적인 발암의 원인도 억제할 수 있는 생명과학 기술이 발전하여 누구나 질좋은 삶을 누릴 수 있기를 바란다. 미래의 산업은 환경과 생명연장에 집중 될 것이라 생각되고 온라인을 통한 많은 생명과학 관련 자료들을 접하고 흥미를 가지고 있었지만 ‘단백질이 없으면 생명도 없다’를 읽고서 세포, 단백질 등 생명체의 본질에 대해 조금 더 깊이 탐구하고 싶어지는 시간을 마련할 수 있었다. 또한 DNA는 애 단백질을 이용해서 진화하였을까? 지방이나 탄수화물로 진화할 수는 없었을까? 라는 궁금증이 생겨서 이후 진화의 측면에서 왜 단백질이 선택되었는지 알아보면 좋을 것 같다.

고등학생 친구들을 예상독자로 설정하여 전체적으로 친근한 어투를 사용하고 이해하기 편하게 사진을 첨부하여 작성하였습니다. 개인적으로 이런 정보성 글에는 정보의 타당성이 모자라더라도 글쓴이의 생각을 보고 나의 생각과 비교하여 새롭게 그 주제에 대하여 생각해 보는것을 좋아하기에 누군가 이 글을 읽게 될것이라 가정 후 저의 조사 후기 등 느낀 점도 후술 하였습니다.

첫번째로 17세기까지 사람들이 믿었던 자연 발생설이다. 생명체가 자연적으로 만들어 진다는 가설이다. 두번째는 현재 과학계에서 가장 유력하다고 평가 받는 원시 스프 가설이다. 무기물이 에너지를 받아 탄소를 중심으로 공유결합해서 유기물을 만들었다는 가설이다. 세번째는 원시 스프 가설에서 이어지는 RNA가설이다. 원시 스프 가설에서 유기물이 만들어 지는 가설을 세웠고 RNA가설은 유기물이 어떻게 단백질,DNA등 고분자 화합물이 되었는지에 대한 가설이다. 처음에는 RNA가 먼저 생겨나고 그후 단배질,DNA 순으로 만들어 졌다는 가설이다.

저자: 리처드 도킨스 외 30인

쪽수: 317~~328

3.탐구 동기

지구 시스템에 대하여 배울 때 지구시스템이란 지구가 생명체를 비롯하여 다양한 요소가 서로 영향을 주고받으며 이루는 시스템이라고 들었다. 기권,수권,등등 다양한 요소가 주고받으며 순환이 이루어지는 지구시스템에서 만약 한개의 요소 중에서 문제점이 발생한다면 어떻게 될까 라는 궁금증이 생겼다. 한 요소 중에서 문제가 생기면 분명히 어떠한 현상이 일어날 것이고 그 현상이 우리의 일상에 어떤 영향을 미칠것인지에 대해 알아보고자 한다. 사소하다고 느낄 수 있는 부분이 오히려 더 큰 결과를 초래할 수 도 있는것이니 말이다.

4.탐구 과정 및 내용 (느낀점)

지구시스템에 대해 입장을 낸 과학자와 해양학자들을 살펴보았다. 지구 시스템은 지구 환경에 매우 큰 영향을 미친다고 한다. 이건 우리도 아는 사실이며 수월한 순환을 통해 지구 체계가 안전히 유지될 수 있는것이다. 안정성을 이루게 해주는 다섯개의 요소 중 한개의 요소에 문제가 생기면 어떻게 될까? 몇가지 예시를 들어 알아보도록 하자. 자외선의 해로운 부분을 흡수해 막아주는 오존층을 보호해주는 성층권이 사라진다면 무슨 일이 일어날까? 자외선을 막아주는 오존층이 같이 사라지니까 자외선이 정통으로 들어오고 너무너무 뜨거워질것이다. 이는 우리에게 피부염과 극심한 더위 등등의 피해를 입힌다. 또한 전자기기 사용도 어려워질 수 있다. 너무 뜨거워 전자기기에까지 영향을 미치기 때문이다. 두번째로 수권의 경우를 들어보자. 혼합층은 대기의 온도를 안정시켜주는 수권에서 맨 위에 있는 부분이다. 이가 사라진다면 해양이 대기와 산소와 이산화타소를 교환하는 기능이 약해진다. 공기 방출을 하지 못하기 때문이다. 해양의 산소가 점차 감소하게 된다면 어류의 서식지가 줄어들고 죽음으로 몰아간다. 사람에게는 공기질의 건강을 악화시켜 우리의 건강에까지 악영향을 끼칠 수 있다. 태풍도 더욱 강해질것이다. 열을 막아주는 혼합층이 사라지니 뜨거운 물이 되고 뜨거운 물 위에서는 태풍이 더 활발히 활동하기 때문이다.
이렇게 요소에 문제가 생기면 일어나는 일들에 대해 조사해보았다. 과학수업을 들어면서도 지구시스템과 그를 구성하는 요소들의 역할이 굉장히 중요하다는 사실은 알고있었지만 이렇게 집중적으로 깊이있게 조사해보니 조금 두렵기도 하지만 한편으로는 감사하다. 과학자들이 입을 모아 얘기하길, 지구시스템에 오류가 생기는것은 환경의 문제가 아니라 인간의 생활의 문제라고 한다. 돌이켜보면 내가 무심코 했던 행동들이 대부분 이러한 변화를 촉진하는 행동이었나 싶어지며 자숙하게된다. 아직 늦지않았다. 버스 대신 자전거를, 플라스틱 대신 개인용기를 사용하는 자세를 취하고 환경이 더 신경을 기울이는 내가 되도록 하겠다.

참고한 쪽수 p.51, p.139, p.155

탐구 동기:

어릴 때부터 나는 생명이 어디서 어떻게 생겨났는지에 대해 자주 궁금해했다. 특히 생명이 단순한 물질로부터도 자연스럽게 만들어질 수 있는 것인지에 관심이 많았다. 이 질문에 과학적으로 접근한 `생명이란 무엇인가'를 읽고생명의 본질과 기원에 대해 탐구해 보고 싶었다.

탐구 과정 및 내용:

`생명이란 무엇인가'는 물리학자인 슈뢰딩거가 생명을 물리학적 관점에서 설명한 책이다. 그는 생명체가 주변 환경으로부터 에너지를 얻어 스스로 질서를 유지하고 복잡한 구조를 형상하는 존재라고 보앗다. 이는 열역학 제2법칙처럼 자연이 무질서로 향하는 경향과는 다른 특이한 특성이라고 할 수 있다. 또한 그는 생명체가 이러한 질서를 유지할 수 있는 핵심 요소로 유전물질인 DNA 를 설명한다. DNA는 단지 화학적인 물질이지만, 그 안에 유전 정보가 저장되어 있어 생명체가 자기 복제와 변화를 가능하게 하는 시스템을 가진다는 점에서 특별하다. 이 책의 p.51에서는 생명이 질서를 유지하기 위해 에너지를 어떻게 사용하는지를 p.139에서는 유전 정보의 안정성에 대해 p.155에서는 생명의 자기 복제 메커니즘에 대해 다루고 있다.

이와 더불어 생명체를 구성하는 세포의 구조도 주목할 만하다. 생명은 세포 단위로 존재하며 세포의 가장 바깥을 둘러싸고 있는 세포막은 인지질이라는 특수한 물질로 이루어져 있다. 인지질은 머리 부분은 물을 좋아하고 꼬리 부분은 물을 싫어하는 성질을 가져 물속에서 스스로 이중층 구조를 형성한다. 이러한 구조 덕분에 세포는 자신만의 내부 환경을 외부와 구분할 수 있으며 생명 유지에 필요한 물질의 출입을 조절할 수 있게 된다. 단순한 물질이었던 인지질이 스스로 막 구조를 만들고 그것이 세포의 기초가 되는 과정을 보며 나는 생명의 탄생이 복잡한 설계 없이도 물질의 성질에 따라 자연스럽게 이루어질 수 있다는 가능성을 느꼈다. 이러한 내용을 통해 나는 생명이 특별한 힘에 의해 만들어진 것이 아니라 우주에 존재하는 물질과 에너지의 상호작용으로 자연스럽게 탄생할 수 있는 존재임을 이해하게 되었다.

탐구 결과 및 느낀점:

이번 탐구를 통해 나는 생명이 단순한 물질의 조합을 넘어서 질서와 정보를 기반으로 한 복잡한 체계라는 것을 깨달았다. 생명은 우연히 생겨난 것이 아니라 자연 법칙에 따라 점차 정교해진 결과라는 사실이 인상 깊었다. 특히 DNA와 인지질처럼 단순한 물질이 어떻게 생명의 구조를 이루는지를 알게 되면서 과학을 통해 생명의 신비를 더 깊이 이해하고 싶다는 생각이 들었다. 앞으로도 이 책을 바탕으로 생명의 원리와 기원을 계속해서 탐구해 나가고 싶다.

고민하다가 가장 자세하게 표현할 수 있을 것 같고 , 블로그를 이용하면 또 나의 생각을 나눌 수 있을 것 같았다.

그래서 나는 블로그로 내가 읽고 생각했던 것들을 정리하기로 했다.

만화를 그리면서 화산폭발 과정 좋은점 나쁜점을 그리면서 다시 한번 화산에 대해서 알 수 있었습니다. 그리고 재미있는 느낌을 주고싶어 유쾌하게 그렸습니다.

그림을 그리면서 재미있었던것 같습니다.

만화를 그리면서 화산폭발 과정 좋은점 나쁜점을 그리면서 다시 한번 화산에 대해서 알 수 있었습니다. 그리고 재미있는 느낌을 주고싶어 유쾌하게 그렸습니다.

그림을 그리면서 재미있었던것 같습니다.

이책의 개념

1. 시간은 절대적이지 않다

고전 물리학은 시간은 일정하게 흐른다고 봤지만,

아인슈타인의 상대성 이론 이후 시간은 상대적이고,

공간과 함께 휘어진다는 것이 밝혀진다.

2. 엔트로피와 시간의 방향

우리가 '시간이 흐른다'고 느끼는 건

엔트로피의 증가 때문이다.

물리학 법칙 대부분은 시간의 방향이 없다.

하지만 열역학 제2법칙은 시간의 방향을 만들어낼수 있다

3. 현재라는 개념은 허상일 수 있다

과학적으로 보면 ‘지금 이 순간’은

우주 전체에 동일하게 존재하지 않다

먼 거리에서의 ‘지금’은 정의할 수 없다

→ 동시성은 절대적이지 않다.

4. 양자중력에서는 시간조차 사라진다

일반상대성이론 + 양자역학을 통합하려는

루프 양자중력에서는 시간 자체가 사라짐.

시간은 근본적인 개념이 아니라,

우리가 거시적 규모에서 만들어낸 개념일 수 있다

- 김연우, 김륜, 성현호, 최현서, 조승빈

바다 생물이 플라스틱을 먹고 죽음

- 송준서, 이두성, 이현준, 김홍채, 신서원, 채선우

빙하가 녹아서 해수면 상승

- 강동호, 김주승, 문은성, 임우진, 강동우

산불

- 진우엽, 박서진, 황태연, 최성민, 김민준

2.재밌어서 밤새읽는 생명과학 이야기

(하세가와 에이스케 지음-42~46)

3.생명과학 책을 선정한 이유는 이번 공통과학 1범위에서 뭔가 처음으로 수업을 들으면서 한번에 이해가 됬던 부분이고 DNA의 성질을 탐구하고 식물세포나 동물세포에서 각 역할을 하는 것들을 외우고 순서도 외우면서 되게 재밌게 느껴지게된거같다.그래서 생명과학을 탐구하고 싶었고 그 중에서도 'DNA는 왜 이중나선 구조일까?'라는 질문을 고른 이유는 RNA는 단일 DNA는 이중 이렇게 외웠지 왜 DNA는 이중인지 수업시간에 한번 배웠을진 모르겠지만 내 기억에는 없어서 마냥 외우는 것이 아닌 왜인지 이해를 하면서 공부를 하고 싶었기에 이 주제를 선정하게 되었다.

4.DNA는 인산,디옥시리보스 오탄당,염기로 구성되는 뉴클레오타이드의 결합체이다.DNA는 이 가운데 오탄당의 다섯번쨰 탄소가 다음 뉴클레오타이드의 세번째 탄소와 연결된것이 길게 늘어서 있는 구조를 이루고있다.즉 긴 것은 사다리와 같은 구조를 지녔으며 염기가 쌍으로 마주복 옆으로 쓰러진 모양새이다.

뉴클레오타이드는 직선형이 아니라 나선형으로 꼬여있다.반대편 사슬은 반대 방향으로 나선을 그리며 두개의 나선이 일정한 간격으로 쭉 이어져있다.여기서 나는 '왜 굳이 비틀어서 이중나선 구조를 만들까 그냥 사다리처럼 직선으로 연결된 형태일순 없나?'라는 의문을 가졌는데 이 책에 그질문에 대한 정답이 있었다.

그이유는 뉴클레오타이드의 본체부분인 오탄당의 구조는 오각형이므로 다른 것과 연결되는 부분이 180도 일 수 없다는 것이다.반드시 비틀어 각도를 만들어 연결해야한다고 설명이 되어있다.

그래서 나는 문득 "만약 오탄당의 구조 오각형이 아니라 육각형이어도 이중나선구조일까?"에대해 탐구해보고싶었다.그래서 그것에 대해 자료조사를 했더니 육각형은 각도가 120도이기에 108도인 오각형처럼 이중나선형일 되지않고 오히려 빝틀림의 연속성이 깨지거나 더 느슨하고 비틀림이 적은 직선형 또는 다른 형태의 사슬 구조일 확률이 높다.

또한 염기의 배치 각도가 달라져서 이중나선구조로 염기쌍끼리의 소수결합을 효율적으로 맺기 힘이든다 그래서 안정적인 이중나선이 깨질 가능성이 크다.그리고 고리 구조가 더 크고 평평해져서 탄당과 인상골격의 꼬임 각도에 제약이 커지고 그로인해 공간적으로 이중나선 형태로 안정되게 비틀기가 어려워진다.

이렇게 내가 궁금했던것을 책에 찾을 수 있어서 책에 믿음이갔고 DNA가 왜 이중나선인지에 대해 이해를 하고 수소결합이 되는 아데닌(A)과 타이민(T) 그리고 구아닌(G)과 사이토신(C)에대해 한번더 복습을 할 수 있었다.그리고 이 궁금증에서 그치지 않고 오각형이 육각형이라면 구조가 바뀔까라는 확장질문을 하고 이에 대한 결과를 찾아서 궁금증이 풀려 홀가분했고 구조에는 그 구조에 맞는 크기와 각도가 있다는 것을 알고 좀 신기하기도 했다.이렇게 DNA에대해 한번더 알게되어서 유익했다.

1. 중력이 없다면 세상의 운동은 어떻게 달라질까?

2. what if - 랜들 먼로 244~247쪽

3. 내가 이 탐구를 하게 된 계기는 조금 유치하게 들릴 수도 있다. 나는 어렸을 때부터 게임하는 것을 무척 좋아했다. 특히 fps 게임을 좋아했는데, 게임에서 석궁을 쏘는 것을 무척 좋아했다. 하지만 항상 멀리 있는 상대를 마주치면 거리 계산이 쉽지 않아 화살이 얼마 가지 못하고 떨어져 상대가 잘 맞지 않아서 평소에 짜증나는 상황이 많았다. 그러다가 문득 이런 질문이 생겼다. 어떻게 해야 거리 계산을 하지 않고 멀리 있는 상대를 맞출 수 있을까? 고민하다가 인공지능에게 물어봤다. 인공지능은 중력의 작용 때문이라고 답해줬다. 그러면 중력이 없는 세상에서는 활을 거리 계산을 하지 않고 쏴도 적을 맞출 수 있을까라는 질문이 생겼다. 이런 궁금증을 해결하기 위해 나는 what if - 랜들 먼로의 책을 읽게 되었다.

4. 나는 중력이 없다면 세상의 운동은 어떻게 달라질까라는 질문에 호기심이 생겨 랜들 먼로의 what if를 읽게 되었다. 특히 244~247쪽에서 무중력 상태에서 활이나 석궁을 쏘면 화살이 어떻게 움직이는지 과학적으로 분석한 부분이 매우 흥미로웠다. 책에서는 공기는 존재하지만 중력이 전혀 없는 특별한 상황을 가정하고 있다. 처음에는 화살이 아래로 떨어지지 않으니, 그냥 쭉 같은 속도로 날아가겠구나라고 생각했다. 하지만 책을 읽으면서 그게 아니라는 사실을 알게 되었다. 실제로는 화살이 초속 약 85m/s로 빠르게 날아가다가, 약 10초가 지나면 400m 정도를 이동하면서 속도가 초속 25m/s까지 크게 줄어든다고 한다. 이때 중요한 역할을 하는 것이 바로 공기저항이다. 속도가 빠를수록 공기저항도 커져서 화살의 속도가 급격히 줄어든다. 이후 속도가 줄면 저항도 점점 약해지고, 결국 일정한 속도로 안정되게 움직이게 된다. 중력이 없으니 화살이 아래로 떨어지지는 않지만, 공기저항 때문에 영원히 같은 속도로 날아가지는 못하고 점점 느려지다가 결국 멈추게 된다. 이 내용을 읽으면서 약간 실망하기도 했지만, 동시에 공기저항이 이렇게까지 큰 영향을 미친다는 사실이 신기하게 느껴졌다. 만약 공기저항마저 없다면, 정말로 화살이 영원히 같은 속도로 계속 날아갈 수도 있겠다는 생각이 들었다. 이런 과정을 통해 중력이 없는 세상을 상상하는 데서 그치지 않고, 실제로 물리 법칙이 어떻게 작용하는지 더 깊이 이해할 수 있었다. what if를 읽고 무중력 상태에서의 화살 운동을 직접 고민하며 글로 정리하는 경험은 나에게 매우 뜻깊은 시간이었다. 평소 어렵게 느꼈던 중력과 운동 개념도 훨씬 쉽게 이해할 수 있었고, 앞으로 새로운 과학적 질문이 생겨도 도전해 보고 싶다는 자신감도 생겼다. 이번 탐구를 통해 세상을 바라보는 시야가 한층 더 넓어진 것 같다.

유기 소재의 전자 이동도가 향상되었지만 여전히 실리콘에 비해 낮은데, 이런 단점을 극복하려면 어떤 과학적 조건이 필요할까?

2. 선택 도서 1권

K반도체 대전략 / 권순용 / p.99 ~ p. 104

3.탐구동기 (200자 이상)

고등학교에 진학 후 통합과학 시간에 P형,N형 반도체에 대해 배우면서 반도체에 대해 관심이 많아지게 되었는데, 유기 반도체가 실리콘처럼 전기를 흐르게하려면 전자와 양공의 이동이 필요할텐데 그렇다면 P형 반도체와 N형 반도체의 개념이 유기 반도체에도 적응되는지 또 그 원리가 어떻게 다른지에 대해 궁금해져습니다. 이 탐구활동을 통해 기존에 반도체 개념을 바탕으로, 새로운 소재에 대한 응용과 확장을 하고 싶었습니다.

4.탐구 과정 및 내용 (800자 이상)

유기 소재는 탄소를 중심으로 하는 화합물이다. 일반적으로는 전기 전도성이 낮아 반도체에 활용되기 어려운 물질이다. 하지만 결합 구조를 활용해 분자 내 전자들이 특정 장소나 위치에 치우쳐져 있지 않고 넓게 퍼져있게되면 전기 전도성을 가질 수 있게 되는데 이는 반도체로서 활용 가능성을 높이게 된다. 특히 유기 소재는 실리콘과 달리 부드럽고 유연해 용액에 녹여 인쇄할 수도 있어 웨어러블 디바이스에 적합한 성질을 갖는다. 탐구 과정에서 유기 소재의 전자 이동도를 기존의 무기 반도체와 비교해보았다. 실리콘은 전자 이동도가 약 1600cm²/Vs에 이르지만, 대부분의 유기 소재는 1.5~5cm²/Vs에 불과하다. 이는 물질 내 전자의 이동이 훨씬 더 느리다는 것을 설명하는 것이다 하지만 2021년 UNIST 연구팀은 특정 화합물(CSN)을 통해 약 996cm²/Vs의 전자 이동도를 달성해 주목받았다. 이는 분자 구조를 변화시켜 물질의 전기적 성질을 향상시킨 사례이다. 또한 유기 소재는 인쇄 공정이 가능해 반도체 생산 공정을 일부 대체할 수 있고, 차세대 디스플레이 배터리 기술에서도 활용 가능성이 높다. 이처럼 물질의 구조, 결합 방식, 전자 이동과 같은 과학 개념이 실제 산업 기술에 어떤 영향을 미치는지 탐구하면서, 화학적 성질이 기술 발전의 핵심이 될 수 있음을 확인할 수 있었던 것 같았다. 이번 탐구를 통해 물질의 구조와 전자 배치가 실제 상황 속 기술과 밀접하게 연결된다는 사실을 알게되어 놀랐고,유기 소재가 미래 반도체 산업에 중요한 역할을 할 수 도 있다는 가능성을 느끼게 된 것 같아 꼭 내 꿈인 반도체학과에 가서 유기 소재에 대해 다룰 수 있으면 좋겠다