2001年 10月 革新의 아이콘이던 스티브 잡스가 靑바지 주머니에서 꺼낸 아이팟은 當時 컴퓨터 會社이던 애플을 先導的인 多國籍 情報通信企業으로 만들었다. 아이팟의 誕生으로 音樂産業 地形圖는 完全히 바뀌었다. 極度로 單純化된 機能과 디자인은 사람들의 마음을 단박에 사로잡았다. 무엇보다 偉大한 變化는 흰色의 손바닥만 한 音樂 플레이어에 無慮 數百 個의 노래가 담길 수 있다는 것이었다. 只今이야 훨씬 더 작은 裝置로 더 많은 高畫質 大容量 콘텐츠를 즐길 수 있지만, 當時 놀라움은 이루 말할 수 없었다. 結果的으로 아이팟이 成功할 수 있었던 건 작고 가벼운 大容量 貯藏裝置의 發明 德分이다.

貯藏裝置는 音樂 플레이어뿐 아니라, 考査量 컴퓨터 開發에도 꼭 必要하다. 컴퓨터는 電子回路를 利用해 情報를 演算하고 處理하는 電子機器다. 必要한 情報는 記憶裝置로부터 가져와 읽고, 處理가 끝나면 다시 記憶裝置로 보내 貯藏한다. 記憶裝置에는 主記憶裝置와 補助記憶裝置가 있다. 代表的인 主記憶裝置는 램(RAM)과 롬(ROM)으로 불리는 半導體 集積回路다. 램은 一種의 共用 事務室 冊床처럼 作業할 資料나 文書를 놓고 熱心히 일하다, 컴퓨터를 끄면 마치 退勤하는 것처럼 싹 치워버리고 아무것도 남기지 않는다. 롬은 모니터 옆에 上司가 붙여놓은 포스트잇 같다. 重要한 情報들이라 半永久的으로 보고 읽을 수 있으나, 함부로 修正하거나 찢어버릴 수는 없다. 記憶된 情報를 읽기만 하지만 全員이 끊겨도 貯藏된 情報가 削除되지 않는 롬과 每番 情報가 날아가버리지만 자유롭게 읽고 쓸 수 있는 램이 存在해 컴퓨터는 빠르게 情報들을 計算하고 處理할 수 있다.

萬若 컴퓨터 記憶裝置가 램과 롬으로만 構成된다면 컴퓨터는 映畫 ‘메멘토’ 속 主人公처럼 電源을 켤 때마다 처음부터 모든 業務를 새롭게 始作해야 한다. 그나마 뭐라도 記錄할 수 있는 곳은 램뿐인데, 이 녀석은 全員이 내려가면 同時에 깨끗이 지워버린다. 그래서 別途의 物理的 貯藏裝置인 補助記憶裝置가 必要하다. 通常的으로 이걸 貯藏裝置라고 하는데, 主記憶裝置보다 速度는 느리지만 컴퓨터 電源이 꺼져도 貯藏된 情報가 쉽게 사라지지 않는다. 우리가 어제 作業하던 課題를 이어서 하거나 完了된 課題를 두고두고 열어볼 수 있는 것도 貯藏裝置가 開發된 德分이다. 貯藏裝置는 人間 腦로 치면 記憶을 擔當한다. 많은 容量을 더 작고 가벼운 裝置에 빠르게 담기 위한 努力은 次世代 컴퓨터를 만드는 데 매우 重要하다.

서로 다른 空間에서 到達한 똑같은 結論

가장 有名한 貯藏裝置인 하드디스크 드라이브(HDD)의 原形은 1956年 美國 IBM이 만들었다. 當時 하드디스크는 强磁性 金屬 띠의 圓盤을 여러 張 겹친 形態로, 情報를 읽어내는 헤드를 하나 갖고 있었다. 原理는 簡單했다. 헤드 內部에 電流가 흐르면 磁氣場이 發生하고, 헤드가 强磁性 領域 위를 지나면 디스크는 外部 磁氣場에 依해 스스로 整列 方式을 바꾸며 2陣法 言語로 情報를 記錄했다. 記錄된 情報를 읽을 때는 디스크 드라이버가 헤드 밑에서 回轉하면 電磁氣 誘導를 통해 헤드가 磁氣場을 檢出한다. 이런 貯藏裝置를 自己貯藏裝置라 부른다. 初期 하드디스크 드라이브는 971㎏이라는 肉重한 무게에 비해 容量은 고작 音樂 한 曲을 넣을 수 있는 程度였다. 0과 1로 情報를 記錄하고 읽어야 하는데, 크기가 작으면 記錄할 空間이 不足하고 磁氣場도 弱해 제대로 읽기가 힘들었기 때문이다. 하지만 技術이 發展하면서 冷藏庫만 한 하드디스크는 手帖 크기로 작아졌고, 무게도 漸次 줄어들었다. 하드디스크 드라이브 小形化의 一等 功臣인 巨大磁氣抵抗이 登場한 德分이다.

稀代의 天才 존 폰 노이만이 提示한 技術的 特異點이라는 槪念이 있다. 科學技術이 急速度로 發展해 人類가 以前 世上으로 돌아갈 수 없을 만큼 歷史的 變化를 겪게 되는 假想의 瞬間을 말한다. 嚴密히 말하면 ‘特異點’이라는 巨創한 表現으로 다가가기에는 多少 無理가 있지만, 巨大磁氣抵抗이 世上에 가져다준 變化의 幅은 充分히 작은 變曲點 程度로 봐줄 만하다. 巨大磁氣抵抗이라는 技術이 하드디스크 드라이브에 適用되기 前에는 제곱인치(in²)當 고작 1기가비트(Gb) 容量을 담는 게 最善이었다. 하지만 巨大磁氣抵抗을 應用한 技術이 適用되자마자 같은 크기에 貯藏되는 容量은 300Gb로 예전보다 300倍나 增加했다.



巨大磁氣抵抗을 發見한 두 名의 物理學者, 獨逸 페터 그륀베르크와 프랑스 알베르 페르는 共通點을 갖고 있었다. 둘 다 各自 자리에서 컴퓨터나 하드디스크의 性能을 改善하는 것과는 無關한 基礎硏究에만 邁進하고 있었다는 事實이다. 그륀베르크는 獨逸 율리히硏究所에서, 페르는 파리11代에서 固體物理學을 硏究했다. 當時 그들이 關心을 둔 主題는 電流에 對한 磁氣場의 方向에 따라 增加하거나 減少하는 抵抗인 磁氣抵抗이었다. 이것을 旣存보다 剛하게 만들기 위해 苦悶하던 中 두께가 ㎚(나노미터) 單位인 얇은 膜을 만드는 半導體 製造技術이 發展하면서 硏究의 실마리를 찾았다. 磁性體와 非磁性體를 샌드위치처럼 여러 層으로 포갠 多層膜을 利用했더니 磁性體를 通過하는 磁氣抵抗이 劇的으로 늘어난 것이다. 여기엔 電子의 物理的 特性인 스핀이 重要한 役割을 하는데, 磁氣場과 스핀의 方向이 反對일 境遇에만 電子가 散亂하는 特性을 利用해 더 높은 磁氣抵抗을 일으킬 수 있었다.

그륀베르크는 强磁性體人 철 사이에 非磁性體人 크롬을 끼워 넣었는데, 크롬層의 두께가 얇을수록 磁氣抵抗이 커지는 現象을 發見했다. 페르는 그륀베르크와 비슷한 方式으로 極低溫에서 60層의 多層膜을 만들어 實驗했다. 鐵의 層 配列을 바꾸거나 크롬層의 두께를 調整하며 繼續해서 實驗하던 페르는 어느 時點에서 磁氣抵抗이 80% 以上 增加하는 結果를 얻었다. 巨大磁氣抵抗이 世上에 모습을 드러낸 경이로운 瞬間이었다. 서로의 硏究에 對해 全혀 모르던 두 科學者는 各自 完全히 다른 接近 方式으로 同一한 結果를 얻었다. 쉰 살이 다 된 나이에 世上을 놀라게 할 만한 發見을 해낸 그륀베르크와 페르는 그로부터 19年이 지난 後 巨大磁氣抵抗의 發見에 끼친 功勞를 인정받아 노벨物理學賞을 共同受賞했다.

살아生前 수많은 사람에게 到達한 硏究 成果

다른 床도 아니고 無慮 노벨賞이다. 普通 이렇게 偉大한 發見은 사람들의 日常生活에 녹아들기까지 宏壯히 오랜 時間이 걸린다. 科學界가 認定하는 硏究 成果는 大部分 오랜 時間 多數의 科學者에 依해 交叉 檢證을 하기 때문이다. 마이클 패러데이가 發見한 電氣는 60年이 지나서야 美國에 發電所가 建設되면서 最初로 商用化됐고, 1911年 發見된 超傳導體 亦是 MRI(磁氣共鳴映像法)를 통해 活潑하게 使用되기까지 100年 가까운 時間이 흘렀다. 아인슈타인의 相對性理論이나 量子力學, 힉스粒子 發見도 마찬가지다. 살아生前 스스로 이룩해낸 偉大한 成就가 大衆에게 傳해지는 것을 目擊하기란 쉽지 않은 일이다.

하지만 그륀베르크와 페르, 두 科學者가 發見한 巨大磁氣抵抗은 곧바로 컴퓨터 하드디스크를 비롯한 다양한 貯藏裝置의 容量을 劇的으로 늘렸고, 삶을 풍요롭고 便利하게 만들었다. 不過 10年 만에 말이다. 컴퓨터와 音樂 플레이어를 통해 全 世界 數億 名의 사람이 惠澤을 고스란히 누렸다. 아무리 基礎科學이 商用化되는 週期가 짧아지고 있다 해도 놀라운 일이 아닐 수 없다. 商用化된 巨大磁氣抵抗 技術은 더욱 簡便하고 低廉한 費用으로 多層膜을 만들었고, 膜에 使用되는 元素와 層의 方向에 따라 3萬 種類가 넘는 組合이 適用됐다. 이제 훨씬 더 高度化한 大容量 貯藏裝置들이 開發되고 있고, 甚至於 貯藏할 必要 없이 巨大한 貯藏裝置로부터 모든 情報를 實時間으로 電送받는 스트리밍 서비스까지 登場했다. 하지만 그 熾烈한 競爭은 바로 그륀베르크와 페르, 두 科學者로부터 始作했다.

旣存에는 存在하지 않던 아이디어가 具體的 成果로 世上의 빛을 보게 되는 건 누구나 할 수 있는 經驗이 아니다. 하지만 아주 얇은 膜 사이에서 벌어지는 電子와 스핀에 對한 神祕로운 解釋은 巨大磁氣抵抗이라는 應用 技術로 發展해 現實에서 수많은 사람에게 도움을 주고 있다.

大衆에게 科學의 경이로움을 알리는 科學 크리에이터로서 科學을 素材로 每週 放送을 하고 映像 콘텐츠도 製作한다. 이 過程에서 만들어진 수많은 大容量 파일이 如前히 내 하드디스크에 오래도록 자리 잡고 있을 수 있는 것 亦是 不可能이란 없다고 믿었던, 두 科學者의 執拗한 硏究 德分이다. 子息 같은 映像 파일들을 함부로 버리지 않아도 되는 새로운 길을 提示해준 두 科學者의 功勞에 敬意를 표한다.

_{軌道는… 연세대 天文宇宙學科 學部 및 大學院을 卒業하고 韓國天文硏究院 宇宙監視센터와 연세대 宇宙飛行制御硏究室에서 勤務했다. ‘軌道’라는 藝名으로 팟캐스트 ‘課長窓’, 유튜브 ‘안될과학’과 ‘투머치사이언스’를 進行 中이며, 著書로는 ‘軌道의 科學 虛勢’가 있다.}