우리 몸을 만드는 원자의 역사

우리 몸을 만드는 원자의 역사 - 나를 이루는 원자들의 세계
댄 레빗 지음, 이덕환 옮김 / 까치 / 2024년 11월

인류는 오랫동안 자신이 누구인지를 탐구해왔다. 우리는 무엇으로 이루어져 있으며, 우리의 생명은 어떻게 시작되었는가? 이러한 질문들은 인간 존재의 본질을 이해하고자 하는 깊은 열망을 반영한다. 우주와 지구, 그리고 생명체의 복잡한 상호작용은 현대의 우리를 어떻게 설명할 수 있을까? 우리를 구성하고 있는 원자는 무엇이고 어떻게 생성된 것일까? 원자는 우리의 존재를 형성하는 근본적인 단위로, 그 자체로 우주적 역사와 연결되어 있다. 이번에 원자의 여정을 통해 우주의 탄생, 별의 형성과 죽음, 그리고 생명이 어떻게 지구에서 시작되었는지를 흥미롭게 설명해 주는 신간을 읽을 기회가 있었다. 댄 레빗의 <우리 몸을 만드는 원자의 역사>였다. 저자는 원자가 어디서 왔으며, 원자가 어떻게 서로 결합하고 상호작용하여 생명체를 형성하는지를 쉽게 설명해 줄 것이다. 저자는 위대한 과학자들의 이야기를 통해 인류가 이러한 지식에 도달하기까지의 과정도 조명하고, 그들이 수많은 실패와 도전 속에서도 끊임없이 호기심을 가지고 연구를 이어갔고, 그 결과 우리는 오늘날의 지식에 도달할 수 있었다는 것을 알려준다. 눈으로 볼 수 없고, 손으로 만질 수 없는 원자의 세계 속으로 들어가 본다. ^.^

우주의 기원과 현재의 원소들이 어떻게 형성되었는지는 인류가 오랫동안 탐구해온 중요한 질문 중 하나이다. 이 과정은 빅뱅에서 시작되어 수십억 년에 걸쳐 이루어진 복잡한 물리적 현상과 화학적 반응의 결과이다. 우주는 약 138억년전 빅뱅이라는 대폭발로 시작되었다. 이 사건은 극도로 높은 온도와 밀도를 가진 상태에서 시작되었으며, 이 시점에서 수소, 헬륨, 리튬과 같은 가벼운 원소들이 형성되었다. 초기 우주에서의 이러한 원소들은 주로 기본적인 입자들이 결합하여 형성되었으며, 이 과정은 우주 초기 원소 합성이라고 불린다. 그러나 이 시점에서 생성된 원소들은 현재 우리가 알고 있는 60여 종의 원소를 만드는 데는 부족했다. 먼저 가벼운 원소들이 형성된 후, 우주는 진화를 거듭하며 별이 탄생했다. 별들은 그 내부에서 핵융합 반응을 일으키며, 더 무거운 원소들을 생성하는 중요한 장소가 되었다. 수소 원자가 서로 결합하여 헬륨을 만들고, 헬륨은 다시 결합하여 탄소와 같은 더 무거운 원소로 변환된다. 이러한 과정은 별의 생애 주기 동안 계속 진행되며, 별의 생애가 끝날 때까지 다양한 원소가 생 성된다. 세실리아 페인은 별빛을 분석하여 별 내부의 원소 비율을 밝혀내었으며, 이는 별이 어떻게 원소를 생성하는지를 이해하는 데 기여했다. 별의 내부에서 발생하는 이러한 핵융합 반응은 고온과 고압의 환경에서만 가능하며, 별의 중력이 이 과정을 지속적으로 유지한다.

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별의 생애가 끝나면, 일부는 초신성 폭발을 통해 엄청난 에너지를 방출하며, 이 과정에서 더욱 무거운 원소들이 생성된다. 이러한 초신성 폭발은 우주에 있는 다양한 원소들을 분출하며, 이 원소들은 우주를 떠돌다가 새로운 별이나 행성의 형성에 기여한다. 프레드 호일은 적색거성의 내부에서 무거운 원소들이 어떻게 합성되는지를 밝혀내어, 우리가 현재 사용하는 원소들의 기원을 설명하는 데 중요한 역할을 했다. 이렇게 생성된 원소들은 우주 공간을 떠 돌며 중력에 의해 서로 끌어당겨진다. 젊은 물리학자 빅토르사프로노프는 이러한 원자들이 중력에 의해 회전하면 서 태양계의 형성 과정을 계산해냈다. 이 과정에서 원소들은 점차 모여서 태양과 주변 행성을 형성하게 된다. 이때 형성된 물질들은 원소의 종류와 비율에 따라 각 행성의 성질을 결정짓는다.

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지구는 약 45억년 전에 이러한 과정을 통해 형성되었다. 그러나 초기 지구는 현재와는 전혀 다른 환경을 가지고 있었다. 지구는 끊임없는 소행성과의 충돌로 인해 매우 불안정한 상태였으며, 이러한 충돌은 지구의 표면을 변화시키고, 나중에 달과 지구 내부의 핵을 형성하는 데 기여했다. 이 과정에서 발생한 재앙은 결국 지구가 생명체가 존재할 수 있는 안정적인 환경으로 발전하는 데 중요한 역할을 했다. 지구가 안정된 환경을 갖추게 된 후, 약 38억 년 전에는 생명체가 탄생하게 된다. 이 시점에서 원소들은 생명체의 구성 요소로서 중요한 역할을 하게 된다. 탄소, 산소, 수소, 질소 등의 원소들은 생명 체의 기본 구조를 형성하며, 이들 원소의 조합이 생명체의 다양성과 복잡성을 만들어낸다.

지구는 물의 행성으로 불릴만큼 수많은 물이 존재하며, 우리의 몸 또한 약 70%가 물로 이루어져 있다. 그렇다면 이 물은 어떻게 지구에 도달했을까? 연구에 따르면, 지구의 물은 여러 출처에서 유입되었다. 초기 지구를 형성하는 과정에서 남아 있던 먼지에서 응축된 물 분자가 있었고, 해왕성과 명왕성 사이의 카이퍼 벨트에서 출발한 혜성들 이 지구로 여행하면서 물을 가져왔다. 또한, 태양계의 외곽에 위치한 오르트 구름에서 온 물 분자들도 지구에 도달했을 가능성이 있다. 그러나 지구의 물 대부분은 목성 근처에서 유래한 거대한 암석 소행성에 의해 공급되었을 것으로 추정된다. 이러한 다양한 출처에서 도착한 물은 결국 38억 년에서 44억 년 전, 지구의 표면에 모여 광활한 바다를 형성하게 된다. 이 바다는 생명체가 탄생하는 중요한 배경이 된다. 생명이 시작되기 위해서는 유기물이 필요하다. 스탠리 밀러의 유명한 실험은 초기 지구의 바다와 대기를 재구성하여 유기물이 어떻게 생성될 수 있는지를 보여주었다. 밀러는 플라스크에 전기 불꽃을 통해 아미노산을 생성하는 실험을 진행하였고, 그 결과로 얻은 아미노산은 생명체의 기본 구성 요소로 알려져 있다. 그러나 밀러의 실험 결과는 지구의 대기가 그의 실험 조건과 다르다는 사실이 밝혀지면서 비판을 받게 되었고, 유기물의 기원에 대한 연구는 일시적으로 어려움을 겪게 되었다.하지만 이후 운석에서 밀러가 실험으로 생성한 아미노산과 동일한 아미노산이 발견됨으로써, 유기물이 우주에서 지구로 날아왔다는 가설이 다시 힘을 얻었다. 이는 생명의 기원에 대한 새로운 시각을 제공하며, 지구 외부에서 생명체의 구성 요소가 공급되었을 가능성을 제시한다.

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*본 포스팅은 출판사로부터 도서를 제공받아 주관적으로 작성한 리뷰입니다