[2023-50] 하늘과 바람과 별과 인간

하늘과 바람과 별과 인간 - 원자에서 인간까지
김상욱 지음 / 바다출판사 / 2023년 5월

제목 : 하늘과 바람과 별과 인간

작가 : 김상욱

출판사 : 바다출판사

읽은기간 : 2023/10/18 -2023/10/24

믿고 읽는 김상욱 교수님 책..

과학자가 바라보는 인문학책이라고나 할까..

읽기에 쉬운 책은 아니다. 그래도 다른 과학책들보다는 읽기는 쉽다.

그렇지만 술술 넘어가지는 않는다. 특히 생물의 진화를 설명하는 곳에서 쏟아지는 수많은 효소의 이름은 머리속을 어지럽힌다. 

양자역학을 연구하는 과학자답게 출발은 원자다. 중간중간 원자속을 들여다봐야 한다. 양성자 중성자에다 쿼크까지 들어가면서 설명하는 경우도 있지만 그려려니 하면서 참고 읽으면 읽을만하다. 

꽤 여러번 강조하는 내용이 사람은 다른 물체와 다를바 없다는 것.

그저 원자들이 모여서 만들어진 존재일 뿐, 다른 생물과 다를 건 없다는 것...

그렇다면 인간은 왜 특별하지? 특별하지 않은 인간을 존중해야 할 이유는 무엇일까? 하는 물음이 저절로 떠오른다. 

과학자로서 나름 이유를 대기는 하지만 공감이 되지도 않고 설득력있다고 느껴지지도 않는다. 

허무주의가 유행할 수 밖에 없는 이유다...

그렇지만 원자에서 출발하여 전체 우주를 엮어내는 이야기는 꽤 재미있다.. 

과학을 더 공부하고 싶게 된다. 우리는 모두 별에서 왔으니까.. ^^

p7 호기심을 해결기 위해서는 직접 해보기 전에, 먼저 누군가에게 물어보거나 책을 찾아보는 것이 더 좋은 방법이라는 사실을 조만간 알게 되어 다행이었다.

p23 중세 유럽만이 아니라 고대 그리스에서도 위험한 생각이었을 거다. 자연의 구성 원리에서 삶의 의미까지 연역해내는 것은 나같은 물리학자에게 지나친 논리의 비약으로 보인다.

p29 프랑스인이었던 라부아지에는 세금 징수와 관련된 회상서 일했다. 혁명이 일어나자 세금 징수원은 시민의 적이 되었고, 라부아지에는 결국 단두대에서 처형당한다. 수학자 라그랑주는 “라부아지에의 머리를 베어버리는 것은 순간이지만 프랑스에서 그와 같은 두뇌를 만들려면 100년도 넘게 걸릴 것이다”라고 말했다고 한다

p34 보통 원자에 공급되거나 방출되는 에너지는 빛이다. 수소 원자에 빛을 쬐면 전자는 높은 층으로 이동하고, 수소 원자가 빛을 방출하면 낮은 층으로 이동한다.

p36 우선 전자들 자시에는 전기적으로 서로 밀어내는 힘이 작용한다. 더구나 양자역학의 슈뢰딩거 방정식을 직접 적용해보면 잘 풀리지 않는다. 사실 양자역학으로 깨끗하게 풀리는 것은 수소 원자뿐이다. 나머지는 컴퓨터를 이용하거나 오차를 떠안고 근사적으로 풀어야 한다.

p56 식물의 광합성은 태양 빛으로 물 분자를 분해시켜 수소 이온과 산소 이온을 만드는 과정이 핵심이다. 그래서 식물은 생존을 위해 태양 빛과 물을 필요로 한다.

p65 콩을 심으면 콩과 식물의 뿌리에 기생하는 질소고정박테리아가 공기 중의 질소 분자를 고정 질소로 바꾸어준다. 우리는 이런 땅을 비옥하다고 한다.

p71 원래 미토콘드리아는 독립적인 생명체였다. 하지만 수십 억 년 전 어느 날 큰 세포에게 잡아먹힌다. 이유는 모르지만 그 독립적 생명체는 소화되지 않고 살아남을 수 있었고, 결국 포식자 세포의 일부가 되었다.

p76 전자가 한 원자를 완전히 떠나 다른 원자로 이동하여 결합이 만들어지면 이온결합, 전자가 결합에 참여하는 두 원자 사이에서 사이좋게 공유되면 공유결합, 원자에서 떨어져 나온 전자들이 집단적으로 원자들의 결합을 매개하면 금속결합이다.

p86 공유결합은 단단하고 구조를 바꾸기도 어렵다. 예를 들어 탄소의 공유결합으로 만들어진 다이아몬드가 그 예다. 다이아몬드는 탄소의 정사면체 소시지가 다른 탄소의 정사면체 소시지와 겹쳐 공유결합을 형성하여 그물같이 촘촘한 구조를 갖는다.

p97 우리 에서 으식물을 태워서 에너지를 얻는 것이나 휘발유를 태워 자동차를 움직이는 것이나 화학의 관점에서는 크게 다르지 않다. 화학은 이들을 동일한 관점으로 다룬다. 다시말해 화학이란 세상이 작동하는 방식이다

p127 표면에 생성된 알루미늄 산화물이 금속 알루미늄을 감싸서 보호해주는 것과 달리 철 산화물은 부서지며 떨어져 나간다. 그러면 녹이 떨어져 나간 자리에 새로 드러난 철이 녹슬기 시작한다. 이렇게 철은 순차적으로 부식되어 사라져간다. 철로 뭔가를 만든 사람들은 그것이 사라지는 걸 지켜보면 분통이 터졌을 것이다. 철이 녹의 대명사가 된 이유다

p129 지구를 구성하는 대부분의 물질은 금속 혹은 금속 산화물이 함유된 규산염이라고 했다. 이처럼 원자 수준에서 보면 세상은 다양하지 않다. 세상의 다양함은 재료가 아니라 재료의 배열에서 온다

p131 실험실에서조차 이렇게 조건을 제어하여 충분히 큰 결정을 성장시키는 것이 쉽지 않다. 하물며 자연에서 큰 결정이 저절로 만들어지기는 매우 어렵다. 쉽게 말해 귀하다. 그래서 우리는 어느 정도 크기가 되는 결정을 보통 보석이라 부른다.

p139 금속에 빛을 쪼이면 반사된다. 대부분의 금속은 도체다. 도체는 전기가 통하는 물질이고 전기가 통하는 이유는 자유 전자가 존재하기 때문이다. 자유 전자는 빛이 물질 내부로 들어오는 것을 막는다. 즉 자유 전자는 빛을 튕겨낸다. 그래서 금속이 반짝거린다.

p149 3억 년 전 식물은 죽어도 썩지 않았다. 리그닌이라는 물질로 자신의 몸을 만들기 시작했기 때문이다. 당시에는 이 물질을 분해할 수 있는 미생물이 없었다. 썩어 산산이 분해되지 않은 식물의 몸이 차곡차곡 쌓여 만들어진 것이 석탄이다.

p157 1950년대까지 핵 안에서 수많은 입자가 발견되었다. 가히 입자동물원이라 할만했다. 원래 원자는 만물의 근원으로 쪼개지지 않는 최소의 단위다. 20세기가 시작될 즈음 원자가 원자핵과 전자로 되어 있다는 사실이 알려졌다. 원자핵조차 양성자와 중성자로 구성된다. 여기까지는 참을만하다. 그런데 이제 핵을 이루는 입자가 수백 가지라는 결과가 나온 것이다. 결국 이 혼란을 해결하기 위해 쿼크라는 보다 근본적인 기본 입자가 가정되고 실험적으로 입증된다.

p176 특 상대성 이론에 따르면 정지 좌표계에서 측정된 시간과 움직이는 좌표계에서 측정된 시간은 같지 않다. 길이도 마찬가지다. 이래야 전자기학의 법칙이 좌표계와 상관없이 성립한다.

p184 반복된다고 의미가 생기는 것은 아니겠지만, 현재의 우주론은 우주가 단 한 번의 빅뱅으로 생겨나 끝없이 팽창하는 단 한 번의 삶을 살아간다고 말해준다. 빅뱅의 순간, 우주 전체는 한 점에 모여 있었다. 역사상 모든 문명을 통틀어 가장 기괴한 창조 신화일지도 모르겠다.

p205 자기 보존의 목표가 한 단계 업그레이드 된 것이 복제다. 복제 과정에서 생기는 오류와 자연선택을 필연적으로 진화라는 다음 단계의 결과물을 낳는다. 따라서 나 역시 진화보다는 보존이, 유전자보다는 에너지가 더 중요하다고 생각한다.

p210 산소가 전보다 전자를 더 가까이 가져가서, 즉 전자가 원자핵에 더 가까이 낙하하면서 에너지가 낮아진 것이다. 포도당과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소가 되면서 처음보다 에너지가 낮아졌으니 처음과 나중의 차이에 해당하는 남는 에너지가 존재한다. 바로 이 남는 에너지를 이용하여 동물은 생존한다.

p227 원자보다 작은 스케일에서는 핵력이 중요하고, 지구 스케일에서는 중력이 중요하다. 생명이 동작하는 원자 스케일에서 중요한 힘은 전자기력이다. 물리적으로 봤을 때 생명과 관련한 대부분의 현상은 전자기력과 관련된다. 전자기력이란 전하 사이에 작용하는 힘이다.

p228 우리는 에너지를 이용하여 걷고 숨 쉬고 생각하고 번식한다. 한때 이 에너지를 신비한 생명의 기운 같은 것으로 생각한 적이 있었다. 하지만 지금가지 살펴봤듯이 호흡으로 에너지를 만드는 과정은 연쇄 화학반응에 불과하다. 우리는 화학 반응이 이렇게 순차적으로 일어나는 것을 살아 있다고 말한다. 생명에 쓰이는 원자는 무생물에 쓰이는 원자와 동일하다. 생명은 원자로 만들어진 화학 기계다

p236 분야의 선을 넘는 것은 때로 위험할 수 있다. 하지만 선 너머에서만 보이는 것이 있다. 자신이 잘못할 수 있다는 것을 알고 조심스런 태도로 선을 넘는 것은 때로 아주 의미있는 결과를 가져올 수 있다.

p238 DNA에 음전하가 쫙 깔려서 항상 펴지려고 한다면 원할 때 쉽게 풀 수 있으리라. 생명은 양의 히스톤 주위에 음의 DNA를 감아 깔끔하게 정리하는 묘수를 발견한 것이다. 음양의 조화를 넘어 음양의 시너지라 할만하다.

p253 정보가 모듈로 되어있고 이들 사이에 쓸모없는 부분이 충분히 들어 있다면 오류가 일으킬 재앙을 줄일 수 있을 것다. DNA를 임의로 잘라 재배치할 때 대개 단백질 정보를 담지 않은 인트론 부분이 잘릴 것이기 때문이다. 실제 DNA에서 정보를 담은 부분보다 정보가 없는 부분이 훨씬 많다.

p277 멘델이 완두콩만 가지고 실험한 것은 아니다. 흰쥐와 회색 취를 교미시켜 새끼의 색깔을 관찰하기도 했다. 교회 수사라는 사람이 어두운 지하실에서 쥐들을 교미시키는 모습을 상상해보라. 참지 못한 수도원장의 지시로 멘델은 쥐를 이용한 실험을 중단했다. 역시 과학의 길은 멀고도 험하다

p279 시아노박테리아는 광합성하는 원핵생물이다. 지구 대기 중 산소 농도는 광합성하는 진핵생물이 탄생한 시기에 가장 빠른 속도로 증가했따. 원핵생물은 세포핵이 없고, 진핵생물은 세포핵이 있다, 진핵생물의 탄생이야말로 진화의 역사에서 가장 결정적인 첫 번째 국면이다. 참고로 인간과 같은 동물은 모두 진핵생물이다.

p282 공생설의 중요한 증거 중 하나는 미토콘드리아와 엽록체 모두 고유의 DNA를 가진다는 사실이다. 원래 DNA는 핵 안에만 있어야 한다. 핵이야말로 세포의 중앙정보 보관소 아닌가. 하지만 미토콘드리아와 엽록체는 핵과 별개의 DNA를 독자적으로 보유한다.

p296 5억 4100만 년 전이 캄브리아기 초기에 갑자기 엄청나게 많은 종류의 동물이 등장했다. 이것을 실제 본 사람은 없으니 정확히 말하자면 엄청나게 많은 종류의 동물 화석이 발견되었다는 뜻이다. 그래서 이 시기를 캄브리아기 대폭발이라 한다.

p307 김소연의 마음사전에는 이런 문장이 나온다. 사랑은 하나의 점이다. 선이나 면처럼 이어져 존재하지 않고, 찰나 속에서만 존재한다. 우리가 타인에게 사랑한다고 고백하는 그 순간, 사랑은 휘발되고 없다

p324 침팬지는 운동을 하지 않아도 건강에 문제가 없지만, 우리는 운동하지 않으면 병에 걸린다. 걷기가 장수의 비결이라는 것은 현대인의 상식이다. 걷기는 호모 사피엔스의 번영에도 중요했다. 결국 인류는 두 발로 걸어서 지구 전체를 정복하게 된다

p329 동굴벽화는 단 한 번 그려진 것이 아니다. 동굴 여기저기 그려진 벽화들은 5000년 가까운 시차를 갖는다. 몇천 년이 지나도록 대를 이어 굳이 같은 동굴에 와서 그림을 그렸다. 인간이 이런 행동을 하는 것은 대개 종교적 이유 때문이다.

p332 농업은 노동 집약적이어서 인간을 거의 노예의 경지로 내몰았을 것이고 자연의 변덕에 운을 맡겨야 하는 고통스러운 일이었을 거다. 초기 작물은 식량이 아니라 마약의 일종이었을 거라고 일부 학자는 추측한다. 그렇다면 고통을 감수할 이유가 충분하다. 중독 때문에 농사를 지은 것이다.

p334 물리학자가 보기에 인간이 만든 허구의 체계를 연구하는 학문이 인문학이 아닐까 생각한다. 인문학에서는 이유를 알 수 없지만 인간이 가장 중요하다.

p346 인간의 신경을 통해 이동하는 신호도 나트륨 이온이 세포막을 넘나들며 만드는 파도타기다

p356 인공지능이 인간의 눈에 튜링머신보다 더 우월해 보이는 것은 인간과 가까운 방식으로 작동하기 때문이다. 즉 인공지능은 인간이 잘하는 일을 튜링머신보다 더 잘한다는 말이다.

p369 느낌이 일시적인 반응이라면 기분은 지속적인 상태다. 아이스크림을 사가지고 집에 가는 동안 아이는 기분이 좋을 것이다. 아이는 아이스크림을 사준 아버지에게 좋은 감정이 생길 것이다. 감정은 기분의 결과로 얻어진 생리적 혹은 정신적인 부산물이다. 느낌이야말로 기분과 감정을 일으키는 핵심적인 심리반응이다.

p382 원자만을 연구하는 연구자는 쿼크나 글루온이라는 기본 입자에 대해 전혀 알지 못해도 연구하는 데 거의 지장이 없다. 기본 입자들이 모여 원자가 되면 기본 입자와는 완전히 다른 특성을 갖기 때문이다.