1-1. 양자깜빡이 --- 진화론을 위하여

1-2. 이원론 --- 유연한 유물론을 위하여 에서

1-3. 물질(우주)의 생성과 진화

2-1. 자연은 차이를 혐오한다. 에서


이어지는 글입니다. (밑에 트랙백 시켜 놓았습니다.)

 

 

2-2. 생명의 기원

 

현대과학의 3대 과제로 <우주(물질)의 기원>, <생명의 기원><인간의 의식>이 있는데,

개인적으로는 <물질의 기원>, <생명의 기원>, <의식의 기원>뿐만 아니라 <문화(혹은 문화적 현상)의 기원>까지도
진화적으로 하나의 고리로 연결되어 있다고 생각합니다.
(
다시 말하면, <모든 것이 다 진화의 결과다>라는 생각입니다.)

 

 

1. 10^-43초 이전 플랑크 시대

2. 10^-43– GUT 시대

3. 10^-34인플레이션 종료

 

4. 3핵자의 탄생

온도가 충분히 낮아지면서 원자핵이 형성되기 시작했다. 수소원자의 핵이 융합반을 일으키면서 헬륨원자핵이 만들어졌으며[오늘날 성분비(수소 75% : 헬륨 25%)는 이 시기에 결정되었다], 리튬원자핵의 일부도 이 시기에 만들어졌다. 그러나 무거운 원자핵을 만들어내는 핵융합반응은 일러나지 않았다. 5개의 입자로 이루어진 원자핵이 안정된 상태를 유지하지 못했기 때문이다. 공간을 가득채운 전자들이 빛을 산란시켰으므로 우주공간은 불투명했다. 학자들은 이 시기를 원시우주의 마지막 단계로 간주하고 있다.

 

5. 38만년 원자의 탄생

우주의 온도는 절대온도 3,000K로 떨어지고 열에너지가 충분히 약해지면서 전기력에 의해 전자가 원자핵의 주변에 구속되기 시작했다. , 원자가 만들어지지 시작한 것이다. 그리고 광자는 더 이상 흡수되지 않고 공간을 자유롭게 여행할 수 있게 되었다. COBE WMAP 위성이 관측한 배경복사는 이 시기에 방출된 것이다. 한때 프라즈마로 가득 찬 채 불투명했던 공간은 이 시기가 되어 비로소 투명해졌다. 흰색이었던 우주공간이 검은색으로 변한 것이다.

 

6. 10억년 별의 탄생

온도가 18K까지 떨어지면서, 원시 불덩이가 겪었던 양자적 요동의 결과로 퀘이사와 은하, 그리고 초대형 성단이 형성되기 시작했다. 별의 내부에서는 탄소와 산소, 질소 등 비교적 가벼운 원자들이 만들어지기 시작했고, 폭발하는 별은 철보다 무거운 원소들을 주변에 흩뿌렸다. 이 시기는 허블망원경으로 관측할 수 있는 가장 먼 과거에 해당된다.

[평행우주, P178 – 182]

 

모든 기체구름이 언제나 별을 만드는 것은 아니다. 대부분 이 구름들은 다음에 무엇을 해야 될지 몰라 당황해하고 있다. 실제로 천체물리학자들 역시 여기서 어리둥절해지게 된다. 우리는 성간구름들이 인력에 의해 합쳐져 하나 또는 그 이상의 별을 형성하려고 할 것이라고 추정하고 있다. 그러나 빠르게 움직이는 기체 분자들의 운동과 함께 구름의 회전운동은 별의 형성을 방해한다. 그리고 우리가 고등학교 화학시간에 배운 기체의 압력 역시 별의 형성을 방해한다. 압력은 자유롭게 움직이고 있는 전하를 띤 입자들의 운동을 제한하여 입자들이 인력에 의해 한 곳으로 모이는 것을 방해한다. 만약 별이 존재한다는 것을 미리 알지 못한 채 별이 형성될 가능성에 대한 사고실험을 한다면 별이 절대로 형성될 수 없는 이유를 수업이 찾아낼 수 있을 것이다.

[오리진, P170]

 

초신성이 우주에 주는 가장 큰 선물은 행성과 생명체 그리고 인간을 만드는 데 사용될 수소와 헬륨보다 큰 원소들을 제공하는 것이다. 지구에 살고 있는 우리는 은하의 긴 역사 속에서 태양계가 형성되기 이전인 수십억 년 전에 폭발한 수없이 많은 별의 생산물로 만들어졌다. 태양과 행성을 포함한 태양계는 어둡고 먼지투성이인 성간구름 깊숙한 곳에서 이전 세대의 질량이 큰 별이 제공한 풍부한 화학성분을 농축하여 만들어졌다.

[오리진, P181]

 

큰 질량을 가지는 별의 일생을 너무 단순화하는 위험은 있지만 별들은 내부에서 에너지를 생산하고 방출하여 인력으로부터 자신을 지키며 살아가고 있다고 말할 수 있다. 핵융합을 통한 에너지의 생산 없이는 별을 이루는 기체는 스스로의 무게 때문에 붕괴해버릴 것이다. 이런 운명은 핵에 있는 수소를 모두 소모한 별들에게 닥쳐온다.

[오리진, P188]

 

원자번호가 6탄소로 인해 주기율표는 전성기를 맞이하게 된다. 원자핵에 6개의 양성자를 가지고 있는 탄소 원자는 탄소를 포함하지 않은 모든 분자들보다 더 많은 종류의 분자를 만들어낸다. 우주에 풍부하게 존재하고 별 내부의 용광로에서 만들어져 별의 표면으로 섞여 나온 탄소는 우리 은하 속에 상당량 포함되어 있다 다른 원소와 화학결합을 잘하는 성질 덕분에 탄소는 다양한 생명체와 화학물질의 기초가 될 수 있었다. 우주에 존재하는 양에서 탄소를 조금 앞서는 산소(원자핵에 8개의 양성자를 가지고 있다) 역시 매우 활성도가 큰 원소로 탄소와 마찬가지로 별의 내부에서 만들어져 늙은 별로부터 방출되었거나 초신성이 폭발하는 과정에서 만들어져 우주에 더해진 원소이다. 우리가 잘 알다시피 탄소와 산소는 생명체를 이루는 기본적인 원소이다. 같은 과정을 통해 일곱번째 원소인 질소도 만들어졌으며 우주 전체에 다량 분포되어 있다.

[오리진, P196]

 

우리가 행성의 기원에 눈을 돌리면 의문은 더욱 깊어진다. 우리는 행성 형성 초기 단계에 대한 중요한 관측자료를 거의 가지고 있지 않을 뿐만 아니라 어떻게 행성이 형성되었는지를 설명해줄 성공적인 이론도 가지고 있지 않다.

[오리진, P212]

 

지구 생명체의 구성성분은 처음 예상했던 것보다도 훨씬 더 코페르니쿠스의 원리에 잘 들어맞는다. 지구가 기본적으로 수소, 산소, 탄소, 질소로 이루어진 행성이라면 지구 생명체가 이 네 가지 원소로 이루어져 있다는 것은 그리 놀랄 만한 일이 못 될 것이다. 그러나 지구는 대부분 산소, , 규소, 마그네슘으로 이루어져 있으며 지각은 대부분 산소, 규소, 알루미늄, 철로 이루어져 있다. 이 원소 중 오직 산소만이 생명체를 이루는 기본 원소이다. 거의 대부분이 산소와 수소로 이루어져 있는 지구의 바다를 들여다보면, 바다에 녹아 있는 가장 흔한 원소인 염소, 나트륨, , 칼슘이 아닌 탄소와 질소가 생명체를 이루는 기본물질이라는 사실에 놀라게 될 것이다. 지구 생명체의 구성물질은 지구의 구성성분보다는 우주의 구성성분과 훨씬 더 비슷하다. 그 결과 생명체의 구성 원소는 지구보다 우주에 훨씬 더 풍부하게 존재한다. 이것은 외계 생명체를 찾아나선 사람들에게 좋은 출발점이다.

[오리진, P273]

 

모여드는 성간물질(무질서로부터 창출되는 질서)

성단(은하)의 생성 암흑에너지(진공압, 분산력)을 이겨낸 중력적 상호작용(분출압, 집중력, 중력적 방식의 출현확률의 공유)에 의해 만들어진다. 별은 집중력으로 작용하는 중력(만유인력)과 분산력(반발력)으로 작용하는 강력(핵융합)에 의해 일정한 형태를 유지하면서 소멸로 가는 일시적인 균형상태로 보인다. (쉼 없는 폭발, 자기폭풍의 용광로처럼 극적이다)

 

지구 : 중력적으로 안정된 상태에 있다. 너무 크지 않아서 중력에 의해서 짜부러지지 않는다. 태양처럼 무자비한 중력과 강력한 강력에 의한 폭발이 없다. 전자기적으로도 안정된 상태에 있다. 지구를 구성하는 모든 물질이 일시에 척력으로만 작용한다면 지구를 구성하는 모든 물질은 단번에 천지사방으로 흩어질 것이다. 하지만 지구상에서 여전히 중력은 작용하고 있어서 우리가 걷고 뛰어다닐 수 있으며, 태양의 복사에너지를 기반으로 하는 풍부한 전자기적 상호작용으로 인하여 다양한 현상들이 발생한다. 천둥이 치고 번개가 일어난다. 이러한 모든 작용에도 역시 대립적인 힘으로서 집중력과 분산력이 작동한다지구표면에서는 다양하고 유연한 집중/분산 활동이 활발하게 벌어지고 있다.

다양하고 유연한 상호작용의 근저에는 탄소가 있다.

 

 

내가 이 마지막 장에서 분명히 하려는 것은, 간단히 말해서 우리가 살아 있는 물질의 구조에 대해 아는 바를 종합할 때 우리는 유기체가 평범한 물리학 법칙들로 환원할 수 없는 방식으로 작동함을 발견하게 될 것이라고 예상해야 한다는 것이다. 그리고 그것은 새로운 힘따위가 있어 살아 있는 유기체 내부의 개별 원자들의 행동을 지휘하기 때문이 아니라 유기체의 구조가 지금까지 우리가 물리학 실험실에서 연구한 그 어떤 것과도 다르기 때문이다.

[생명이란 무엇인가. 정신과 물질(궁리) – 에르빈 슈뢰딩거 P129]

 

생물학에서 우리가 만나는 상황은 전혀 다르다. 오직 한 개만 존재하는 원자집단이 질서 있는 사건들을 산출하며, 그 사건들은 아주 미묘한 법칙에 따라서 서로 간에 그리고 환경과 관계 속에서 마치 기적인 듯이 조화를 이룬다. 내가 오직 한 개만 존재한다고 말한 것은 수정란과 단세포 유기체라는 궁극적인 사례가 있기 때문이다. 물론 고등한 유기체에서는 다음 단계에서 동일한 원자집단의 개수가 늘어나는 것이 사실이다. 하지만 어느 정도까지 늘어날까? 내가 알기로 성숙한 포유류에서 그 개수는 10^14개 정도이다. 10^14! 그것은 1세제곱인치의 공기 속에 들어 있는 분자 개수의 100만분의 1에 불과하다. 그 원자 집단 각각은 비교적 크지만, 그것들 10^14개를 압축한다면 아주 작은 액체 방울 하나 정도에 불과할 것이다. 또한 그 원자 집단들이 실제로 배열된 방식을 살펴보자. 각각의 세포는 그 원자 집단을 한 개만(또는 이배체를 고려한다면, 두 개) 가진다. 고립된 원자 속에서 그 작은 중앙 통제자가 가지는 권력을 생각해보면, 그것들은 몸 전체에 분산되어 있으면서 암호를 공유하여 서로 쉽게 소통하는 지방정부와 유사하지 않은가?

 

이 멋진 표현은 과학자가 아니라 시인에게나 어울릴 듯도 하다. 그러나 우리가 발견한 규칙적이고 법칙적인 사건들이 물리학의 확률 메커니즘과 전혀 다른 어떤 메커니즘에 의해 지휘된다는 것을 깨닫기 위해 필요한 것은 시적인 상상력이 아니라 냉철하고 명료한 과학적 성찰이다. 그 지휘 원리가 모든 각각의 세포 속에 한 개(때로는 두 개)의 원자 연합체 형태로 구현되어 있다는 것은 분명하게 관찰된 사실이다. 바로 이 사실이 질서의 전형이라 할 만한 사건들을 일으킨다. 작지만 고도로 조직화된 원자 집단이 이런 식으로 행동한다는 사실을 놀라운 일로 생각하든 아니면 상당히 납득할만한 일로 생각하든 그 사실은 예견된 바가 없으며 살아 있는 물질에서만 확인되었다. 생명 없는 물질을 연구하는 물리학자와 화학자는 이런 식으로 해석해야 할 현상을 본 적이 없다. 그런 사례가 없었고 따라서 우리의 이론은 그런 사례를 설명하지 못한다. 통계물리학은 가장 중요하고 보편적인 엔트로피 증가 법칙을 임시방편적인 가정 없이 분자적인 무질서 그 자체로 이해할 수 있음을 밝혀냄으로써 장막 너머를 보게 해주었고, 원자와 분자의 무질서에서 나오는 엄밀한 물리학 법칙의 위대한 질서를 보게 해주었다. 따라서 우리가 통계물리학에 대해 느끼는 자부심은 정당하다. 그러나 통계물리학은 살아 있는 유기체 속에서 소수의 원자들이 산출하는 고도의 질서를 설명하지 못한다.

[생명이란 무엇인가. 정신과 물질(궁리) – 에르빈 슈뢰딩거 P129]

 

 

<무질서로부터 생겨나는 질서>

 

동일하거나 거의 유사한 패턴/, 또는 서로간의 연결관계를 공유하는 것은 출현확률(생존확률)을 높이는 방향으로 작용한다. 한정된 자원하에서 복제(동일한 파동패턴을 공유하는 것)는 효율적이고 효과적인 출현을 가능하게 하는 수단이다.

 

입자 2개가 모여 있을 때 출현확률 범위가 중첩된다. 힘이 작용한다 결합된 출현 확률분포를 갖는다. 상대편의 출현확률에 묻어서 내가 출현할 수도 있다. 출현가능한 확률이 최대 2배가 된다. 동일한 파동패턴을 갖는 입자라면 아마도 이러한 출현확률은 더욱더 배가 될 수 있을 것이다. 반면에 1개의 입자만 홀로 있을 때 출현확률분포가 고립되어 독립적으로 존재하므로 출현할 가능성이 줄어든다. (상승작용이 없다)

 

진공압과 부출압의 긴장으로 인하여 양자요동이 발생하고 이는 출현확률이라는 존재형태로 발현되며, 분출압은 출현확률을 중첩, 결합시키는 집적 또는 집중된 상태, 즉 집중력으로 나타나고, 진공압은 출현확률의 분산, 분리, 고립을 지향하는 분산력으로 발현된다.

 

 

<혼돈의 가장자리에서 복잡계와 생명체가 생긴다>라는 말은 <집중력과 분산력의 경계에서 복잡계와 생명체가 생겨난다>는 말로 바꾸어야 할 것이다. 모이려는 힘과 멀어지려는 힘의 긴장관계로부터, 출렁이는 요동으로부터 모이려는 쪽의 지향성(관성력), 출현확률의 누적에 기반하여 질서를 창출한다. 집중력 쪽으로의 출렁임에 기반한 지향성(관성력)이 실제로 물질의 집중을 가져오고 그것으로부터 질서가 생겨나는 것으로 보인다.

 

집중력과 분산력의 균형이 무너지면(달라지면), 즉 차이가 발생하면, 어느 한쪽이 우세해지면 이것에 반발하는(저항하는) 반대쪽 힘으로 인하여 복잡계(새로운 형태의 패턴)이 생겨난다. 집중력과 분산력의 경계, 대칭성과 비대칭성의 중첩상태에서 복잡계가 생겨나며, 복잡계는 집중력과 분산력, 대칭성과 비대칭성의 일시적 균형이고 이로부터 별이 탄생하고 생명체가 생겨난다.

 

 

지구는 중력적으로 안정(짜부러져서 폭발하지 않고 있다.) 전자기적으로 중성이다. 그러나 소소하고 다양하고 화학적 활동(전자기적 활동)들이 존재한다. 이러한 소소하고 다양한 화학적 활동에서도 집중력과 분산력의 긴장관계가 존재하고 있으며, 이러한 긴장관계가 복잡계를 생성한다.

 

예를 들어 태양복사에너지가 일정한 수준을 유지하다가 여름에 다른 계절보다 많은 복사에너지를 적도부근에 쏟아붓는 경우 일상적인 형태의 에너지의 집중과 분산의 균형이 더 이상 불가능해지고 일상적인 경우보다 과도하게 축적된 집중된 복사에너지만큼이나 이를 강하게 분산시키려는 분산력이 작용하게 되어 새로운 형태의 복잡계, 태풍이라는 새로운 형태의 복잡계가 발생해서 북쪽으로 이동한다.

 

 

<생명체의 탄생>

 

생명체의 탄생은 누적적으로 집적된 다양한 출현확률 분포의 진화(형질에너지는 누적적으로 집적되었다. 그리고 이는 과거의 출현확률이 기억(비시간적 속성)됨으로서 가능하다 파인만의 경로합 : 빅뱅까지 거슬러 올라갔다가 오는 경로까지도 포함된다.) 로부터 질적인 전환이 이루어진 것이다.

 

누적적으로 집적된 출현확률 분포에서 극적인 점은 동일한 에너지 패턴을 복제한 점이다. 동일한 (매우 유사한) 에너지패턴은 출현확률을 공유하는 것이 다른 것들보다도 더 쉽다. 따라서 그러한 집합체는 출현확률을 증가시킬 수 있다.

 

 

구조화된(기억된) 출현확률 분포가 구조화되지 않은 무생물 물질의 출현확률 분포와 결합한다. 더 나아가 구조화되지 않은 유사한 무생물 물질의 확률분포를 재구성해서 동일한 구조화된 출현확률 분포를 만들어낸다. 구조화된(기억된) 출현확률 분포와 구조화되지 않은 출현확률 분포가 결합되고 중첩되고 동조화된다.

 

양자적 확률의 중첩과 공유를 통한 재생산은 특정하게 구조화된 양자적 출현확률이 다른 물질에 대한 지배력을 만들어내는 것이다. 그리고 이러한 집적과 집중으로 구조화된 출현확률은 존속 가능한 지배력을 갖는 생명현상을 등장시킨다.

 

이러한 지배력을 행사하기 위해서 필요한 것은 그 대상이 유연하고 다양한 상호작용이 가능한 탄소에 기반한 유기체에서 가능하게 되었다.

 

물과 고분자 유기화합물

다양한 에너지 패턴의 생성 경험과 그러한 경험의 축적, 고분자 유기화합물의 출현확률 분포가 구조화되고 그렇게 구조화된 출현확률 분포가 개체적인 존속 한계를 넘어서 살아남게 되었다. - 생명체의 탄생

 

단백질은 쉽게 만들어지고 쉽게 사라질 수도 있다. (탄소화합물의 특성) --- 유연하다 - 원시생명체의 탄생

1. 유기화합물(유연성이 있다)의 출현확률 분포가 쌓이고 쌓인다. 소멸되는 유기화합물의 출현확률 분포는 다른 유기화합물에 집적될 수 있다. (중첩, 전이, 비시간성) 2. 다른 원소에 기반한 화합물은 유연성이 떨어진다. 3. 유연하다는 것은 다양하게 결합(확률분포)할 수 있다는 것이다. 이는 여러 가지 결합(확률분포)에 대한 경험의 축적으로 가능하게 된 것이어서 그러한 유기체의 소멸 후에도 출현확률 분포/패턴은 상대적으로 온전한 전체는 아니더라도 일부분이라도(이것도 유연성의 반영) 다른 화합물과 합치가 가능해진다.

 

생명이란 에너지 자원을 흡수하고 흡수한 에너지를 이용해서 구조화된 출현확률 분포를 유지/존속/강화하는데 사용할 수 있는 유기물질이다. 생명활동은 생명체 구성요소들의 집단적, 상보적, 순환적 활동을 포함하는 것으로, 개별적이고 분리적으로 발생하지 않는다. 따라서 생명체는 과거에 실현된 생명활동에 대한 확률정보는 과거에 가능했던 구성요소들의 집단적, 상보적, 순환적 활동에 대한 확률정보가 축적되어 있는 것이고 이것이 현재적으로 실현되는 구성요소들의 집단적 생명활동에 대한 구속력으로 작용한다.

 

구조화된 출현확률분포는 중첩적으로 존재가능하므로 유사한 확률파동에 대한 정보를 가지고 있는 구조화된 출현확률분포와 합쳐지는 것이 가능하고 중첩적으로 존재할 수 있으므로 유사한 패턴을 가지는 다른 물질로 전사될 수 있다. 그리고 이렇게 전사된 구조화된 출현확률분포가 다른 물질의 에너지 출현 확률패턴을 변형시키면 동조(공명)현상이 발생한다.