인문학을 전공하는 사람으로서 각종 수식과 난해한 단어들로 구성된 자연과학의 지식은 아무래도 어렵게 다가올 수밖에 없다. 개인적으로 이해하기 쉽지 않다는 점 때문에 그동안 자연과학에 관한 글들을 애써 찾아 읽지 않았다고 하겠다. 최근 일반인들도 알기 쉽게 설명하는 자연과학 분야의 책들이 적지 않게 출간되고 있는데, 이 책 또한 그러한 특징을 지니고 있다고 여겨진다. 자연과학의 기본적인 개념인 ‘원자’로부터 인간의 존재와 생명에 대한 다양한 정보를 쉽게 설명해준다는 점에서 일단은 흥미롭게 읽을 수 있었다. 저자는 ‘물리학자로서 세상을 전부 이해하고 싶었지만 결론은 세상을 이해하려면 물리학을 넘어 다양한 학문이 필요하다는’ 생각에 도달해 이 책을 기획했음을 밝히고 있다. 그리하여 인문학적인 관점을 포용하면서 자연과학에 대한 개념을 설명하고자 한다는 점이 잘 나타나 있다고 이해된다. 

‘세상을 제대로 이해하려면 물리의 경계를 넘어서야 한다’는 전제를 제시하면서, 이 책이 ‘세상을 이해하기 위해 경계를 넘은 물리학자의 좌충우돌 여행기이자, 세상 모든 것에 대해 알고 싶은 사람을 위한 지도책’임을 강조한다. 적어도 자연과학과 친하지 않은 나에게 어느 정도 공감하고 이해할 수 있는 내용이라는 점에서, 저자의 기획 의도가 충분히 성공한 것으로 평가하고 싶다. 물론 자연과학에 대한 핵심적 내용까지 제대로 이해할 수 없었다는 점은 독자로서 지닌 내 이해력의 한계로 인정할 수밖에 없다고 하겠다. 저자도 전제하고 있듯이 점점 정보의 양과 영역이 늘어나고 있기에, ‘엄청난 지식이 쌓여서 작은 학문 분야조차 평생 공부해도 부족할 방대한 양의 지식으로 가득하다’고 할 수 있다. 그렇기에 ‘현대의 학문은 지나치게 세분화되어 물리학 내에서조차 세부 전공이 다르면 서로 소통하기 힘든 지경’이 되었음을 토로한다. 

이것은 비단 저자의 전공인 물리학에 국한된 것만이 아니고, 다른 학문 분야에서도 마찬가지의 양상이 전개되고 있다고 할 수 있다. 그렇지만 전공 안에서의 소통이 아닌, 특히 인문학 전공자들도 읽을 수 있는 체제로 책의 내용은 구성한 것은 그만큼 저자의 역량이 뛰어남을 증명하는 것이라고 이해된다. 윤동주의 시집 제목(하늘과 바람과 별과 시)에서 책의 제목을 취한 것도 그러한 의도라 여겨지는데, 그 이유를 설명하면서 저자는 ‘하늘을 우러러 부끄럼 가득한 책이지만, 별을 노래하는 마음으로 모든 죽어가는 것의 경이로움을 담아보려 했’음을 강조하고 있다. 아울러 제목에서 열거한 대상들이 바로 저자가 전공하는 물리학의 연구 대상이기도 하다는 사실을 전제하고, 이 책의 출간 역시 우리가 발딛고 있는 ‘세상을 온전히 이해’하고자 하는 시도임을 밝히고 있다. 독자의 한 사람으로서 다른 전공자들과 소통하려고 했던 ‘필자의 노력이 무의미하지 않았’음을 충분히 평가하고자 한다.

저자는 모든 물질의 기본을 이루는 ‘원자는 어떻게 만물이 되는가’라는 제목으로 책의 목차를 시작하고 있다. 지구 역시 우주에 존재하는 별 가운데 하나이기에 ‘별은 어떻게 우리가 되는가’라는 제목으로 두 번째 항목을 구성하고, 그러한 내용들은 자연스럽게 ‘생명. 우주에서 피어난 경이로운 우리’라는 세 번째 항목으로 이어지고 있다. 여전히 지구 밖에 생명이 존재하는가는 확인되지 않지만, 수많은 생명 가운데 하나인 인간(호모 사피엔스)은 진화의 산물이면서 생각하는 존재라는 특징을 지닌다. 그리하여 마지막 장은 ‘느낌을 넘어 상상으로’라는 제목으로, 인간이 사회를 꾸려 문화를 만들어가는 과정에 대한 탐색을 설명하고 있다. 양자역학을 비롯한 복잡한 자연과학 지식에 대해서는 여전히 충분히 이해했다고 할 수 없지만, 이 책을 통해 적어도 인간과 지구 그리고 우주를 이해하는데 필요한 최소한의 정보는 습득할 수 있는 기회였음을 밝히고자 한다.(차니)

우리는 죽으면 흙으로, 즉 지구로 돌아간다. 이것은 시적인 표현이 아니라 과학적 사실이다. 이렇게 만물은 원자로 되어 있다.(144쪽)

물질을 정복하는 것은 그것을 이해하는 것이며, 물질을 이해하는 것은 우주와 우리 자신을 이해하는 데 필요하다. 따라서 멘델레예프의 주기율표는 고귀하고 경건한 한 편의 시이다.

- 프리모 레비 ≪주기율표≫

내가 아주 어렸을 때부터 이미 대기업이었던 '삼성전자'는 지금은 '삼성'이라는 이름을 내걸고 문어발식으로 안 끼는 데 없이 산업 구석구석에 발을 뻗치고 있지만, 그때는 그냥 티브이와 세탁기, 냉장고 등 백색가전을 주로 생산하는 회사였다. 1980년대에는 금성과 대우 정도가 가전제품 업계에서 삼성과 치열하게 경쟁했던 것으로 기억한다. 나는 회사 이름에 붙은 '전자'라는 말이 무엇인지 잘 몰랐다. 단지, 티브이나 냉장고처럼 전기로 작동하는 제품을 생산하는 회사라는 의미로 '전자'라는 용어를 쓰는 것으로 생각했다.

나는 문과였기 때문에 그 이후에도 '전자'의 정체에 대해서 지적으로 탐구해 보고 싶다는 생각을 하지는 못했다. 나의 '전자'에 대한 이해는 초등학교 시절 '삼성전자'를 생각하는 수준에서 최근까지도 크게 나아진 것이 별로 없었다. 물론, 과학 시간에 원자와 전자에 대해서 배운 바는 있었을 것이다. 당시에는 이해하려고 공부한 것이 아니라서 그게 그 전자인지도 아마 연관 짓지 못했던 것 같다. 이 세상을 구성하는 가장 작은 단위인 '원자'의 기본 입자 중 하나가 전자라는 것을 나는 최근에서야 알게 되었다.

그 원자를 구성하는 입자인 '전자'가 삼성전자의 그 '전자'이고, 전기는 전자의 흐름으로 발생하는 에너지이며, 전기와 관련된 힘과 작용은 모두 이 '전자'라는 신비한 입자의 성질에서 비롯되었다는 것을 최근 여러 과학책들을 읽으면서 알게 되었다. 이 책 ＜하늘과 바람과 별과 인간＞에서 내가 얻은 가장 큰 지적 수확은 '전자'에 대해서 보다 더 자세히 알 수 있었다는 점이다. 전자는 전기와 관련된 힘뿐만 아니라 이 세상을 구성하는 모든 원소의 구성과 결합에 관여한다는 내용인데, 조금만 자세히 정리해 본다.

전자의 물리적 성격을 말해보자면, 질량은 원자핵을 구성하는 양성자의 1/2000 정도로 작다. 원자는 거의 빈 공간과 다름없다고 한다. 원자핵의 크기를 농구공으로 키우면 서울 시청에 있는 농구공을 중심으로 10킬로미터 거리에 있는 잠실운동장에 전자가 위치한다. 나머지 공간은 모두 비어 있다. 중성자와 양성자로 만들어진 원자핵은 너무 깊숙하게 자리 잡고 있어서 실제로 모든 원자의 성격과 운동은 전자의 특성이 관여한다. 원자가 거의 빈 공간임에도 불구하고 사람이 사람을 뚫고 지나갈 수 없는 것은 전자 때문이다.

양성자 1개와 전자 1개가 결합하여 수소 원자가 되고, 두 개씩 묶으면 헬륨이 된다. 세 개, 네 개, 다섯 개가 모이면 각각 리튬, 베릴륨, 붕소가 되고, 6~8개는 생명체의 구성에 중요한 탄소, 질소, 산소가 된다. 우주에는 74%의 수소와 24%의 헬륨, 그리고 나머지 기타 등등의 아주 작은 양의 원소가 존재하고, 우주의 대부분을 차지하는 두 원소는 빅뱅 직후 만들어졌다. 나머지 무거운 원소들은 대부분 별에서 탄생한다. 별이 수명을 다해 초신성 폭발로 생을 마감할 때 산소, 질소, 철 등의 무거운 원소가 만들어진다.

지구상에 존재하는 원소는 대기 중에는 질소, 산소가 가장 많고, 지각은 산소와 규소, 알루미늄 순으로 많다. 이런 원소가 모여서 분자를 이루고 그게 결합하여 생명체에 필요한 영양성분도 되고, 플라스틱도 되고, 물과 식량도 된다. 지구상에 존재하는 모든 물질은 이 원자들이 결합해서 만들어진다. 원자는 이온결합, 공유결합, 금속결합을 통해 이전에 가졌던 특성과는 전혀 다른 분자가 되는데, 이 결합에 관여하는 것이 바로 전자다. 아마 이 부분은 화학에서 배우는 것 같은데, 전자를 잘 이해하려면, 물리학뿐만 아니라 생물학과 화학이 고루 필요하다.

원자 내에서 전자의 배치, 다른 원자와의 결합에 관여하는 여러 특성들, 예를 들어 '파울리의 배타 원리'나 '옥텟 규칙' 은 책에 자세히 설명되어 있다. 사실 그걸 요약해서 글로 옮길 생각을 하지 않은 것은 아니나 내게 그런 능력이 결여되어 있음을 알아채는 데 그리 오랜 시간이 걸리지 않았다. 다행히 이 책에는 기존에 생물과 화학을 포기했던 과포자들이라도 쉽게 이해할 수 있을 정도의 친절한 설명이 포함되어 있다. 저자 김상욱의 장점은 다른 과학 서적에서 생략하고 건너뛰는 사소한 개념도 지나치지 않고 꼼꼼히 알기 쉽게 설명해 준다는 점이다.

책의 앞 1백여 페이지에 전자의 특성과 화학적 결합에 대한 설명이 있고, 이후에는 우주와 생명, 진화와 인간 존재에 대한 이야기들로 채워진다. 나는 저자가 대중을 상대로 쓴 과학 서적은 거의 다 봤기 때문에 뒷부분은 관심이 덜했다. 오히려, 중고등학교 과학책에 나올법한 1장 '원자는 어떻게 만물이 되는가'를 읽으면서 새로운 정보와 지식이 주는 즐거움을 마음껏 느낄 수 있었다. 결국, 원자가 모여서 분자가 되고, 세포가 되고, 생명체가 되고 사회가 된다. 이 과정에서 창발이 발생한다. 알 수 없는 신비한 양질의 전환이 발생한다는 건데, 인간, 사회, 문명도 마찬가지다.

 우주는 밝혀지지 않은 암흑 물질로 이루어져 있다. 물질을 이루는 성분에 대한 이해는 불가피하다. 존재하는 모든 것에는 제‘값’이 있으니까. 2장은 프리모 레비의 ‘주기율표’(굉장히 유명한 책인데 나는 아직)를 인용하며 시작한다. “주기율표는 고귀하고 경건한 한 편의 시이다.” 왠지 김상욱 교수의 눈에서 꿀이 뚝뚝 떨어질 것만 같다. 빠져드는 좋아하는 것을 말할 때 우리의 눈에선 하트가 뿅뿅 나온다. 감출 수 없다.

 원자들의 종류와 구조를 말하는 대목에서 천문학적 숫자 단위에 강한 소설가 김연수가 퍼득였다(제주 체류기 동안 함께 읽은 단편소설을 묶은 신간 소식~). 흥미로운 점이 원자는 구성 요소인 양성자와 전자가 상쇄를 거쳐 ‘중성’이 된다. 무슨 말이냐면 3번 원자 리튬은 양성자 3개와 전자 3개로 상쇄된다. 원자도 겉으론 중립 입장을 지킬 줄 안다. 이 원자보다도 못한 ㅎㅎㅎ

 원자를 이루는 원자핵은 꽁꽁 숨고, 전자 막이 실제 부딪히는 접촉면이 된다. 물질과 상대를 아는데 심장과 뇌를 까보일 수 없으니 인상이나 태도로 판가름한다는 그럴듯한 비유. 원자의 공간 구조와 배치는 1장에서 살펴본 ‘배타 원리’를 따른다. 다시 들어도 @.@ 118개의 원자 중 94번부터는 아트피셜한 합성물로 존재 확률이 낮다.

 2장에서는 인간의 몸 99%를 이루는 4대 원소를 살펴보자.

① 수소

 물 마시면 수소를 느낄 수 있다고라? 앞서 언급했듯이 1원소 수소는 주기율표의 ‘기준’점이다. 원자의 75%를 이루고 태양계의 73%를 차지한다. 반면 지구는 먼지에 불과하다. 지구 대기에는 1, 2원소(헬륨)가 희박하고 3(질소), 4원소(산소)가 주를 이룬다. 식물이 광합성 할 때 ‘수소 이온’ 농도가 오르며 산성화가 일어난다. 별은 수소로 구성되고, 수소는 지구 생명체와 우주의 에너지원이다.

② 탄소

 6번 탄소C. 원자호텔에 따라 (양자)역학을 풀면서 결합에 쓰이는 소시지 ‘팔’(들)을 추가 설명한다. 탄소는 포승줄 구조. 3대 필수 영양소가 탄수화물, 지질, 단백질이다. 나는 탄수화물이 탄소와 수소의 결합인지 오늘 알았다. 탄수화물과 지질(땅과 종이 아닌ㅋ)은 산소로 태워 생명 에너지원으로 쓴다.

 얼마 전 혈액검사 후 의사가 “고기 안 드세요?”라고 물었다. 단백질이 너무 부족하다고. 나는 탄소가 뼈대를 이루며, 단백질이 DNA를 연결하고 고장 수리하는지도 까마득히 잊고 지냈다. 가족과 지인이 효소(고분자 물질 대사) 타령을 할 때도 발효 정도로 치부했던 거다. 바보.

‘단백질 효소’를 챙겨 먹어야 하는 이유는 생명과 그 실행력을 받쳐주기 때문이다. 저자는 심지어 “단백질 만세!”를 외친다. 탄소는 앞서 말한 팔이 4개라 자유자재의 결합력을 갖는다. 주기율표의 세로줄 원자들은 성질이 유사한데도 생명 탄생에 관여하는 탄소와 달리 규소는 그렇지 않다. 

1장에서의 원자는 영원불멸하다를 복기하며, 식물이 동물의 배설물에서 (이산화)탄소를 획득하는 것과 연결짓는다. 끝은 다른 시작. 니체의 영원회귀는 허무주의로 이어지던가. 딴소리. 고체인 이산화규소와 달리 (이산화)탄소는 ‘기체’라서 교환과 결합이 용이하다. 기체들 새삼 대단. 탄소 화합물이 산소와 결합하여 발생된 이산화탄소는, 산업 혁명의 부산물로 작금의 기후 위기의 주범이기도 하다.

③ 질소

7번 질소N. 나는 제 기능을 못 보고 탄소를 부정적으로 봐왔고 질소도 그런 듯하다. 개안. 질소도 단백질 골격의 반을 차지하고 DNA에 영향을 미친다. 공기의 80%가 질소라는 말에, 그럼 숨쉬기 ‘운동’이 아니라 질소 충당이라는 뜬구름이 스칠 때, 질소는 삼중결합으로 깨기가 쉽지 않다고 한다. 번개가 고정 질소를 만드는 자연 매개라는데 그래서 스위스가 예나 지금이나 청정구역인 건가. 질소 쟁탈‘전’이 펼쳐질 거라고.

 “지구상 생물의 총량은 번개 치는 횟수와 뿌리흑박테리아의 주당 근무 시간에 의존한다(64쪽).” 자꾸 이러면 길먼의 ’누런 벽지‘ 속 무늬들이 기어 나오듯 속속 엠비 벌레들 출몰이라 할 거예요. 질소가 고갈되면 땅이 지력을 잃고 이때는 콩을 경작해 동물의 똥과 사체를 거름 삼아 고정 질소를 확보할 수 있다고 한다. 다행히도 “공기의 연금술사”라 불리는 하버-보슈법이 질소 분자의 삼중결합을 끊는데 성공한다. 중화학 공업 공장(한국 국민의 반 이상이 이 질소 축출 덕택에 산다)을 건설한 배후이다.

 맬서스는 기하급수적 인구 증가에 따라 식량이 부족할 거라고 염려했었다. 천연 비료, 즉 천연자원을 둘러싸고 국제전을 벌이는 상황이다. “그런데 칠레초석마저 다 써버리면 유럽의 식량은 어떻게 되는 걸까?”(67쪽)라는 물음은 윤의 양곡법 거부권을 떠올리게 해 무대책 정부를 향한 짜증이 올라왔다. 핵 오염수 방류에 대해서도 왜 대통령이 국민에게 아무 설명도 하지 않지? 책임 발언은 책임을 부르니까 ’상습적으로‘ 회피하는 것 같다. 대통령제 민주주의에 위배된다. 또 정치 얘기로 샜으.

④ 산소

 산소 같은 여자라는 표현이 있을 정도로 산소는 좋게만 보인다. 하지만 꿈이 지나치면 야심이듯, 양자역학의 ’욕망‘이 지나친 나머지 반응성이 강하고 빼앗는 성질을 띠게 된다. 공실에 있는 전자만 보면 환장하는 산소의 두 얼굴은, “전자 약탈범”이자 “좀비”로 취급 받는다. 쉽게 말해서 산소의 결합이 강하면 말 그대로 산화를 일으켜 녹이 낀다.

 이렇듯 눈치껏 적당히는 좋으나 지나치면 포식자이자 최악의 빌런으로 악명을 떨친다. 세상 이치가 같고 다 통하는 듯. 제목으론 이기광의 Predator가 딱인데 아이러니 가사라서.  순간순간 자기 맘대로 하고, 현실과 책임과 뒤를 생각하지 않아 곁에 두면 힘든 돈거니 들에게 이 노래 숑~~    Don't Call Me

 이제 화학, 지구과학을 지나 천문학으로 서서히 진입한다. 한발 한발 꾹꾹 돌다리 건너듯 나아간다. 슬슬 스토리가 풍부해지고 재미있을 것 같다. 지금까지는 제2외국어 공부하듯이 임했다. 최재천 교수가 방송에서 이 책을 소개했고 김상욱 교수가 선거의 중요성을 말해 확 당겼다. 그 전에 은사님이 저자의 전작을 칭찬하셨다. 우리교수님의 독서 관문(딥 앤 다크 히스토리)을 통과한 저자라면 나도 도전! 했던 거다. 일단 문체가 다소곳 조심스럽다.

 소설 ‘삼체’에서 지구인을 ‘벌레’라 한다는 말로 6장을 연다. 저자 왈, 인간이 고진감래 끝에 태양계 밖, 그러니까 은하계에 도달해 외계 생명체를 만나더라도 열 마디 주고 받고나면 죽을 거란다. 김상욱 교수와 읽는 테드 창 어떨까 궁리해봄직. 이미 있나요?

 “태양은 가까이 있는 별”이라는 말에, 해도 별도 시른 나의 맥락을 잡을 수 있었다. 별(빛)이 그리 멀리 있지 않은 듯 보이나 착시 현상일 뿐이다. 수만 광년 떨어져있다. 별빛은 “은하 필라멘트”인 것이다. 필라멘트 나갈 때 아주 잠깐이지만 불꽃이 현란하고 귀엽던 기억. 우주는 태양계, 은하, 은하단 순으로 더 큰 집단이다.  별들의 이야기 전파 천문학자

 “(우주)물질에 관한 한 우리는 아는 것보다 모르는 것이 더 많다”는 이 말에 과학연구에 인생을 ‘거는’ 사람들이 생긴다. 과학의 인피니티, 무한대 개척성에 걸려 정복욕을 불사른다. 적어도 문학 속 인물들은 그랬다. 또 다른 매혹은 우주 전체와 입자라는 ‘극단’의 층위를 보여준다는 점이다.

 저자는 일부를 만져보고 코끼리를 맞추기 힘들 듯이 우주는 광활하다고 강강강조한다. 앞서 사용한 ‘거는’도 그렇지만 코끼리라는 단어도 전과 달리 들린다. 도자기박물관에 들어간 모랑 코끼리 조각 만진 모 때문에 코끼리가 시러진다. 조지 오웰의 ‘코끼리 죽이기’까지 더하면 헬

 책 내용으로 돌아가 우주를 설명하는 하나의 방식 ‘시공간 이론’을 살펴보겠다. “물리학자에게 우주란 ‘존재’하는 모든 것이다... 적어도 관측된다면 존재한다는 것이다(173쪽).” 오늘 친구와 나눈 대화가 떠오른다. 인문학자들의 말이 과학자들에게 얼마나 멀리 가고, 이상하게 들릴지에 대해. 실체; 모양; 방정식을 추구하는 쪽과 허상; 이상적 가치를 추구하는 쪽의 충돌에 대해….

 아인슈타인의 상대성 이론(relativity; ‘관계’ 성질 어)이 시공간 이론에 있어 획기적인 전환을 가져왔다. 앞장에서 살펴본 뉴턴의 역학(=물체의 운동 기술)이 물리학의 시작점이 되었고, “물리에서 공간이 무엇인지는 중요하지 않다. 중요한 것은 ‘위치’다(174쪽)”를 끌어들였다.

 좌표계는 임의로 정한 기준이다. 관계에서 파생된 이름처럼 임의적arbitrary 도표다. 절대적이지 않다는 함의가 담긴다. 정지와 도는 원 운동법칙에 관해서 맥스웰 방정식과 뉴턴의 역학 모두에 잘못된 부분이 있었다고 맥을 짚는다. 이 부분을 아인슈타인의 이론이 보완한다. 나는 맥과 뉴(의 오류)가 있었기에 완성한 수정revision 역사라고 본다.

 상대성 이론은 일반과 특수로 세분화된다. 뜨악. “물리학이 답할 수 있는 것은 측정된 시간과 측정된 거리뿐이다... 변한다는 말 대신 시공간이 변형된다는 표현을 사용할 것이다(176쪽).” 속도 변화를 ‘가속’이라 하고, 중력과 관성력에 차이를 둔다. 엘리베이터 탑승할 때 느끼는 꺼지는 듯한 느낌은 중력이 아니고 관성력이다. 친구의 말마따나 여성들은 관성력 외에 두려움도 느낀다.. 여담이지만 계단 오르기는 운동이 되나 내려가는 건 엘리베이터 탈 것

 아인슈타인의 상대성 이론은 등가(samesame) 원리를 따르고 시공간의 변형에 포커싱. 변화가 아니라 변형이라고 강조한 부분은, 있던 것의 다른 조합 혹은 완전 변이가 아니라 부분 합체 정도로 읽었다. 아니면 관측되는 것만 다룬다는 건가요? 물리학에서 변형은 탄성체가 형태나 부피를 바꾸는 일이라 한다. @.@ 아무튼 상대성 이론 방정식이 생김으로써 물질과 시공간의 ‘관계’를 달리 풀 수 있었다. 물리학으로 우주(전체)를 말할 수 있는 길을 터준다.

 고대에는 시공간을 탄생과 소멸로 보았다. 시간, 공간을 묶어 생각했다. 매년 새로 시작한다는 의미에서 농사를 지었다는데, 시간을 재창조한 점보다 나에게는 성스러운 의식으로 다가왔다. 자연 섭리를 주어 자리에 놓는 듯~ 뉴턴만 해도 시간과 공간을 “‘절대적’ 불변” 구조물로 보았다. 이미 언급한대로 절대를 허물고 변형을 방정식으로 담아낸 것이 아인슈타인이다.

 허블-로메르트 법칙을 추가한다. 허블망원경.. (망할)ㅎㅂ출판사..도 여기서 브랜드명을 가져왔나보다. 이 법칙은 물질은 중력으로 서로를 당겨서 ‘구조’(형태)를 유지한다로 설명된다. ‘팽창’은 은하 이상 규모의 물질 입자에서만 일어난다. 팽창 전, 한 점에 모인 것이 ‘빅뱅’이다. 그런데 가속(=속도 변화) 팽창 원인은 가상의 존재를 가정할 때만 설명이 된다. 팽창과 수축을 반복하며 자전과 공전이 유지되고, 압력과 온도가 이동 에너지를 형성한다..... @.@

 “우주의 운명을 결정하는 것은 우주에 존재하는 물질의 총‘질량’(183쪽)”이지만 물질은 대부분 암흑물질로 거의 알려진 바가 없다. 철학소설 ‘참을 수 없는 존재의 가벼움’은 우주 존재와 인생의 의미를 자문자답한다. 소설의 가치가 재생과 필멸 너머의 다시 살(리)기re:play에 있다 보니 “한 번만 산다는 전혀 살지 않는다는 것과 마찬가지다”라는 선고가 내려진다. 이게 맞나

 예상대로 물리학은 전혀 다른 접근과 풀이를 내놓는다. “현재의 우주론은 우주가 단 한 번의 빅뱅으로 생겨나 끝없이 팽창하는 ‘단 한 번의 삶’을 살아간다고 말해준다(184쪽).” 하물며 우주도 이럴진대 불멸할 것처럼 흑마술을 부리지 말지어다~~ 실제 삶과 소설적 삶을 착란 교란하는 건 당신과 곁사람까지만

 오늘의 핵심 내용은 아인스타인의 시공간 이론과 이번에 살펴볼 우주 입자 부분이다. 정리하자니 엉키고 막힘. 기본 입자는 페르미온과 보손으로 구성된다. 보손은 ‘상호 매개물’로서 지구와 태양을 잇는 중력이 여기에 해당한다. 페르미온과 보손을 어디서 들었더라?? (보리굴비? 모래니) 광자는 전자기력과 글루온과 보손으로 이루어진다. 그리고 바나나 과육만 팔지 못하듯 ‘쿼크’는 독립적으로 관측되지 않는다고.

 현대 물리학은 표준 모형 17개 입자와 중력자(중력 입자)가 중요하다. 중력은 모형에 포함되지 않는다. “중력은 시공간과 관련된 힘이며 우주의 거대한 규모에서만 중요성을 갖는다(188쪽).” 우리가 친한 척 아는 척 하는 중력이!  Gravity  알려진 것과 달리 중력은 광자와 입자로 접근해선 안 되는 (우주)스케일이란다. 그래서 중력이 시공간의 ‘비밀’이라 우주 급이 아니면 사실상 접근이나 풀이가 불가능해서 음악과 문학 등의 예술에서 그리 찾고 사랑 받나?? (모래니2)

 이번 장의 결론도 다시, 인간을 원자로 겸허히 본다=성찰한다. “인간은 원자의 집합체이며 그 자신의 존재가 원자, 분자들의 생화학 과정에 의존한다(189쪽).” 언뜻 독립체로 여기나 바운드; 귀속(bound to) 성향을 버리지 못한다. 이처럼 “물리학은 표준 모형으로부터 우주 전체까지 세상 모든 것을 정합적으로 이해하려는 인류의 거대한 노력이다(191쪽).” 노력 중 하나^^*   

덧＞＞ 아쉽지만 급한 ‘책’ 끄고 다시 요. 비앙또

 김상욱 교수가 글쎄, 유머를 4분의 3 지점에서 발휘한다. 사막에서 오아시스 찾은 기분 묘해   ♡이과식 사랑 방정식

 단세포 생물에서 인간으로까지 ‘연속적’ 잇기가 물리학자의 퀘스천 중 하나라 한다. 지렁이와 인간을 잇는 것보다 침팬지와 인간을 잇는 게 바람직하다고. 단세포에서 다세포 생물로의 ‘점진적’ 진화 과정을 과학적 추론에 근거해 조명한다.

 단서와 증거를 토대로 추론(리즈닝)하려면 모아 보는 게 우선. 단세포 생물은 ‘집락’(콜로니)하고, 다세포 동물은 복제인간들 사회를 꾸린다. 도나 해러웨이의 우리는 사이보그를 받아 우리는 모두 수정란이 꽃피운 복제 인간이라 선언하는 듯하다. 원핵생물을 원룸 스튜디오에 비유하고, ‘공생’은 진핵생물에게 필수이며 진화의 추동력이건만 각자도생하라는 룬. 모든 화살은 그에게!

 참고로 엽록체와 미토콘드리아의 호흡도 공생(설)을 따른다. ‘다양한 유전 정보’를 보유한 자손을 얻을수록 생존과 번식에 유리하다. 이 부분에서 최재천 교수의 따님들의 국제결혼이 스쳤다. 진핵생물은 공생을 통해 유전 정보를 공유하여 성교를 통한 유성 생식을 고안해냈다. 이로써 다세포 생물로 진화하게 된다. 원시적인 다세포 동물부터 차근차근 알아보겠다.

(1) 해면동물

 모든 세포는 특화된 임무만을 수행한다. 다세포 동물의 원형을 해면동물이라 할 수 있다. 해면동물은 뼈가 없이 부드러워 화석화되지 못했다. 최초의 다세포 동물로서 상상의 영역에 머문다. 스폰지밥과 수세미를 떠올리면 다음 인용이 이해될 것이다. “편모를 가진 동정 세포는 편모를 흔들어 물의 흐름을 만들어 먹이 입자를 포획하고, 변형 세포는 포획된 먹이 입자를 소화시킨다(289쪽).” 동정 세포는 꼬리를 움직여 헤엄치고 물의 흐름을 그물망net 삼아 먹이를 잡고, 변형 세포는 먹이를 먹는다. 역할분담이 확실하다.

 알다시피 모든 세균이 다 나쁜 건 아니다. 산소를 만드는 시아노박테리아가 대표적이다. “복잡한 생물이 더 진보한 것이라는 생각은 세상을 인간 중심으로 보는 우리의 편견(290쪽)”일 뿐이다. 수퍼주니어 ‘미스터 심플’ 큐

(2) 자포동물

 말미잘, 해파리가 자포동물에 속하며 근육 조직과 신경계를 지닌다. 자포동물은 정보 교환을 통해 이동한다. 해면동물은 기능 구분의 조직이 없고 스폰지밥처럼 구멍이 나 내부공간이 없다(빈 상태). 또한 ‘고착’ 생활을 하며 대칭성 없이 덕지덕지 제멋대로인 모양이다. 이와 달리 자포동물은 원통 모양의 방사형으로 회전(스핀)이 가능하고 대칭성을 띤다.

 그러나 ‘위수강’으로 입이 항문 역할을 동시 수행한다. 저자의 드문 유머1 “우웩!” 어쩐지 룬은 입과 항문만 있는 것 같으

 공통 조상을 둔 해면동물과 자포동물의 진화적 연결‘고리’(연결점)를 찾아낸다. 둘은 무성/유성 생식으로 갈린다. 수정란의 세포 분열과 유생을 ‘플라눌라’라고 칭한다. 해면동물은 섬모를 사용하고 ‘폴립’ 형태로 정착하며 무성 생식한다. 이동은 이번생에서포기란다. 드문 유머2. 자포동물은 원시적이나 뇌 기능(물리학에서 뇌는 신경세포의 고밀도 구역에 불과^^)을 하는 신경계가 있고 빛을 감지할 뿐 아니라 정보를 교환하며 이동한다.

(3) 좌우대칭 동물

 이들은 입과 항문이 ‘분리’된다. 자포동물이 방사형으로 ‘움직이는’ 최초의 ‘동動’물이다. 물에 뜬 부력 덕분에 중력은 미비하게만 작용한다. 좌우대칭 동물은 위아래와 앞뒤가 구분된다. “해면동물과 자포동물이 유생으로 연결되듯이, 자포동물과 좌우대칭 동물도 유충으로 연결된다(296쪽).”

 이동하려면 에너지의 자양분이 될 먹이가 필요하다. 전에 살펴보았듯이 생명을 이루는 물질, 3대 영양소로는 단백질, 지질, 탄수화물이 있다. 좌우대칭 동물은 이빨을 지닌 단단한 몸으로 ‘캄브리아기 대폭발’(전쟁에 비유)을 거치며 ‘화석’으로 남았다. 과학적 추론에 있어 증거는 중요하다.

 그리고 “지구 환경만이 아니라 포식자와 먹이도 진화의 중요한 요인이다(290쪽).” 자포동물과 좌우대칭 동물의 확연한 구분은 입이 항문 기능도 하냐, 아니면 분리되는가이다. 좌우대칭 동물은 입이 먼저 생긴 ‘선구 동물’과 항문이 먼저 생긴 ‘후구 동물’로 분류되는데 인간은 어디에 속하게요? [힌트] 지나치게 고귀하게 보지말지어다

 선구 동물에는 편형동물(기생충), 환형동물(지렁이, 거머리), 연체동물(문어, 조개), 절지동물(갑각류, 곤충류)이 있다. 후구 동물은 극피동물(성게, 불가사리, 해삼)과 척삭동물이 속한다. 이 분류에 따르면 “진화적으로 곤충보다 불가사리가 인간에 더 가까운 친척(298쪽)”이 된다. 후구 동물 중 척삭 동물은 ‘연골’에 가까운 등‘뼈’를 지닌다. 이들은 신경삭과 척삭으로 연결된다. 상대를 무력화하는 싸움에서 적의 신경을 절단하여 게임을 끝내는 심리와 원리를 적용해볼 수 있다.

 ‘물고기는 존재하지 않는다’를 읽은 것이 이번 파트를 이해하는데 큰 도움이 되었다. “최초의 척추동물은 바다에서 탄생한 어류다(298쪽).” 정리하자면 해면동물은 신경계가 없는 반면, 자포동물은 원시적이나 신경망을 갖는다.

 해면동물에서 자포동물로, 다시 좌우대칭 동물로의 흐름(‘진화’)을 살펴보았다. 척추동물인 어류 중 일부는 육지로의 모험을 시도했다. 육지로 나간다는 것은 공기 호흡을 뜻한다. 참고로 진핵생물은 미토콘드리아와의 공생을 통해 산소 호흡을 한다.

 양서류와 어류 사이를 먼저 다루겠다. 발이 달린 물고기, ‘피셔포드’의 배쪽 지느러미가 다리로 진화한다. 이들은 아가미와 폐가 있어 육지로 진출할 수 있었다. 바다에서 육지로 나갈수록 고등생물로 분류되던 때가 있었다. 식물 ＜ 노래기류(절지류) ＜ 양서류 ＜ 양막류 ＜ 포유류 순이다.

 양서류는 어류와 비슷하게 번식한다. 개구리가 여기에 속하며 체외 수정한다. 이와 달리 양막류는 체내 수정하고 암컷이 껍질 알을 낳는다. 파충류부터 공룡까지가 양막류에 해당하며 수컷의 생식기를 암컷 속으로 넣는 섹스를 통해 짝짓기를 한다. 마지막 포유류는 거의 완전한 형태의 새끼를 낳고 부모는 새끼에게 젖을 물리고 일정기간 부양한다.

 포유류의 부양 방식은 다음과 같이 나뉜다. ① 단공류: 파충류 끼가 아직 남은 ‘알’로 오리너구리가 해당한다. ② 유대류: 캥거루의 작은 새끼는 육아낭에서 성장한다. ③ 태반류는 인간류인 영장목이 속한다. 고릴라, 우랑우탄, 침팬지, 보노보 줄줄이 나왓

진화에는 방향이 없다. 그때그때 필요하면 변화가 오는 것이다. 그 결과로 얻어진 여러 생물을 인간이 만든 기준에 따라 엄밀하게 칼로 자르듯 말끔하게 종류를 나누기는 힘들다. (301쪽)

 위와 같은 이유로 분류학(자)이 한계에 봉착해 저물고 분기학(자)이 새로이 등장하는 배후가 됐을 것이다. 지금까지 살펴본 바를 저자는 연결점을 이어 다시 요약한다. ::: 단세포 생물들의 공생이 진핵생물을 탄생시켰고, 단세포 진핵생물의 군락이 해면동물을 탄생시켰다. 자포동물의 촉수와 입과 항문 조직이 원시적이긴 해도 신경계를 지닌다. 마침내 운동성이 중요한 좌우대칭 동물이 등장한다. 이들은 머리와 꼬리가, 그리고 입과 항문이 분리되고 조직 분화를 이루며 신경계와 일종의 뇌 조직을 갖는다.

 진화생물학은 멸종을 빠뜨리지 않고 유념한다. 화산폭발과 소행성과의 충돌로 ‘대멸종’을 맞았던 역사를 놓치지 않는다. 멸종은 끊임없이 있었고 지금도 여섯번째 멸종이 진행 중이라고 한다. 환경 변화에 적응하지 못한 생물은 도태하고 사라질 것이다. 멸종은 최상위 포식자도 피해갈 수 없다. 공동운명체인 까닭이다. 지나치게 인간의 먹이(먹거리)를 찾아 욕심을 부리는 과도한 활동들이 지구온난화를 부르고 생태계를 교란시킨다. 저자는 종의 기원이 있듯이 멸종도 치러야 할 오디세이라고, 그 일부라고 말하고 싶은 걸까.  ♡살아가는 걸까? 죽어가는 걸까?

 지구의 입장에서 생명의 에너지원은 별이다. 별은 지구 에너지원으로 태양광의 근원source이 된다. 지구에게 빛과 에너지를 주고 공기 온도를 높인다. 식물의 광합성 작용과 유사하다. 쉽게 말해 연료 석탄과 석유도 별 에너지를 받아 별에서 온 거라 할 수 있다.

 이제 내 귀에 딱지one이 되었을 법한 문장 채우기 테스트를 해보겠다. 만물은 ○○로 되어 있고, ○○는 □□□과 △△로 되어 있다. 수소는 중성(화) 상태로 자체 전자기력이 없어 ‘중력’을 따라 구형 모양이다. “이렇게 극도로 작은 존재가 태양이 가진 엄청난 에너지를 만들어낸다. 아이러니하게도 거대한 것일수록 보다 더 작은 것의 지배를 받는다(150쪽).” 인용에서처럼 저자는 물리학자의 관점에서 대자연 속 작디작은 구성체(‘물질’)를 파고든다. 안팎 상황 탓인지 이 책을 읽는 내내 빅퀘스쳔이 따라 붙었다. 참으로 작은 것에서 시작된 우리는 왜 이리 많은 걸 원하고 복잡하게 사는가.

 요새 들으면 하아, 저절로 나오는 단어가 원자력이 아닐까. 원자력은 우라늄과 관련되고 원자핵이 열을 방출해 형성된다. 자석의 동일 극이 서로 버티고 싫어 밀어내다가 반동으로 착 붙는 현상을 ‘핵융합’ 에너지에 대입한다. 안간힘으로 대항한 만큼 막대한 에너지가 발생하는 까닭이다.

 최초의 경험 인식이 중요한데 방사능하면 대학병원 촬영기사(‘방사선사’)였던 친척이 생각난다. 부부 사이의 불임이 세상불행이던 시절이라 그 집에 들어가면 냉기류가 맹렬히 달라붙었다. 어린 나이였음에도 너희한테 많은 것이 왜 우리에겐 없을까? 묻는 듯했다. 너흰 너무 많아…. 게다가 원자력병원(암센터) 인근에도 살았던 터라 원자력과 방사능은 아픔과 기능 상실과 죽음으로 부정적으로 인식되었다. 확증 편향은 오해와 달라 말로 풀리지(용해되지) 않는다고 본다.

 그렇지만 원자력도 에너지다. 더 잘나고 더 못난 사회적 비교 용어인 알파, 베타 개념이 방사‘선’에도 적용된다. ‘입자’ 성분을 따지는데 알파선과 베타선이 ‘붕괴’ 될 때, 동일 원소가 아주 희박하지만 (연)금(술)이 되기도 하고 아주 흔하게 납이 된다. 어떤 이가 위기(무지; 어둠)를 기회(앎; 빛)로 전환하는 것과 마찬가지이지 않을까. 마주침 혹은 충돌을 통해 자기를 더 단단히 하고 신변정리를 통해 중심을 잡기도 한다. 나의 우선 가치와 자질과 됨됨이를 다지는 계기로 삼는다.

 불안정한 방사능 원자핵은 불안정한 상태에서 ‘안정화’를 위해 위험물질일 수 있는 방사선을 내뿜는다. 이것이 유유상종의 견인력인 셈. 무엇보다 몸이 몸소ㅋ 위치 에너지가 줄고 중력이 붙으면 ‘추락한다’는 것을 몇 차례 겪었고, 한번 시작되면 제동 거는데 엄청 애먹는다. 그래서 노출된 환경과 분위기, 어울리는 관계를 보다 낫게 조성하고 끌어가도록 애(=에너지)를 쓴다.

 김 교수는 물리학 최고의 ‘원리’를 에너지 보존의 법칙으로 꼽는다. “에너지는 변환될 뿐 창조되거나 소멸되지 않는다(152쪽).” 일례로 수증기와 물과 비와 바다의 순환을 들 수 있다. 인간이 흙에서 시작돼 다시 흙으로 돌아가는 내 귀에 딱지two도 여기에 속한다.

 별은 엄청난 얘들ㅋ로서 고에너지를 품는다. 별의 불안정하고 무거운 원자를 연료삼아 핵분열이 일어난다. 강렬한 에너지가 넘치는 관계로 주변 원자들을 흡수해 몸체를 불린다. 분열 이후 무리한 체급 키우기가 자폭으로 이어지기도 한다. 이 원리에 준해 가장 무거운 원소 우라늄U을 연쇄적으로 ‘분열’시킨 것이 원자폭탄이 된다.

 핵력 연구는 예상대로 일본이 세계2차대전 이후 착수했다. 핵은 “입자 동물원”이며 입자들이 결합하는 핵융합이 발생한다. “외줄 타기의 불안정이 중력(낙하하는 힘)에서 오듯이 핵의 불안정성을 일으키는 주체는 핵력이다(156쪽).” 그런데 핵력은 일상에서 감지하기 어렵다. 원자의 (광활한) 크기에 비하면 원자핵 크기는 극소하기 때문이다. 핵물리(학)가 따로 있지만 아직 미비한 분야다.

 별의 운동 원리는 수축과 팽창이다. 중력에 따라 수축되고, 원자핵이 열에너지를 방출하며 팽창한다. 그 끝에 초신성이 폭발하거나 블랙홀이 초래된다. 둥글게 둥글게 구형이던 수소 원자가 양과 질량이 늘면서 불타올라 터지고 만 것이다. 운명이 꺼억, 수명이 단축. 팽창하며 초기 주변에 부족했던 수소를 흡수하는 ‘핵융합’이 활성화돼 ‘안정적인 원자’ 철Fe(핵 주성분)을 생성하나 역설적이게도 별의 종말을 낳는다. 과몰입과 과욕은 뭐든 끝이 안 좋아~

 태양은 너무 뜨거운 나머지 전자핵과 전자가 ‘분리’되어 뒤엉킨 플라스마 ‘기체’ 상태다. 글이 다소 무겁게 흐르니 일화 투척. 어학연수 체류 중 어느 밤 나의 중얼거림에 룸메이트가 깼다고 한다. 영어 전공자에게 영어로 말하는 꿈은 돼지꿈이어야 하는데.. 모라모라 하더니 “투 핫” “에이치! 오! 티!” 승질을 퍽퍽 내더란다. 꿈에서(도) 상대가 내 발음을 못 알아들은 거다. 긍데 귀국 후 가수 H.O.T가 혜성처럼 등장해 예몽으로 회자되었다. 웃거나 말거나

 다시 책 내용으로 고고. 아리스토텔레스만 해도 태양은 무결점 구형으로 여겨졌다. 갈릴레오가 태양 표면에서 흑점을 발견하고 태양이 자전하며 계속 움직이고 고체 상태가 아님을 알아냈다. 흑점은 흑체 복사radiation 이론으로 설명된다. 물체가 내는 ‘빛’의 세기는 ‘온도’의 네제곱과 비례한다. 온도가 낮을 경우 어둡게 보여 ‘흑점’이라 불린다.

 지구에게 태양은 ‘절대적 에너지원’이며, 기후와 기상 변화는 물론이거니와 무생물의 상태 변화에 관여한다. 하지만 지구의 움직임(자전과 환경 변화)은 태양이 아닌 지구의 깊숙한 곳의 열, 즉 지구열 때문이다. 태양 표면에는 자기장이 흐르며 돌게rotate 하고, 입자 이동이 특정 지역에선 오로라를 일으킨다. 저자의 “보는 것은 믿는 것(165쪽)”이라는 말을 믿는 대로 보인다고로 이해했다. 내 판단 기준에서 지레짐작하기보다는 이성적인 옳고 그름을 따라 매사 신중 또 신중. 

 앞 장에서 살펴보았듯이 지구는 지각과 맨틀과 핵(안정적 원자인 철이 주됨)으로 구성된다. 외핵과 내핵을 나눠볼 수 있고, 내핵은 압력이 높고 ‘고체’인데 비해 외핵이 액체로 자기장을 형성한다. 우주물질의 대부분은 별이고 별은 수천, 수억 ‘도°’의 온도를 보관한다. 토렴인가요. 아니 언제든 터질 수 있다는 소리인가요. 별=열, 불타오르다가 종말을 맞이해서 안전빵으로 무수히 많은지도 모르겠으. 

 지구열 이론은 미약한 단계이나 많은 별이 존재하는 데는 이유가 있다. 별은 태양과 지구에 영향을 준다. 원자핵은 핵분열과 핵융합을 통해 우주의 움직임과 에너지를 관할한다. 우주는 퍼포먼스 무대라는 엔딩요정 무브 큐~~ “우주는 시공간에서 물질이 운동하며 만들어내는 거대한 연극이다(166쪽).” 극이 끝나 내려오고 다른 극을 올린다. 그 속에 우리