기원의 탐구, ORIGINS
빅뱅, 지구 그리고 인간 138억 년의 빅 히스토리
짐 배것 Jim Baggott 지음, 박병철 옮김
지대넓얕 팟캐스트 ‘의식의 기원’ 편을 무척 재밌게 들었다. 그 이후 ‘기원'이라는 단어에 묘한 끌림을 느꼈다. 왜 시작됐을까? 어떻게 시작했을까? 그러고 보니 [인류의 기원], [행복의 기원]처럼 기원이라는 제목이 달린 책도 많다. 이 책은 여러 기원에 대한 최신 과학 이론을 설명한다. 특히 우주론에 관해서는 미치오 카쿠의 [평행우주]보다 잘 정리해 놓은 거 같다.
우주는 138억 년 전에 빅뱅으로 탄생했다고 한다. 또한 우주는 완전한 무에서 양자적 요동을 통해 탄생했다고 주장하는 이론도 있지만 아직 밝혀진 것은 없다.
빅뱅 후 38만 년 지난 재결합기 시기에 지금 우리 눈에 보이는 빛과 물질이 생성되었다. 그 전에는 우주의 온도가 너무 높아 플라스마 상태에 갇혀있다가 이 시기에 탈출한 광자가 우주를 밝힌 최초의 빛이다.
빅뱅 후 3억~5억 5천만 년 사이에 최초의 별과 은하가 형성되었고, 46억 년 전에 빠르게 회전하는 분자구름으로부터 태양계가 탄생했다.
지구에는 35억 년 전에 단세포 생물이 처음 등장했고, 28억 년 후에는 산소로 호흡하는 최초의 동물이 등장했다. 생명 탄생의 기원으로는 여러 설이 있는데 진흙 같은 무생물체에서 자연적으로 발생했다는 자연 발생설과 외계 유입설, 원시스푸 가설, 열수분출공 발생설 등이 있다. 이 중에서 열수분출공 발생설이 주목받고 있는데 원시 지구의 상태와 비슷하고 이런 고온, 고압과 산소가 없는 상태에서 생활하는 미생물들이 생명 기원의 열쇠를 가지고 있다고 보기 때문이다.
진핵세포의 기원인 '세포 내 공생설'도 매우 흥미로운데 세포 내 에너지 발전소인 미토콘드리아가 프로테오 박테리아와 동일한 조상이라는 설도 놀랍다.
500~700만 년 전에 침팬지가 마지막으로 분화되면서 인류의 조상인 호미닌이 처음으로 등장했고, 200~400만 년 전에 현생인류의 조상인 오스트랄로피테쿠스 등장했다. 호모 사피엔스는 20만 년 전에 아프리카에 처음으로 출현했다. 인간이 다른 동물들과 다른 가장 특별한 점은 의식이 있다는 것이다. 의식은 외부세계를 내면에 투영하는 방법으로서 고차원적인 사고를 가능하게 했다. 의식이 생겨난 가장 큰 이유로는 언어의 발생을 들 수 있을 거 같다.
사실 어떤 기원을 밝힌다는 것은 너무 어려운 일이다. 닭이 먼저인지 계란이 먼저인지 논쟁과 비슷하다. 굉장히 많은 변수와 우연이 또는 기적이 만들어낸 진화의 결과물일 수 있기 때문이다. 현대 과학은 기적을 믿지 않지만 기원을 탐구할수록 기적에 가깝다. 하지만 인간들은 그 퍼즐을 하나하나 맞추어 가고 있고 그 속에서 진실을 찾아내려 애쓰고 있다. 결국엔 이런 노력들이 탄생의 비밀을 풀고, 인간이 살아가는 데 있어 수많은 문제들을 해결하는데 도움이 되지 않을까?
# 1장 시작 / 시간, 공간, 에너지의 기원
일반상대성이론에서 중력은 한 물제가 다른 물체에 행사하는 힘이 아니라, 물질이 시공간에 행사하는 힘으로 해석된다. 두 물체가 마주 보고 있으면 이들의 질량에 의해 시공간이 휘어지고, 바로 이 휘어진 시공간 때문에 두 물체가 상대방을 향해 끌려가는 것이다. 그러므로 진정한 원인은 '휘어진 시공간'이며, 중력은 그 결과로 나타나는 부차적 현상일 뿐이다. p39
# 2장 대칭 붕괴 / 질량의 기원
미시적인 양자 영역에서 장은 입자에 대응하므로, 장의 상호작용은 입자의 상호작용으로 생각할 수 있다. 1932년에 독일의 물리학자 한스 베데와 이탈리아의 물리학자 엔리코 페르미는 이 상호작용이 매개입자(전자기력의 경우에는 광자) 때문에 발생한다는 새로운 아이디어를 제안했다. 즉 두 전자가 광자를 서로 교환하면서 상대방에게 전기력을 행사한다는 이야기다. p75
힉스 장이 실제로 존재한다는 증거가 2012년에 발견 (...) 힉스 장과 힉스 입자가 중요한 이유는 약전자기 시기가 끝날 무렵에 우주의 위상 변화를 촉발한 원인으로 지목되었기 때문이다. 또한 힉스 장은 질량이 없던 입자들에게 지금과 같은 질량을 부여했을 것으로 추정된다. p82
# 3장 최후 산란면 / 빛의 기원
양자적 파동-입자의 위치를 정확하게 측정하고자 한다면, 운동량의 정확한 측정을 포기해야 한다는 뜻이다. 반대의 경우도 마찬가지다. 양자적 파동-입자가 단 하나의 파장으로 서술된다면, 드브로이의 관계식을 이용하여 운동량을 완벽하게 측정할 수 있다. 그러나 이런 경우에는 입자의 파동을 한곳에 집중시킬 수 없기 때문에 위치를 측정할 수 없게 된다. 즉, 양자적 파동-입자의 운동량을 정확하게 측정하면 위치를 정확하게 측정할 수 없다. 이것이 하이젠베르크가 1927년에 발견한 불확정성 원리이다. p128
# 8장 생명 - 범우주적 칙령 / 생명의 기원
우리에게 누락된 요소 중 하나는 진흙과 같은 무생물체에서 생명이 자연적으로 탄생했다는 자연 발생설이다. 후기운석대충돌기를 겪은 후 지구가 어느 정도 안정을 되찾았던 44억~35억 년 전에 이런 기적이 일어났던 것으로 추정된다. p311
세포들이 고향인 심해 미세 구멍에서 멀리 떠내려가면 수소분자를 구하기가 어려워져서 이산화탄소에서 탄소를 고정시키지 못하고 신진대사와 성장에도 심각한 영향을 받게 된다. 이런 악조건에서는 수소를 취하는 새로운 방법을 개발한 세포들만이 살아남을 수 있었다. 자연환경이 적자를 또 한 차례 걸러낸 것이다. 이들의 생화학적 특성을 정확하게 규명할 수는 없지만, 이 무렵에 모든 생명체의 공동조상인 루카가 등장했다고 생각해도 큰 무리는 없을 듯하다. 원핵생물이 향후 등장할 모든 생명체의 원형이 된 것이다. p357
# 9장 공생 / 복합세포와 다세포 생물의 기원
진핵세포의 기원을 설명하는 세포 내 공생설은 오랜 역사를 갖고 있다. 이 이론은 1905년에 러시아 카잔대학교의 식물학자 콘스탄틴 메레사콥스키가 처음으로 제안한 후 1967년에 린 마굴리스에 의해 재발견되었다. (...) 원핵세포의 발전소에 해당하는 미토콘드리아가 @-프로테오 박테리아와 동일한 조상에서 진화했다는 증거는 꽤 확실한 편이다. 이들의 숙주 생물이 고세균이었다는 설도 유전학적 분석을 통해 어느 정도 확립된 상태이다. p390
# 10장 얼음과 불의 노래 / 종의 기원
사람은 총 39개의 혹스 유전자를 갖고 있으며, 이들은 각기 다른 4개의 염색체 안에서 4개의 소그룹(혹스 집합)을 이루고 있다. 혹스 유전자의 수가 적은 이유는 이들이 최상위에서 지령을 하달하는 '지휘통제 유전자'이기 때문이다. 이들은 다른 유전자 수백 개의 기능을 켜거나 끄는 스위치 역할을 한다. p420
# 12장 나는 생각한다, 그러므로 나는 존재한다 / 인간 의식의 기원
우리 인간은 어떤 면에서 특별했을까? (...) 가장 화끈하게 특별한 점은 바로 '의식'이었다. 인간은 외부세계를 내면에 투영하는 방법을 개발함으로써 단순한 생존을 넘어 훨씬 높은 단계로 상승할 수 있다. 의식은 추상적이고 상징적인 사고의 기반이며, 생존보다 훨씬 복잡한 '정신적 삶'의 원천이다. p511
1990년대 말에 지아코모 리졸라티가 이끄는 이탈리아 신경학연구팀은 짧은 꼬리 원숭이의 뇌에서 거울 뉴런이라는 것을 발견했고, 그 후 이와 비슷한 뉴런이 인간의 뇌에도 광범위하게 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 거울 뉴런은 다른 사람이 어떤 일을 하거나 어떤 일에 반응할 때, 또는 다른 사람이 나에게 자신의 경험을 설명할 때 활성화되어, 나의 뇌에 상대방의 뇌를 거울처럼 투사한다. (...) 우리는 거울 뉴런을 통해 다른 사람의 행동을 머리속에 무의식적으로 똑같이 시뮬레이션하고 있다.(...) 자신을 다른 사람의 처지에 대입하는 능력(감정이입)은 우리의 뇌 속에 하드웨어처럼 내장되어 있다. p541
로빈 던바는 집단의 규모와 전두엽 크기의 상관관계를 분석하여 "현대인이 감당할 수 있는 집단의 규모는 150명"이라는 결론을 내렸다. 이것을 '던바의 법칙' 또는 '던바의 수'라 한다. (...) 전문가들은 고대인과 현대인들로 이루어진 다양한 집단을 분석했는데, 어떤 경우에도 항상 '150'이라는 숫자가 등장했다. p544
