In Search of Lost Time, Part 2

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모든 것의 처음, 즉 우주의 시작을 설명하는 우주론 모형 중 현재까지 가장 유력한 것이 빅뱅 이론Big Bang이다. 귀납적 추리를 통해 기본 전제들로 ‘가설’에 도달하거나 연역적 추리를 통해 ‘가설’에서 논리적 귀결을 검증해 내거나 ‘가설’은 예측일 뿐, 빅뱅 이론이 별과 은하, 그리고 우주의 형성 및 그 구조와 행성의 탄생, 또는 생명 진화를 완전히 설명할 수 있는 것은 아니다. 우리는 허블 망원경을 통해 110억 광년 이상 떨어진 은하들을 관측하여 빅뱅 이후 20-30억 년이 지난 과거 은하들의 형태와 분포가 오늘날 우리 은하 동물원cosmic zoo과 유사하다는 사실이 밝혀냈다. 또한 우리 은하 주변 은하 동물원과 수십억 광년 멀리 떨어진 은하 동물원도 그 형태와 분포가 서로 매우 비슷하다는 점이 포착되었으나 빅뱅 이론은 아직 이것을 완전히 설명하지 못하고 있다. 1848년 문학가 에드가 알렌 포가 「유레카」에서 빅뱅을 예언하고, 1917년 아인슈타인이 일반상대성 방정식의 일반해를 얻는 과정에서 우주 팽창을 예측하고, 1922년 우주의 밀도가 시간에 따라 변하다고 믿은 프리드만은 우주상수를 뺀 중력장 방정식을 풀어 팽창 이론을 예견하고, 1927년 벨기에 사제 르매트르가 우주 팽창에 대한 논문을 발표하고, 1929년 에드윈 허블이 분광관측을 통해 우주 전체가 팽창한다는 사실을 발견한 후, 기수가 된 르메트르의 빅뱅 이론에 이어 가모브가 발전시킨 빅뱅 이론과 와인버그가 제시한 표준 빅뱅 이론은 포레드 호일이 주장한 정상 상태 우주론Steady-State Cosmology, 또는 연속 창조 이론Continuous-Creation theory과 대치하게 된다. 연속 창조 이론이란 팽창하는 우주에서 생겨나는 빈 공간들로 부터 수소원자가 저절로 발생하여 별을 형성하므로 우주는 시작도 끝도 없이 연속적으로 존재한다는 이론이다. 그러나 우주배경복사가 발견된 후 에너지보존법칙에 위배되는 CC 이론은 외면당하고, 우주에 존재하는 헬륨-4, 헬륨-3, 중수소 D, 리튬-7 등과 수소의 비율, 은하의 진화와 분포 같은 중요한 증거들을 확보한 BB 이론은 절대적 지지를 얻게 된다. 그러나 BB 이론은 우주가 ‘물질 지평선'을 넘어 과거 멀리 떨어진 지역들 사이에서 서로 물질이나 에너지를 많이 교환했다는 사실을 증명하고 적절한 물질의 양이 우주의 평균밀도와 임계밀도를 미세 조정하여 ‘편평도 문제’ 또한 해결할 수 있었다는 것과 함께 전하의 양자화를 설명할 수 있는 ‘자기홀극 문제’ 또한 증명해야 했다. 만약 우주 공간에 있는 물질과 에너지의 밀도가 크면 중력 때문에 우주는 수축하고, 밀도가 어떤 값보다 작다면 중력보다 큰 척력 때문에 우주는 팽창하게 된다. 수축과 팽창을 결정하는 값을 ‘임계밀도’라고 하는데, 이 값은 관측되는 ‘우주의 평균밀도’와 ‘우주의 임계밀도’의 비율이다. 현재 우주의 밀도인자Ω는 (보통물질의 밀도인자Ωb) + (차가운 암흑 물질의 밀도인자Ωc) + (암흑에너지의 밀도인자ΩΛ) + (상대론적 입자의 에너지 밀도인자Ωrel)다. Ω>1 ‘닫힌 우주’란 우주의 평균밀도가 임계밀도보다 큰 것으로 우주는 빅뱅 초기상태처럼 결국 한점으로 모아져 빅크런치Big Crunch로 끝나고, Ω<1 ‘열린 우주’란 우주의 평균밀도가 임계밀도보다 작은 것으로 영원히 팽창하다가 물질과 시공간은 갈기갈기 찢어지는 빅립Big Rip으로 종료된다. 그리고 우주의 평균밀도가 임계밀도와 같은 경우, 우리는 그것은 Ω=1 ‘편평한 우주’라고 말한다. 현재처럼 우주가 편평해지려면 우주 전체의 질량이 임계질량과 10⁻⁶²의 범위 내에서 일치해야 하는 정밀도가 필요하고, 아주 작은 오차에도 우주의 존재는 불가능하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 앨런 구스는 인플레이션이라는 새로운 개념을 제시하게 된다. (빅뱅은 대폭발이고 인플레이션은 급팽창이다.) 그는 힉스장으로 채워진 초기 우주에서 힉스장이 녹으면서 낮은 에너지 상태로의 상전이가 일어나 중력과 강한 핵력이 분리되어 엄청난 에너지를 방출하면서 인플레이션이 일어났다고 보았다. 그리고 피터 힉스는 신의 입자 ‘힉스’가 인플레이션 당시 모든 물질에 질량을 부여했다는 가설을 주장한다. 따라서 초기 우주가 하나의 점으로부터 빅뱅을 일으킬 때 우주는 광속보다 훨씬 빠르게 급팽창하고 에너지 밀도는 크게 낮아지게 되면서 대칭적이며 편평한 우주가 만들어져 지평선 문제를 해결한 것이다. 현재 힉스입자를 포함한 총 17개의 입자로 이루어진 표준 모형Standard Model으로 우리는 자연의 거의 모든 현상을 설명할 수 있다. 허수 시간 개념을 이용해 「무로부터의 우주 탄생론」을 발표한 빌렌킨 박사의 우주는 물질도 없고 공간도 없는 ‘무’에서 태어났다. 당시 크기가 10⁻¹⁰m인 원자나 10⁻¹⁵m인 원자핵보다 작은 우주는 10⁻³⁶초에 10⁴³배의 속도로 급팽창하여 에너지는 10¹⁵GeV, 온도는 10²⁸도 이르렀다. 그러나 인플레이션이 어떻게 시작하고 어떻게 우주가 1초도 안 되어 100억 광년의 크기로 팽창하다가 순식간에 느려졌는지에 대한 정확한 물리적 메커니즘은 밝혀지지 않았다. 얼마후 구스의 인플레이션 이론은 린데에 의해 대체됐으나 이 또한 문제가 발견되어 린데는 우주의 빅뱅이 무한히 계속 발생한다는 혼돈 인플레이션 이론을 발표한다. 그리고 알브레흐트와 마구에이조는 우주의 초기에서부터 지금까지 빛의 속도는 서서히 변해왔다는 주장으로 지평선 문제, 편평도 문제, 우주 상수 문제들에 대한 해답을 제시한다. 아인슈타인이 특수 상대성 이론에서 빛의 속도는 언제나 일정하다고 말한 것과는 대조되는 ‘변하는 광속 이론’으로 우주 초기에 빛의 속도는 지수 함수적으로 지금까지 감소되어 왔다는 것이다. (Albert Einstein said that nothing travels faster than the speed of light. 그런데 학자들은 양자얽힘의 비국소성non-locality을 증명하기 위해 양자적으로 얽힌 두 광자를 각각 서로와 멀리 떨어진 장소에 두고 실험을 했는데, 아인슈타인이 비꼰 ‘도깨비 같은 원격 작용’은 빛보다 무려 2만배나 빨랐다. 거리에 무관하게 정보가 즉각 전달되어 EPR 논문과 아인슈타인의 국소성locality 주장이 틀렸음을 증명한 것이다. 또한 유럽입자물리연구소CERN는 실험을 통해 태양의 핵융합 과정이나 초신성 폭발 때 생겨나는 ‘유령입자’ 중성미자가 빛보다 60나노초, 즉 1억분의 6초 빠르다고 밝혔다.) 그렇다면 무엇이 빅뱅을 일으켰는가. 또 물질과 에너지는 어디에서 왔는가라는 질문을 하게 되는데, 1940년 조지 가모프와 랠프 앨퍼는 가상의 최초의 물질인 아일럼Ylem이 대폭발을 일으켰다고 설명한다. 가모프는 빅뱅이론에 중요한 증거가 되는 가벼운 두 원소 수소와 헬륨이 왜 우주에 그토록 많은지 그 원소들의 양과 비율을 3:1로 정확히 설명한다. 빅뱅 후 3분이 지나자 뜨거웠던 우주가 10억도로 식으며 우주는 대폭발 핵합성을 하는데, 양성자와 중성자들은 줄어든 운동에너지로 인해 서로 충돌하거나 결합하여 중수소와 헬륨 원자핵을 생성한 후 다시 재융합해 헬륨 원자핵을 만들게 되고, 핵합성이 끝나자 수소와 헬륨의 비율은 현재와 같은 75%와 25%가 된다. 그 후 빅뱅 이론가들은 우주의 척력을 발생시키는 입자 인플라톤inflaton이라는 임의의 스칼라 필드scalar field가 우주에 존재하는 모든 것의 근원이라고 설명하며, 가속 팽창하는 우주의 균질성과 등방성을 증명하기에 이른다. 그리하여 드 지터 de Sitter 해는 인플레이션의 가속팽창을 설명할 수는 있으나 암흑에너지에 의해 가속 팽창하는 우주가 정상 상태로 돌아가는 ‘우아한 출구 문제’graceful exit problem는 프리드만의 감속팽창 팽창곡선을 따르게 된다. [참고.인용: 「우리는 모두 별에서 왔다」, 윤성철, 「빅뱅과 5차원 우주 창조론」, 권진혁, 위키백과, 「빅뱅과 인플레이션 우주」, 윤성민, 「대폭발과 우주의 창조」, 양승훈, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호]

빅뱅(신의 죽음), 그렇게 인플레이션 이론이 등장했다. 그리고 시간 안에 존재하는 모든 것은 아름다웠다. 아름다움은 이론이고 정신은 명제다. ¨선악¨의 충동에서 정반합(바를 정正, 되돌릴 반反, 합할 합合), 존재는 끝없이 ¨아름다움¨을 추구한다. “On me voit donc je suis i”, 어떤 물리량의 값이 측정이라는 행위 이전에는 존재한다고 하는 것이 불필요했기 때문이다. ii 물음 하나, 절대-앎은 시공을 초월하는가. [참고.인용: Jean-Paul Sartre i, Copenhagen interpretation ii]

인플레이션 이론를 이해하기 위해서는 우선 열역학 제2법칙을 집고 넘어가야 한다. 엔트로피가 높은 상태를 무질서, 즉 평형 상태라고 말하고, 엔트로피가 낮은 상태를 질서, 즉 비평형 상태라고 말한다. 간단하게 평형 상태라는 것은 김이 모락모락 피어나던 커피가 방의 온도와 같게 식어버린 상태를 의미한다. 반대로 비평형 상태라는 것은 엔트로피에 변화가 일어날 것임을 의미한다. 만약 우주가 고립된 정적상태라면 우주는 이미 열적 평형 상태를 이루어 열적 죽음thermal death에 도달했을 것이다. 이것을 열사망heat death이라고도 하는데, 우주의 종말 중 하나의 가능성으로 엔트로피는 최대가 되고 모든 물질의 온도가 일정하게 되어 자유 에너지가 없는 상태에서 공간에는 아무것도 존재하지 않게 된다. 하지만 우주는 지금도 팽창하고 있으며, 원자가 쿼크들로 붕괴되는 것을 막는 강한 핵력, 몸이 팽창하지 않게 양과 음의 전하가 균형을 이루도록 만드는 전자기력, 그리고 궤도를 돌며 지구를 하나의 개체로 유지시켜주는 중력이 우리의 상태를 유지시켜 주고 있다. 그런데 아인슈타인은 이같은 우주를 팽창하지도, 수축하지도 않는 정적상태로 만들기 위해 자신의 일반상대론 앞에 우주상수항(람다Λ Lamda, 종종 제5원소quintessence iii)을 추가하게 된다. 영원하지 않고 끊임없이 변화하는 우주는 아인슈타인에게 아름답지 못했던 것이다. 그 후 1998년 펄머터, 슈밋, 리스가 초신성 Ia형을 관측하다가 우주가 과속 팽창한다는 것을 발견하게 되고, 이같은 현상을 설명하기 위해 중력에 반해 팽창을 가속시키는 척력의 원동력을 설명해야 했다. 우주 팽창 에너지는 빅뱅 초기에 거이 다 소진되어 버렸으므로 이론가들은 가속 팽창이 지속되려면 엄청난 에너지가 필요한 점을 지적하며 이것을 설명하기 위해 가설적인 암흑 에너지(우주상수)를 가져온 것이다. 결국 이같은 진공에너지를 오늘날 우리는 암흑에너지라고 부르고 있다. 급팽창 당시의 우주상수는 Λinfl ≈10¹⁰⁰Λ로, ‘아인슈타인의 장 방정식’ G=8πϒT+Λg에서 Λg는 진공 에너지로 인해 생기며, iii 양의 에너지를 갖은 진공은 ‘아인슈타인의 질량-에너지 등가’ E=mc²에 따라 질량을 가질 것이라 예상하고 있다. (붉은 노을, 불타오르는 태양을 과학적으로 풀면 수소가 핵융합을 일으켜 헬륨으로 변하는 과정에서 질량은 사라지고 빛과 열에너지로 변하는 것인데, E=mc²으로 설명된다.) 그에 앞서 1933년, 지구에서 3억 2천만 광년 떨어진 머리털자리 은하단을 관찰하던 천문학자 프리츠 츠비키는 은하들이 항성들의 질량을 합한 것에서 발생하는 중력보다 훨씬 빠르게 회전하는 사실을 발견하게 되고, 이에 학자들은 양성자, 중성자, 전자도 아니며, 빛과 다른 전자기복사를 흡수하거나 방출하지 않지만 중력과 상호작용하는 이 물질을 암흑물질이라고 부르게 된다. 은하의 움직임이 안쪽이 바깥쪽에 보다 빠르게 도는 것을 케플러리안 모션Keplerian motion이라고 하는데, 1960년대에 베라 루빈은 원반형 나선 은하에 속한 대부분의 별들이 케플러리안 모션의 예측과는 달리 중심과의 거리와 상관없이 같은 속도로 공전하는 것을 발견하고 암흑물질의 가능성을 제차 확인하게 된다. 팽창초기에는 암흑에너지와의 줄다리기에서 인력을 발휘하는 암흑물질의 힘이 더 강했으나, 차차 우주가 커질수록 암흑에너지가 강해진 것이다. 따라서 중력과 반대로 작용하는 암흑에너지가 과연 무엇인가에 따라 ‘적당한 암흑물질로 뭉쳐지고 적당한 암흑 에너지로 퍼져가며’ 가속 팽창하는 우주의 미래가 정해질 것으로 보여진다. 흥미로운 것은 빅뱅 후 팽창하는 우주의 부피가 증가하여 암흑에너지의 총량은 늘었으나 밀도는 변하지 않아 에너지 보존 법칙에 위배된다는 점이다. 빅뱅 후 우주에는 방사능 물질과 같은 거대하고 무거운 원시 원자가 분열되었고, 그것들은 우라늄, 라듐, 금, 철, 규소, 탄소, 헬륨, 수소들로 쪼개져 나오게 되었다. 그와 반대인 경우 에너지 밀도는 극도로 높아지면서 탄소, 철, 금, 우라늄과 같은 원소의 원자핵은 양성자와 중성자로 분해되고, 온도가 더 올라가면 그것들은 기본 입자인 쿼크로 분해된다. 이것을 우리는 초기 원시 수프primordial soup라고 말한다. 현재 인플레이션 이론을 뒷받침해주고 있는 것은 펜지어스와 월슨이 우연히 발견한 우주배경복사의 흑체복사 스펙트럼이다. 펜지어스와 월슨이 우주배경복사를 발견하기에 앞서 가모프는 ‘(빅뱅 때) 그 강했던 빛은 어디로 갔을까’라는 질문을 던지며 빅뱅 당시 물체가 방출한 복사파의 고유한 파장의 분포를 조사해 BB이론과 정상상태우주론 중 어느 것이 맞는지 검증할 수 있다고 주장한다. ‘와인버그의 태초의 3분’ 이후 약 38만 년이 지난 당시 절대온도는 3,000캘빈이였다. 그 이하로 내려갈 경우 더 이상 양성자와 전자가 분리된 상태를 유지하지 못하고 결합되어 수소 원자를 만든다. 그러면 빛과 물질이 따로 행동하여 빛은 자유롭게 우주 공간에 퍼지는데, 이것을 138억 년 전의 공간인 ‘우주의 최후산란면surface of last scattering’에서 나온 빛, 즉 우주배경복사, 또는 태초의 잔광afterglow of creation이라고 한다. 쉽게 난로에서 발생하는 열이 방 전체로 골고루 퍼지는 원리와 같이 초고온의 아일럼Ylem이 대폭발을 하면 그 에너지 잔재가 우주에 적외선 형태로 퍼지는데 이것을 우주배경복사라고 말하는 것이다. 그렇지만 아직까지 알려진 바 없는 빅뱅의 순간은 ‘우주가 블랙홀과 같은 특이점에서 탄생해야 한다’는 사실을 일반상대성이론으로부터 수학적으로 증명한 스티븐 호킹의 이론이 전부이다. 스티븐 호킹은 「위대한 설계」에서 별이나 블랙홀 따위는 무에서부터 발생할 수 없으나 전체 우주는 그것이 가능하다는 점을 시사한다. 허블 망원경은 태양처럼 가시광선에서 빛나는 별을 촬영하기 좋고, 개발중인 제임스 웹 우주망원경은 적외선을 촬영하기에 적합하다. 그러나 모두 빅뱅 폭발의 순간을 관찰하는 것은 불가능하다. 우리가 빛을 통해 사물을 관찰을 할 때 빛이 통과하는 매질이 투명해야 하지만 우주배경복사 이전은 온도가 3,000캘빈 보다 높아서 전자를 원자핵에 붙잡아둘 수 없었고, 속박에서 벗어난 전자는 빛과 전파를 흡수하게 되어 광자는 빠져나가지 못하기 때문이다. 또 다른 문제는 인플라톤이라는 스칼라 필드가 무한의 에너지와 물질을 어디서 어떻게 가지고 왔는지를 설명하기 위해 과학의 범주를 넘어 자연주의 철학으로 이동해야 할지도 모른다는 사실이다. 진공의 양자적 요동Quantum Fluctuation에 의한 위상천이를 짐작할 수 있겠지만 그것을 검증할 수 있는 방법이 아직은 요원하다. 나아가 폴 슈타인하르트는 인플레이션 이론에서 다중 우주론의 가능성을 보고 새로운 주기적 우주론을 펼친다. 그는 우리의 공간 3차원 우주가 공간 4차원 우주의 막이라고 주장하며, 이것은 또 다른 우리가 존재할 수 있는 ‘평행 우주’와는 다른 계념으로, 4차원 공간 속에 자리한 두개의 공간 3차원이 중력에 의해 서로 이끌려 충돌하여 현재의 우주를 만들었다고 설명한다. “그대는 ‘북쪽이 아닌 위로’라는 말을 했는데, 그대가 의미하는 방향을 가르킬 수 있는가?” 이것은 2차원의 나라 「플랫랜드」에서 나온 말이다. “슈타인하르트의 주기적 우주론은 최근 많은 주목을 받고 있는 초끈 이론의 막 이론brane theory에 근거한 것이다. 지구의 표면이 3차원 지구의 2차원 막이듯이, 우리가 살고 있는 공간 3차원의 우주는 공간 4차원(시공 5차원) 우주의 막이라고 본다. 만약 공간 4차원에서 살고 있는 어떤 존재-천사일 수도 있다-가 바라볼 때 우리의 우주는 하나의 막으로 나타나고, 인간들은 모두 공간 3차원 막에 갇혀 있는 것으로 보일 것이다. i” 충돌한 두 브레인은 서로를 밀쳐내면서 현재의 우주가 되었고, 우주팽창의 가속현상을 설명할 수 있는 중력이 이 두 우주를 다시 끌어당겨 동일한 주기를 반복하게 된다. 그의 이론은 두 개의 브레인은 원래 평평했으며 우주가 모든 방향으로 균질한 것은 평행상태로 도달할 만큼의 넉넉한 시간이 주어졌기 때문이라는 점을 꼽으며 인플레이션 이론의 평평성과 균질성을 보완해 준다. 한편 로저 펜로즈의 블랙홀 주기적 우주론은 우리 우주 이전에 다른 우주가 블랙홀 속으로 붕괴하여 지금 우리의 우주를 만들었고, 우주는 영원히 주기적으로 출현한다고 설명한다. 그것은 의미되어진 것은 의미하는 것이 되고, 기표는 다시 기의를 만나 외시적 기호가 되며, 외시적 기호인 공시적 기표는 공시적 기의를 만나 다시 공시적 기호가 되는 것과 같다. 그 밖에 씨앗 우주 창조론Seed Cosmological Creationism이라는 이론이 있다. 이 이론은 5차원이나 혹은 그 이상의 어떤 높은 차원에서 창조된 씨앗우주seed universe, 즉 성년우주가 우리의 시공 4차원(공간 3차원, 시간 1차원)으로 펼쳐지는 과정을 설명한다. 플랫랜드의 주민은 우리가 말하는 위가 어떤 방향인지 도저히 알 수 없다. 그같은 질문은 그들에게 북극의 북쪽에 무엇이 있는지 묻는 것보다 어려운 질문이다. “종이를 둘둘 말아진 상태에서 쭉 펴는 것을 생각해보자. 처음에는 종이 이 끝에서 저 끝까지 매우 가까이 붙어 있다가 펴진 상태에서는 서로 멀리 떨어지게 된다. 종이 위의 개미가 볼 때, 종이가 처음부터 펴진 상태였다고 가정한다면, 이 쪽 끝에서 저 쪽 끝까지 가는데 많은 시간이 걸리겠지만, 종이가 말린 상태에서는 잠깐 밖에 걸리지 않을 것이다. ii” 펼쳐진 우주론에서 피어나는 장미의 정보는 바뀌지 않지만 그 모양과 크기는 확장되는 것처럼, 어떤 높은 차원의 씨앗우주가 우리의 시공 4차원에 펼쳐질 때 우리는 우주 도처에서 별들과 은하들이 동시적으로 출현하는 것을 목격할 수 있다. 3차원에서 플랫랜드로 펼쳐진 장미는 몇 개의 점들에 불과할 것이다. 씨앗 우주 창조론은 인플레이션 이론에서처럼 우주의 한 지점으로부터 사방으로 퍼져나가는 것이 아니라 5차원에서 이미 창조된 내용이 4차원 시공간에서 동시적으로 나타는 것이다. 최근 퀘이사를 관측한 결과 상대성 이론에서 주장하는 ‘광속의 불변’과는 달리 빛의 속도가 일정하지 않은 것을 알 수 있다. 그렇다면 ‘변하는 광속 이론’같이 검증이 불가능한 수많은 가설들을 내세우기 보다는 오컴의 면도날을 적용하여 펼쳐진 우주론에 등장하는 어떤 높은 차원에서는 시간과 공간의 성질이 다르다고 보는 것이 적합할 수 있다. 칼루차는 시공 4차원에서 여분의 차원을 적용하여 일반 상대성 이론과 맥스웰의 전자기 이론을 통합하여 중력과 전자기력 사이에 깊은 상관관계를 증명하였는데, 이것으로 여러차원이 존재하는 끈이론의 중요성이 밝혀졌다. 문제는 씨앗 우주 창조론은 암흑물질의 존재를 설명하지 못하므로 중력에 의해 항성이나 은하의 운동이 교란되거나 빛의 경로가 굽는 중력 렌즈 효과를 증명해낼 수 없다. [참고.인용: 「우리는 모두 별에서 왔다」, 윤성철, 「빅뱅과 5차원 우주 창조론」, 권진혁 i, 위키백과, 「씨앗 우주 창조론 - 창조와 시간의 해답을 찾아서」, 권진혁 ii, 「대폭발과 우주의 창조」, 양승훈, 「우주를 알아야 할 시간」, 이광식, 「거의 모든 것의 기원」, 그레이엄 로턴, 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치, 위키백과, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호, 「유행, 신조 그리고 공상, 로저 펜로즈 iii]

“상대성 이론에 의하면 질량과 에너지는 상호 변환이 가능하다. 빅뱅 직후 우주에는 아직 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자는 생겨나지 않았으며, 우주는 광자, 전자, 양전자, 중성미자, 퀴크로 이루어졌다. → 빅뱅 이후 100분의 1초 정도 지나서 우주의 평균온도가 100억’C 정도로 떨어지자 퀴크 3개가 서로 결합하여 양성자와 중성자들을 만들었다. 빅뱅 이후 10초쯤 지나서 이제 우주가 30억’C 정도로 식었을 때, 전자와 양전자들은 1대 1로 결합하면서 막대한 에너지를 방출하면서 사라지고, 우주에는 약간의 여분의 전자가 안정된 상태로 남게 되었다. 우주의 온도가 더 냉각되면, 이 여분의 전자들이 양성자와 결합하여 수소 원자를 만들게 된다. → 빅뱅 이후 약 3분쯤 지나서 온도가 10억’C 정도 떨어지게 되자 드디어 양성자와 중성자들이 강한 핵력으로 결합해서 양성자 두 개와 중성자 두 개로 구성되는 안정된 헬륨-4의 원자핵을 만들었다. → 비로소 수소와 헬륨 두 가지 원자핵이 우주 속에 존재하게 되고, 이들이 별과 은하를 구성하는 기본 요소가 되었다. 우주에 존재하는 100여 가지의 원소들은 모두 이 두 가지 원소로부터 발생한 것이다. 따라서 우주의 역사에서 최초의 3분간은 매우 중요한 의미를 갖는다. 이제 약 30분이 더 지나서 헬륨 원자핵이 만들어지는 과정이 끝났을 때는 수소 원자핵에 해당하는 양성자와 헬륨 원자핵의 비율은 약 73대 27정도가 되었다. 이 비율은 우주 속의 모든 은하들과 별들 속에서 관찰되는 비율이다. → 태초의 3분이 지나고 수십만 년 동안 우주의 온도가 수천도까지 식을 때까지 우주의 구성 성분은 별다른 변화 없이 팽창을 계속하며, 이 기간은 태초의 3분간에 비하면 무척이나 길고 지루한 시간이라고 볼 수 있다. 이제 우주의 온도가 충분히 떨어지자 비로소 양성자와 전자가 결합해서 수소 원자를 형성하고, 헬륨 원자핵과 전자 2개가 결합해서 헬륨 원자를 만든다. 드디어 화학반응의 기본 단위인 원자들이 우주의 무대에 등장한 것이다. 수소 원자와 헬륨 원자는 우주를 구성하는 가장 기본 단위인 것이다. i” 현재 우주 전체의 평균밀도는 1m³당 10⁻³¹g으로 진공에 가까운 텅 빈 공간인데, 이것은 ‘큰 성당 안에 모래 세알과 같은 비율 iii’이다. 우주를 이렇게 만든 건 끌어당기는 힘, '중력으로 인한 덩어리짐의 과정 ii' 때문이다. 처음 우주에는 물질들이 전반적으로 골고루 분포해 있었으나 다른 주변보다 밀도가 높은 지점들이 있었고, 중력은 밀도가 높아 질량이 많은 곳에서 더 강하게 작용하여 더 많은 물질을 인력으로 끌어당기어 차츰 은하가 만들어지고 빈 공간들이 생겨나기 시작한 것이다. 원자핵을 이루는 두 양성자 사이의 중력은 강력의 10⁻³⁷ 정도 작지만, 별을 이루는 모든 양성자가 만드는 중력은 강력하다. [참고.인용: 「우리는 모두 별에서 왔다」, 윤성철 iii, 「우주를 알아야 할 시간」, 이광식, 「마지막 3분」, 폴 데이비스, 「태초의 3분」, 와인버그 i, 「유행, 신조 그리고 공상, 로저 펜로즈 ii]

특이점singularity에서 시공은 존재하지 않았다. 그것은 아름다울 것이 없고 ¨선악¨의 정의가 불필요한 절대-앎이다. 라플라스의 도깨비Laplace's Demon는 어디에 있지? 내가 가르쳐주리라. 우리가 도깨비를 죽여버렸다. 너희와 내가! 우리 모두는 도깨비를 죽인 자들이다! ... 우리는 어디로 움직이는가? 모든 항성으로부터 멀어져 가고 있는가? 우리는 계속해서 추락하고 있는 것이 아닌가? 뒤로, 옆으로, 앞으로, 모든 방향으로? 아직도 위쪽이 있고 아래쪽이 있는가? i [참고.인용: kritische gesamtausgabe i]

실수란 제곱하면 플러스 값이 되는 수이고, 허수란 제곱하면 마이너스 값이 되는 수다. 스티븐 호킹의 무경계 가설No-Boundary Proposal은 우주가 탄생했을 당시는 실수시간이 아닌 허수시간이었다는 것을 설명하며 우주가 허수시간에서 시작하여 불확실성의 원리에 따라 끊임없이 요동하는 에너지 상태에서 터널 효과로 언덕을 넘은 후 지수함수 형태의 급팽창으로 이어졌다며 빌렌킨의 ‘무로부터의 우주 탄생’을 이론화하게 된다. 물리학에서 무란 시간과 공간이 없는 ‘떠다니는 전자기가 조금 있는 양자론적 진공상태’iii를 말한다. 만약 우주가 실수가 아닌 허수에서 시작되었다면 우주의 기원인 특이점은 사라지게 된다. 허수시간에서는 힘의 방향도 바뀐다. 시간 경과에 따른 위치 변화가 속도(m/sec)이고 시간 경과에 따른 속도 변화가 가속도(m/sec²)이므로, 허수는 제곱하면 마이너스값이 되고 뉴턴의 법칙 F=ma에 따라 힘의 방향이 바뀌게 되는 것이다. 양자 드 지터 우주는 허수시간을 통해 고전역학 법칙에 따라 팽창하게 되고, ‘허수시간의 시공’이 생기면 거기서부터 실수시간을 통해 ‘실수시간의 시공’이 생겨난다. 그런데 프라드만 우주는 처음부터 실수시간으로 시작한다. 프리만의 우주는 원뿔모양으로 우주의 발생 시점인 중심점 ‘0’이 뾰족한 모양이다. 뾰족한 끝에서는 과거의 시간이 존재하지 않아서 우주가 어떻게 시작되었는지 원인을 알 수 없게 된다. 일반상대성이론을 따라 우주의 과거로 거슬러 올라가면 우주의 크기는 0이 되고 모든 물질이 한곳에 모여 있으므로 물질밀도는 무한대인 특이점singularity에 이르는데, 여기가 원뿔의 뾰족한 끝이다. 반면 드 지터 우주는 원통모양으로 우주의 발생 시점인 중심점 ‘0’이 반구처럼 둥글다. 허수시간이 흐르면 공간과 시간 방향에 차이가 없어져서 특이점이 사라지는 것이다. 이같이 ‘0’이 특이점이 아니면 주변 물질과 똑같은 물리법칙이 적용되어 우주의 시작부터 물질상태가 정해진다. 프리만의 우주는 공간의 운동을 결정하는 힘이 일반적인 물질에서 나왔으므로 팽창속도가 느린 반면, 드 지터 우주는 우주항이 힘의 주된 원천이기 때문에 급격한 팽창을 하게 된다. 에너지가 가장 낮은 상태, 또는 안정된 바닥상태를 진짜 진공true vacuum이라고 하고, 불안정한 들뜬 상태를 가짜 진공false vaccum이라고 말한다. 가짜 진공 안에는 10⁸⁷줄joule의 에너지가 포함되어 있는데 질량은 약 10⁶⁷톤으로 오늘날 관찰되는 우주 전체의 질량인 10⁵⁰톤 보다 크다. 대통일이론에 따르면 우주는 가짜진공상태에서 시작되어 중력을 제외한 나머지 3가지 힘인 약력, 강력, 전자기력은 하나의 힘으로 통합되어 있었다. 그런데 가짜 진공이 발휘하는 압력이 중력과 다투게 되어 알짜 효과가 큰 척력이 발생함으로써 어느 순간 힘의 구조가 붕괴되고 드 지터가 예견한 점차 빠르게 팽창하는 우주가 탄생한 것이다. 가짜진공상태란 고여있는 물이 댐에 엄청난 압력을 가하고 있으며, 이를 통해 엄청난 에너지를 방류할 수 있는 잠재력과 같다. 하이젠베르크의 불확정성의 원리에 의하면 진공의 양자 공간에서 입자와 반입자들은 쌍생성되었다가 다시 쌍소멸을 반복하고 순간에만 에너지를 가지며 존속하는 가상입자를 만들어 내는데, 이 같은 현상을 카시미르 효과라고 부른다. y = aᵡ, 우주의 크기가 지수함수적으로 급격히 증가한 이유는 수학적으로 우주의 크기인 y가 고정된 x라는 시간의 주기에 따라 a배가 되었기 때문이다. 이것은 빅뱅 후 크기가 원자핵만 하던 우주가 10 ⁻³⁶ 에서 10⁻³초 사이에 10조분의 1의 10조분의 1초마다 2배로 증가하며 100번 똑딱거린 후 1광년의 크기로 급팽창 했다는 것을 말한다. (1광년 = 2¹⁰⁰) 따라서, 무 → 허수시간 → 드 지터 우주 → 빅뱅 → 프리드만 우주가 된다. 무에서는 공간이 없는 상태이지만 허수시간을 지나면 공간이 있는 상태가 된다. 상온 20도의 얼음이나 영하 20도의 물은 ‘별난 있는 상태’i로, 시간이 지나면 ‘진짜 있는 상태’i가 된다. 무엇의 ‘별난 없는 상태’i도 마찬가지로 무에서 많은 입자들이 생성되어 입자들은 ‘별난 있는 상태’가 된다. 그런데 ‘별난 없는 상태’에서는 우주항이 ‘0’이 될 필요가 없고, 그것은 급격히 팽창하는 드 지터 우주다. 이 ‘별난 상태’에서 인플레이션을 거쳐 많은 입자가 생성된 것이 바로 빅뱅이다. 그러나 ‘별난 상태’는 다시 ‘진짜 상태’i로 변화하려고 하는데, 공간이 팽창하면서 다시 ‘별난 상태’가 만들어져 ‘진짜 상태’로 돌아가려는 핵융합Big Bang nucleosynthesis이 전개된다. 그리고 그것은 우주항이 ‘0’인 프리드만 우주로 이어진다. “가짜 진공이 붕괴될 때, 우주는 정상적인 감속 팽창을 계속할 것이다. 가짜 진공에 저장되었던 에너지가 열의 형태로 방출될 것이다. 급팽창으로 시작된 거대한 팽창은 우주를 절대 온도 0도에 근접하도록 냉각시킨다. 갑작스러운 급팽창의 종료는 우주를 가공할 온도인 10²⁸도로 재가열한다. 이 거대한 열탕의 흔적이 오늘날 우주 배경 복사로 살아 있다. ii” [참고.인용: 「빅뱅과 인플레이션 우주」, 윤성민,「빅뱅과 5차원 우주 창조론」, 권진혁 i, 「마지막 3분」, 폴 데이비스 ii, 「평행 우주」, 미치오 카쿠, 「빅뱅인가 창조인가」, 존 C. 레녹스 iii, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호] 

“장미는 이유 없이 존재한다. 그것은 피기 때문에 필 뿐이다. 장미는 그 자신에도 관심이 없고 사람들이 자신을 보는지도 묻지 않는다. i” 1. ‘각성’한 장미가 재크의 콩나무가 되어야 하는 이유는 슬프게도 나쁜 거인을 정의just-ify하기 위해서다. “내가 그의 이름을 불러주기 전에는 그는 다만 하나의 몸짓에 지나지 않았다. 내가 그의 이름을 불러주었을 때, 그는 나에게로 와서 꽃이 되었다. ii” 2. 그러나 그녀의 사정은 다르다. “차라투스트라를 죽이지 않으면 넌 내딸이 아니다. iii” 3. ‘망각’, “죽는다는 건 잠이 드는 것 그뿐인 것, 죽는 것 잠이 드는 것, 잠이 들면 꿈을 꾸겠지. 죽느냐 사느냐. iv” 햄릿은 노르에피네프린, 세로토닌, 도파민을 원하고 있다. 1,2,3, 무엇이 순수이성pure reason인가. [참고.인용: 안겔루스 질레지우스 i, 「꽃」, 김춘수 ii, 「마적, The Magic Flute」, 모차르트 iii, 「햄릿」, 셰익스피어 iv]

무10⁻4⁴⁵s에서 → 빅뱅 직후10⁻4⁴³s의 순간까지를 플랑크 시대Planck Era라고 하는데, 이 시기에는 4가지 기본 힘인 전자기력¹, 약한 상호작용², 강한 상호작용³, 중력⁴이 초힘⁵superforce이라는 하나의 힘으로 통합되어 있었다. 그 후를 대통일 이론 시대Grand Unification epoch, 즉 빅뱅 직후10⁻4⁴³s에서 → 프리드만의 급팽창 우주10⁻³⁵s가 시작하기 전까지를 말하며, 당시 중력을 제외한 전자기력¹, 약한 상호작용², 강한 상호작용³은 핵전기력¹⁺²⁺³electronuclear으로 통합되어 있었다. 프리드만의 급팽창 우주는 4개의 힘이 분리되면서 상전이를 통해 에너지가 낮은 상태로 떨어져 인플레이션을 일으켰던 것이다. 제일 먼저 대통일 이론 시대에 우주 온도 10³²K에서 중력⁴이 10⁻4⁴³s에 떨어져 나가고, 한창 급팽창할 당시 우주 온도 10²⁷K에서 강력³이 10⁻4³⁵s에, 그리고 쿼크로 구성된 최초의 강입자가 탄생했을 무렵 우주 온도 10¹⁵K에서 약력²이 전자기력¹에서 10⁻4¹²s떨어져 나갔다. ii 물리학자들은 전기와 자기가 합쳐져 전자기력¹을 만든 후, 전자기력¹과 약력²을 높은 에너지에서 하나의 전약력¹⁺²으로 만들면 여기에 강력³을 포함시켜 대통일 이론¹⁺²⁺³GUT을 만들 수 있다고 예측하고 있다. 가상의 물질인 ‘자극 홀극’이 발견되면 대통일 이론을 실험으로 검증할 수 있으나 아직까지 발견되지 않았다. 그리고 학자들은 강력³과 전약력¹⁺²이 높은 에너지에서 하나의 힘으로 통합하지만 낮은 에너지에서는 대칭이 깨지면서 서로 다른 힘으로 분리한다고 예측한다. 실제로 입자물리학의 표준 모형Standard Model에서 전자기력¹, 약한 상호작용², 강한 상호작용³의 결합 상수coupling constant를 계산하면 높은 에너지에서 하나의 값에 가까워진다고 하는데, 이 의미는 세 힘¹⁺²⁺³이 통일한다는 증거라고 보고 있다. 그리고 마지막으로 여기에 중력⁴을 포함하면 플랑크 시대에 존재했던 초힘⁵, 초기우주의 완벽한 대칭상태인 우주의 시작인 ‘흼’, 자연계의 4가지 힘을 통합하려 아인슈타인이 제창한 통일장이론Unified Field Theory, 즉 모든 것의 이론⁵Theory of Everything이 탄생한다. 요즘은 양자론과 일반상대성이론을 통합하는 양자중력 이론의 하나인 끈 이론초끈이론superstring theory이나 고리양자중력이론loop quantum gravity이 유력한 후보이다. LGQ는 상대성 이론과 양자역학으로만은 빅뱅을 설명할 수 없어서 중력의 양자적 속성을 설명하기 위해 만들어진 이론이다. 초끈 이론은 10차원, M이론은 11차원이 되어야 하는데, 옛 보손끈 이론에서는 우주가 26차원으로 이루어져 있었다고 한다. 초끈 이론은 우주가 4차원의 시공간을 포함에 모두 10개의 차원으로 이루어져 있고, 6개의 차원은 숨겨져 있다고 한다. 그 6차원을 ‘칼라비-야우 다양체’로 상상해 볼 수 있는데, 현재 학자들은 빅뱅 초기의 10차원은 밝혀지지 않은 이유로 3차원 공간만 크게 확장되었다고 유추하고 있다. 우리가 사는 4차원 우주란 위도, 경도, 고도, 그리고 시간을 포함한 차원인데, 그렇다면 그 이상의 차원은 어떻게 설명할 수 있나. “끈 이론이 아니더라도 우리는 일상생활에서 여분의 차원을 자주 만나고 있습니다. 부엌의 후라이팬도 그 예이지요. 팬의 코팅 물질은 여분의 차원을 통해서만 격자(원자배열구조)의 규칙성이 드러나는 재료입니다. 1982년 이스라엘 테크니온대학의 금속공학자 셰흐트만은 미국 표준연구소에서 연구년을 보내던 중 준결정quasicrystal이라는 합금을 발견했습니다. i” M이론은 호라바-위튼의 막 모형을 통해 물리적 현상을 가시화했고, M이론이 초끈 이론과 다른 점은 11번째의 차원인 벌크에서 닫힌 끈인 중력자들이 두 3-막 사이에 있는 벌크 공간을 자유롭게 이동할 수 있다는 것이다. 그 후 나온 것이 ADD 모형인데, 이 모형은 중력이 다른 세 가지 힘에 비해 엄청나게 작은 이유를 설명할 수 있고, 이를 실험적으로 검증할 수도 있게 된다. 그리고 얼마 후 랜달-선드럼의 막세계 모형은 다섯 번째 5차원인 반 드지터 공간이 말안장처럼 중력막에서 멀어질수록 지수적으로 휘는데, 그 결과 우리의 막에 이르러 모든 것은 커지고 중력도 극도로 미약해진다는 해석을 하게 된다. [참고.인용: 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치, 「우주는 어떤 모양인가」, 자일스 스패로, 「The Cosmic Timeline」, ohio-state.edu Lecture 38 ii, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호 i]

시간은 ¨아름다움¨의 크기다. General relativity, 그러므로 관찰자의 속도에 따라서, 중력의 세기에 따라서 아름다움은 달라진다. (‘체Che는 혁명이다.’ 너라는 ¨이론¨은 너의 생애가 끝난 후 너라는 ¨앎¨이 된다. 우주는 우연 가운데 필연을 찾아가고 있다. 우주라는 ¨이론¨은 우주의 생애가 끝난 후 우주라는 ¨절대-앎¨이 된다.) 우주가 아름다운 것은 모든 것의 이유Theory of Everything 때문이다.  


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아름다움은 이론이고, 정신은 명제다. 미학은 모든 이론의 필연이고, 삶life은 앎을 체화한 존재다. 허무는 우연의 변명이고, 잠재적 앎의 확률은 내내 변함없이 아름답다. 아름다운 방정식이란It must be Beautiful, “1. 에너지 양자화에 대한 플랑크-아인슈타인 방정식, 2. 로지스틱맵 방정식, 3. 드레이크 방정식, 4. 아인슈타인의 에너지-질량 등가 방정식, 5. 몰리나-롤런드 화학방정식, 6. 슈뢰딩거의 파동방정식, 7. 디렉 방정식, 8. 진화 방정식, 9. 아인슈타인의 일반상대성이론 방정식, 10. 섀넌 방정식, 11. 양-밀스 방정식” [참고.인용: 「It must be Beautiful : Great Equations of Modern Science」, Graham Farmelo i]

“어떤 세균은 유전자를 손상시킬 만한 양의 우주선cosmic rays에 노출되고도 살 수 있으며, 핵발전소나 멸균된 통조림 속에서 번식하는 세균도 있다. 남극의 사막인 드라이밸리에서 보란듯이 살아가고, 수백만 년동안 얼어 있는 시베리아의 영구동토층에서 언 채로 지내기도 하며, 고무장화도 녹일 정도의 강한 염기성 호수나 산성 온천에서 끈질기게 생명을 이어가는 세균도 있다. v” 열수분출공은 지각에서 마그마로 인해 데워진 뜨거운 물이 해저 깊은 곳이나 온천처럼 뜨거운 물과 가스가 솟아나오는 굴뚝같은 구멍을 말한다. 과학자들에게 생명의 기원에 대한 단서를 제공하는 것은 해저의 알칼리성 열수공alkaline hydrothermal vent이라는 곳으로, 화산성 열수공volcanic hydrothermal vent 혹은 블랙 스모커black smoker와는 다르다. 오늘날은 물론이고 초기 지구에 흔했을 것으로 추측하는 알칼리성 열수공은 난류의 발생이 적다. 열수공에서 나온 알카리성 액체는 태양계의 기본 구성 단위이자 지구에서 가장 흔한 감람석이라는 광물과 반응하여 수소 성분을 높이고 열을 발생하게 하며, 차가운 바닷물과 만나 광물질은 침전되며 차츰 암석 기둥을 형성해 나간다. 과학자들은 수소가 이산화탄소를 만나는 이같은 구조물은 생명의 구성 유기분자를 만들기 알맞은 장소라고 보고 있다. 생명의 기본단위인 유기분자는 탄소와 수소의 조합으로 만들어진다. 양성자가 풍부한 산성인 바닷물과 양성자가 빈약한 알카리성 열수공 액체가 천연의 배터리 형태로 구배gradient를 만들어 CO2와 수소 사이의 반응에 동력을 공급하여 복잡한 분자나 RNA를 만들었을 것이다. 일례로 황세균sulphur bacteria와 같은 경우, i 열수공에서 나오는 황화수소 기체에서 뽑아낸 수소를 이산화탄소와 결합하여 유기물질을 만들 수 있다고 한다. 이러한 초고온성 미생물은 역자이라아제reverse gyrase 효소 때문에 높은 온도에서도 견딜 수 있으며, 빛을 통해 에너지를 만들지 않고 지각에서 분출된 액체에서 녹은 기체로부터 에너지를 얻는다. 실제로 1970년 지질학자 잭 콜리스는 갈라파고스 중앙해령의 열수분출공에서 박테리아와 비슷한 고세균archaea을 발견했고, 고세균과 박테리아를 먹고사는 서관충tube worm도 발견했다. ii 그리하여 비로소 핵산이 단핵세포로, 이중나선의 핵산은 생명체의 구조와 기능을 결정하는 유전자로 진화하게 된다. 고분자 유기물질인 단백질을 만드는 정보는 DNA에 저장되어 있어서 DNA는 단백질이 없으면 만들 수 없고, 단백질 없이는 새로운 DNA를 만들 수 없으나 RNA가 단백질처럼 접힐 수 있고 반응을 촉매할 수 있다는 사실이 발견되면서 최초의 생명체는 RNA 분자로 구성되었을 것이라고 보고 있다. 데이비드 디머는 생명체가 연못이나 호수의 가장자리처럼 습한 곳과 건조한 곳의 경계에서 발생한다고 주장했으나, 다윈의 ‘따뜻한 작은 연못’ 가설을 토대로 화산 지대의 따뜻한 연못에서 실험해본 결과 검증에 실패했다. iv 한편 그의 연구팀은 주기적으로 습기가 변하는 지역의 지질이 세포벽 형성을 촉진함을 입증했다. iv 또한 그레이엄 케인스 스미스는 점토층의 결정이 원시적 형태의 복제이며, 여기서 발달한 분자가 생명체로 이어졌다고 주장했다. “화학적인 배열은 순전히 우연히 일어난 것으로 보인다. 단백질을 이루는 아미노산 배열에는 뚜렷한 패턴이 발견되지 않는다. 마찬가지로 유전 정보에 해당하는 DNA에도 특별한 패턴은 없다. 모두 무작위인 것처럼 보인다. 만일 물리학과 화학 법칙이 물질에서 생명이 탄생하는 기이한 일이 일어나도록 아주 잽싸게 중요한 역할을 했다면 분자 구조가 최종 결과물로 나타나지는 않았으리라. 물리학과 화학 법칙은 DNA 염기쌍이나 아미노산 배열에는 전혀 무관심하며, 특정분자 배열을 선호하는 방향으로는 작용하지 않는다. iii” 자연 발생하는 아미노산의 대부분은 L형이며 당류는 D형이다. 그리고 L형 아미노산을 이용해 자연적으로 생성되는 단백질을 왼손잡이성 단백질이라고 하고, D형 아미노산을 이용하는 단백질을 오른손잡이성 단백질이라고 한다. 그러나 생물의 몸에 존재하는 아미노산은 모두 L형으로 몸속의 효소는 L형과 D형의 아미노산 가운데 L형만을 사용한다. 과학자들은 탄소를 기반으로 하는 외계생명체가 존재한다면 카이랄성을 지닐 수 있다고 생각하여 1976년 화성 착륙선인 바이킹호에서 이 실험을 진행하려 했으나 비용 문제로 제외되고 말았다. 한편 바이킹호는 LR 실험에서 방사성 이산화탄소의 표식을 발견했으나 뚜렷한 결론없이 화성에서 생물이 검출되지 않았다는 결말을 내리고 만다. [참고.인용: 「생명의 도약」, 닉 레인 i, 「거의 모든 것의 기원」, 그레이엄 로턴, 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치 ii, 「침묵하는 우주」, 폴 데이비스 iii, 「단백질이란 무엇인가」, 후지모토 다이사부로, 「엔드 오브 타임」, 브라이언 그린 iv, 「미토콘드리아」, 닉 레인 v] 

우주의 생각ratum, 우주의 운율rhyme, 우주의 비율ratio, 우주의 이성reason, 우주의 이유reason → 우주의 아름다움 E = mc²

질소, 탄소, 산소, 수소가 결합하여 DNA와 RNA의 성분인 핵염기를 만든다. 생명체는 물, 포도당, 지방산, 아미노산, 뉴클레오티드로 이루어져 있다. 생명의 복잡한 메커니즘에 필요한 필수 10원소로는 탄소, 수소, 산소, 질소, 황, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 철 등이 있다. 그리고 자연계의 동식물이 존재하는데 필수인 29원소는 수소, 리튬, 붕소, 탄소, 질소, 산소, 플루오린, 소듐, 마그네슘, 규소, 인, 황, 염소, 칼륨, 칼슘, 바나듐, 크로뮴, 망가니즈, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 비소, 셀레늄, 브로민, 스트론튬, 몰리브데넘, 아이오딘 등이다. 산소, 규소, 철과 같은 무거운 원소들은 초신성에서 만들어지는 데, 블랙홀의 활동이 적으면 초신성의 폭발이 너무 빈번하고 블랙홀의 활동이 너무 많으면 초신성의 출현이 드물기 때문에 적당한 블랙홀의 활동이 중요하다. iv 수소와 헬륨 다음으로 태양계에서 흔한 알파 입자로 이루어진 물질은 지구와 생명체를 구성하는 탄소, 산소, 실리콘, 마그네슘, 칼슘, 철 등으로, 탄소와 같은 경우 알파 입자 연쇄 반응에서 가장 먼저 생성되고 결합 능력도 뛰어나서 다양한 화합물을 조합할 수 있다. 인체의 18%는 탄소이며, 우리 몸에는 10²⁷개의 탄소 원자가 존재한다. i 따라서 외계생명체가 발견된다면 탄소에 기반을 둔 생명체일 가능성이 높다. (그리고 우리는 우주적인 진화적 수렴evolutionary convergence을 확인하는 행운을 누릴지도 모른다. 하지만 상대는 유전자 변형으로 내장감각계통을 인지하거나 자율신경계통을 마음대로 조절할 수 있을지는 모른다.) i 그런데 생명체를 구성하는 기본적인 요소인 대기와 물은 어디서 온 것인가. 모든 생물학자가 생명에 필수적이라고 동의한 것이 바로 물인데, 물은 분자들을 모아서 화학반응이 일어나도록 유도한다. 모든 물질의 74%를 차지하는 수소는 우주에서 매우 흔한 원소이며, 3번째로 흔한 산소는 모든 물질의 1% 가량을 차지한다. 2011년 7월 APM 08279+5255 은하에서 120억 년 동안 존재해온 지구 바닷물의 140조 배나 되는 양의 물이 발견되었다. 한편 태양계의 원시 행성들은 대기를 이룰 만한 재료가 없었으나 현재 지구를 포함, 금성과 화성은 얇기는 하지만 대기층을 확보하고 있다. 우주에서 떠돌던 미생물 포자가 지구에 전달되어 생명이 기원했다는 범종설panspermia은 후기 버니어 가설Late Veneer hypothesis에 속하는 데, 시생누대에 발생한 운석 융단폭격과 태양계 바깥에서 날아온 혜성이 지구에 물, 이산화탄소, 그리고 휘발성 물질을 보내주었다는 이론이다. 국제우주정거장에서 우주 환경에 노출된 박테리아가 15~45년을 존속하고 8년을 생존할 수 있었다는 실험을 보면 터무니없는 이야기는 아니다. ii 후기 버니어 가설의 문제는 혜성의 정상적인 수소에 대한 중수소의 비율이 지구보다 더 커야하고 질소의 동위원소 함유량도 다르기 때문에 둘 사이 화학적 성분에 차이가 있어야 한다는 점이다. i 또 다른 이론은 내생기원설Endogenous Origin로, 과거 지구를 구성했던 소행성과 미행성체들이 이미 물과 이산화탄소를 내부에 숨기고 있었다는 이론이다. 과거 마그마의 바다가 굳기 시작할 때 바위의 표면에서 수화된 미네랄의 형태인 물과 바위의 내부에 탄산염 형태로 존재하던 이산화탄소는 수증기와 같은 휘발성 기체로 맨틀에 갇혀있다가 압력이 낮아지면서 어느 순간 화산을 통해 지구 표면으로 방출되었다는 것이다. i 대기압이 60기압이였던 지구에서 이산화탄소는 물과 바위에 조금씩 스며들기 시작했고, 한때 300도였던 지구의 표면 온도가 조금씩 내려가면서 물의 양은 서서히 증가했다. 더 많은 이산화탄소가 녹는 과정에서 온실효과는 점점 사라지고 지구의 온도는 점점 더 내려가 지질판의 운동이 활발해져 비로소 생명이 살수있는 조건이 만들어졌던 것이다. i 광자가 엽록소 같은 색소를 포함한 세포에 도달하여 물분자를 양성자와 산소로 분해하여 이를 화학 에너지로 사용하는 과정을 광합성이라고 하는데, 지표면에서 최초로 번성한 원핵생물인 남세균cyano-bacteria는 광합성을 통해 이산화탄소와 물을 포도당으로 변환하고, 부산물로 산소를 만드는 세균이다. 그리하여 균류, 아마바, 짚신벌레와 같이 파트너와 DNA를 섞었다가 나눠 갖는 감수분열로 번식하는 복잡한 진핵세포가 등장한 것은 20억 년 전이다. 모양을 자유로이 바꿀 수 있는 진핵세포는 다른 생명체를 잡아먹음으로써 영양분을 얻는데, 이같이 고세균과 박테리아가 서로를 흡수하는 공생관계를 세포낸공설endoymbiosis라고 한다. [참고.인용: 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치 i, 「Frontiers in Microbiology」, Akihiko Yamagishi ii, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호 iv, 「경이로운 우주」, 브라이언 콕스, 「인간의 우주」, 브라이언 콕스, 앤드루 코헨]

생명이 유지되기 위해서는 산소가 있어야 하는데, 산소를 만드는 광합성은 시아노박테리아와 녹조류와 녹색식물에서만 일어난다. 그런데 고세균 중에서는 광합성을 하는 종류가 발견되지 않았고, 세균 중 광합성을 하는 것은 시아노박테리아 뿐이다. 화석증거를 토대로 생명의 기원은 38억 5000만 년 전인데 광합성이 시작된 시기는 35~27억 년 전 사이로, 발효와 광합성 사이에 중간단계는 발견되지 않았고 생명체가 에너지 공급원인 광합성없이 어떻게 10억 년을 살 수 있었는지 학자들은 가설을 세운다. 원시진핵생물가설은 톰캐벌리어-스미스가 내놓은 생물진화가설로, 고세균이 세포핵을 지닌 원시진핵생물로 진화한 후 세균을 잡아먹었으나 세균이 소화되지 않고 공생하며 에너지를 제공하여 미토콘드리아로 진화했다는 것이다. 수소가설은 월리엄 마틴과 미클로스 뭘러가 내놓은 생물진화가설로, 원시지구에는 산소가 희박했는데 메탄생성고세균이 수소와 이산화탄소를 제공하는 세균과 공생하여 미토콘드리아로 진화했다는 것이다. 최근 미토콘드리아가 없는 생물이 발견되었는데 하이드로게노솜과 비슷한 세포소기관이 들어있었고, 이는 산소가 희박한 환경이 조성되자 미토콘드리아가 하이드로게노솜으로 퇴화되었다고 보고 있다. 닉 레인은 산소호흡말고도 황산염이나 질산염, 또는 철을 이용하는 다른 형태의 호흡도 있다고 「산소: 세상을 만들어낸 분자」에서 밝히고 있다. 미토콘드리아는 작은 세포기관으로 생명에게 필요한 에너지를 ATP형태로 생산한다. 이처럼 미토콘드리아의 진화는 딱 한 번의 우연한 사건, 즉 “한 단순한 세포가 또 다른 단순한 세포를 습득한 사건 i”에 의해 발생했다고 믿고 있다. 세포는 40억 년 동안 거의 변하지 않았는데, 말하자면 단순한 생명체는 필연적이였으나, 복잡한 생명체, 즉 진핵생물의 진화는 놀랄만큼 희박하고 우연적이며 기적적인 사건이라는 것이다. 단순한 세포가 수억 년동안 복잡한 세포로 진화했다면 그 중간에 해당하는 여러 종류의 세포들이 존재했어야 하는데 아직까지 발견되지 않았다. ‘습격’ 외 다른 학설로는 ‘발효’가 있는데, 닉 레인은 파스퇴르의 ‘산소가 없는 생명현상’을 반대한다. 발효가 일어나기 위해 12개의 효소가 필요한데 세포에게 에너지 제공수단으로서 발효, 즉 원시 스프primordial soup는 ‘환원 불가능한 복잡성’irreducibly complexity을 갖추었다는 것이다. 환원 불가능한 복잡성이란 진화론을 반대하고 지적설계 ii를 주장하는 것이다. 세포의 습격사건은 우연이다. 하지만 미토콘드리아의 진화는 ¨이론¨을 위한 필연이다. 따라서 우연에서 비롯된 관찰자는 필연이다. [참고.인용: 「거의 모든 것의 기원」, 그레이엄 로턴 i, 「미토콘드리아」, 닉 레인, 나무위키 ii]

유럽우주기구ESA의 허셜 우주망원경이 오리온성운의 빛을 분석한 결과, 생명활동에 필수적인 물, 이산화황, 메탄올, 시안화수소, 포름알데히드, 디메틸에테르 등의 탄소 화학물이 발견됐다. 또한 1969년 오스트레일리아 빅토리아주에 45억 년이나 된 탄소질구립운석carbonaceous chondrite 하나가 떨어졌는데, 과학자들은 이 머치슨 운석에서 74종의 아미노산을 발견했다. 그 중 단백질을 구성하는 아미노산인 글리신, 알라닌, 글루탐산 등등을 발견했는데, 이는 우주에 유기화합물이 많다는 증거가 된다. 네이처 아스트로노미의 연구에 따르면 생명의 중요한 구성 요소 그리신과 비슷한 다른 아미노산들이 성간 구름interstellar clouds이 별이나 행성을 형성하기 전에 성간 구름에서 만들어질 수 있다고 밝혔다. 우주탐사선 로제타는 추류모프-게라시멘코 혜성을 비행하던 중 혜성의 후광 영역에서 글리신과 인을 탐지하기도 했다. 현재까지 발견된 아미노산은 약 500개에 달한다. 그러나 인체에서 발견되는 단백질의 기본 단위인 아미노산은 20개에 불과하다. 생물의 몸을 구성하는 단백질의 기본 구성 단위인 아미노산으로는 발린, 류신, 이소류신, 리신, 트레오닌, 페닐알라닌, 메티오닌, 히스티딘, 트립토판, 글루타민, 아스 파르 테이트, 글루탐산 염, 아르기닌, 알라닌, 프롤린, 시스테인, 아스파라긴, 세린, 글리신, 티로신이 있다. 예를 들어 세포 하나가 100개의 아미노산으로 구성되어 있다면 20개의 아미노산이 조합해 하나의 세포를 만들 수 있는 경우의 수는 2¹⁰⁰⁰가 넘는다고 한다. 그리고 진화를 거치는 수많은 아미노산의 조합과 외향적인 생체 기관들은 생존을 위협하거나 도움이 되지 않는 경우 배제되었고, 생명의 현상은 물리법칙과 환경의 제한을 받을 수 밖에 없었다. 한마디로 생명의 가능성은 원숭이가 셰익스피어의 희곡을 칠 확률과 같다. 허나 생명의 진화가 무작위적이며 우연히 발생했다고 믿는 진화론자들은 시간만 충분히 주어지면 어떤 일이라도 일어날 수 있다고 확신한다. 하지만 아직 우리는 생명 현상을 설명할 이론을 발견하지 못했다. (우주life는 우연 가운데 필연을 찾아가고 있다. ¨아름다운¨ 숙명이다.) 프레드 호일 경은 다음과 같이 말한다. “눈을 가린 10⁵⁰ 명의 사람들(이것은 10만×10억×10억×10억×10억×10억 명의 사람들에 해당하는 숫자로, 이들이 어깨동무를 하고 서 있다면 지구를 가득 채우고도 남을 것이다)이 루빅 큐브Rubik cube를 하나씩 들고 그것들을 아무렇게나 돌리기 시작하여 우연히 모두 다 맞추었을 확률을 상상해 보자. 그러나 이 확률은 생명체를 구성하는 많은 고분자물질들biopolymers 중에 단지 하나가 우연히 생겨날 확률 정도와 같은 것이다. 이 지구의 원시 스프primordial soup에서 고분자물질들 뿐만이 아니라, 하나의 살아있는 세포를 작동시킬 수 있는 프로그램이 우연히 생겨났다는 개념은 명백하게 ‘고도의 난센스nonsense of a high order’ 이다.” 호일은 탄소가 별 속에서 만들어지려면 탄소의 에너지 준위인 약 7.68MeV가 있어야 한다고 예측했는데, 핵물리학자 윌리엄 파울러는 연구를 통해 그의 예측이 옳았음을 증명한다. i 그 후 호일은 한 강연에서 탄소와 산소의 에너지 준위가 서로 정밀하게 조정되지 않았다면 산소와 탄소는 생명의 출현에 필요한 비율을 갖지 못했을 것이라고 주장한다. [참고.인용: 「우리는 모두 별에서 왔다」, 윤성철, 「경이로운 우주」, 브라이언 콕스, 「유행, 신조 그리고 공상」, 로저 펜로즈]

Schrödingers Katze ? → BB, Kaboom ! → Therefore E M 299 792 458 ² m/s !  

XI. 관찰 가능한 우주(가시적 우주의 반경 약 457억 광년, 관측 가능한 우주의 가장자리까지의 공변거리 약 466억 광년) 
X. 헤라클레스자리-북쪽 왕관자리 장성(100억 광년)
IX. 거대 퀘이사 그룹LQG(지름 40억 광년)
VIII. 슬로안Sloan 장성(13.8억 광년)
VII. CfA2 장성(1,600만 광년, 폭 3억 광년, 장축 5억 광년) 
VII. ‘거대 인력체’ 은하 필라멘트(1억 6,300만~2억 6,100만 광년) 
VII. 초은하단 복합체Supercluster complexes(물고기자리-고래자리 복합 초은하단, 최대 길이가 약 10억 광년에 폭이 1억 5천만 광년)
VI. 센타우르스 초은하단, 새플리 초은하단, 시계자리-그물자리 초은하단(3,500억 개의 은하이자 250억 개 은하군과 은하단, 우주 안에는 약 1,000만개의 초은하단)
VI. 국부 초은하단, 하와이 원주민어로 끝없는 하늘 ‘라니아케아’(반경 5억 2,000만 광년, 수많은 은하군과 은하단들, 그리고 밝은 10만개의 은하들의 모임)
V. 버고 은하단(반경 7,500만 광년, 2,000개의 은하들)
VI. 국부 은하군(처녀자리/센타우르스 은하단의 중력 중심 방향으로600km/s, 직경 500만 광년, 안드로메다 은하 포함 20개여개의 은하들)
III. 우리 은하(안드로메다 은하 방향으로 100km/s, 직경 14만 광년, 2000억~1조개 별, 약 3,200개의 태양계)
II. 태양계(220km/s 우유길 중심 공전)
I. 지구(371m/s 자전, 30km/s 태양 공전)

우주에는 2조 개의 은하가 있고, 우주에는 700해 개(7X10²²)의 밤하늘에 반짝이는 별이 있고, 우린 그런 황당한 수를 아보가드로수(6.02214076×10²³)라고 말한다. 그리고 2조 개의 은하들 중 하나인 우유길에 적어도 500억 개의 거주가능한 행성이 존재한다고 한다. [참고.인용: 「우리는 모두 별에서 왔다」, 윤성철, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호, 위키백과, 「우주를 만지다」, 권재술] 

지구의 나이는 약 45억 년이며, 생명은 이 기간 중 38억 년 동안 존재했다. 35억 년에서 38억 년 사이에 출현한 ‘현존하는 모든 생명의 공통 조상’을 LUCA라고 한다. 생명의 기원 후 수 억년이 흐른 38억 년 전 세균에서 광합성 반응이 일어났고, 25억 년 전부터 진핵생물이 등장했으며, 12억 년 전부터 유성 생식이 발생했고, 5억 년 전부터 유성생식이 시작됐으며, 6억 년 전부터 여러 개의 세포로 이루어진 다세포 생물이 출현하기 시작했다. 그리고 인류는 0.0003% 동안 지구를 차지했다. “20억 년 정도만 시간을 거슬러 올라가면 생명은 지금과는 아주 다른 모습이었을 것이다. 20억 년의 세월 대부분 동안 지구는 분명 살아있었지만, 생명체는 지극히 초기 수준으로 머물고 있었다. 세균, 그리고 겉으로는 비슷해 보이지만 실제로는 아주 다른 자매 영역domain인 고세균archaea밖에 없었다. 복잡한 생명체라고 해봐야 스트로마톨라이트Stromatolite나 미생물 매트microbial mat 같은 미생물의 군체가 고작이었다. 식물도, 동물도 없이 그저 바위, 강, 바다만 황무지처럼 펼쳐져 있었다. ii” 지질학자는 화석 분석 결과와 접목된 암석의 방사성연대결정법로 지질학적 연대를 결정하기도 하고, 퇴적암과 화성암에서 들어난 지구 자기장의 기록을 사용하는 고지자기연대측정법으로 지질연대표를 작성하기도 한다. 그리고 이 지질연대표를 사용하여 생명의 긴 역사를 4개의 누대로 구분하였는데, 지구의 생명이 진화하기 시작한 시기를 ‘하데스누대’라고 하고 최초의 광합성 생명이 출현한 것이 ‘시생누대’다. 태양계의 나이가 46억 년이라는 것은 40억 년 전 지구에 떨어진 운석, 즉 소행성이 지표면이나 바다에 떨어진 것을 분석하여 얻은 결과로, 이 시기를 시생대라고 한다. 대부분의 생명들은 바다에만 존재했고, 30억 년 이상 모든 생물은 바다에 살았다. 그리하여 원생생물이 빠르게 번성한 시기가 ‘원생누대’로 최초의 진핵생물이 등장하였다. 이 세 누대, 즉 순서대로 하데스누대, 시생누대, 원생누대를 합해 선캄브리아기precambrian이라고 부른다. 그리고 다세포성 진핵생물이 빠르게 번성한 시기를 선캄브리아기 뒤에 곧바로 등장하는 ‘현생누대’라고 부른다. 하데스누대에는 대기에 산소O2가 없고 지구에 운석이 지속적으로 쏟아졌으며, 생명은 아직 출현하지 않았다. 생명의 기원으로 원핵생물이 번창한 시기는 시생누대에 들어서면서다. 4번째 누대인 현생누대는 고생대, 중생대, 신생대로 나뉘어진다. 고생대에 들어서 다세포동물이 급속하게 번성하고 최초의 어류, 곤충류, 양서류, 양치류, 그리고 파충류가 번생했다. 캄브리아기의 생물대폭발시기인 5억 4200만 년 전에까지는 단세포생물들이 주를 이루었으나, 곧 다세포생물이 등장하기 시작했다. “다세포식물과 다세포동물은 세포집단cellular colony이 형성되던 무렵에 처음으로 탄생했다. 세포집단은 동일한 세포들이 여러 개 모인 단순 집합이고, 다세포생물은 각기 다른 임무를 수행하는 여러 개의 세포들로 이루어져 있다(우리 몸의 근육과 두뇌, 뼈, 눈 등도 다세포 유기체이다). 원핵생물이 모이면 기껏해야 사상체filament나 미생물 매트microbial mat밖에 만들 수 없지만, 단세포 진핵생물이 모이면 볼복스volvox(구형을 이룬 채 떠다니는 녹조류 집단)나 점규류lime mold와 같이 다양한 집단을 구성할 수 있다. 그러므로 단세포 진핵생물이 다세포 유기체로 업그레이드된 것은 진화론적 관점에서 볼 때 당연한 수순이었다. iii” 세포들이 집단을 이루어 자신의 임무를 각자 따로 수행하는 것이 진화에 도움이 되었던 것이다. 그리고 그 다음으로 찾아온 것이 공룡이 살았던 중생대다. 인류가 진화하기 시작한 것은 현생누대의 마지막인 신생대인데, 이 당시 기후는 차갑고 건조했으며 빙하기가 반복됐다. 대기의 O2 농도는 생명의 진화에 강력한 영향을 주었다. 대기 중 O2가 증가하면서 최초의 광합성 세균, 최초의 호기성 세균, 최초의 진핵생물, 최초의 다세포 진핵생물, 최초의 척삭동물이 차례대로 등장했으며, 고생대 폐름기 말쯤 현재보다 거의 50%나 높은 O2 농도의 환경에서 거대 비행곤충류가 등장했다. 나무가 진화한지 얼마되지 않았을 시기에는 목질을 분해할 생명체가 존재하지 않아 나무들은 장수할 수 있었고, 그리하여 산소 농도가 급속히 올라갔다. ii 고생대 폐름기 다음은 공룡이 등장한 중생대로 대기의 산소 농도가 급격히 하락하면서 최초의 현화식물이 등장했다. [참고.인용: 「생명의 원리 2판」, Hill, Sadava, Hill, Price, 「거의 모든 것의 기원」, 그레이엄 로턴 ii, 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치 iii, 「침묵하는 우주」, 폴 데이브스, 「인간의 우주」, 브라이언 콕스, 앤드루 코헨]

운명론은 ‘세상의 사건은 모두 미리 그렇게 되도록 정해져 있고, 인간의 노력으로 그것을 바꿀 수 없다’고 말한다. 하지만 무수한 ¨삶¨은 수많은 우연 가운데 ¨앎¨이라는 필연을 찾아가고 있다. ¨정신¨은 거들 뿐, ¨아름다움¨을 찾아가는 삶은 우연의 연속이다. 모든 삶은 ¨하나의 앎¨에 담겨져 있지만 그 삶의 의미가 이미 정해져 있는 것은 아니다. 모든 삶은 한차원 위 ¨하나의 앎¨을 위한 파동함수같은 비가시적 확률로 존재하기 때문이다. 

우주를 관찰하는 천문학자들은 우주가 생명체의 발생에 맞게 미세 조정fine-tuned되었다며 인류지향 원리anthropic principle라는 개념을 정립한다. 학자들은 양성자의 질량과 같은 우주의 기본 입자들의 성질과 중력의 세기 같은 (두 전자 사이의 중력은 전기력보다 10⁻⁴⁴배나 작음) 근본적인 힘들이 생명체 발생을 위해 맞춰졌으며, 아주 작은 오차에도 생명체는 존재하지 않았을 것이라고 주장하는 것이다. ‘불가사의한 현상, 상식으로는 생각할 수 없는 기이한 일 i’, 학문으로 풀어낼 수 없는 복잡하고 이상하게 얽혀있는 현상, 우리가 기적이라 믿는 것은 우리가 무지한 까닭이다. ‘우주의 첫 1초는 기적이다.’ “가령, 초기 우주의 Ω가 1보다 조금만 컸다면 우주는 1초도 안 되는 순간에 수축해 붕괴했을 겁니다. 반대로 Ω가 1보다 극히 조금만 작았다면 우주는 급격한 팽창으로 수천억 분의 1초 사이에 3K(영하 270도)로 식은 후 갈기갈기 찢어졌을 것입니다. 오늘날 볼 수 있는 별은 커녕 원자 하나도 뭉치지 못했을 것입니다. ii” ₁전자기력을 중력으로 나눈 값은 10³⁶인데 만약 그 값이 10³⁵였다면 원자는 큰 물질을 형성하지 못했을 것이며 iii, ₂핵융합반응으로 헬륨이 만들어질 때 에너지로 전환되는 비율은 0.007인데 이것이 0.008이 되면 수소가 부족해 물 분자는 생성될 수 없었으며 iii, ₃플랑크의 시간10⁻4⁴³s에서 Ω오메가 값이 10⁻⁶⁰였다는 것은 Ω가 10⁻⁶⁰의 미세조정fine tuning을 했다는 것이고, ₄실제로 측정된 우주상수 값이 플랑크 질량 정도라고 예측했던 것보다 10¹²⁰배 작으므로 우주상수의 계층 문제hierarchy problem가 발생하고, ₅125GeV인 힉스입자의 관측질량은 가상입자의 효과로 힉스입자가 가지는 이론 질량Mₚ인 10¹⁷GeV와 맨질량(mₒ) 더한 것으로 극도의 미세조정fine tuning을 요하며, ₆약력 게이지 보손의 질량과 쿼크의 질량은 1경 배나 크므로 게이지 계층 문제 또한 불거져 우리의 우주가 인간이 존재할 수 있는 최적의 조건으로 ¨설계design¨되었다는 인류지향 원리anthropic principle에 힘을 실어준다. 이 원리는 약한 인류 원리와 강한 인류 원리 2가지 형태가 있는데, 만약 우주가 생명체의 발생을 돕지 않았다면 우리는 여기에 존재해 우주를 관찰할 수 없다는 것이다. “우리를 수용할 수 있도록 이런 값들이 때로는 칼날처럼 정확하게 미세조정된 것이 과연 우연일까? 예를 들면, 자연에는 우주상수cosmological constant라는 게 있다. 이것은 어떤 숫자다. 이 숫자가 실제 값과 눈곱만큼이라도 달랐더라면 이 우주에서는 은하, 항성, 행성 등이 태어날 수 없었을 것이다. 우리가 바라보고 있는 이 우주가 형성될 수 있도록 이 수치가 정확한 값을 갖게 된 것이 과연 우연일까? iv” 만약 우리가 약한 인류 원리, 즉 “지적 생명체가 존재할 수 있는 조건을 갖춘 우주에서만 그것을 관측할 지적 생명체가 탄생할 수 있으므로, 관측되는 우주는 반드시 지적 생명체가 탄생할 만한 조건을 갖추고 있다”는 것을 믿는다면 다중우주가 있다는 가정하에 다음 명제를 충족시켜야 한다. (다중우주란 스타인하르트와 빌렌킨의 혼돈 인플레이션Chaotic Inflation 모형, 혹 영원한 인플레이션Eternal Inflation 모형을 린데가 가다듬어 제창한 것으로 각각의 우주가 인플레이션을 통해 새로운 아기우주baby universe를 만들게 된다. 그리고 그와 비슷한 방식의 거품욕조 우주Bubble bath universe, 혹 주머니 우주Pocket universe도 다중우주 가설에 속한다. 그 외에도 무한한 우주에서 반복되는 평행우주인 ‘부벼이은 다중우주’, 양자역학의 확률파동에 존재하는 여러 가능성들이 모두 실현되는 ‘양자적 다중우주’, 영화 메트릭스처럼 컴퓨터 시뮬레이션으로 실제와 똑같은 ‘시뮬레이션 다중우주’, 브레인세계들의 반복된 충돌로 인해 빅뱅과 비슷한 시간적 우주가 생겨나는 ‘주기적 다중우주’, 끈이론과 M이론에 따라 3차원 위에 존재하는 우리의 우주는 다른 브레인들도 존재하는 높은 차원의 공간을 떠다닌다는 ‘브레인 다중우주’, 경험적 현상 세계는 전체의 일부분이며 실제는 더 깊고 본질적인 차원의 현실에 존재한다는 ‘홀로그램 우주’, 다산원리에 의해 이론적으로 가능한 모든 우주는 진짜 우주이며 모든 가능한 수학방정식에 기초하는 ‘궁극적 다중우주’, 영원히 지속되는 우주적 인플레이션에서 수많은 거품우주가 생겨나는 ‘인플레이션 다중우주’, 그리고 인플레이션 우주론과 끈이론을 결합하여 끈이론의 다양한 여분차원이 만드는 거품우주인 ‘풍경 다중우주’가 있다. 끈 이론의 풍경에서는 최소 10⁵⁰⁰개의 우주가 가능하다고 보는데, 2015년 MIT의 연구에 따르면 인플레이션이 일으킬 수 있는 진공의 계곡 상태가 최소 10²⁷²⁰⁰라고 한다. 지구의 모래알이 10²⁰개고 우주의 소립자가 10⁹⁰개라고 하면 양자터널효과에 의해 만들어질 수 있는 우주가 10²⁷²⁰⁰라는 사실은 실로 엄청난 것이다. ii) “지구가 갈라파고스 제도라면 나머지 오대양 육대주Goldilocks Zone의 흔적이 발견되어야 한다. 지구가 오대양 육대주라면 갈라파고스 제도Goldilocks Zone의 흔적이 발견되어야 한다.” 이 명제를 증명할 수 없다면 우리는 갈라파고스와 오대양 육대주가 동시에 존재하는 우주에 있는 것이 아니다. (혹 우리는 하와이에 있는 것인가.) ‘주어진 자연계의 기본 힘과 ¨이론¨이 확실하다면 유사한 환경조건에서 모든 것은 수렴Convergence된다.’ 이것에 이의를 주장하는 것에는 강한 인류 원리, 즉  “관측되지 않고 멸망하는 우주는 의미가 없으므로, 그런 의미에서는 지적생명체가 탄생할 조건을 갖춘 우주만이 의미있는 우주”이다. 강한 인류 원리는 우주가 어느 단계에 들어서면 우주를 관측할 수 있는 관측자가 발생한다는 것인데, 빅뱅 이후 모든 것이 ¨아름다움¨을 추구하는 것5을 보면 강한 인류 원리가 사양길로 접어들 필요는 없다. 학자들의 말대로 만약 관측자가 없다면 우주는 양자 현상 자체의 불확실성 상태에 갇혀 있는 존재하지 않는 우주이므로, 카이사르의 말처럼 ‘주사위는 이미 던져졌다’Alea iacta est는 말이다. “우주에 대한 우리의 관찰 결과 가운데 가장 놀라운 것은 우주가 이상할 정도로 생명체 발생에 맞게 미세 조정fine-tuned된 것으로 보인다는 점이다. 우주의 기본 입자들의 성질과 근본적인 힘들의 세기는 생명체 발생에 맞춰졌다. 이 요인들이 아주 조금만 달랐어도 생명체는 나오지 못했을 것이다. 예를 들어, 전자기력의 세기가 줄면 물이 안정적인 액체 형태를 가지는 온도 범위가 엄청나게 줄어든다(생물.화학 반응에서 용매solvent로 작용하려면 물은 반드시 액체여야 한다). 중력이 조금만 달라져도 행성, 항성, 은하는 서로 뭉치지 못하고 블랙홀로 빨려 들어갈 것이다. 핵력이 변화한다면 항성은 융합 반응에 영향을 받아 수명이 달라지고 빛을 내지도 못한다. 중입자 물질이 반물질보다 훨씬 많이 존재해 우리 우주의 치명적인 소멸annihilation이 일어나는 것을 막고 있는(어떤 상황에서도 물질이 확실히 존재하도록 해주는) 현상도 이런 우주적 우연 가운데 하나다. v” [참고.인용: 「우주는 어떤 모양인가」, 자일스 스패로 v, 「과학오디세이 유니버스」, 안중호 ii, 네이버사전 i, 「다중우주는 정말 존재할까」 - 윤신영, 「6개의 수Just Six Numbers」, 마틴 리스Martin rees iii, 「우주의 통찰」, 레너드 서스킨드 iv, 「멀티유니버스」, 브라이언 그린]

(허수의 시간이 흐른 뒤,) 운동의 목적은 아름다움이다. iv 미학은 관조의 작용을 분석하는 것이다. v 아름다움은 ¨앎¨으로의 이론이고, ¨정신¨은 명제다. 까닭에 미학은 모든 이론의 필연이다. 우리는 ¨이론¨을 아름답다고 말할 수 있다. 이에 ¨정신¨은 ¨이론¨의 ¨표상¨이되고, 나아가 ¨이론¨은 ¨진리¨를 담을 수 있어야 한다. 그러나 이론을 다루는 미학자는 감각이 제공하는 것에서의 절묘함을 관찰하는 자에 불과하다. iv 관조란 사물의 본질을 누리고 향유하는 일이며, 향유자의 관점이 바로 취미다. iv 취미란 “아름다운 대상을 감상하고 이해하는 힘 ii”이다. 힘은 서로를 당기고attraction 서로를 민다repulsion. 칸트는, “누구나 이 대상을 아름답다고 보아야 한다.”고 말한다. 칸트는 ‘순수한 취미 판단Geschmacksurteil’은 감각을 기초하는 것이 아닌 미학적 판단과 ‘반성Reflexionsgeschmack’에 기초한 보편성의 미적인 성질이 ‘연역’되어야 한다고 토로한다. 반성(돌이킬 반反 비칠 영映, 거울에 비친 모습)이란 표상이 ‘인식하는 것이 감성이나 오성(지성이나 사고의 능력)이냐’를 판단하는 것이다. ‘보편적이면서 필연적인 객관적 타당성을 증명하는 논의’iii를 칸트의 ‘초월론적 연역’이라 하고, 다시 말해 ¨절대정신¨으로부터 ¨이론¨이라는 결론을 이끌어내는 것이라 해석된다. 특정한 감정을 통해 주어지는 ‘감각적인 쾌’를 바탕으로 개인Homo sapiens의 주관적 감각에 한하는 감관취미Sinnengeschmack일 따름이며, 여기에는 보편 타당성이 결여된다. i 진(순수이성비판)이란 자연법Natural law이고, 선(실천이성비판)이란 정의Just-ice고, 실천적 쾌적은 기호(즐길 기嗜 좋을 호好)이지만, 미(판단력비판)는 ‘비행위적이고 지성적인 쾌’를 바탕으로 한 관조적 판단이며 ‘아무런 관심도 포함하지 않은 만족Wohlgefallen ohne alles Interesse’vi이자 은총이다. 진화는 우연이다. 하지만 진화는 ¨이론¨을 위한 필연이다. 따라서 우연에서 비롯된 관찰자는 필연이고, 우주-내-존재In-der-Welt-sein는 정당화되며, 실존의 아름다움으로 즉자적-대자는 실현된다. 그러나 ‘장미는 아름답다’는 것, 아직은 슬픔이다. [참고.인용: 「판단력 비판」, 칸트, 「칸트 미학 이론」, D.W. 크로포드 i, 네이버 사전 ii, 칸트사전 iii, Elephant iv, 니콜라이 하르트만 v, 헤겔 미학론, 「순수이성비판」, 칸트, 「노동자의 책」 vi]

지적 생명체란 자주성을 가지고 자신을 지배하는 법칙을 스스로 관리할 수 있을 정도의 진화를 통해 매우 높은 수준의 복잡하고 방대한 정보를 가지고 있어야 하며, 그 정보를 복제하는 동시에 자신 스스로를 생명체라 부를 수 있어야 한다. (la초신성은 우주의 가속팽창을 알려준다. 진화는 생명의 비밀을 알려준다. 우주의 현상은 무엇인가를 알려주고 있다. 그래도 진화론의 진화의 이유가 ¨이론¨을 위한 필연이 아니라면,) 우선 우리가 검증해야 하는 것은 ‘지성체가 들어갈 생태적 지위’i가 과연 우리에게 있는가 하는 자격심사다. 과연 우리는 자연이 35억 년 동안 지성을 위해 생명을 진화시켰다고 말할 수 있을까. 그 후 우리는 ‘생명이 들어갈 우주적 지위’에 대해 생각해 볼 수 있다. 만약 생명이 단순히 기능적인 존재이자 우연적인 유기물에 불과하다면 우리는 생명이 우주의 덧없는 미물이 아니길 바라며 생명의 ¨필연¨을 찾아야 한다. “만약 인간이라는 생명체가 단순한 사건의 결과가 아니라 점점 더 복잡해지는 우주 진화의 일부라면, 이는 어떻게든 인간 생명에 더 큰 의미를 부여할 것입니다. 외계 지성체 또는 그 어떤 생명체라도 찾게 된다면, 생명의 발생을 설명할 수 있는 일종의 깊은 {생물학적 일반 원리}가 존재한다는 전망을 확인시켜 줄 것입니다. 그리고 생명이라는 것이 우발적으로 발생한, 이러저러한 형태의 암석 덩어리들처럼 하찮은 존재가 더 이상 아니게 되고, 우리는 거대한 그 무언가에 속하게 됩니다. i” 우리가 아는 생명 현상에 대한 법칙은 다윈의 진화론을 제외하면 아무 것도 없다. 단백질을 이루는 아미노산 배열이나 유전 정보를 담은 DNA를 통해 우리는 생명에 그 어떤 특별한 패턴도 존재하지 않는다는 사실을 알게 되었다. 수많은 우연성으로 이루어진 생명은 아직까지는 “피할 수 없는 열역학적 평형의 순간을 무한정 연장하기 위해 자신의 방향을 선택할 수 있는 거칠고 난폭한 물질 ii”일지는 모른다. 혹 “생명은 죽음에 저항하는 기능들의 총체 iv”이거나 생명체 안에는 필연적으로 “생명의 창조 혹은 조직적 합성 v”이나 “죽음 혹은 유기적 분해 v”라는 두 위계의 현상들만이 존재할지도 모른다. 폴 데이비스의 설명처럼 ‘자연에는 살아 있는 계를 더 복잡하게 만들어 거대한 뇌와 지성이 출현하게 만드는, 심오한 법칙이 숨어 있는지도 모른다.’ 만약 생명의 발생 가능성이 무한한 별(7X10²²)과 같다면 생명은 ¨이론¨에 중요한 열쇠일 가능성이 높다. 아말(مسبار الأمل, 희망), 티엔원(天問, 하늘에게 묻는다), 퍼서비어런스(Perseverance, 인내), 우리는 그들이 우리의 기대치를 달성하기를 간절히 바래볼 뿐이다. [생물학자 에른스트 마이어는 생물학을 두 가지 원인으로 나누는데, 하나는 생명의 작동방식을 구조, 기제, 개체발생을 통해 설명하는 ‘근접인proximate causation’과, 다른 하나는 생명의 진화적 설명, 또는 자연선택과 계통발생을 통해 그 역사를 설명하는 ‘궁극인ultimate causation’이다. “생물학의 두 원인 중 하나인 근접인은 생리학과 병리학 연구의 지침서로 훌륭하게 작동한다. 궁극인은 의학의 핵심 주제인 생리학과 병리학에서는 원인으로 받아들여지지 않는다. 왜냐하면, 궁극인을 실험적으로 증명하는 것은 불가능하기 때문이다. iii” 이렇게 두 갈래로 분리된 생물학은 각자의 길을 걸으며 독자적인 연구를 지속했으나 진화생물학은 생리학적 기제를 등한시했고, 생리학은 진화적 기원을 고려하지 않았다. 하지만 인간유전체프로젝트Human Genome Project를 기원으로 발생학에서 구조유전자가 발견되어 생물의 다양성을 형성해가는 과정을 연구하는 진화생물발생학이 기원하게 된다. 그리고 여기서 발전해 나온 것이 ‘생명의 기원’에 관한 연구를 다루는 화학진화Chemical Evolution다. 그 외에도 생물지리학은 생물 분포와 그것의 변천 관계를 연구하는 학문이고, 분자생물학은 분자 수준에서 생명 현상을 이해하는 학문이며, 행동유전학은 유전자의 발현과 동물의 행동 사이의 연관을 연구하는 학문이고, 진화유전학은 유전자의 다양성에 의해 생겨나는 유전자와 유전형질의 변화가 진화에 미치는 영향을 연구하는 학문이며, 우주생물학은 생물의 탄생과 진화의 과정, 그리고 외계 생명체의 존재 가능성과 기작을 예측하는 학문이다.] 인류가 반드시 생명의 흔적을 찾아야 하는 것은 아니다. 만약 인류가 방사성 동위 원소인 고대 플루토늄을 지구나 근처 행성에서 찾아낸다면 그것은 외계 문명이 핵기술을 사용했다는 증거가 될 수 있다. 또한 관찰되는 별들의 스펙트럼에서 들어나는 패턴이 우리가 예측하는 결과와 다르게 나타난다면 그것은 외계 문명이 핵을 사용한 흔적일 가능성이 높다. 그러나 외계 탐사에서 다각형 기둥 모양의 암석이 발견됐다면 주상절리처럼 화성쇄설물이 급히 식으면서 냉각에 의해 발생할 수 있는 자연적인 현상을 의심하지 않을 수 없다. 짐작건대 우리에게 필요한 것은 토머스 쿤이 말한 새로운 패러다임인지도 모른다. “요점은 이렇다. 인류에 전혀 다른 영향을 미치게 될 세 가지 가능성이 있다. 첫째, 우주가 지적 생명체로 가득 찼다는 것. 이게 사실이라면 우리에게는 굉장히 신나는 일이며, 인류의 미래는 희망적이다. 두 번째, 지구는 생명이 서식하는 유일한 오아시스라는 것. 우리에게는 굉장히 부담스러운 운명이며, 동시에 이성의 불꽃이라는 소중한 유산을 영원히 보존해야 하는 중대한 사명을 부여받는 셈이다. 세 번째 가능성은, 우주에는 생명이 널리 퍼져 있지만, 우리 외에는 이를 축하할 만한 아무도 없다는 것. 우리 종에게는 좋지 않은 조짐이다. i”  [참고.인용: 「침묵하는 우주」, 폴 데이브스 i, 「생명이란 무엇인가」, 린 마굴리스 & 도리언 세이건 ii, 위키백과, 「플라이룸」, 김우재 iii, 그자비에 비샤 iv, 클로드 베르나르 v]

“철학은 간단없이 향상하려 하면서 과학으로 하여금 물건의 원인 혹은 기원을 향하여 거슬러 올라가게 한다. 철학은 또 과학 외에도 인류를 괴롭히는 문제가 있다는 것, 과학이 아직 해결하지 않는 문제가 있다는 것을 과학에게 가르친다. 과학과 철학의 이와 같은 확고한 악수는 약자에게 유익하다. 서로 향상을 격리하고 서로 껴안는다. 그렇지만 철학과 과학을 결부하고 있는 이 연락이 끊어진다면, 철학은 과학의 지지 혹은 균형을 잃고, 멀리 구름 뒤로 빠져 들어가고, 과학은 이에 반하여 자기의 진로와 향상적 정신을 잃고 타락하여, 정지하거나 또는 정처 없이 방황의 나그넷길을 떠날 것이다. 「실험의학방법론」, 클로드 베르나르”


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Life will find a way?

「침묵의 봄」에서 레이첼 카슨은 인류가 자연이 자연계에 선사한 다양성을 단순화시키고 있다고 말한다. 그는 모든 생태계는 유기적으로 연관되어서 인류가 초래한 한 생태계의 문제는 다른 생태계의 문제로 이어져 먹이사슬에 대혼란이 찾아온다고 토로한다. 자연이 행사하는 내재적 견제와 균형 체계를 유지시켜야만 모든 생명이 함께 공존할 수 있는데, 인류는 단일작물을 재배하고 필요이상의 화학물질을 사용하여 생태계를 파괴하고 있다는 것이다. 화학물질은 환경의 내재적 저항력, 즉 자정능력을 무너트리고 각 생물 종을 적절하게 조절하는 방화벽을 악화시킨다. 우리는 해충을 잡기 위해 화학물질을 사용하지만 결국 자극에 강한 내성을 지닌 곤충만 남게되어 생태계에 또 다른 문제를 불러오고 있다. 옐로스톤 국립공원의 늑대 몰살로 인한 생태계 균형 파괴와, 쌀 생산량을 늘리려다 오히려 급격히 줄어들게 만든 중국의 참새 소탕작전 사례를 보면 그 이유를 알 수 있다. 우리가 판다를 지켜야하는 이유는 판다가 배변 활동을 통해 식물 씨앗을 퍼트리며 다른 동물들이 함께 공존할 수 있는 숲 생태계를 형성해주기 때문이다. 대왕판다가 서식하는 숲은 만여 종의 식물과 천여 종의 동물이 공존하는 생태계의 거점이라고 한다. iii 만약 판다가 그골라 곰Grolar Bear과 같은 운명에 처한다면 그것은 매우 안타까운 일이 될 것이다. 과학자들에 따르면 금세기말 생물종 50%가 지구에서 사라질 것이라고 한다. 노르웨이령 스발바르 제도의 스피츠베르겐 섬에 건설된 ‘최후의 날 저장고’ 안에는 107만종의 ‘식물’종만이 있을 뿐 멸종을 앞둔 동물을 위한 노아의 방주는 그 어디에도 없다. (생물학적 다양성을 보존하는 유전자 보관소들과 동물의 조직, DNA, 그리고 수정란을 보존하는 ‘얼음 노아의 방주Eis-Arche’ 같은 프로젝트들이 있다고 한다. vii) 「침묵의 봄」은 1962년에 출판됐고 인류는 이미 1950년대부터 환경문제와 지구온난화 문제를 파악하고 있었다. 1895년 스웨덴 화학자인 센테 아레니우스가 이산화탄소와 수증기가 지구 기온에 미치는 영향에 대한 논문을 발표했던 것이다. 그러나 1987년 대기 중 이산화탄소 농도는 0.03%를 넘고 말았다. 석유기업과 석유를 이용한 대기업의 로비가 국가라는 ‘정치적인 주체’를 설득하여 환경 이슈를 군중으로부터 잠재웠고, 기후위기가 거짓이라는 날조된 연구가 우리로부터 그 심각성을 외면하게 만들었다. 산업화에 따라 도시화가 진행되면서 밀림이 개방되어 감염성질환(Coronaviruses)이 생겨났고, 온도가 상승하면서 빙하와 영구동토층이 녹아 그 안에 있던 박테리아와 바이러스가 인류에 노출되었다. 현재 북극의 빙하에는 수백만 동안 개봉된 적이 없는 질병들이 갇혀있고, vi 시베리아의 빙하에는 천연두와 신페스트균 같은 수많은 질병들이 갇혀있을 것이라고 과학자들은 추측하고 있다. 레비 스토로스가 지적한 바 숲을 없애고 농업을 시작한 곳은 먹이사슬에 얽혀있는 수많은 야생 동식물의 서식지를 파괴했다. 그는 인류가 대기오염과 수질오염을 부르고, 자원고갈과 함께 아름다운 자연의 풍광을 약탈했다고 말한다. 이제 우리가 바라보는 풍경이란 우리의 욕구와 필요에 의해 복종된, “하나의 풍경이라기보다는 마치 야외의 공장과 같이 돼버린 자연 i”이다. 문명은 생명에 유익한 환경만을 파괴한 것이 아니라 야생동물의 거주지와 표토를 무참히 짓밟았고, 결국 자연이 지닌 야성적인 모습과 그것을 통해 얻을 수 있었던 청량감을 이내 모두 소멸시켜 버렸다. “지구의 평균온도가 1° C 상승하면 북극의 얼음이 녹는 속도가 빨라져 북극곰이 멸종 위기에 놓인다. 2° C 올라가면 그린란드 전체가 녹아 마이애미, 맨해튼이 바다에 잠기고, 열사병으로 사망하는 환자들이 수십만 명으로 늘어난다. 3°C 오르면 지구의 폐 아마존이 사라진다. 4° C 오르면 높아진 해수면 상승으로 인해 뉴욕이 물에 잠긴다. 5° C 이상 오르면 정글이 모두 불타고 가뭄과 홍수로 인해 거주 가능한 지역이 얼마 남지 않는다. 살아남은 사람들은 생존을 위한 전쟁을 벌이게 된다. 평균 온도가 6° C까지 오르면 생물의 95%가 멸종한다. ii” 그린란드와 남극대륙의 빙하가 모두 녹으면 해수면은 70m 높아지고 바닷가에 있는 도시들은 모두 수장된다. v 빙하가 감소하면 마그마에 가해지는 압력이 줄고, 그리하여 화산이 폭발하면 더 많은 이산화탄소가 분출되는 악순환의 상황으로 치닫는다. 현상태가 유지되면 1.5° C가 오르기까지에 우리에게 남은 시간은 11년 249일이고 iii, 우리에게 주어진 ‘탄소 순 배출 0의 목표’는 6년 221일 안에 달성되어야 한다 iv. 인류가 아무리 환경을 망쳐놓아도 지구는 앞으로 수백만 년 유지될 것이고, 지질구조판은 자생의 능력으로 인류가 무분별하게 자원을 낭비하는 과정에서 생산한 이산화탄소를 흡수하여 정상으로 돌아갈 것이다. 하지만 그때까지 생명이 지구에 남아있으리라는 보장은 없다. “주어진 자원을 무분별하게 낭비하는 것은 경쟁자가 없는 생명체에게 흔히 나타나는 성향이다. 실험용 페트리 접시에 박테리아를 넣어두면 음식과 에너지를 마구 소모하다가 자원이 고갈되면 모두 굶어죽는다. 여기에 이유 같은 것은 없다. 살아가는 방식이 원래 그렇다. v” [참고.인용: 「표토와 문명」, 「침묵의 봄」 - 레이첼 카슨, 「인류학 강의」 - 레비 스트로스, 「슬픈열대」 - 레비 스트로스 i, 「그레타 툰베리의 금요일」, 「두 번째 지구는 없다」, 타일러 라쉬 iii, 「6도의 멸종」 ii, climateclock.net iii, climateclock.world iv, 「모든 것의 기원」, 데이비드 버코비치 v, 「2050년 거주불능 지구」, 데이비드 월러스 웰즈 vi, 「파란하늘 빨간지구」, 조천호, 「인간의 종말」, 디르크 슈테펜스, 프리츠 하베쿠스 vii]

지구에 도달하는 상당량의 태양복사에너지는 지구 표면에서 반사되어 우주로 방출되거나 대기층에 흡수되어 지구의 에너지 균형을 맞춰준다. 그런데 방출되고 남은 에너지는 나가지 못하고 우리가 생활하는 대류권과 오존층이 자리한 성층권에 머물머 순환되는 현상을 만드는데, 이것을 ‘온실효과’라고 말한다. 지구의 대기권은 대류권, 성층권, 중간권, 그리고 열권으로 나뉜다. 지구에 대기가 없거나 지구의 대기가 금성이나 화성처럼 앏다면 낮에는 너무 덥고 밤에는 영하 100° C까지 내려갈 것이다. 대기권의 공기는 질소, 산소, 아르곤, 이산화탄소, 메탄, 수증기, 오존, 아산화질소로 조성되어 있으며, 수증기와 이산화탄소와 같은 이종의 다원자 분자들은 적외선을 흡수하나 산소, 질소, 그리고 아르곤과 같은 동종의 이원자 분자들은 적외선을 흡수하지 않는다. 온실효과는 비닐로 만든 온실에서 작물이나 화초를 키울 때 사용되는데, 낮동안 얻은 태양에너지가 모두 방출되지 않아 추운 밤에도 비교적 높은 실내온도를 유지할 수 있다. 지구 온난화 현상의 주원인이 되는 기체들로는 이산화탄소, 메탄, 아산화질소, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황이 있다. 지구의 탄소순환Carbon cycle은 ‘해수면 온도의 변화, 화산 폭발, 지진, 암석의 풍화, 식생의 분포, 생물종들의 대규모 멸종 및 출현이 주요 요인 i’이고, 지구의 인위적 탄소순환은 ‘화석연료의 사용, 대규모 산업활동, 가축의 대량 사육 등이 주요 요인 i’이다. 마그마에는 다량의 이산화탄소, 메탄 등의 온실가스들이 있는데, 대부분 생명체와 생명체들이 배설한 유기물질들이 퇴적되어 그 일부가 되고, 생명체들이 호흡하고 배출하는 이산화탄소 또한 물에 녹아 마그마의 일부가 된다. 인류는 최근들어 너무나 많은 화석연료와 천연가스들을 연료로 사용하고 있는데, 이것들이 연소되면서 이산화탄소를 발생시키고 대기권에 대책없이 방출되어 과다해진 온실효과로 지구의 온난화 현상을 일으키게 된다. 또한 인류는 먹거리를 위해 대형 가축의 대량 사육을 하는데, 이 가축들의 생명활동에서 생긴 대량의 메탄이 대기 중으로 배출되어 화석연료로 인해 데워진 대기를 더욱 뜨겁게 데워 온난화 현상을 가속화시킨다. 기온이 높아지면 산불은 더 자주 발생하고 더 많은 수증기 발생으로 온실가스는 커져가며, 바다 역시 열을 덜 흡수하고 적어진 산소양으로 인해 식물성 플라크톤은 줄어들고, 바다 먹이사슬이 파괴되는 것은 물론 탄소를 흡수해 산소를 내뿜는 역할을 하던 플라크톤이 줄어들면 더 많아진 탄소로 인해 기온이 더욱 상승하는데, 이것을 기상학자들은 ‘기후 되먹임’climate feedback이라고 한다. 또한 폭풍해일을 막아주는 산호초는 전 세계 해양 생물 4분의 1을 지탱해주는 데, ii 해수 온도가 올라가면 산호에게 에너지를 공급하는 황록공생조류가 사라진다. 이미 그레이트배리어리프의 절반은 자취를 감췄다. 내셔널지오그래픽에 의하면 지구상에 존재하는 물 가운데 0.007%만 70억 인구가 사용할 수 있다고 한다. 그런데 온도가 1° C 올라가면 가뭄이 발생해 수많은 대도시들은 지표 아래의 대수층aquifer에서 물을 꺼내와야 한다. 문제는 이 대수층이 형성되는데 수백만 년이 걸린다는 것이다. 현재 밀 1kg을 생산하는데 물 1500L, 쌀 1kg에 3400L, 그리고 쇠고기 1kg에 1만 5000L가 사용된다. 또한 대기 중 이산화탄소는 비에 용해되어 지상으로 떨어져 물의 흐름을 따라 이동하며, 메탄, 일산화탄소, 그리고 탄소 역시 물의 흐름을 따라 이동한다. 알베도Albedo는 물체의 반사율을 뜻하는데, 모든 물질은 저마다 다른 반사율과 비열을 가지고 있어서 토양의 종류, 해양, 빙하, 산림의 종류, 건축물, 경작지에 따라 태양복사에너지를 반사하는 양이 달라진다. 알베도 변화에 따라 지구의 기후가 변하는데, 산림은 온도를 낮추는 데에 많은 기여를 하고 이산화탄소 또한 흡수해주는 고마운 존재다. 대도시에서 다량으로 발생하는 먼지는 일정한 고도에서 돔Dome을 형성하여 대류현상을 일으키는데, 이 먼지돔은 도시 내에서 발생하는 열기를 가두고 도시를 더욱 뜨겁게 달구어 열섬현상Heat island를 가져온다. 이 또한 지구의 온난화 현상에 기여하게 된다. 열섬현상을 피하는 방법은 싱가포르처럼 친환경도시를 건설하는 것인데, 싱가포르는 1970~80년대부터 꾸준히 친환경정책을 추진해왔다. “지난 1000년의 기간 중에서 약 800년 이상은 지구 표면의 온도 변화가 급격한 등락 없이 대체로 평탄한 추세를 나타냈지만, 최근으로부터 약 200년도 안 되는 기간 동안은 지구 표면의 온도가 급격하게 상승하고 있었다. i” 조사에 의하면 7만 3500년 전 인도네시아의 토바 화산 폭발로 인해 이산화항이 생성되어 황삼염 에어로졸이 태양에너지를 반사해 지구의 평균 온도를 대략 12° 하강시켰다고 한다. 소행성 충돌 같은 자연현상 또한 지구온난화를 저지시킬 수 있겠지만, 항공우주국이 할 수 있는 것은 아직까지 관측과 경보 시스템 작동에 불과하다. [참고.인용: 「인류를 향한 경고, 기후변화」, 차우준 i, 위키백과, 「2050년 거주불능 지구」, 데이비드 월러스 웰즈 ii, 「파란하늘 빨간지구」, 조천호]

“당신들은 항상 아이들이 우리의 미래라고 주장합니다. 그리고 아이들을 위해서는 무슨 일이든지 하겠노라고 말합니다. 그 말은 확신에 차 있습니다. 그 말처럼 생각도 그렇다면 우리에게도 제발 귀를 기울여 주세요. 우리는 당신들의 과장된 열성을 원하지 않습니다. 우리는 당신들의 선물을 원하지 않습니다. 당신들이 우리를 데리고 떠나는 패키지 투어도 원하지 않습니다. 당신들의 취미나 무한한 자유 또한 원하지 않습니다. 우리가 원하는 것은 오직 당신들 주위에서 긴박하게 진행되고 있는 지속 가능성 위기를 당신들이 진지하게 받아들이고 해결하기 위해 적극적으로 노력하는 일뿐입니다. 당신들이 이제는 우리가 처한 현실에 대하여 솔직하게 말하기를 원합니다. 「그레타의 편지」”

기후변화에 관한 정부간 협의체IPCC가 발표한 ‘해양 및 빙권 특별보고서’에 따르면 2050년에 3억 명이 사는 지역이 침수피해를 당하고, 2100년 쯤이면 해수면은 1.10미터 상승한다고 한다. 침수가 시작되면 해안가에 자리한 발전소, 항구, 해군기지, 농경지, 양식장, 삼각주, 갯벌, 논두렁 등이 피해를 입게 된다. BBC 연구에 따르면 인도네시아 자카르타는 인구 1000만의 도시로, 2050년이면 도시 전체가 물속에 완전히 잠길 것으로 예상하며, 현재 일부 지역은 매해 25cm씩 가라앉고 있다. 키리바시공화국의 경우, 이미 해수면 상승으로 국토의 상당량이 바다에 잠겨 버렸고, 살 곳을 잃은 키리바시 국민들은 피지의 한 섬을 구입해 ‘존엄한 이주’를 강행했다. “나는 카리바시 국민이 난민이 되는 것을 원치 않을 뿐 아니라 난민이라는 개념 자체를 거부한다. 기후변화는 우리가 정치적, 경제적으로 관리를 잘 못해서 일어나는 일이 아니다.. 지난 수십 년간 미국을 비롯한 선진국이 에너지를 펑펑 쓴 대가로, 엉뚱하게 수천 킬로미터 떨어져 있는 평화로운 섬나라가 사라질 위기에 처해 있다. 아노테 통 키리바시의 제5대 대통령과 투발루의 콜로아 타라케 전 총리” 지구 기온이 앞으로 1도 오르면 마이애미, 상하이, 보스턴 같은 해양도시들은 물에 잠기고, 해안 지역의 지하 시설이 침수되어 지하수는 오염되어 버린다. 식용수가 없으면 미국처럼 후버 댐을 짓거나 네덜란드와 같이 바다 방파제를 지어 오염을 방지하지 않는 이상 도시는 붕괴된다. 때론 심각한 가뭄으로 시리아처럼 많은 난민들이 발생할 수 있다. 러시아(8.15억 헥타르)와 케나다(3.47)의 산림이나 브라질의 아마존(4.97) 숲이 많은 양의 이산화탄소를 흡수하지만 이산화탄소를 가장 많이 흡수하는 것은 바다다. 바다가 이산화탄소를 많이 흡수할수록 산성화가 진행되는데, 산성화로 많아진 수소이온은 탄산염이온과 반응해 탄산염이온이 부족해진 갑각류와 조개류들은 껍데기를 만들 수 없어서 자신을 방어할 수 없게 된다. 결국 바다 생태계 파괴가 일어나는 것은 시간문제라는 이야기다. ‘생태용량의 값’에 의하면 인류는 지구가 생산할 수 있는 양보다 많은 자원을 소모하고 있다. ‘생태용량의 값’이란 물, 공기, 토양과 같은 자원에 대한 인류의 수요를 말한다. 그런데 인류는 바다와 숲이 흡수할 수 있는 것보다 많은 양의 탄소를 배출하고, 과도한 토양 활용으로 매년 수십억 톤의 토양이 죽어가며, 한도를 넘어선 어획량과 필요 이상의 산림을 착출하여 적정 수준의 ‘생태용량의 값’을 가뿐히 초과했으며, 2030년이 되면 인류는 지구 2개에 해당하는 자원을 소비하게 될 것으로 예상하고 있다. 1970년대 초반까지만 해도 인류는 할당된 ‘생태용량의 값’을 초과하지 않았으나 2000년부터 매년 10달 안에 1년치 생태용량의 값을 초과했으며, 2019년부터 7달 안에 이 값을 초과하고 있다. 한편 코로나 사태로 인해 2020년에는 24일이 늦춰져 지구 생태용량의 값이 8달 22일로 늘어났다. 지구의 기후를 결정하는 것은 대기권, 수권, 암석권, 빙하권, 생물권 등으로 이를 5대 기후계라고 한다. 기후계의 반응 시간은 느려서 현재 이산화탄소 농도는 아직 기온 상승으로 들어나지 않았고, 이를 ‘이미 저질러진 온난화’라고 말한다. 지금 우리에게 관찰되는 지구온난화는 수십 년 전 온실가스 농도의 반응이다. 따라서 우리가 강력한 조치를 취하여 탄소 중립 목표를 달성해도 기후변화는 한동안 계속될 것으로 전망된다. 현재 우리가 하루에 사용하는 에너지의 양은 35만 개의 원폭 에너지와 같고, iv 매일같이 대기에 쏟아진다. 환경문제의 주원인 중 하나가 패션인데, i 수질오염의 20%, 바다에 유입된 미세 플라스틱의 20~35%, 온실가스 배출량의 최소 6% 이상을 차지한다고 한다. 세계식량기구FAO에 따르면 축산업은 온실가스의 18%를 배출한다. 식품별로 온실가스 배출량을 보면 양고기와 소고기가 가장 높은데, 양과 소는 소화 과정에서 메탄을 배출하는 반추동물이기 때문이다. 한편 2018년 소Beef & Buffalo가 섭취한 곡식의 양은 대략 7억 157만 톤v이다. 대기를 오염시키는 온실가스 전체 배출량의 절반은 전 세계 인구의 10% 해당하는 부유한 사람들이 만들어낸 것이다. (인지상정, 나머지 90%도 부유한 사람들의 윤택과 품위를 원할 것이다.) 지구의 온도상승은 산불을 일으키거나 가뭄으로 이어져 폐허가 되어버린 육지는 식량문제를 불러오고, 해양의 많은 양의 물들을 증발시켜 해양상공에 수증기를 모아 강력한 태풍이나 거대한 허리케인같은 열대성기압을 형성해 도시와 농경지를 처참하게 파괴한다. ii 엘리뇨와 라니냐같은 이상 기상 또한 지구의 모든 것이 유기적으로 연관되어 있어서 발생하는 현상이다. 이같이 불청객처럼 찾아온 태풍과 홍수는 “농작물 경작지의 침수, 축사의 파괴, 과수원 과실들의 낙과, 대홍수로 인한 변질된 식량 ii”으로 이어진다. 국제재해경감전략기구UN-ISDR의 보고서에 의하면 1995~2015년 사이 발생한 홍수, 태풍, 쓰나미는 총 6,457건으로 60만 6000명이 사망했으며, 1995~2015년 사이 전 세계에서 내륙형 홍수로 23억 명이 피해를 입고 사망자는 15만 7000명에 달했으며, 2015년 500년급 폭풍우보다 수천배 강한 허리케인 하비 및 서부지역 산불과 같은 초대형 재해로 인해 3060억 달러의 재산피해가 발생했고, 산불은 엄청난 양의 이산화탄소를 배출하는 동시 세계적으로 매년 26~60만 명이 산불에서 발생한 연기로 사망하며, 2016년 메릴랜드 주에서는 1000년에 한 번 있을 법한 홍수로 도시는 초토화 됐으며, 2017년 남아시아에서 발생한 홍수로 방글라데시 3분의 2가 물에 잠기고 4100만명의 피해자가 생겼으며, 2018년 태풍 망쿳으로 중국에서 245만 명의 피난민이 발생했고, 2018년 허리케인 왈라카는 하와이 인근의 섬 이스트 아일랜드를 지도에서 완전히 지우는 동시 멸종위기에 처한 몽크바다표범과 푸른바다거북의 서식지를 파괴했고, 1992~1997년 사이 녹은 남극 빙하는 연평균 490억 톤이나 2012~2017년 사이에 녹은 빙하는 연평균 2190톤에 달하며, 그린란드 빙상 역시 매일 10억 톤에 가까운 손실이 발생하고, 앞으로 기온이 계속 올라가면 북극 영구동토층에 묻혀있는 1조 8000억 톤의 탄소, 즉 현재 대기 중 탄소량의 2배 이상이 대기에 대책없이 방출된다. 추가로 2100년까지 북극이 1000억 톤의 탄소를 방출한다고 하는데, 이는 산업화 후 인류가 배출한 전체 탄소량의 절반이다. 나사NASA에 따르면 현재 세계 인구의 90%는 오염된 공기를 마시며, 대기 오염으로 인해 사망하는 숫자는 매년 800만 명 이상이다. 현재의 이산화탄소 농도와 비슷한 과거는 300~500만 년 전으로, 기온은 지금보다 1~2° C 높았고 해수면은 10~20미터 더 높았다. “지금으로부터 그리 멀지 않은 미래의 언젠가, 우리가 살던 지구와 달리 더 뜨겁고 위험하며 생물학적으로 단순해진 지구를 살아가는 사람들은 당신과 내가 무슨 생각을 했는지, 아니 애초에 생각이란 걸 하고는 살았는지 궁금하게 여길지도 모른다. iii” [참고.인용: 「두 번째 지구는 없다」, 타일러 라쉬 i, 「인류를 향한 경고, 기후변화」, 차우준 ii, 위키백과, 「2050 거주불능 지구」, 데이비드 월러스 웰즈, 「탄소 이데올로기」, 윌리엄 T. 볼먼,「파란하늘 빨간지구」, 조천호 iv, 사이언스올, 「인간의 종말」, 디르크 슈테펜스, 프리츠 하베쿠스, 「나는 풍요로웠고 지구는 달라졌다」, 호프 자런 v]
  
화석연료를 사용하지 않는 ‘신재생에너지’로는 무엇이 있나. ①태양에너지는 온실가스나 환경유해물질을 배출하지 않으며, 태양으로부터 무제한적인 에너지를 공급받을 수 있다. 하지만 계절이나 지역에 따라 효율성이 떨어지고, 유가가 낮을 경우 경제성이 없다. 또한 집열판 배치에 있어 많은 공간을 확보해야 하기 때문에 효율성이 떨어진다. ②풍력발전은 친환경적이며 무공해 발전방식으로 작동한다. 하지만 바람의 힘을 이용하기 때문에 적절한 시설배치에 있어 장소에 제약을 받는다. 또한 바람에너지의 20~40% 수준 정도까지만 전기에너지로 변환할 수 있고 소음이 크다. ③해양에너지는 조수간만의 차이로 발생하는 조력을 이용해 전기에너지를 생산한다. 하지만 조력발전으로 인해 염도, 탁도, 영양염류, 중금속 등을 포함한 수질 변화가 일어난다. ④파도의 운동에너지를 이용해 전기에너지를 만드는 파력발전방식도 있으나, 장소의 제약을 받으며 다른 발전방식에 비해 경제성이 그다지 높지 않다. ⑤지하 심층부의 열원에서 얻은 고온의 증기를 이용해 전기를 생산하는 지열발전도 있다. 지열발전 역시 친환경적인 발전방식이나 직.간접적으로 지진이 발생할 수 있는 위험부담을 안고 있다. ⑥고형폐기물연료, 생활쓰레기고형연료, 생활쓰레기고형연료, 폐타이어고형연료, 폐목재고형연료를 원료로 이용하여 전기에너지를 생산하는 폐기물에너지도 있다. 하지만 폐기물을 분리.선별하고 가공하는데 있어 적지않은 비용이 들고, 환경문제 또한 야기한다. ⑦수소에너지는 온실가스나 환경오염물질이 전혀 발생하지 않으며, 소음이 없고 높은 운용안정성이 있다. 장소에 대한 제약도 없으며, 24/7 가동할 수 있는 효율성을 지니고 있다. 단점은 수증기 변성이나 부분 산화, 또는 전기분해를 거쳐야 하기 때문에 높은 기술력을 요하고, 백금과 같은 희소금속이 필요하기 때문에 경제성 역시 갖추기 어렵다. 또한 수소는 폭발이나 인화가 높은 물질이여서 관리도 쉽지 않다. ⑧댐을 이용한 수력발전은 친환경적인 에너지 발전이다. 하지만 강 생태계 균형 문제에서 자유롭지 못하고 수질을 악화시킬 수 있으며, 주변 지질층에 문제가 발생할 수 있다. 세계에서 4번째로 컸으나 순십간에 증발해 버린 아랄해를 통해 인간의 실수가 자연에 얼마나 큰 재앙을 불러올 수 있는지 새삼 깨닮아야 할 것이다. ⑨바이오매스는 옥수수, 호밀, 볏짚 등과 같은 식물로부터 글루코오스를 추출하여 에탄올을 만든다. 유기물을 사용하기 때문에 폐기물은 비료로 재활용되며, 에너지를 사용하므로써 배출되는 이산화탄소는 이미 식물이 광합성을 통해 흡수했던 것이므로 대기에 추가 배출되는 이산화탄소는 사실상 0이다. 문제는 1000L의 에탄올을 생산하기 위해서 필요한 옥수수는 대략 13,450개다. 하지만 세계 각곳에서 일어나는 기아나 가뭄을 볼 때 윤리적인 문제가 발생한다. ⑩원자력발전은 많은 에너지를 생산할 수 있으며 무공해이자 친환경 에너지이지만, 관리가 까다롭고 사용 후 방사성 폐기물 처리와 폐로 비용이 만만치 않다. 또한 스리마일원전사고, 체르노빌원전사고, 그리고 후쿠시마원전사고에서처럼 상당한 위험성을 안고 있다. 우라늄 핵분열 과정에서 온실가스가 나오지 않는 것은 사실이나, 우라늄의 채광, 정련, 핵폐기물의 보관, 핵폐기물의 운반, 핵폐기물의 처리 과정에서는 다른 에너지발전에 비해 작지만 온실가스가 배출되는 것은 엄연한 사실이다. 핵반대론자의 요점은 원자력발전에서도 ‘온실가스’가 나온다가 아니다. 핵반대론자는 원자력이 비싸고 비효율적이며 매우 위험하다는 것이다. 지진이나 쓰나미를 대비하기 위한 시설 설비와 보수에 비용이 점점 늘어나고 있다는 것이다. 기후변화로 온도가 올라갈수록 원자력발전소에 내부과열을 초래하고, 해수면이 높아지면 해수나 담수를 냉각수로 이용하는 핵발전소 역시 이로부터 안전하지 못하기 때문이다. 다음은 핵반대론자인 그레고리 야츠코 전 미국 원자력구제위원장이 2020년 5월 18일 워싱턴포스트에 쓴 기고문이다. “사고 8년 후 50기의 일본 핵발전소 중 10기 이하만이 가동을 재개했지만, 일본의 탄소 배출은 사고 이전 수준보다도 낮게 떨어졌다. 일본이 에너지 효율과 태양광에서 이룬 큰 진전 때문에 가능했던 것이다.” 그럼 이번엔 가이아 이론을 주창한 찬핵론자의 의견을 살펴보자. “러브록은 IPCC 보고서를 인용하며 점차 심각해지는 기후위기를 막을 방법으로 재생에너지를 확대해야 하지만, 지금 당장 이용할 수 있는 에너지원으로 핵발전을 사용해야 한다고 주장했다. 그는 칼럼에서 핵에너지에 대한 반대는 할리우드 스타일의 소설, 환경 로비, 언론이 제공하는 비이성적인 두려움에 바탕을 두고 있다며, 방사선으로 인한 ‘사소한’minute 위험 때문에 괴로워해서는 안 된다고 밝혔다. i” 현재 세계에는 447기의 핵발전소가 있는데, 그 중 3분의 2는 2050년을 전후로 폐로되므로 이것들을 대체해 새로 지어야하는 발전소의 숫자는 상당히 많다. “태양은 88분당 470엑사줄(1엑사줄은 1018줄에 해당한다. - 옮긴이)의 에너지를 지구로 방출하는데, 이는 세계의 모든 인구가 1년 동안 사용하는 에너지의 양과 같다. 만약 우리가 지구에 도달하는 태양에너지의 1퍼센트의 10분의 1이라도 포획할 수 있다면, 현재 글로벌 경제 전역에서 사용하는 에너지의 여섯 배를 얻는 셈이 된다. 태양 복사열과 마찬가지로 바람 역시 강도와 빈도는 다양하지만 지구상 어디에나 존재한다. 전 세계 풍력 발전량에 대한 스텐퍼드 대학의 연구에 따르면, 전 세계 가용 풍력의 20퍼센트만 수확해도 현재 글로벌 경제를 운용하는 데 들어가는 것보다 일곱 배나 많은 전력을 생산할 수 있다. i” [참고.인용: 「인류를 향한 경고, 기후변화」, 차우준, 「기후위기와 탈핵」, 탈핵신문, 「글로벌 그린 뉴딜」, 제러미 리프킨 i]

이산화탄소를 포집하고 저장하는 기술CO₂ Capture and Storage은 온실가스를 없애거나 최소화하는 방법이다. 이산화탄소를 포집하고 활용하는 기술CO₂ Capture and Utilization은 차세대 기술로써 CCS보다 더 많은 장점이 있다. 이산화탄소를 포집하는 기술은 흡수Absorption, 흡착Adsorption, 분리Separation, 광합성 생물의 이용Biological  등을 사용한다. 이산화탄소를 저장하는 기술은 ‘해양에서 처리하기’, ‘지중에서 처리하기’, ‘바이오매스와 연계하여 처리하기’ 등으로 구분된다. 포집된 이산화탄소를 해양의 지각에 저장할 수 있는데, 예를 들어 천연가스를 채굴하고 얻은 공간을 이용하는 경우다. 지중에 저장하는 경우 역시 석유나 가스가 고갈된 저류암을 사용할 수 있다. 광물저장과 셰일오일.가스 채굴 역시 각광받고 있는 저장기술이다. 보통 셰일오일.가스를 채굴하기 위해 퇴적암 위로 밀어 넣은 시추관에 물을 주입하는데, 수질오염을 발생시킬 수 있어서 이때 물 대신 이산화탄소를 사용.저장하는 것이다. 광합성 생물을 이용해 저장할 경우, 광합성 생물 양식장을 만들어 미세조류에 햇빛, 물, 그리고 이산화탄소를 제공한 후 바이오에너지까지 얻는 일석이조의 효과가 있다. [참고.인용: 「인류를 향한 경고, 기후변화」, 차우준]

비엔나협약은 1985년 세계 각국이 비엔나에 모여 오존층 보호에 관한 선언적인 협약으로 실요성 있는 규제는 포함되지 않았다. 그 후 학자들과 시민단체들을 중심으로 기후변화에 대한 문제가 제기되어 1988년 ‘기후변화에 관한 정부간 협의체’IPCC가 발촉된다. 몬트리올의정서는 1989년 오존층을 파괴하는 염화불화탄소의 생산과 사용을 규제하려는 목적에서 발효한 국제협약이다. 그리고 1990년 유엔 총회에서 기후변화에 관한 협약을 위해 ‘국가 간 협상위원회’INC가 설립된다. 1992년 리우회의에서 채택된 기후변화협약의 정식명칭은 ‘기후변화에 관한 국제연합 기본협약’UNCCC이다. UNCCC는 역사적 책임이 있는 국가들에게는 온실가스 배출량을 감축할 의무를 주는 한편, 책임이 없는 국가들에게는 감축활동에 자발적으로 참여하거나 기후변화에 대응할 수 있는 지원을 받을 수 있게 했다. 그러나 온실가스 감축을 어떻게 이행해야 하는지는 규정하지 않았고, 구체적인 의무는 교토의정서에서 채택된다. 교토의정서는 2005년 지구 온난화를 규제하고 방지하기 위해 발효한 기후 변화에 관한 국제 연합 규약의 교토 의정서다. 2005년부터 실시된 온실가스 배출권 게래제는 기업들에게 온실가스 배출량을 할당하여 여분을 다른 기업과 거래하도록 하는 제도다. 세계 각국의 시민들이 배출권거래제를 적극적으로 지지하고 있으나 상당수의 기업들이 이의를 제기하거나 제소하고 있다. 그 후 2015년 유엔 기후 변화 회의에서 평균온도 상승 폭을 산업화 이전 대 2° C로 유지하고 1.5° C로 제한하기 위해 채택된 조약이 바로 파리협정이다. 이 협정을 통해 150개 국가가 온실가스 배출량의 90%를 감소하기로 약속한 것이다. 몬트리올의정서는 교토의정서나 파리협약에 비해 세계 각국의 적극적인 협조를 받아 성공적으로 목표를 달성했다. 염화 플루오린화 탄소CFC의 사용으로 인한 오존층의 파괴는 전 세계가 직접 목격했지만, 기후변화에 따른 해수면 상승, 극심한 가뭄, 폭염, 폭우, 강력한 태풍, 그리고 지구온난화 때문에 발생하는 이상기상들은 모두에게 위협이 되지는 않기 때문이다. 서로의 이해관계가 다르기 때문에 기후변화협상은 언제나 순조롭지 못하다. 원인은 탄소중립 목표에 동의한 국가들이 협약을 이행할 경우 100조 달러에 달하는 화석연료 ‘좌초 자산’stranded asset이 발생하기 때문이다. 이 말은 방대하기 짝이없는 매장량의 석유와 가스가 말 그대로 태울 수 없는 상태가 되고, 화석연료와 관련이 있는 정유, 석유화학, 조선, 자동차 산업, 철강, 시멘트, 플라스틱 제조업과 같은 산업은 친환경 재생에너지 기술과 산업으로 기수를 돌려야하기 때문이다. “화석 경제의 진짜 연료는 석유가 아니다. 석탄이나 천연가스도 아니다. 실은 돈이 진짜 연료다. 그리고 그 연료는 은행과 투자자에게서 나온다. 그들의 자본이 없으면, 어떤 광산도 개업할 수 없고 어떤 자동차 공장도 설립할 수 없다. 스스로 원한다면 그들은 세계를 더 녹색으로 만들 수 있을 것이다. iii” 곧 지구를 살리기 위한 크고 작은 움직임이 시작됐다. 2018년 빌 드 블라시오 뉴욕 시장은 뉴욕시의 연금 기금을 화석연료 산업에서 분리시킨다고 발표한다. 2018년 7월 아일랜드는 전 세계 화석연료 산업에 투자한 3억 1800만 유로를 강제 회수하는 법안을 통과 시켰고, i 2019년 3월 서유럽 최대의 석유 생산국인 노르웨이는 자국의 국부펀드를 석유 및 가스 회사로부터 분리하겠다고 발표한다. i 2018년 한국 교직원 연금과 공무무원 연금 시스템은 220억 달러의 석탄 프로젝트 투자를 중단하고 회수한 금액을 재생에너지에 재투자하겠다고 발표한다. “뉴욕시는 미국의 주요 도시 가운데 연금 기금을 화석연료에서 분리한 최초의 도시가 됨으로써 미래 세대의 보호에 앞장서고 있습니다. 그와 동시에, 우리는 기후변화와의 전쟁을 화석연료 회사들과의 전쟁으로 확대할 것입니다. 그들은 기후변화의 영향을 알면서도 자신들의 이익을 보호하기 위해 의도적으로 대중을 오도했습니다. ii” 6조 5000억 달러를 운용하고 있는 블랙록 래리 핑크 회장은 40조 달러를 보유하고 있는 기후변화Climate Action 100+ 클럽에 가입해 온실가스 배출에 대한 환경 개혁을 요구하고 있다. iv “우리는 기후 리스크가 투자 리스크임을 알고 있다. 하지만 우리는 또한 기후 전환은 역사적인 투자의 기회를 제공한다고 믿는다. 화석연료로 25% 이상 매출을 올리는 기업을 투자 대상에서 제외하라.” [참고.인용: 「인류를 향한 경고, 기후변화」, 차우준, 위키백과, 「글로벌 그린 뉴딜」, 제러미 리프킨 i, 빌 드 블라시오 ii, 위키백과, 나무위키, 「인간의 종말」, 디르크 슈테펜스, 프리츠 하베쿠스 iii, 임팩트온 iv]

World Fossil Fuel Consumption, ourworldindata.org

1960 31,011 terawatt-hours, Silent Spring 
1985 74,036 terawatt-hours, Vienna Convention
1988 80,757 terawatt-hours, UN IPCC
1989 82.382 terawatt-hours, Montreal Protocol 
1992 83,961 terawatt-hours, Rio de Janeiro Earth Summit
2005 110,459 terawatt-hours, Kyoto Protocol
2015 129,517 terawatt-hours, Paris Agreement
2019 136,761 terawatt-hours, 85% of World Energy

World Beef & Buffalo Production, ourworldindata.org

1961 28.76 million tonnes, Silent Spring 
1985 51.3 million tonnes, Vienna Convention
1988 53.54 million tonnes, UN IPCC
1989 53.05 million tonnes, Montreal Protocol 
1992 55.1 million tonnes, Rio de Janeiro Earth Summit
2005 62.42 million tonnes, Kyoto Protocol
2015 67.98 million tonnes, Paris Agreement
2018 71.61 million tonnes, Livestock produces 18% of Greenhouse-Gases 

“2016년에는 파리기후협약이 체결되면서 기온 상승을 2도 이내로 유지하는 것을 전 지구적인 목표로 삼았으며 언론은 2도 수준의 온난화가 최악의 시나리오라도 되는 것처럼 보도했다. 하지만 불과 몇 해가 지나지 않았음에도 협약의 요구 조건을 제대로 이행하는 산업 국가가 하나도 없다는 사실을 고려할 때 2도 상승이라는 기준은 놀랍게도 최상의 시나리오에 가까워 보이며, 2도 상승을 넘어서는 끔찍한 미래가 엄연히 존재하는데도 그런 전망은 대중의 시야에서 교묘히 숨겨지고 있다. 다른 최신 보고에 따르면 파리기후협약에서 협의한(하지만 아직 어디서도 지켜지지 않은) 온갖 약속을 즉시 시행해 온실가스 배출 문제에 당장 조치를 취한다고 가정하더라도 약 3.2도의 기온 상승, 즉 산업화 이후 상승한 수치의 3배에 해당하는 기온 상승이 뒤따를 것이다. 「2050 거주불능 지구」, 데이비드 월러스 웰즈]”

슈뢰딩거가 당신에게 판도라의 상자를 건넸다. 어떻게 할 것인가. 

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