미치오 카쿠 - 평행우주(Parallel Words)

당신은 창조론을 지지하는가, 아니면 진화론을 지지하는가?

며칠 전 후배의 페이스북에 자신은 진화론만을 지지한다는 글이 올라왔었다.

나또한 진화론을 지지하지만, 열심히 성당을 다니다 아예 발을 끊고 신의 존재를 부정하지만

창조론의 모든 내용을 100% 부정하지는 못하겠다.

과학이 발전하였다고 하지만 대자연의 앞에서는 미물과도 같은 인간이,

아직 우주의 끝이 어딘지도 모르는 인간이 이 세계의 근원을 어찌 아리오?

혹시 또 어떻게 아는가 ㅋ 베르베르의 소설 '타나토노트'와 같이 반전과도 같은 사후 세계가 있다면??

아래는 2008년 겨울, 내가 상병일때 감명깊게 읽었던 미치오 카쿠의 저서 '평행우주'의 일부분을 발췌한 내용이다.

어떤 우연적 일치로는 너무나도 절묘하게 세팅되어 있는 우주적 상수, 지구환경 등에 대한 내용인데

이과생이면서 자기가 지구과학1로 수능을 쳤다 혹은 지구과학 2까지 수능을 쳤다

혹은 자기가 콘택트와 같은 공상과학 영화를 좋아한다 혹은 과학동아와 같은 과학잡지나 천문학에 관심이 있다

모두다 읽고 맛보고 뜯고 즐겨라고.ㅋ

============================== 디자인된 우주?===========================================================

나는 초등학교 2학년 때 담임선생님에게 들은 한마디를 아직도 기억하고 있다. "신은 지구를 사랑하셨기 때문에 지구를 태양 근처에 갖

다 놓으셨답니다." 아직 어린아이에 불과했던 나는 이 짧은 한마디에 커다란 충격을 받았다. 만일 신이 지구를 태양에서 먼 곳에 갖다놓

았다면 바다는 모두 얼어붙었을 것이고, 가까운 곳에 놓았다면 바닷물이 끓어넘쳤을 것이다. 선생님은 이것이 신이 좋재한다는 증거일 

뿐만 아니라 신이 지구를 사랑한다는 증거라고 확신에 찬 어조로 말했다.

사실, 지구와 태양 사이의 거리는 더할 나위 없이 적당하게 조절되어 있다. 태양의 밝기를 고려할 때, 바닷물이 액체상태를 유지하면서 생

명체의 탄생에 필요한 화학반응을 일으키려면 지금과 같이 1억 5천만 킬로미터를 유지하는 것이 최선의 선택이다. 만일 여기서 조금만 더 

멀어지면 지구는 화성처럼 얼어붙은 사막이 될 것이며, 물과 이산화탄소까지 얼어붙는 황량한 불모지가 될 것이다. 실제로 화성표면을 덮

고 있는 영구동토층 바로 아래에는 과거에 형성된 얼음층이 깔려 있다.

이와는 반대로, 지구와 태양 사이의 거리가 지금보다 가까웠다면 지구는 금성처럼 '온실행성'이 되었을 것이다. 금성은 태양과의 거리가

너무 가까운데다가 대기의 주성분이 이산화탄소이기 때문에 표면온도가 거의 480도(섭씨)에 달한다. 그래서 금성은 태양계의 행성 중 평

균온도가 가장 높다. 게다가 수시로 황산비가 내리고 기압은 지구의 100배가 넘는다. 금성이 이토록 (생명체에게) 혹독한 환경을 갖게 된 

것은 오직 단 한 가지 이유, 태양과 가깝기 때문이다.

나의 초등학교 선생님이 했던 말을 과학자들이 들었다면, "자연의 법칙은 생명체가 탄생하기에 적절하도록 세팅되어있다 고 주장하는 

인간 중심적 발생원리"라고 평했을 것이다. 과연 이 세상은 생명체가 살아가기에 적절하도록 어떤 전능한 존재가 디자인한 것일까?

아니면 우연히 그런 환경이 조성된 것일까? 최근 들어 생명체의 탄생과 관련된 여러가지 '우연한 일치'가 발견되면서, 이 문제를 두고

격렬한 논쟁이 벌어지고 있다. 생명체가 지구에서 살아갈 수 있도록 신이 모든 환경을 조성해놓아다고 주장하는 사람들이 있는가 하면,

이 모든 것이 우연히 형성되었다고 주장하는 학자들도 있다. 인플레이션과 M-이론을 연구하는 학자들 중에는 다중우주의 존재를 믿는

사람도 꽤 많이 있다.

지구에 생명체가 탄생하고 번성하려면 어떤 조건들이 필요한지 잠시 생각해보자. 지구는 태양과의 거리뿐만 아니라 다른 요소들도 거의 

기적이라 할 만큼 절묘하게 세팅되어 있다. 예를 들어, 달은 지구가 지금의 공전궤도를 유지하는 데 가장 적절한 크기를 갖고 있다.

만일 달의 크기가 지금보다 작았다면 지구의 자전을 방해하는 요인들이 수억 년 동안 누적되어 이리저리 흔들리면서 커다란 기상변화를 

초래했을 것이고, 이 대재난의 와중에 모든 생명체는 멸종했을 것이다. 또한, 지금과 같은 달(지구크기의 1/3)이 없었다면 지구의 자전축

은 수백만 년을 주기로 무려 90도씩 돌아가게 된다(이것은 컴퓨터 시뮬레이션으로 얻은 결과이다). 그런데 생명의 근원인 DNA가 생성되

려면 안정된 기상상태가 수억 년 이상 지속되어야 하므로 달이 없었다면 생명체도 탄생하지 못했을 것이다. 다행히도 우리의 달이 아주

적절한 크기와 거리를 유지해온 덕분에 지구는 커다란 재앙없이 생명체의 천국으로 진화할 수 있었다(실제로 화성의 달은 덩치가 너무 

커서 화성의 자전에 심각한 영향을 미치고 있다. 천문학자들은 과거 한때 화성의 자전축이 45도 가량 기울었을 것으로 예측하고 있다).

주기적으로 작용하는 약한 힘 때문에, 지금도 달과 지구 사이의 거리는 매년 4센티미터씩 멀어지고 있다. 이런 추세로 앞으로 20억 년이

지나면 달의 거리가 너무 멀어져서 지구는 더 이상 안정된 상태를 유지하지 못하게 될 것이다. 그때가 되면 달은 우리의 시야에서 사라질 

것이고, 지구의 자전축이 심각하게 돌아가면서 지금과는 전혀 다른 별자리들이 밤하늘에 나타날 것이다. 물론 지구의 날씨도 심각한 영향

을 받아 생명활동 자체가 불가능해질 가능성이 높다.

워싱턴대학의 지질학자 피터 워드와 천문학자 도널드 브라운리는 이렇게 말했다.

"달이 없으면 달빛도, 달(month)도 없고 NASA의 아폴로 계획도 무의미해진다. 또한 달 때문에 나타나는 광기(lunacy)도 사라지고 시인

들은 소재가 빈곤해지며 전 세계의 밤하늘은 지금보다 훨씬 어두워질 것이다. 달이 없으면 새와 삼나무, 고래, 삼엽충 등 지구의 다양함에 

큰 몫을 했던 수많은 생명체들도 살아갈 수 없다."

우리의 태양계를 컴퓨터로 분석해보면 목성이 우리에게 얼마나 고마운 존재인지를 실감할 수 있다. 목성은 태양계를 떠도는 온갖 소행성

들을 태양계 바깥으로 '내던지는' 역할을 착실하게 수행해왔다. 이른바 '소행성 전성시대'로 일컬어지는 35억~45억 년 전에, 태양계는 별

과 행성에서 떨어져나온 파편들, 즉 소행성들로 가득 차 있었다. 만일 목성이 지금보다 훨씬 작아서 강한 중력을 행사하지 못했다면 지금

도 태양계는 소행성으로 초만원을 이루고 있을 것이며, 그들 중 몇 개만 지구로 떨어져도 지구의 생명체는 멸종을 피할 수 없을 것이다.

지구가 지금의 상태를 유지할 수 있었던 이유 중 하나는 목성이 지금과 같이 적절한 크기를 갖고 있었기 때문이다.

지구의 질량도 가장 적절한 값으로 '세팅'되어 있다. 만일 지구의 질량이 지금보다 조금이라도 작았다면 중력이 작아져서 대기 중에 산소

를 붙잡아둘 수 없었을 것이며, 질량이 조금이라도 컸다면 원시시대에 형성된 유독가스가 대기 중에 섞여서 생명체가 살 수 없었을 것이

다. 즉, 지구는 생명체가 살아가기에 가장 적당한 질량을 갖고 있는 것이다.

행성들의 공전궤도도 우리에게 아주 적절하게 형성되어 있다. 명왕성을 제외한 모든 행성들의 궤도는 원형에 가까운데(실제로는 아주 조

금 일그러진 타원형이다), 이 덕분에 지구는 거대가스와 같은 다른 천체들과의 충돌을 효과적으로 피할 수 있다. 생명체가 탄생하려면 수

억 년 동안 안정된 기후가 유지되어야 한다는 점을 고려할 때, 이것 역시 우리에게는 매우 다행스런 일이 아닐 수 없다.

태양계가 은하수의 중심으로부터 은하수 반경의 3분의 2만큼 떨어진 지점에 위치하고 있는 것도 우리에게는 커다란 행운이다. 만일 

태양계가 은하수의 중심에 더 가까이 있었다면 중심부에 숨어있는 블랙홀의 강력한 복사장 때문에 생명체가 살 수 없었을 것이다. 그리고

태양계가 은하수의 중심에서 너무 멀리 있었다면 유기물에 필요한 원소들이 충분히 많지 않았을 것이다.

이런 식의 행운적인 요소들은 (책의 페이지에 제한이 없다면) 얼마든지 나열할 수 있다. 워드와 브라운리는 "지구는 너무나도 많은 요인

들이 가장 적절하게 맞춰져 있는 행운의 행성이다. 이처럼 운 좋은 행성이 우주에 또 존재할 가능성은 거의 없다"고 주장했다. 실제로 

바닷물의 양과 지각의 구조, 산소의 양, 열량, 자전축이 기울어진 정도 등 모든 것이 생명체에게 유리한 방향으로 기적처럼 세팅되어 있는 

것이 사실이다. 만일 이들 중 단 하나라도 적정 값에서 벗어났다면, 이런 질문을 제기할 만한 생명체는 지구상에 존재하지도 않았을 것이

다.

정말로 신이 지구를 각별히 사랑했기 때문에 지구가 이런 엄청난 행운을 누려온 것일까? 그럴지도 모른다. 그러나 이 상황은 신의 존재를 

개입시키지 않고서도 얼마든지 설명할 수 있다. 개중에는 태양과 너무 가깝거나 달이 너무 작아서, 또는 목성이 너무 작거나 은하의 중심

에 너무 가까워서 옛날에 사라져버린 행성들이 수도 없이 많을 것이다. 그러므로 지구가 모든 조건들을 만족한다고 해서 신이 지구를 특

별히 사랑한다고 주장할 수는 없다. 조건에 맞지 않는 행성들은 모두 사라졌고, 우리는 이 모든 조건들을 만족하는 행성에 우연히 살게 되

었다고 생각할 수도 있는 것이다.

원자설을 주장했던 고대 그리스의 철학자 데모크리토스는 후손들에게 다음과 같은 글을 남겼다.

"이 우주에는 크기가 제각각인 세상이 무수히 많이 존재하고 있다. 개중에는 태양이나 달이 없는 세상도 있으며, 두 개 이상의 태양과 달

이 떠 있는 세상도 있다. 각 세상들 사이의 거리도 제각각이며 어떤 특정방향으로는 유난히 많은 세상이 존재하고 있다.   ... 이들은

서로 충돌하면서 종말을 맞는다. 개중에는 동물이나 식물이 번성하지 못하고 습기로 가득찬 세상도 있다."

2002년까지 우주에서 발견된 외계행성(별을 중심으로 여러 행성들이 공전하고 있는 천체집단)은 무려 100개가 넘는다. 우리의 태양계 밖

에서는 평균 2주에 한 개씩 새로운 행성이 발견되고 있다. 이런 행성들은 스스로 빛을 발하지 않기 때문에, 천문학자들은 간접적인 방법

으로 이들의 존재를 확인하고 있다. 가장 그럴듯한 방법은 태양계의 중심에 있는 별의 미세한 움직임을 관측하는 것이다. 별에서 방출되

는 빛의 도플러효과를 관측하면 별의 미동상태를 알 수 있고, 여기에 뉴턴의 운동법칙을 적용하면 그 주변을 도는 행성의 질량을 계산할 

수 있다.

카네기 연구소의 크리스 매카시는 이런 말을 한 적이 있다. "별과 행성은 팔을 뻗어 상대방의 손을 잡고 원형궤도를 따라 춤을 추고 있는 

댄스파트너에 비교할 수 있다. 바깥쪽 파트너(행성)은 덩치가 작기 때문에 커다란 궤도를 돌고 안쪽 파트너(별, 항성)는 덩치가 커서 아주

작은 궤도를 돌고 있다. 이 궤도는 별자체의 크기보다 훨씬 작기 때문에 마치 별이 그 자리에서 조금씩 흔들리는 것처럼 보인다." 지금의

관측기술은 1광년 거리에서 초속 3미터의 속도로 일어나는 변화를 관측할 수 있는 정도이다.

외계의 행성을 관측하는 방법은 이것 말고도 여러가지가 있는데, 그중 하나는 행성에 의한 일식을 관측하는 것이다. 즉, 행성이 별을 가렸

을 때 별의 밝기가 감소하는 정도를 관측하면 행성의 존재여부를 간접적으로 확인할 수 있다. NASA는 앞으로 15~20년 이내에 외계의 행

성을 관측하는 간섭망원경을 우주에 띄울 예정이다(중심부의 별빛 때문에 보통 망원경으로는 행성을 관츠갈 수 없다. 그래서 이 망원경은

간섭현상을 이용하여 별에서 방출된 빛을 제거하도록 설계되었다).

태양계 바깥에서 목성 정도의 크기를 가진 지구형 행성은 아직 발견된 사례가 없다. 대부분의 행성들은 이미 죽은 것으로 추정된다. 지금

까지 발견된 행성들은 궤도가 극히 비정상적이거나 별과의 거리가 아주 가까운 행성들인데, 이들이 지구와 같은 조건을 만족할 가능성은

거의 없다. 이러한 태양계에서는 목성과 크기가 비슷한 행성이 다른 조그만 행성들을 태양계 바깥으로 날려버려서 생명체의 탄생을 원천

봉쇄했을 수도 있다.

우주에서는 비정상적인 궤도를 돌고 있는 행성들이 수시로 발견된다. 이런 행성들이 하도 흔하기에, 2003년에 '정상적인' 궤도를 돌고 있

는 행성이 발견되었을 때 여러 과학잡지들은 이 기사를 1면 톱으로 다루었다. 당시 미국과 호주의 천문학자들은 목성과 크기가 비슷한

(정확하게는 금성의 두배인) HD 70642라는 행성을 거의 동시에 발견했는데, 이 행성은 별까지의 거리도 우리의 목성과 비슷하다.

미래의 천문학자들은 우리 근처에 있는 모든 태양계의 목록을 작성하게 될 것이다. 1995년에 최초로 외부 태양계를 발견했던 카네기연구

소의 폴 버틀러는 이렇게 말했다. "지금 우리는 2천개에 달하는 태양계를 관측하고 있다. 이들 중에는 우리로부터 150광년이나 떨어져 

있는 태양계도 있다. 우리의 목적은 두 가지이다. 하나는 '우주의 이웃에 대해 좀 더 자세히 알고 지내자' 는 것이고, 또 하나는 우리의 태

양계와 같은 시스템이 얼마나 귀한 존재인지를 확인하는 것이다."

< 우주적 우연 >

행성에서 생명체가 탄생하려면, 안정된 환경이 적어도 수억 년 이상 지속되어야 한다. 그러나 하나의 행성이 수억 년 동안 큰 변화를 일으

키지 않는다는 것은 거의 기적에 가깝다.

예를 들어, 원자가 형성되는 과정을 생각해보자. 원자의 중심부에 있는 원자핵은 양성자와 중성자로 이루어져 있는데, 양성자의 질량은

중성자보다 아주 조금 작다. 이는 곧 중성자가 결국에는 붕괴되어 양성자로 전환되면서 최저에너지상태로 되돌아간다는 것을 의미한다.

만일 양성자의 질량이 지금보다 1%만 컸다면, 양성자가 중성자로 붕괴되면서 모든 원자핵이 불안정한 상태가 되어 결국에는 모두 분해

되고 말 것이다. 이렇게 되면 원자는 형성될 수 없고 생명체도 탄생할 수 없다.

생명체의 탄생을 가능하게 했던 또 하나의 우주적 우연을 꼽는다면, 양성자가 매우 안정한 상태를 유지하여 반전자로 붕괴되지 않았다는

점을 들 수 있다. 지금까지 알려진 실험결과에 의하면 양성자의 수명은 우주의 수명보다 훨씬 길다. 그러므로 양성자는 안정된 DNA의 탄

생에 커다란 공헌을 해온 셈이다.

강력(핵력)이 지금보다 조금 더 약했다면 중수소와 같은 원자핵들은 안정된 상태를 이루지 못했을 것이므로, 별의 내부에서 핵융합반응

이 일어난다 해도 무거운 원자핵을 만들어내지 못했을 것이다. 이와 반대로 핵력이 조금 더 강했다면 별들은 핵원료를 너무 빨리 소모하

여 수명이 짧아졌을 것이고, 태양이 없는 지구에는 생명체가 탄생하지 못했을 것이다.

약력의 세기가 달라져도 생명체는 존재할 수 없다. 약력을 통해 상호작용하는 뉴트리노는 폭발하는 초신성의 에너지가 외부러 전달되는

데 결정적인 역할을 하며, 이 에너지가 없으면 철보다 무거운 원소는 만들어질 수 없다. 만일 약력이 지금보다 조금 더 약했다면 뉴트리노

는 상호작용을 거의 하지 않았을 것이고, 그 결과 초신성은 철 이상의 무거운 원소를 만들어내지 못했을 것이다. 또한, 약력이 지금보다 

조금 더 강했다면 뉴트리노는 별의 중심부에서 쉽게 탈출하지 못하여 우리의 몸과 주변환경의 대부분을 이루고 있는 무거운 원소들을

역시 만들어내지 못했을 것이다.

그동안 과학자들은 '우주적 우연' 이 기록되어 있는 긴 목록을 만들어냈다. 이 목록을 보고 있노라면, 우주와 관련된 그 많은 상수들이 한

결같이 생명체의 탄생에 가장 적절한 값으로 세팅되어 있다는 사실에 놀라지 않을 수 없다. 이들 중 단 하나라도 값이 달랐다면, 생명체

는 고사하고 별조차도 형성되지 못했을 것이다. 별이 없으면 행성도 없고, 행성이 없으면 유기물도, DNA도, 생명체도 존재할 수 없다.

천문학자 휴 로스는 이 기적과도 같은 상황을 다음과 같이 비유적으로 설명했다.

"우주의 모든 상수들이 지금과 같이 적절한 값으로 

세팅될 확률은 폐품창고에 태풍이 불어닥쳐서 보잉

747제트기가 자동으로 만들어질 확률과 비슷하다."