생명, 경계에 서다 (안내)

[낙솔]

생명, 경계에 서다

LIFE ON THE EDGE

양자생물학의 시대가 온다

The Coming of Age of Quantum Biology

짐 알칼릴리(양자역학 서리대학 교수)

존조 맥패든(분자유전학 서리대학 교수)

뉴욕 타임스 2015년 베스트셀러

파이넨셜 타임스 2015년 올해의 책

영국 왕립학회 올해의 과학책

인디펜던트 2014년 올해의 책

아마존 2015년 올해의 과학책

짐 알칼릴리

1962년 이라크에서 태어났다. 1970년대 후반에 영국으로 이민을 갔으며, 1989년 영국 길포드의 서레이 대학교에서 핵물리학을 주제로 논문을 써 박사학위를 받았다. 그 후 2년 동안 유니버시티 칼리지 런던(UCL)에서 일했고, 1992년 서레이 대학교로 복귀한 후 이론 물리학 교수로 일하고 있다. 또한 원자핵 과학 홍보 유럽 위원회에서도 활발한 활동을 펼치고 있다.

그는 학자이면서 동시에 작가와 방송인으로도 활동하고 있는데 몇 권의 대중 과학 서적을 집필했고 지금까지 20개 언어로 번역되었다. 최신작은 『Pathfinders : The Golden Age of Arabic Science』이다. TV와 라디오 다큐멘터리에도 여러 번 출연했으며, 그 중에는 영국 영화 TV 예술상(BAFTA) 후보에 올랐던 『Chemistry : A Volatile History』와 『The Secret Life of Chaos』도 있다.

지금은 BBC 라디오4의 주간 과학 프로그램 「The Life Scientific」에 출연하고 있다. 그는 과학 커뮤니케이션에 기여한 공로로 2007년에는 왕립학회의 마이클 패러데이 메달을, 2011년에는 물리학 협회에서 주는 켈빈 메달을 수상했다.

차례

1장 들어가는 글

2장 생명이란 무엇인가?

3장 생명의 엔진

4장 양자 맥놀이

5장 니모의 집을 찾아서

6장 나비, 초파리, 그리고 양자울새

7장 양자 유전자

8장 마음

9장 생명은 어떻게 시작되었는가

10장 양자생물학 : 폭풍의 경계에 선 생명

에필로그 양자적 삶

과학서평 / 생명, 경계에 서다

“생물학과 양자역학의 만남”

과학자들의 가장 큰 미스터리는 3개가 꼽힌다. 우주의 기원, 의식의 기원 그리고 생명의 기원이다. 그런데 이 3가지 미스터리와 모두 연관이 있는 과학적 이론을 꼽는다면 무엇을 꼽아야 할까? ‘생명, 경계에 서다’(LIFE ON THE EDGE)를 쓴 짐 알칼릴리(Jim Al-Khalili)와 존조 맥패든(Johnjoe McFadden)은 양자역학이 이 3가지와 모두 관련되어 있다고 주장한다.

특히 이 두 사람은 생명을 양자역학으로 설명하는데 이 책의 대부분을 사용하고 있다. 생물학이 드디어 여기까지 왔다. 이름하여 양자생물학(Quantum biology)이다. ‘생명, 경계에 서다’는 양자생물학이라는 아주 최근의 학문을 소개하는 책이다. 양자생물학의 가장 큰 특징은 생명은 무엇인가 하는 것을 집요하게 파고든다는 점이다.

양자생물학의 기원을 이룬 것은 ‘울새’ 연구를 통해서이다. 참새목에 속하는 희귀한 철새인 울새는 길 찾는 방법이 매우 특이하다. 울새는 지구 자기장의 방향과 세기를 감지하는 자기수용감각(magnetoreception)을 가지고 있다. 사람처럼 지형지물을 보고 방향을 결정하지 않는다.

다른 철새처럼 밤하늘 별의 모양을 추적하지도 않는다. 체내에 내장된 방향감각을 이용해서 아주 작은 지구 자기장을 감지하는 방법으로 방향정보를 이끌어낸다. 일종의 생화학적 나침판이라고 할 수 있다.

철새연구로 2004년 양자생물학 태동

그런데 이 울새의 방향감각이 양자역학 메커니즘을 가지고 있다는 사실이 밝혀졌다. 2004년 울새가 양자얽힘을 이용해서 길을 찾는다는 실험적 증거를 제시하는 논문이 네이처에 실리면서 양자생물학이 시작됐다고 저자들은 주장한다.

양자생물학은 물리학과 생물학의 완벽한 조화와 융합을 꿈꾸는 것 같이 보인다. 일반 독자들에게 가장 혼돈스러운 것은 뉴턴역학, 열역학 그리고 양자역학과의 관계이다. 대부분의 사람들은 아직도 눈에 보이는 세계에서 정밀하게 잘 맞아떨어지는 뉴턴역학의 세계에서 산다. 만약 이 고전적인 세계가 무너진다면, 비행기는 떨어지고 열차는 충돌하면서 엄청난 혼란과 참화로 세상은 난장판이 될 것이다.

그런데 갑자기 양자역학이라는 개념이 나오면서 사람들의 고정관념을 쉴 새 없이 뒤흔들어놓았다. 양자역학은 물체가 지나갈 수 없는 장벽을 통과하고, 두 장소에 동시에 존재하며, 유령 같은 연결이 일어난다고 주장한다. 뉴턴역학과 열역학 그리고 양자역학 3자는 무슨 관계가 있을까?

눈에 보이는 외부 세계는 뉴턴역학의 원칙으로 움직이고, 그 아래에서 증기기관이 힘을 발휘하는 것 같은 현상에서는 열역학법칙이 지배하지만, 그 보다 더 미시의 세계에서는 양자역학의 법칙이 통용된다.

떨어지는 사과, 비행기 같은 사물의 움직임은 뉴턴 역학으로 설명된다. 그 아래 열역학의 층에서는 당구공 같은 입자들이 거의 무작위 운동을 하면서 무질서 속의 질서를 일으킨다. 우리 주변에서 모는 현상은 대부분 이 뉴턴역학과 열역학에 뿌리를 두고 움직이는 것 같다. 그러나 살아있는 유기체는 이 층을 곧장 관통해서 양자세계에 기반을 두고 있다고 이 책은 주장한다.

양자생물학자에게 생명이란 거센 폭풍이 부는 바다 위를 항해하는 배와 비슷하다. 이 배는 40억년 진화로 다듬어진 ‘유전 프로그램’이라는 노련한 선장이 타고 있다.

생명현상에 자리잡은 양자역학의 세계

서로 다른 분야의 융합과 협력이 점점 중요해지는 추세에 맞게 양자역학을 생물학과 결합하는 논문은 조금씩 늘어나고 있다. 옥스퍼드 대학의 수학자인 로저 펜로즈는 1989년 ‘황제의 새 마음’이라는 책에서 인간의 마음이 양자컴퓨터라고 주장했다.

2007년 뉴욕타임즈에도 식물이 양자컴퓨터라는 주장이 실렸다. 미생물과 식물의 광합성 시스템은 양자컴퓨터에서 필요로 하는 것과 유사한 작업을 할지 모른다는 주장도 나왔다. 아직은 소수이지만, 생명현상에서 양자역학의 역할이 중요하다는 생각은 조금씩 영토를 넓혀가는 중이다.

저자들은 생명의 한쪽 발은 일상적인 사물로 이루어진 고전세계에 있고, 나머지 한 발은 양자세계라는 기이하고 독특한 곳에 숨어있다고 주장한다. 이 보다 더 중요한 것은 양자역학은 이미 물리학 생물학 공학과 결합해서 엄청난 변화를 가져왔다. 반도체 생산이나 컴퓨터, 레이저, 스마트폰, MRI검사, 위성항법장치 등은 양자역학의 이해 없이는 나오기 어려웠다.

이 같은 융합은 멀지 않은 미래에 인간세계에 엄청난 신세계를 열어줄 것이다. 핵융합을 통해 거의 무한한 전력을 얻게 될 수 있다. 공학+생화학+의학이 결합한 ‘인공 분자 기계’에 대한 논문은 하루가 멀다 하고 쏟아진다. 인간수명 연장과 질병치료 및 건강증진에 큰 진전이 나타날 것이다.

20세기에 시작한 양자 혁명은 지금 거대한 폭발을 준비하고 있다.

감사의 말씀

이번 양자생물학울 소개하는 시리즈는 만촌의 덕분으로 시작되었습니다. 그가 귀중한 서적을 보내주셨고, 현재 정독 중에 있으나 앞서 읽었던 부분이 흐릿해져 가고 있어서, 시급하게 다이제스트로 요약하여 카페에 올리게 되었습니다.

양자역학은 제가 가로 늦게 공부하면서 학점을 따냈던 과목이었지요. 그리고 제 논문의 주제가 광반도체 소자의 특성이었던 까닭에 이럭저럭 양자역학이 낯설지 않게 되었습니다. 그러나 손을 놓은 지가 꽤 오래되었고, 그동안 주로 인문학 쪽으로 관심을 갖다 보니, 전공을 새로 시작하는 기분도 드네요.

아무튼 만촌의 뜻도 마찬가지겠지만, 제가 21세기의 화두로 떠오른 양자생물학을 여러 친구들에게 소개하고 안내하게 되어서 매우 기쁩니다. 다만 능력이 부족하여 설명이 딱딱하고 난해해질까봐 걱정입니다. 이런 질곡에서 벗어나는 하나의 좋은 길은 이런저런 질문을 많이 해주시는 것입니다.

부탁해도 되겠지요? 제가 쩔쩔매는 모습을 보고 유쾌하게 웃으셔도 좋습니다. 그러나 그것이 저에게는 보약이 되고, 결과적으로 행복해지리라 믿습니다. 감사합니다.

[河童 이근식]

김대중은 다이제스트를 보고 아는 척 했다.
그것이 통하니 기가 살아 더욱 그랬다.
아는 척 하는 위험한 위선이 오만을 낳았다.
양자생물학은 물리학과 생물학의 완벽한 조화와 융합을 꿈꾸는것같다.
이런 현학과 해몽은 진지한 지성인이라면 못 한다.
철새는 양자물리학을 모르고 길을 찾고
인간은 의학이나 생물학을 모르고 스스로 생명을 만들고 유지한다.
자연에 충실한 것이 선이다. 혼선에 얼빵해지는 것은 선이 아니다.
스티븐호킹에게 신이 있느냐란 질문이었다.
우주엔 삼천억의 은하계가 있고 우린 그중의 하나에 있다가 답이었는데
호킹은 하느님을인정한것이냐란 하동 질문에 낙솔은 답을 안했다.
카페의 하동질문은 답이 지성이다

[만촌 전석락]

'생명이란 무엇인가?'
나에겐 어느 무엇보다도 흥미진진하고 황홀한 흥분을 주는 주제다.
약 1달여 전 '생명 경계에 서다'를 읽으면서
'양자생물학'에 대한 새로운 생명현상을 접하고 그 새로움에 대해 말 못할 희열을 느꼈다.
그러나 '양자역학'에 대한 지식부족으로 그 책은 난해했다.
그래서 낙솔에게 새 책을 보내면서 강의 한 번 해달라고 부탁을 한 것이다.
나는 배가 고프다. 모르는 것이 너무나 많다.
낙솔께 어려운 부탁을 드려 미안한 생각도 들지만
이렇게 독서광장에 필을 들어주니 너무나 고맙고 감사한 마음이다.
낙솔! 감사해요!

[감나무그늘]

나도 우선 어렵다는 개념이 앞선다.
이런 이성적이고 건조한 학문을 돌파할 의지가 필요한 시대에 우리가 살고 있긴 한데

실리는 글 읽어보고 또 나의 위치를 가늠하고 싶네요
좋은 글 고마버요

[河童 이근식]

낙솔의 안내로 도동 하동은 스티븐호킹 실화영화를 봤습니다.
마지막 기자가 하느님은 있느냐 했을때 호킹은
우주엔 삼천억의 은하계가 있다. 우린 그중 하나에 속해있다고 햇습니다.
낙솔이 말하는 천지창조에서 이 천지는 무엇입니까?
이천년전엔 중력도 몰랐고 은하도 몰랐습니다.
학문, 진리를 종교처럼 해서야 되겠습니까,