칼세이건의 코스모스

읽게 된 동기.

과학교양서적은 처음인 듯하다. 오래전부터 읽고 싶었지만 왠지 지루하고 다 읽지 못할 것 같아 한참을 미뤄둔 책이었다. 그러나 이젠 읽어봐야겠다는 마음으로 고쳐먹고 읽기 시작했다. 종의 기원을 시작점으로 사피엔스를 거쳐 이기적 유기전을 경유하고 최종목적지는 총균쇠가 남아있지만 종착역 한정거장 앞에 놓인 코스모스를 이제 다 읽었다. 종착역인 총균쇠에 더욱 가까워진 것 같다.

 

읽으면서 든 질문들.

1. 태양은 어떻게 빛의 에너지를 낼까?
2. 왜 모든 행성은 동그랄까?
3. 과학자(물리학자. 천문학자) 들은 신의 존재를 믿을까?
4. 광물과 생물의 공진화.
5. 조수간만의 차는 왜 생기고 바람은 왜 불며 비는 왜 내릴까?

 

읽고 나서 찾아봐야겠다는 생각들.

1. 광물과 생물의 공진화.
2. 삼각함수의 활용과 기초 물리학에 대한  갈증.

 

그리고 마지막.

...

 

 

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1. 태양은 어떻게 빛의 에너지를 낼까?

 

빅뱅이 일어나면서 우주는 수소와 헬륨으로 덮이게 된다. 현재까지도 우주를 이루는 가장 많은 원자는 수소다.
가장 가벼운 물질인 수소 두개가 결합되면서 핼륨이라는 새로운 원소가 만들어지고 두 원소의 핵융합이 발생하면 에너지가 발생된다

그 에너지는 계속 폭팔하는것 에서 태양은 끊임없이 에너지를 내는 것이다. 

 

수소와 헬륨의 결합.그리고 우라늄의 핵분열

별은 스스로 빛을 내고 
행성은 지구와 같은 것.

 
오리온 은하는 지구로 부터 1300광년 떨어진 곳에 위치하고 

수소는 양성자 한개와 전자 하나를 가지고 있는데 
다시말해 양성자에 전자가 하나 붙어있는 형태다. 
따라서 수소는 전자와 양성자 하나를 가지고 있다.

양성자 끼리는 서로 밀어내는 성질이지만
압력에 의해 양성자들이 밀어내지 못하고 서로 결합하며 
중력이라는 것이 형성되며 양성자들은 서로 붙게 된다 

중력으로 인해 수소가 모여진 상태를 우리는 플라즈마라고 하고 
양성자들은 중력으로 물질을 압력하여 내부의 높은 온도로 상승한다

양성자들이 모인 힘에의해  그 내부온도가 1,500 만도가 되면 
양성자는 서로 경합되어 핵 융합을 일으키고 그 과정에서 양성자는 
전자를 잃어 중성자가 된다. 그 과정에서 핵융합이 발생한다.  

결국 모든 물질은 바로 수소의 핵을 이루는 양성자의 갯수로 결정된다 
양성자가 두개 세개가 되면 우리는 이 물질을 헬륨 이라고 칭하고
3 헬륨 4 헬륨으로  부른다. 

이렇게 수소에서 헬륨이 융합되는 과정에 에너지가 발생되고 
에너지는 열로 변환되고 열은 빛이 발산한다.

그래서 우린 원소기호잎에 양성자와 중성자의 갯수를 따로 적는다 

 

2. 왜 모든 행성은 동그랄까?

 

별은 중력을 통해 안으로 당긴 힘이 있고,핵력을 통해 바깥으로 팽창하려는 힘이 있다 
수소와 수소가 결합되면 열이 발생하고 열은 팽창할려고 한다. 그 균형을 이루는 것이 바로 별이며 그 별이 균형을 이뤄
동그랗게 만들어진 것이다. 

 

 

3. 과학자(물리학자. 천문학자) 들은 신의 존재를 믿을까?

오래전 부터 이에 대한 실험은 지속적으로 이어져왔다.

 

2000년대. 
신은 개인의 뇌안에 있다 라는 슬로건으로 신을 느끼는 특정부위 일명 God Spot을 자극하면 
영적인 경험을 할 수 있다 라는 논문들이 발표가 되었다. 이를 위해 많은 실험들이 있어왔다.  

2010년대.
신의 존재유무를 떠나 유신론자와 무신론자의 뇌는 다를까?라는 질문으로 이어졌고
대답은 의외로 단순하게 나왔다.
논리적인 사고력을 기르면 신을 믿는 신앙심이 약해진다는 것이다.

다시말해. 논리적으로 사고하는 연습을 시키면 
신앙심이 약해지거나 무신론자에 가까워지게 된다는 것이다. 

2020년대. 현재의 과학은 신을 믿게 만드는 요인으로 크게 세가지를 뽑았다.

• 영혼
• 사후세계
• 미사나 성당에서의 예배를 통한 감동.

그렇다면 전 세계에서 가장 신을 안믿는 국가는 어디일까? 
의외지만 북유럽국가들이다. 다시말해 스칸다나비아 국가들. 

북유럽국은 복지국가로서 인권을 가장 먼저 생각하며
미래에 대한 불안감과 
내 삶의 불확실성이 적은 국가들이 종교에 대한 기대가 작았다.

어릴적 부터 잰더차별, 사회적 차별이 적은 환경과
과학교육이 잘 정립된 나라일수록 그렇다는 것이다.

나의 결론은 신이 있는지 없는지 나는 알 수 없다.
믿고 안믿고는 개인의 문제이다.  

4. 광물과 생물의 공진화.

지구 내에서 지각을 구성하는 성분은 무엇일까?
산. 나무. 바위. 꽃. 바다. 물고기. 동물…

 

 

조금 더 과학적으로 들어가 보면 지각의 원소구성비라고 일컬어지는 클라크 수(Clarke Number)라는 것이 있다. 클라크수란,  지구의 표면에 있는 논. 밭. 산을 갈아서 주요 성분을 이루는 주요 요소를 분석하여 그 분자수를 정리한 표이다.

 

지구의 물질은 산소와 6가지 성분의 철로 구성되어 있는데 외우기 쉽게 위해산소는 여자. 그리고 나머지 철의 성분은 남자로 구분된다. 이는 산소는 음전하 2개로 구성되어 있고 나머지 철을 비롯한 6가지 성분은 플러스 1가, 2가. 3가. 4가처럼 양전자로 구성되어  음전하 대비 양전하가 0을 이룰 때 이온이 형성되며 전하의 성질을 잃어서 우리가 손으로 만질 수 있는 물질이 되는 것이다.

 

클라크수를 나눠보면 산소(o) 50% , 실리콘(si) 30%, 알루미늄(al) 10%, 철(fe) 5%, 칼슘(ca) 나트륨(na) 순이다. 우리는 산소가 공기 중에 대부분 있다고 생각하는데 지하표면은 밑으로 800Km를 내려가야 하며 대기 중에 있는 산소. 물속에 있는 산소는 전체 산소 중 0.1% 밖에 차지하지 않는다. 결국 지구의 물질 중 가장 큰 비율을 이루는 산소의 99%는 광물에 있다.  

그러면 어떻게 여자가 남자를 만나서 생물과 광물이 되는지 논해보자.
산소는 음의 기운. 즉 음전하 두 개를 가진 체 양전하를 가만히 두질 않는다. 바로 실리콘. 알루미늄. 철  마그네슘 등과 끊임없이 결합하여 새로운 분자구조를 만들어 낸다. 결혼할 때 산소를 위해 플러스 지참금을 가져와야만 산소와 결합할 수 있다는 것이다.

일례로 바위에 가장 많은 실리콘은 si 은 + 4과 의 전하를 띠고 산소는 -2과의 전하를 가진다.
이 두 개가 결합되면 실리콘은 si (플러스 4와)+ 산소(-2과)가 결합하면 siO2 바로 이산화규소다.  모래나 석영. 유리나 콘크리트의 주성분이며 지구의 지각성분(맨틀)의 대부분을 차지하는 광물인 것이다. 이 광물이 지구의 맨틀을 이루는 주요 성분이 된다.

 

그러면 대기는 무엇인가? 산소와 탄소의 결합이 만들어낸 성분이다. 
산소가 수소를 만나면=  H2O 즉 바다를 만들었고
산소와 실리콘이 만나면 = siO2 즉 맨틀이라는 대륙을 만들었고
산소와 카본(이산화탄소)과 만나면 = CO2 즉 대기를 만들었다. 

이것을 조금 더 구체화하면

산소가 금속을 만나 광물이 되고
산소가 수소가 만나 물을 만들어
산소가 규소를 만나 맨틀을 만들었다. 

지구상의 산소는 전자 2개를 훔쳐오는 이 탁월한 능력 때문에 모든 지구의 물질들을 만들어낸 것이다. 결국 산소가 생명도 탄생시키고 생명도 끝을 낸다. 

이러한 과정을 전하의 관점에선 전하중화(공유결합이기도 하다)이라고 한다.
(-상태나 + 상태가 되지 않게 음이온과 양이온의 결합을 이루어 모든 물질이 만들어진다. 앞서 언급한 대로 그렇지 않으면 돌멩이에도 전하가 흘러 만질 수 없다)

그렇다면 식물은 어떻게 땅속의 성분을 흡수하여 생명을 유지할 수 있는가?
또한 식물은 어떤 분자구조로 이루어져 있는가?

먼저 식물은 햇볕으로부터 광합성을 하고 그것을 통해 포도당을 만든다. 포토당을 통해 성장을 하고 그 과정에서 산이 나온다. 식물의 산을 통해 바위가 갈라지고 그 속으로 빗물이 침투하여 틈을 더 벌리고 녹이며 광물 속에 포함된 인과 질소가 빗물에 씻겨 나오고 소나무는 다시 인과질소를 흡수한다. 

소나무틈에서 갈라진 바위들은 분해가 되면서 모래가 되고 그 모래들은 바다로 흘러가고 퇴적암을 형성한다. 그 퇴적암이 바로 현무암이며 화강암보다 10%가량 더 무거워 대륙판밑으로 (판의 이동) 들어간다. 그 대륙판들이 충돌을 하며 마그마가 형성되고 그 마그마가 다시 분출되면서 용암이 흘러나오고 그 용암 물질 속에 기타 다른 물질들이 생성되어 다시 광물이 만들어지면서 그 안에 분자들이 스며들게 된다. 
결국 식물이란 칼륨. 마그네슘. 칼슘으로 구성된 분자결정체인데 안을 조금 더 들여다보면 다음과 같다. 칼륨은 잎뒷면에 광합성을 위한 이산화탄소의 구멍으로 구성되었고, 마그네슘은 엽록소 분자의 핵심이며, 칼슘은 식물 세포벽의 주 성분을 이룬다. 낙엽의 재가 바로 마그네슘이다. 

결국 세상의 모든 건  광물에서 오는 것이다. 이것을 통해 우리는 무생물과 생물의 공진화. 즉 상호작용이 어떻게 이루어지는지 알 수 있다. 

그렇다면 또 다른 질문들이 스멀스멀 올라온다. 식물은 어떻게 칼슘을 섭취할까? 

칼슘이 광물에서 생명으로 들어가는 과정은 빗물을 통해서 흘러간다. 이 과정을 통해 조개껍질 같은 칼슘들이 물의 다양한 성분들과 결합되어 생물의 갑옷 같은 껍질을 형성하는 것이다. 

바닷속 생물의 껍질 성분은 대부분 칼슘으로 이루어진다. 칼슘장석은 빗물에 녹아 분자기호 CaCo3로 표시하며 석회암 또는 산호나 조개껍질의 주성분을 이루는 것이다. 석회암의 구성성분을 사람이 분석하여 우리도 조개같이 칼슘덩어리 같은 단단한 석회질로 우리의 집을 만들어야겠다고 인식한 후 인류는 콘크리트를 개발하게 되었고 그 콘크리트를 이용하여 그 조개껍질처럼 아파트를 짓고 우리는 그 속에 살고 있다

이렇게 광물과 식물과 생물의 공진화를 5억 년을 통해 계속 이루어 왔다. 나트륨 역시 빗물에 분해된다. 결국 바닷물로 들어가 단단한 암석이 되고. 판의 이동으로 마그마가 되고 화산으로 인해 다시 산으로 형성된다. 그 지난한 과정을 통해 나트륨이 지각으로 나온다.
인간이 두뇌를 통해 생각하는 것들은 생물학적으론 나트륨 양이온의 전기작용이 바로 생각의 흐름이라는 것이 현재 과학계의 주장이며 그것이 생명체의 가동원리라고 말한다.  

그렇다면 지구상 가장 위대한 발명품은 무엇일까? 
광합성이다.  

 

앞서 언급한 광합성은 식물이 빛을 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 과정이다. 
인간은 살아있는 물질을 먹지만 식물은 이산화탄소를 흡수하여 포도당을 만들고 
식물은 빛을 이용해서 물을 분해한다. 물 H2O 는 분리되어 분리된 수소를 이용해 에너지를 만들고 산소는 필요없어 버린다. 다시말해 식물이 버린 산소는 우리가 먹고 우리가 배출한 이산화탄소를 이용해 식물은 포도당을 만들어 낸다 

식물이 인간과 동물하고 산소와 이산화탄소를 교환하는것이 바로  가장 위대한 공존 방식이다. 

고려청자는 어떻게 저리 영롱한 색을 만들어 냈을까? 

철 fe 특이하게  +2과  +3과 있다. 이것이 산소와 결합하면 feO(2과 철은 녹색) + fe2O3 (3과 철은 푸른색, 6에서 만나 0을 이룸) 여기에 물분자 하나가 들어가면 영롱한 푸르른 빛깔의 청자색이 나온다.  이 철과 산소의 결합유무에 따라 흑의 색깔을 결정짓는데 적철석. 자철석. 등이 이것을 통해 생겨나는 것이다.