유레카 3 -쉰일곱번째이야기
(형이상학적 깨달음. 형이상학(形而上學)은 우주 프로그래머와 인류를 연결시켜주는 끈이며 길이다. 그리고 인류는 마침내 프로그래머의 영역인 창조의 영역에 들어서고 있다)
3부. 길
21장. 유한(有限)과 무한(無限) 1
* 이 글은 <유레카3>의 57번째 글입니다. 우주와 생명에 대한 철학적 진실을 탐구하고, 그를 바탕으로 새로운 삶의 방식을 제시하고자 합니다. 1부 우주, 2부 생명, 3부 길로 구성되어 있으며, 26장 73편의 이야기로 나뉘어져 있습니다. 이 글을 접하시는 모든 분들이 제가 깨달은 것을 함께 깨달아, 지성의 즐거움을 함께 만끽하며, 인류와 생명의 진보와 진화의 길을 함께 걸어가게 되기를 기대합니다.
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161. 빛
다시 동굴이다. 어두움에 적응이 되었는지 희미하게 동굴의 윤곽이 눈에 들어온다. 눈동자가 어둠에 적응하기 위하여 자동으로 커진다. 망막에 최대한 많은 시각 정보를 보내주기 위하여 동공이 확대된 것이다. 뇌가 따로 명령하지 않아도 우리의 눈동자는 빛의 양에 따라 스스로 커지거나 작아진다. 오랜 진화의 과정에서 생명은 '적응'이라는 자동화 과정을 완성시켜왔다. 진화의 힘에 감탄하지 않을 수 없다.
본다는 것은 빛을 인식하는 것이다. 그것은 정보 영역의 엄청난 확대를 가져왔다. 인간이 가진 5개의 감각 중 미각(味覺)과 촉각(觸覺)은 대상 물질과 접촉을 해야 감각 할 수 있다. 후각(嗅覺)과 청각(聽覺)은 떨어져 있어도 감각할 수는 있지만 범위도 아주 작고 정확하지도 않다. 그러나 시각(視覺)은 정확하고 광범위한 정보를 뇌에 제공한다.
미생물을 제외한 지구에 존재하는 생명은 같은 진화의 길을 걷는다.
진화1단계 ; 진핵 세포로의 진화 -공생(共生)
진화2단계 ; 다세포로의 진화-분업(分業)과 협동(協同)
진화3단계 ; 성의 진화-유전인자(遺傳因子)의 다양성(多樣性) 확보
진화4단계 ; 눈의 진화- 정보(情報)의 확대(擴大)와 경쟁(競爭)의 극대화(極大化)
그리고 인류는 눈을 먹이를 잡거나, 먹이가 되지 않기 위해 감시하는 경쟁의 도구로만 쓰지 않고, 사물과 생명을 관찰하고 별을 보는 것에도 사용하였다.
형이상학적 깨달음. 형이상학(形而上學)은 우주 프로그래머와 인류를 연결시켜주는 끈이며 길이다. 그리고 인류는 마침내 프로그래머의 영역인 창조의 영역에 들어서고 있다. 그 시작은 보는 것. 즉, 눈이었고 결과는 인류에게만 주어진 진화의 5단계 지성(知性)의 진화이다. 인류는 선택받았다. 선택을 받지 아니한 민족은 없고, 선택을 받지 아니한 사람도 없다. 모든 민족(民族)과 모든 인류는 프로그래머의 선택을 받은 선민(選民)이다.
모든 감각에 의지해 희미한 동굴을 더듬어간다. 얼마나 갔을까? 멀리 빛 한줄기가 쏟아진다. 점점 더 다가가자 이젠 희미한 불빛은 사라지고 동굴 밖에서 쏟아지는 햇빛이 긴 빗살무늬를 그린다. 이 동굴의 출구는 그리 멀리 있지 않다.
동굴에 첫 발자국을 딛던 두려움은 어느새 사라지고, 나는 빛의 황홀경에 빠진다.
빛!
얼마나 경이로운 작품인가?
본다는 것은 축복이다.
162. 빛의 생성과 수소 핵융합
빛이 어떻게 생기는지 그리하여 밤과 낮이 왜 생겼는지를 안 최초의 사람은 한스 베테(Hans Albrecht Bethe, 1906년 - 2005년)이다. 100년을 살았던 그는 독일 태생 미국 물리학자이고 1967년「원자핵 반응 이론에의 공헌, 특히 별의 내부에 있어서의 에너지 생성에 관한 발견」의 공로로 노벨 물리학상을 수상했다.
(한스 베테 - 그는 빛이 어떻게 생겼는지를 안 인류 최초의 사람이다)
별의 내부에 있어 에너지 생성에 관한 발견이 빛의 발견이다.
태양을 비롯한 별은 사실 수소덩어리이다. 별이 가지는 어마어마한 중력과 온도는 별을 거대한 수소폭탄으로 만든다.
지금은 고등학교에서 배우는 이 이론.
수소원자 2개가 합쳐져 헬륨원자 하나를 만들고 그때 감소한 질량이 아인슈타인의 에너지등가법칙 E=mc2의 공식에 따라 엄청난 에너지로 발산되고 이 때 빛이 생성된다. 그렇게 생성된 빛은 우주를 비추고 마침내 지구와 같은 행성을 만나면 온기를 주고 생명을 잉태한다. 사실 그냥 쉽게 설명하기 위하여 수소원자 2개가 합쳐져 헬륨원자 하나가 된다고 설명하지만 그건 과학을 어려워하시는 분들을 위한 초 간단 설명이고 실제로는 조금 복잡한 과정을 거친다.
학생 독자들을 위하여 간단히 설명하자면, 핵융합은 한 가지 형태가 아니라 여러 가지 형태가 있다. 그러기 위하여 먼저 원자에 대한 기본적인 상식을 알아보아야 할 것 같다.
(원자를 나타내는 방법. 위는 보통 탄소를 나타낸다.)
원자는 양성자(p), 중성자(n), 전자(e)로 구성되어 있다. 무게는 양성자와 중성자가 비슷하지만 중성자가 약간 더 무겁고, 전자는 아주 가볍다. 하여 원자의 질량을 이야기할 때에는 원자에 들어있는 양성자와 중성자의 합으로 이야기한다. 위 참조 그림은 탄소를 표시하는 그림인데 <C>는 원소기호로 탄소임을 나타낸다. 탄소의 원자번호는 <6>이다. 이 말은 탄소에 들어있는 양성자수와 전자의 수가 각각 6개씩 있음을 뜻한다. <12>는 이 탄소의 질량수를 의미한다. 즉, 탄소의 양성자는 6개이기 때문에 중성자가 6개 들어있는 탄소라는 의미이다. 어떤 원자가 무엇이냐를 결정하는 것은 원자에 들어있는 양성자의 수이다.
동위원소라 함은 양성자의 수가 같아 같은 원소로 표시되나 들어있는 중성자의 수가 달라, 원자의 질량과 성질이 다른 원소를 의미한다. 탄소의 경우 보통의 탄소 이외에 2개의 동위원소가 존재하는데 약 98.9%는 원자질량 12로 표시되는 보통 탄소이고, 1.1%는 중성자가 하나 더 있는 질량 13인 탄소와, 아주 극미량이지만 중성자가 2개 더 있어 질량 14로 표시되는 탄소도 있다.
양성자는 전기적으로 (+)의 성질을, 전자는 (-)의 성질을 나타내고, 정상적인 원자는 양성자와 전자의 수가 같아 전기적으로는 항상 중성이다.
수소에 대해서 알아보면, H(Protium)로 표시되는 기본 수소는 양성자 1개에 전자 1개가 있는 우주에서 가장 많이 존재하고 가장 간단한 원자이다.
D(Deuterium)는 수소의 동위원소로 중수소라고 하며 중성자 하나가 더 있어 무게가 일반 수소보다 2배 더 무겁다. 3중 수소와 구분하기 위하여 2중수소라고 표현하기도 한다. 2중 수소는 바닷물에 많이 녹아 있어 비교적 구하기 쉬운 원소이다.
T(Tritium)는 3중 수소로 양성자1개에 중성자가 2개나 있어 일반 수소의 약 3배의 무게를 지닌다.
삼중수소는 우주 방사선에 의해 자연적으로도 생성되기도 하지만, 아주 적은 양이 생성되고 또 금방 없어지기 때문에 자연 상태에서는 찾기 보기 힘들다. 현재 이용 중인 대부분의 삼중수소는 리튬-6에 중성자를 쏘아 생산한다. 이렇게 특수한 방법으로 만들다 보니 금이나 다이아몬드보다 훨씬 더 비싼 귀하신 몸이다.
(수소와 그 동위원소. 모두 양성자1, 전자 1가 있는 수소이지만 중성자의수에 따라 질량도 성질도 달라진다.)
He로 표시되는 헬륨은 원자번호가 2번이다. 즉 양성자와 그에 대응하는 전자는 2개씩 있다는 뜻이다.
정상적인 헬륨은 여기에 중성자가 2개 있어 질량이 4인 원소이다. 동위원소로는 중성자가 하나 없어 질량이 3인 헬륨-3이 있다.
이제 기본적인 것을 알았으니 태양에서 일어나고 수소 핵융합 기술에 사용되는 수소 핵융합을 알아보자. 그 중 가장 대표적인 것이 아래 참조 그림에 있는 D-T 핵융합과 D와 He-3(헬륨의 무게가 3이라는 뜻으로 원래는 He의 왼쪽위에 조그맣게 써야 하지만 그렇게 쓰는 자판이 없어 원자의 질량을 나타낼 때는 이렇게 표현하도록 하겠다.)과의 결합이다.
먼저 참조그림이 위에 있는 D-T 수소 핵융합은 2중수소 D와 삼중수소 T가 핵 융합하여 헬륨-4와 중성자 1개를 만들고 어마어마한 에너지와 빛을 만들어낸다. 그러므로 핵융합을 수소 2개를 합쳐 헬륨 1개를 만든다고 하는 것은 우리가 통상 말하는 수소(H) 2개를 말하는 것이 아니라 이중수소(D)와 삼중수소(T)의 융합을 말하는 것이다.
이것을 이용한 것이 수소 핵융합 기술이며 이 기술의 핵심 포인트는 삼중수소를 보다 쉽고 저렴하게 생산해내는 일이다. 우리나라는 이 삼중수소를 만들어내는 기술이 다른 나라에 비해 비교적 많이 발전되어 있다.
또 한 가지 핵융합은 참조그림의 아래에 있는 이중수소D와 헬륨-3이 융합해 정상적인 헬륨-4와 양성자1개를 만들면서 에너지와 빛을 생산하는 방법이 있다. 이 방법의 문제는 헬륨-3이 지구에는 거의 존재하지 않는다는 것이다. 요즘 중국과 러시아, 인도에서도 달에 간다는 이야기가 심심치 않게 나온다. 이는 다른 이유도 있지만 지구에 없는 헬륨-3이 달에 많이 있기 때문이다. 태양풍에 섞여서 나오는 헬륨-3이 지구에는 대기층과 자기장에 막혀 들어올 수 없지만, 대기와 자기장이 없는 달에는 수십억 년 간 그대로 쌓여 적게는 100만t, 많게는 5억t 정도가 있을 것으로 추정된다. 이를 모두 가져와 에너지로 전환하면 인류가 무려 1만 년 간 시용할 에너지의 양이라 한다. 더 경이로운 것은 헬륨-3은 방사능이 없어지는 기간이 불과 12년 밖에 안 되기 때문에 핵폐기물도 거의 만들어내지 않고, 핵폭발 위험도 지극히 낮은 친환경 에너지라는 것이다.
이밖에도 여러 핵융합 방법이 있지만 통상 수소 핵융합이란 가장 흔한 D-T핵융합과 D와 헬륨-3의 핵융합을 말한다. 이 기술이 중요한 것은 수소에너지는 탄소에너지의 고갈이 눈앞에 현실로 닥친 인류의 가장 적절한 대안 에너지이기 때문이다. 미래의 인류는 수소에너지를 사용하는 인류가 될 것이다. 지구 생명의 원천인 빛은 태양 안에서 위와 같은 방법으로 만들어지고, 이제 인류는 태양의 에너지 생산 방법을 인류 문명에 사용하려 하고 있다.
만약 이 글을 읽는 학생 중에 수소 핵융합 기술에 관심이 있다면 삼중수소를 쉽게 만드는 방법을 연구해 D-T 핵융합기술에 활용하든가, 달에서 헬륨-3을 쉽게 가져오는 방법을 연구한다든가, 혹은 수소 2개와 중성자 하나를 결합하거나, 정상적인 헬륨-4에서 중성자 하나를 분리한다든가 하는 방법이나, 또는 다른 원자를 분해하여 헬륨-3을 인위적으로 만들어 본다든가, 아예 보다 쉬운 다른 핵융합 방식을 만들어 보는 방법을 생각해 볼 수도 있을 것이다. 만약 그것을 성공한다면 당신은 인류의 구세주가 되는 것이다. 예수나 석가나 마호메트만이 인류의 구세주가 되는 것이 아니라, 인류가 만년을 살아갈 미래에너지를 개발한다면 충분히 구세주의 칭호를 들을만하지 않겠는가? 이는 한 인생을 걸만한 충분히 가치 있는 일이고, 그리 할 수만 있다면 정말 멋진 삶을 산 것이 되고, 꺼지지 않는 인류의 스승으로 후대에 기록 될 것이다.
빛은 짜장 생명의 원천이다. 지구의 모든 생명은 태양에서 일어나는 수소 핵융합으로 발생하는 빛과 그 빛이 가져오는 에너지로부터 시작된다. 광합성을 하는 지구상의 모든 식물은 빛을 매개로한다. 식물은 모든 초식 동물들의 먹이가 되고 육식동물들은 이 초식동물들을 먹이로 하여 지구 생명의 생태계가 유지되는 것이다. 지구 생태계는 그렇게 태양의 빛으로 시작된다.
163. 쉬어가기-[詩] 새해에는 참 숨을 쉬게 하소서
2008년 1월 1일. 태양의 새해 첫 일출을 보기위해 거제 노자산에 올랐다. 그 때의 태양빛의 감동을 독자들과 함께 나누고자한다. 태양으로 인하여 지구에 모든 생명이 숨을 쉰다.
새해에는 참 숨을 쉬게 하소서
해야!
해야!
억겁(億劫)의 세월
오르고 또 떠올랐던 해야!
어제의 너와 오늘의 네가
다르지 아니할지나
오늘 난
서울 천리
밤을 새워 달려 와
깜깜한 학동고개 한달음에 올라
칼바람 매서운 산등성이
거제 땅 노자산 벼늘바위
두 손 모으고 모듬발 동동이며
너를 애가 타게 기다리노니
장구(長久)의 장막을 열어젖히고
온 누리 온 생명(生命)에 숨을 불어넣을
너의 위대함을 과시하여라.
동녘을 보라!
그대! 심장(心腸)이 식은 자(者)여!
두 눈을 한껏 치켜 동녘을 보라!
여명(黎明)!
새벽을 알리는 빛의 울음소리
누가 있어 저 소리를 막을 수 있으랴?
어떤 어두움이
저 웅장한 빛의 행군(行軍)을 막을 수 있으랴?
그가 온다.
어둠아. 어둠아.
마흔 다섯 해. 춥고 길었던 어둠아!
길을 열어라. 그 분이 오신다.
온다.
수평선 검짙은 먹구름 뒤로
새색시 속살을 드러내듯
수줍게 그가 온다.
하늘아!
티끌 하나 없이 깨끗이 치워져라.
그가 너를 밝고 가신다.
바다야!
숨을 죽여 파도를 잠재워라
그가 너 위에 빛의 씨를 뿌리시리니
너는 온 누리에 빛을 반사(反射)해야 하리라.
바람아!
멈추어 귀를 기울여 그의 소리를 들어라.
너는 전령(傳令)이 되어
온 생명에게 새 소식을 전해야 하리라.
빛이 어둠을 이겼다고
큰 소리로 외쳐 전해야 하리라.
남녘 하늘아 숨을 쉬어라.
남해 바다야 숨을 쉬어라.
노자산 가라산아 숨을 쉬어라.
외도야 해금강아 숨을 쉬어라.
대지(大地)여 대자연(大自然)이여 숨을 쉬어라.
태양(太陽)이 그 찬란(燦爛)함을 드러내
누리에 숨을 불어 넣고 있으니
생명아 깨어나 숨을 맞아 호흡(呼吸)하라.
공기에 흙에 물에 숨은 미생물아 숨을 쉬어라.
풀들이며 나무들이여 숨을 쉬어라.
벌레들아 물고기들아 짐승들아 숨을 쉬어라.
너희는 숨을 쉬어 삶의 자유(自由)를 만끽(滿喫)하여라.
사람의 아들들아 너희는 크게 숨을 쉬어라.
온 누리 온 생명이 너희에게 맡겨져 있으니
사람과 사람이 어울려 살게 하고
사람과 자연(自然)이 어울려 살게 하고
사람과 신(神)이 어울려 살게 하여
태양의 빛으로 살아가는 모든 것이
평화(平和)롭고 조화(調和)롭게 하여라.
이제
어제의 태양과 오늘의 태양은 같지 아니하니
오늘 새롭게 솟아오르는 저 빛으로 하여
사람의 아들들이 깊이 잠든 영혼을 깨워 일으켜
어울누리 세상의 시작(始作)을 알리게 하라.
- 이천팔년 일월 일일 아침 거제 노자산 벼늘바위에서
원문 ; 2014년 3월 13일
수정 ; 2014년 11월 19일