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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

천문학

현대 물리학이 우리에게 알려주는 이야기

현대 물리학이 우리에게 알려주는 이야기

(What does modern physics tell us?)


요약 

최근의 물리학, 천문학이 우리에게 알려주는 것들은 무엇일까? 현대 물리학과 관련된 연구결과가 하나님의 창조하심에 대해 어떤 것들을 알려주는 가를 살펴본다

What does modern physics and astronomy tell us about? I will explain what the recent results related with modern physics implies about the creation of God.

 

I. 서론

자연과학은 우리주위의 자연을 이해하려는 학문이다. 특히 물리학과 천문학은 우주와 우주를 구성하는 것들 간의 기본구조 및 성질들을 이해하려는데 그 초점을 맞추고 있다. 물리학과 천문학을 통해 우주와 우주를 구성하는 내용에 대한 구체적인 이해들을 발전시켜왔다. 한편 많은 발전에도 불구하고 아직도 많은 부분들은 이해되어지지 못한 채로 남아있다. 이글에서는  최근의 물리학, 천문학이 우리에게 알려주는 것들을 통해 관련된 연구결과가 하나님의 창조하심에 대해 어떤 것들을 알려주는 가를 살펴보고자한다.

 

II. 우주에 대한 연구들

1. 태양계

우선 태양부터 살펴보자. 잘 알려진 것처럼 태양 정도 크기의 별만이 광합성을 하기에 적합한 파란색과 붉은 색 빛을 적당한 강도로 제공한다. 또 태양은 대부분의 다른 별과는 달리 훨씬 더 안정하다. 태양이 방출하는 에너지를 흑점주기인 11년에 걸쳐 조사한 결과 그 변화율은 0.1%정도에 지나지 않았다. 태양이 안정하지 못하면 지구에 매우 안정한 환경을 제공할 수 없다. 

태양으로부터 지구가 떨어져 있는 거리가 지금보다 약간 가깝거나 멀다면 지구의 온도는 생명체가 살기에 적합하지 않게 된다. 또 지구의 크기가 지금보다 조금만 크거나 작아도 지금의 환경과는 비교할 수 없을 정도로 생명체가 살기에 부적절한 환경이 된다.

 최근의 연구들은 태양계의 다른 행성들이 지구를 지키는 지구보호대의 역할을 하고 있음을 보여주고 있다. 예를 들면 지구 질량의 삼백 배가 넘는 목성은 수많은 혜성충돌로부터 지구를 지키는 지구수호의 역할을 감당하고 있다는 것이다. 잘 알려진 예가 1994년 슈마허-레비혜성과 목성의 충돌이었다. 이 혜성은 발견된 지 얼마 안 돼 목성과 충돌하여 산산이 부셔졌는데 그 광경이 전 세계에 중계되었었다. 토성과 천왕성 또한 지구보호대의 역할을 하고 있다. 또 다른 행성들은 화성과 목성 사이에 존재하는 소행성으로부터 지구를 지키는 역할을 하고 있다고 보고되고 있다.


2. 지구

지구 자전축의 안정은 지구상의 생명체에 매우 중요하다. 지구자전축이 23.5° 기울어져 있기 때문에 계절 간에 극심한 온도차이가 일어나지 않고 적정한 사계절이 생긴다. 그런데 놀랍게도 달이 지구자전축을 안정하게 하는 역할을 하고 있음이 밝혀졌다. 즉 달은 지구기후를 안정하게 하는 중요한 역할을 하고 있음이 알려지고 있다.  달의 또 다른 역할 중 하나는 조석이다. 지구 조석현상의 60%는 달의 영향인데(나머지 40%는 태양의 영향이다) 조석은 대륙의 영양소를 바다로 전달해주는 동시에 해양 안에서의 순환시스템을 제공하는 중요한 일을 담당한다.

우리가 매일 같이 호흡하는 지구 대기를 살펴보자. 지구 대기를 구성하는 주된 성분은 질소와 산소이다. 이런 대기구성의 가장 근본적인 이유는 지구의 적정한 크기 때문이다. 지구 크기가 현재 크기가 아니라면 지구 대기구성비가 바뀌어버린다. 간단히 말하면 현재와 같이 생명현상에 필요한 기체들만 붙잡아 둘 수 없게 된다.

또 지구의 대기는 밖으로부터 지구의 열을 보호해주는 열 차단장치 같은 역할을 하는 동시에 열 저장장치와 열 분산장치 역할을 수행한다. 지구의 대기는 크게 대류권, 성층권, 중간권, 열권(또는 온도권)의 4가지 층으로 나누어진다. 이 성층권중간 정도에 태양을 포함한 우주로부터 오는 자외선을 흡수하는 오존층이 있다. 이 오존층은 위험한 자외선으로부터 생명체를 보호하는 매우 중요한 역할을 한다(자외선 중 생명체에 필요한 자외선은 오존층을 통과한다). 성층권위쪽으로는 중간권은 지구로 유입되는 수많은 운석(별똥별)들을 태워 지구의 생명체를 보호한다. 중간권위의 열권은 지표로부터 90-600km의 영역으로 X선 등이 지구로 유입될 때 이를 산란시키는(흩어버리는) 역할을 한다.

지구는 지구전체를 덮는 자기장을 가지고 있다. 지구자기장의 영향권은 태양 쪽으로는 지구반경의 수배로부터 태양반대편으로는 지구반경의 수백 배에 이른다. 지구자기장은 우주에서 지구로 유입되는 생명체에 치명적인 수많은 물질들(주로 전기를 띄고 있는)로부터 지구상의 생명체를 보호하는 엄청나게 중요한 역할을 하고 있다. 주목할 또 다른 점은 지구자기장의 세기가 생명체에 적정한 상태라는 것이다.

지구의 평균적 일교차(하루의 기온차이)는 약 20도, 연교차(일 년의 기온차이)는 40-50도 정도로 생명체가 살기에 매우 적합하다(잘 알려진 것과 같이 금성이나 화성 등을 비롯한 태양계내의 행성들은 일교차나 연교차가 200도 이상 된다). 그렇다면 이런 놀라운 환경을 구성하는 원인은 무엇일까? 그 이유는 지구가 태양으로부터 적절한 위치에 있으며 지구의 공전궤도가 거의 원에 가까운 특이한 구조이기 때문이다. 지구공전궤도는 원에서 3% 정도만 이격 된 궤도이지만 태양계의 다른 행성들의 공전궤도는 대부분 심하게 찌그러진 타원 궤도이다. 이렇게 되면 엄청난 연교차를 발생시킨다. 또 다른 이유는 지구의 자전축이 23.5° 기울어진 채 자전과 공전을 하기 때문이다. 자전은 지구전체의 대기와 대양 안에 생명체에 적합한 순환 시스템을 제공하며 지축의 기울어짐은 지구표면의 대부분이 적정 기후를 가지게 한다. 그 밖의 이유는 지구대기, 해양 등의 복합시스템 때문이다. 지구대기에는 매우 적절한 양의 이산화탄소와 수증기가 존재한다. 사실 적절한 양이 아닌 이산화탄소나 수증기는 지구환경에 매우 심각한 영향을 끼친다. 또한 지구전영역에서 일어나는 기단의 이동, 즉 바람은 지구 전체의 온도를 균일하게 하는 매우 중요한 역할을 한다. 지구전체의 온도를 균일하게 하는 역할은 지구전체의 70%정도를 덮고 있는 해수에 의해서도 이루어지는데 해수는 육지에 비해 비열이 매우 크므로 일정한 온도를 유지케 하는 매우 중요한 역할을 한다.

지구에는 앞에서 언급한 것처럼 해수를 포함하여 액체 상태의 물이 존재한다. 그런데 이런 액체 상태의 물은 우주에서는 참 예외적인 것이다. 사실 물은 그 특이한 분자 구조 때문에 다른 물질에서는 볼 수 없는 성질들을 갖는다. 예를 들면 우리가 잘 아는 것처럼 호수에 물이 얼면 위에서부터 얼음이 얼기 시작하는 것도 물의 특별한 구조 때문이다. 물의 이러한 특별한 구조는 생명체의 생존에 필요한 특별한 환경을 제공한다. 또한  물은 두 개의 수소와 산소로 이루어져 있고 이들의 원자핵에는 양성자가 존재한다. 이 양성자는 정말 특이한 입자이다. 왜냐하면 양성자의 수명은 1030 년이 넘기 때문이다. 이 사실이 대단한 이유는 만일 양성자의 수명이 이보다 짧다면 물이 바로 다른 물질로 바뀌어져 버리기 때문이다. 그렇다면 생명체의 존재는 불가능해진다. 사실 이외에도 양성자, 중성자, 전자들을 비롯하여 미시 세계의 중요한 모든 성질들이 생명체의 존재와 직․간접적으로 연관되어 있음이 알려지고 있다.

 

III. 새로운 이야기들

하나님은 우주를 어떻게 다스리실까? 하나님의 섭리하심에 대하여는 크게 두 가지 견해가 있다. 즉 하나는 우리의 모든 이해를 초월하여-다른 말로 말하자면 하나님의 섭리하심은 우리가 전혀 이해할 수 없는 방식으로- 이루어진다는 것과 다른 하나는 그분의 섭리하심이 우리의 이해 안에서-우리가 이해할 수 있는 과정 안에서 이루어진다 라는 것이다. 그 어느 방식이건 하나님께서 모든 것을 그 분의 선하신 뜻 안에서 섭리하신다는 내용에는 상관이 없다. 그렇다면 하나님의 섭리하심의 방식은 우리의 이해를 초월한 방식일 까? 아니면 이해 가능한 방식일까? 이에 대한 대답을 직접적으로 얻는 것은 매우 어렵지만 답을 얻기 위해 고려해 볼 만 한 것이 있다. 그것은 바로 정보(information)이다. 이 정보란 것은 얼마 전까지만 해도 매우 추상적인 개념으로 이해되어 왔다. 하지만 1960년대에 Launder는 정보가 추상적인 개념이 아니라 물리계(physical system)내에서 고려될 수 있는 물리 양(physical quantity)임을 보이는 데 성공하였다. 즉 정보를 추상적 대상으로서가 아니라 물리적 대상으로서 고려할 수 있음을 보인 것이다.

정보가 물리적 대상이라면 정보전달의 과정들 또한 물리적 대상으로 고려 될 수 있을 것이다. 즉 정보와 정보전달의 과정 모두 물리적 이해의 대상으로 생각할 수 있다.

이 정보전달과정이 국소계(local system)안에서 이루어 질 때 이 정보전달을 매개할 수 있는 가장 빠른 속도인 빛의 속도의 제한(limitation)안에서 정보전달을 이해할 수 있다. 예를 들면 지구에 있는 정보송신자(information sender)가 30만 km 떨어진 정보수신자(information receiver)에게 정보를 전달하는 데는 1초가 걸린다는 것이고 100만 광년 떨어진 어느 은하에 있는 수신자에게 정보를 전달하려면 100만년이 소요된다는 것이다(여기서 송신자와 수신자 모두 관성계에 있고 걸리는 시간은 송신자의 시계에 의해 측정된 것이라고 가정한경우이다). 즉 빛의 속도로 움직이는 어떤 매개체에 의해 정보가 전달되는 방식일 경우 빛의 속도의 한계에 의한 자연스런 제약이 존재한다.

이런 제약 때문에 무신론자들은 다음과 같이 질문한다. 하나님이 우리 우주를 만드셨다면 우리 우주 안에 있지 않을 것이고 우주의 크기를 130억 광년 정도라 하면 하나님의 섭리하심이 가장 빠른 속도인 빛의 속도로 정보전달이 된다고 해도 우리는 빨라 봤자 130 억 년 후에나 그 섭리하심을 보지 않겠느냐? 는 것이다.

이런 논의는 정보전달 수단의 제한은 하나님의 섭리하심에 대한 제한으로 이해하는 데에서 출발한다. 그러나 하나님께서 섭리하는 방식이 물리적인 방식을 사용하신다는 가정(왜냐하면 정보자체가 물리적이니까)을 전제함에도 불구하고 그 섭리하심의 방식 자체가 공간적, 시간적 제약을 전혀 받지 않는 물리적 방법이 존재할 가능성을 최신의 연구들은 제공한다.

 

얽힘을 이용한 과정

우선 모든 정보는 양자 역학적 정보로 표현된다는 가정을 하자. 그리고 우주 내의 모든 것들은 하나님과 얽혀있는(entanagled) 상태로 존재한다고 가정하자. 물론 이 얽혀있는 상태들은 그 얽힘을 풀기 매우 어렵다고 가정하자. 그러면 우주 내의 어떤 것들이라도 시간적, 공간적 제약 없이 그 정보를 하나님께 전달할 수 있고 반대로 하나님께서도 시간적, 공간적 제약 없이 그 정보를 우주 내의 어떤 것들에게 전달할 수 있다. 여기서 정보전달이란 한 사건의 내용을 시간적, 공간적으로 전혀 제약받음 없이 전달할 수 있음을 의미한다. 그 과정은 다음과 같다. 간단히 하나님께서 ‘안한다’ 또는 ‘한다’ 를 선택하는 과정을 생각해보자. A와 하나님과 얽혀있는 양자상태를 간단히

여기서 이 과정이 양자원격전송(quantum teleportation) 과정과는 다름을 주의해야만 한다. 즉 양자원격전송은 classical communication을 반드시 필요로 하지만 우리가 고려하는 과정은 classical communication이 전혀 필요하지 않다. 사실 classical communication이 필요하다면 시간적, 공간적 제약에 독립적이지 않게 된다.

위에서 살펴본 상태는 소위 얽힘 상태(entangled state)라 불리는 것들이다. 이들은 양자정보이론의 유명한 정리인 삭제불가정리와 복제불가정리와 밀접한 연관을 지니고 있다. 삭제불가정리는 닫힌계에서 양자정보를 없앨 수 없다는 것이 그 주요 내용이다. 즉 닫힌계에서 양자정보는 한 곳에서 다른 곳으로 옮겨지기만 하는 것이지 없앨 수는 없다는 것이다.

복제불가정리는 original information을 건드리지 않고 양자정보가 새나갈 수 없음을 의미한다. 실제로 삭제 불가정리와 복제 불가정리는 얽힘 상태에 대한 중요한 논의를 제공한다.

양자상태를 삭제하는 것은 entanglement의 정도를 감소시킨다. 하지만 삭제불가정리로 인하여 양자상태를 없애는 것이 가능하지 않으므로 양자상태를 삭제하여 entanglement 정도를 줄임이 가능하지 않음을 알 수 있다. 또한 양자상태를 복제하는 것은 entanglement의 정도를 증가시킨다. 하지만 복제불가정리로 인하여 양자상태를 복제하는 것이 가능하지 않으므로 양자상태를 복제하여 entanglement 정도를 증가시킴이 가능하지 않음을 알 수 있다.

Unitary dynamics를 가정함 없이 열역학의 관점에서 복제, 삭제불가정리를 살펴보면 삭제과정은 entropy를 줄이는 과정이라 생각할 수 있다. 즉 열역학 2법칙은 삭제불가정리를 이미 내포하고 있다.

 

IV. 결론

최근의 물리학, 천문학이 우리에게 알려주는 것들을 통해 관련된 연구결과가 하나님의 창조하심에 대해 어떤 것들을 알려주는 가를 살펴보았다. 또한 하나님의 섭리하심은 우주 내의 모든 물질에 대한 얽힘 상태를 가정하면 시간적, 공간적 제약 없이 가능함을 살펴보았다. 또한 양자역학의 중요한 정리인 삭제 불가정리와 복제 불가정리에 따라 이 얽힘 상태의 수를 감소시킬 수도 증가시킬 수도 없음을 살펴보았다. 사실 본 논의에서 얽힘 상태를 이용하여 선택내용의 결과를 공간적, 시간적 제약 없이 전달할 수 있음을 살펴보았지만, 하나님의 섭리하심이 이런 방식을 취하는 것인지는 아직 알려진 바가 없다. 하지만 우리의 우주에 대한 무지(無智)의 이해 속에서도 하나님의 섭리하심을 설명할 수 있는(실제와 매우 다를 수 있음에도 불구하고) 방법이 있음을 알 수 있었다. 다르게 말하면 무신론자들의 질문 - 하나님이 우리 우주를 만드셨다고 하니까 우리 우주 안에 있지 않을 것이고 우주의 크기를 130억 광년 정도라 하면 하나님의 섭리하심이 가장 빠른 속도인 빛의 속도로 정보전달이 된다고 해도 우리는 빨라 봤자 130억년 후에나 그 섭리하심을 보지 않겠느냐? - 은 정보전달 과정에 대한 우리의 오해 때문에 생긴 것이다. 즉 하나님의 존재를 부인케 하는 것은 우리의 무지 때문이지 하나님 때문이 아니라는 점을 강조하고 싶다. 한편 이는 우리의 지혜가 늘어갈수록 하나님의 속성에 대한 이해가 커질 것임을 기대케 한다.

 

참고 문헌

(1) 자연과학과 기원 이웅상외  (주)창조과학회



출처 - 2012. 국제학술대회

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=5501

참고 : 6643|2164|5696|5619|4721|5173|4367|5501|6287|6378|6482|4341|4183|3832|2270|4090|3424|2257|5329|2565|4042|6131|6075



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