중앙데일리

Kids' rooms aside, life is order

May 08,2002

In the 1960s, the U.S. National Aeronautics and Space Administration, NASA, made plans to look for life on Mars. James Lovelock, a British chemist who participated in the project, began to ask himself how life could be recognized and what life is. If an organism that is completely incomprehensible to us were to be found on Mars, should the organism be regarded as life or not? The first problem for the project, he decided, was to develop a definition of "life." Biologists, he found, had no satisfactory definition so he began his own quest to define life.

After great effort, Mr. Lovelock concluded that life is the state of disequilibrium. In other words, it is a state of low entropy. For example, if a living thing has a temperature that is different from the temperature of its surroundings, the difference indicates that the living thing is in disequilibrium with its surroundings. A sand castle on a beach is also in disequilibrium. Left alone, the sand castle will gradually crumble into the same state as the beach. Biological workings require energy from food in order to maintain their disequilibrium.

Such disequilibrium contains more information than equilibrium. We can guess how much information a living thing contains, considering that cells and organs in a human body work on a system of mutual dependence. Entropy is the equivalent of "no information." Accordingly, a state of disequilibrium with a great deal of information is a state of low entropy. Mr. Lovelock defined life as the generation of low entropy through the use of energy.

Then he began to realize that the Earth is a huge life form itself, because the whole Earth is in dis-equilibrium in other words, it is low in entropy. If a planet is lifeless, its atmosphere would be close to equilibrium, but the atmosphere of the Earth is far from equilibrium. On Earth, the air includes abundant oxygen that did not exist in the primitive atmosphere here and does not exist in the atmospheres of other planets. The current atmosphere of the Earth was not original to the planet, but was manipulated on a day-to-day basis by life on the surface for 4 billion years. The current atmosphere of the Earth keeps the percentage of oxygen at 21 percent, the most suitable percentage for life forms on Earth. The persistence of disequilibrium means that an autonomous adjustment system is operating. Mr. Lovelock discovered such a system in several phenomena, including the composition of the Earth's atmosphere and the Earth's temperature. So he concluded that the Earth is a living entity involving the biosphere, atmosphere, oceans, and soil; the totality is a feedback or cybernetic system which seeks an optimal physical and chemical environment for life on the planet. He called this theory "Gaia," after the goddess of the earth in Greek myth.

Superficially, the Earth seems to have nothing to do with the biosphere. But the Gaia theory says they are intimately related. Living creatures do not live on a planet named Earth by just adapting themselves to the environment. They change the Earth and have active mutual relations with the Earth. The living creatures and the Earth are not separate, but one.



The writer is a professor of physics at Korea University


by Yang Hyeong-jin







지구 전체가 거대한 생명이다

미국 항공우주국은 1960년대에 화성에 생명이 존재하는지를 탐사하는 계획을 세웠다.
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여기에 참여했던 러브록은 만일 그곳에 우리로서는 상상도 할 수 없는 구조의 생명체가 존재한다면, 그것을 과연 생명체라고 보아야 하는가 하는 문제가 생긴다는 것을 알아차렸다.
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그러므로 이러한 탐사를 위해서는 생명에 대한 정의가 필요하다고 생각했다.
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생물학자들로부터 명확한 답을 얻지 못한 그는 자신이 직접 생명체가 무엇인지를 정의하고자 했다.
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그는 많은 노력 끝에 생명체란 비평형의 상태, 즉 낮은 엔트로피의 상태라고 결론지었다.
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한 예로 생명체의 체온이 주위의 온도와 다르다는 것은 생명체가 주위와 비평형 상태에 있다는 것을 의미한다.
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모래밭에 쌓은 모래 탑도 비평형 상태다. 이를 그냥 놓아두면 평평한 모래밭의 상태, 즉 평형상태로 가게 된다.
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이처럼 특별한 노력이 가해져야만 비평형의 상태가 유지된다. 생명체는 자신의 비평형 상태를 유지하기 위해 음식물에서 얻은 에너지를 이용한다.
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이러한 비평형 상태는 평형상태보다 많은 정보를 지닌 상태라는 것을 증명할 수 있다.
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세포나 기관들이 서로 의존하면서 우리 몸을 이룬다는 것을 생각하면, 생명체가 얼마나 많은 정보를 지닌 계인지를 쉽게 짐작할 수 있다.
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그런데 엔트로피는 '음의 정보'이므로 많은 정보를 지닌 비평형의 상태는 낮은 엔트로피의 상태다.
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결국 러브록은 에너지를 사용하면서 낮은 엔트로피의 상태를 유지하는 것을 생명이라고 정의했다.
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생명을 이렇게 정의하고 보니 지구 자체가 바로 거대한 생명이라는 것을 알게 됐다.
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지구 전체가 비평형의 상태, 즉 낮은 엔트로피의 상태이기 때문이다.
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가령 생명이 없는 다른 행성의 대기는 평형상태에 있는데 반해 지구 대기는 극심한 탈평형의 상태에 있다.
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현재의 지구에는 산소가 풍부하게 존재하는데, 이는 원시 대기에도 없었고 다른 행성에도 없는 것이다.
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그러므로 지구 대기는 원래부터 지금의 상태로 주어진 것이 아니라 40억년 동안의 생명의 역사가 이뤄 낸 것이다.
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그리고 지금의 지구는 생명 현상이 유지되는 데 가장 적합한 조성비인 21% 정도로 일정하게 산소 농도를 유지한다.
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탈평형의 상태가 일정하게 유지된다는 것은 생명체의 특성인 자율 조정기능이 작동한다는 것을 의미한다.
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러브록은 지구 대기의 조성비나 지구 온도 등 여러 곳에서 이러한 자율 조정기능을 발견했다.
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그는 지구의 생태계와 대기권.대양.토양까지를 포함해 이 모두가 하나의 거대한 생명체를 이룬다는 결론에 도달했다.
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그리하여 그리스 신화에 나오는 대지의 여신의 이름을 따 지구 전체를 가이아(Gaia)라고 명명했다.
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피상적으로 보면 지구와 생명계 사이에는 아무런 연관성도 없는 것처럼 보인다.
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그러나 가이아 이론은 그들 사이에 심오한 연관이 있다는 것을 보여준다.
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생명체는 지구라는 천체 위에서 그 환경에 일방적으로 적응하며 살아가는 것이 아니라 지구 전체를 바꾸면서 역동적 상호 연관의 관계를 꾸려나간다.
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그것은 분리된 타자가 아니라 하나의 전체이다. 불교에서 말하는 일체동근(一切同根)이다.
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지구 전체가 그대로 하나의 상호 연관의 체계이며, 따라서 그 전체가 하나의 생명이다.
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by 楊亨鎭 <고려대 교수.물리학>







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