생명 탄생의 비밀을 물리학자가 해명한다.(2/4)

 

생명 탄생의 비밀을 물리학자가 해명한다.(2/4)

-카오스에서의 질서-

 

 

 

 

카오스에서 질서가 생겨나는 산일구조(散逸構造)

 

혹시 당신이 고교시대에 좋은 물리학 수업을 받았다면 베나드와(渦)(Bénard cell)라는 심플하지만 인상적인 예를 본 것은 아닐까. 점성(粘性)이 있는 기름을 넣은 평평한 그릇을 가열하면 처음에는 대단한 일은 일어나지 않는다. 그러나 액체 중에 들어간 에너지를 서서히 증가시켜 가면 무작위의 분자운동이 협동하여 눈에 보이는 질서를 낳는다.

 

===*베니드와(Bénard cell)=베나르 대류에 의하여 생기는 벌집 같은 패턴으로 배열한 세포상의 소용돌이)===

베니드와 (Bénard cell)

그 기름을 위에서 내려다보면 작은 육각형의 작은 방으로 나누어진 것을 알 수 있다. 옆에서 보면 액체가 안정되어 규칙적인 패턴을 만들어서 하나하나의 육각형의 작은 방의 마루에서 올라와서 천장에 달하고 거기서 다시 밑으로 되돌아온다는 루프상의 운동을 하고 있음을 알 수 있을 것이다.

열역학 제2법칙의 입장에서는 그런 자발적인 질서형성은 전혀 예상외의 일이다. 그런 질서가 생기는 것은 액체분자가 특정한 환경의 영향 하에 있기 때문이다.--이 경우에는 끊임없이 가열된다. 그래서 에너지가 끊이지 않고 주입되는 데는 중대한 영향이 있다.

어떤 계(영역)도 자발적인 흔들림으로 해서 작게 국재한 질서 패턴이 생기는 수가 있다. 보통은 그런 작은 흔들림은 곧 사라지거나 질서는 잃어버린다. 그러나 프리고진의 분석에서 어떤 특별한 패턴이 된 입자는 에너지를 예외적으로 잘 흡수하게 되어 다른 운명을 가는 것을 알았다.

 

환경에서 물리계에로 응집한 에너지가 끊임없이 유입하면 특수한 패턴을 형성한 입자집단은 그 에너지를 써서 패턴을 유지하거나 다시 강화할 수가 있다. 그래서 그 한 쪽으로 물리계(영역)는 열화(劣化)한 에너지를 환경에 버린다.

그런 질서 있는 패턴은 <에너지를 (환경에) 산일(散逸시킨다.>는 데서 <산일구조(散逸構造)>라고 불리고 있다. 환경의 엔트로피까지 포함한 전 엔트로피는 증가하지만 계(영역)에 끊임없이 에너지를 주입하면 엔트로픽 투스텝을 계속시켜서 질서를 낳고 그것을 유지할 수가 있다.

프리고진의 기술은 생물은 어떻게 해서 엔트로피의 (증대에 수반하는) 열화를 늦추는지 하는 슈뢰딩거에게로 거슬러 놀라가는 문제에 물리적인 설명을 주는 것이다.

이렇게 말했다고 해서 베나르 소용돌이는 살아있다고 말하고 싶은 것은 아니다. 그렇지 않고 생물도 또 산일구조이고 환경에서 흡수한 에너지를 이용하여 각각의 질서를 유지하거나 강화하거나 하면서 열화한 에너지를 환경에 되돌리고 있다는 것이다.

 

===*일리야 프리고진(（Ilya Prigogine, 1917-2003년）은 러시아출신의 벨기에 화학자. 물리학자이다. 비평형열역학 연구로 알려지고 산일구조의 이론으로 1977년 노벨상을 수상했다. 총계물리학에서도 큰 발자취를 남기고 <엔트로피 생성극소원리>는 잘 알려져 있다.(위키페디아)==

 

프리고진의 결과 <카오스에서의 질서>라는 슬로건을 수학적으로 엄밀히 나타내는 것이었다. 그 후 많은 연구자가 브리고진의 수학은 다시 발전시킬 수가 있을 것이라고 예상했다. 어쩌면 그 수학은 생겨나지도 않은 지구에서 일어난 무작위의 분자운동의 카오스에서 생명이 출현하기 위하여 필요한 질서를 가진 분자가 출현한 경위에 대해서도 무엇인가 통찰을 주고 있는 것이 아닌 생각하였다.

일본어원문=生命誕生の秘密を物理学者が解き明かす──カオスからの秩序

출처=https://gendai.ismedia.jp ›