[우지원의 과학 칼럼] 환경을 보호하여야 하는 이유

경청칼럼

[우지원의 과학 칼럼] 환경을 보호하여야 하는 이유

생명의 위대함은 우리가 생각하는 것보다 크다

우지원 기자
등록 2022.09.14 10:00:57

도입

지구 온난화부터 바다에 버려지는 쓰레기들까지. 환경 오염은 현 세대에서 가장 시급히 해결하여야 할 과제 중 하나일 것이다. 하지만 우리는 이에 대한 인식이 부족하다. 정확히는, 우리는 학교에서 환경 오염의 폐해를 이미 지겹게도 배웠다. 따라서 우리는 환경 오염이 어떠한 영향을 미치는지에 대하여 자세히 알고 있다. 환경오염은 북극곰의 서식처를 파괴하며, 여러 생물종을 멸종시키고, 지구 반대편의 국가들을 기근에 빠지게 하는 것이다. 그러나 내가 이러한 정보를 습득한 뒤에 든 생각은 하나였다. 그래서 뭐 어쩌라고? 어차피 우리 세대는 환경오염의 피해를 직격으로 받지 않을 텐데, 그냥 에어컨 좀 틀고 내 자식 세대가 피해를 고스란히 받아내면 되는 거 아닌가? 어차피 인류는 우리 대에 멸망하지 않을 테니 말이다. 물론 이러한 태도가 바람직한 것은 아니다. 무더위가 우리를 강타하고, 때아닌 집중호우가 내리는 등 기상 이변은 우리가 직접 그 피해를 몸으로 느낄 수 있을 만큼 앞으로 다가왔다. 그러나, 이것은 환경을 보호하자는 결정적인 이유가 되기는 힘들다. 사람들은 눈 앞에 이익만 중시하지, 장기적인 투자를 경시하는 경향이 있기 때문이다. 거기에다 당장 보이지도 않고 미래에 나에게 직접 돌아올 이익도 없는 환경 보호 관련 일은 더 그렇다. 당장 여름에 누가 에어컨 없이 살 수 있단 말인가? 그 어떤 현대인이 자동차를 타고 다니지 않고, 스마트폰을 쓰지 않는단 말인가? 중국과 인도 등 개발도상국은 어마어마한 양의 탄소를 방출하는데 과연 우리가 노력한다고 지구에 먼지만큼이라도 기여할 수 있을까? 환경을 보호하는 현실적인 방법은 제처두고서라도, 우리는 환경 보호를 위의 이유로 생각조차 하지 않고 포기하는 경우가 많다. 오늘 내가 쓰는 이 글은 그러한 당신을 위한 것이다. 이 글에서는 환경 오염을 방지하는 대책에 대하여 논하지 않는다. 환경 오염의 심각성도 상세히 다루지 않고 간단히만 짚고 넘어갈 것이다. 이 칼럼의 주요한 목적은 이 글을 읽는, 환경 보호를 포기한 당신에게 다시 한번 환경 보호의 중요성을 상기하고자 함에 있다.

https://pixabay.com/ko/photos/아이스베어-기후-변화-북극곰-2750604

이미 들어선 멸망의 길

티핑 포인트란, 어떠한 현상이 서서히 진행되다가 작은 요인으로 한순간 폭발하는 것을 말한다.^인용1 지구 온난화는 이미 이러한 티핑 포인트에 들어서거나, 가까운 미래에 들어설지도 모른다는 것이 전문가들의 지론이다.^참고1 만약 이러한 '티핑 포인트' 에 도달하게 된다면, 더 이상 탄소를 저감하는 것 만으로는 지구 온난화를 되돌리지 못하게 된다. 그러나, 현재 티핑 포인트의 도달을 저지하려면, 탄소 배출량을 전 세계가 거의 전시 수준으로 감소시켜야 한다. 당연히, 실현 가능성은 0에 수렴한다. IPCC^각주1 에서는 400명의 전문가가 동원되어 제 6차 평가보고서를 작성했는데 여기에서는 지구 평균 온도 상승량을 1.5도 이내로 제한하여야 한다고 결론지어졌고, 이를 위하여 2050년까지 탄소 배출량을 80퍼센트 감소시켜야 한다고 밝혔다.^참고2 80퍼센트 감소라면, 전 국민이 자동차를 타지 않고 전자제품을 사용하지 않아도 달성 불가능한 목표이다. 따라서 혁신적인 신 에너지가 개발되지 않는 한, 결국 티핑 포인트는 찾아올 것이다. IPCC 제 3실무그룹 공동의장 짐 스키아는 "지구 온난화를 1.5도 이내로 제한하려면 지금이 마지막 기회다. 모든 부문에서 즉각적인 온실가스 배출량 감소 노력이 필요하다" 고 하였다.^인용2 결국 별다른 기술 개발이 없다면 환경 오염에 따른 피팅 포인트 도달로 인류는 멸망할 것이다. 그러나 이러한 사실이 우리에게 주는 감흥은 아직 부족하다. 당장 우리 눈앞에 기후변화가 닥쳐도 적극적으로 움직이지 않는 세상에서, 인류가 멸망한다는 사실도 탄소를 극단적으로 저감시키기에는 충분한 이유가 되지 못하는 것이다. 슬픈 사실이다. 당장 결혼과 출산도 잘 하지 않는 개인주의의 시대에 어떻게 우리 모두가 우리의 후손을 위하여, 인류를 위하여 불편을 감수하며 탄소 방출량을 저감시키겠는가. 당장 나도 실천하지 않는 일이기 때문에 무작정 비판만 할 수 없는 것도 사실이다. 우리는 이렇게 수백만 년에 걸쳐 살아온 인류라는 종족을 우리 손으로 멸망시킬 것인가.

https://pixabay.com/ko/photos/농업-쌀-농장-태국-쌀-1807581/

인류가 존속되어야 하는 이유

나도 사실 인류 정도야 멸망해도 전혀 상관없다고 생각한 때가 있었다. 어떻게 되던 환경 파괴로 인한 인류 멸망의 기점에는 내가 없을 것 아닌가. 후손들이 죽어가며 우리에게 남긴 저주의 말도, 그때의 나는 이미 죽어 없어졌기 때문에 듣지 못하고 공허에 메아리칠 것이다. 그렇다면 우리가 미래의 인류가 죽어가던 말건 상관할 이유가 무엇인가? 현 시대에서는 인류에 대한 소속감이나 연대감 따위는 아쉽게도 사라진 지 오래이다. 애초에, 이러한 발상은 과거의 전유물이 되었다. 환경을 위하여 모두가 강제로 탄소배출을 저감하는 것은 어떻게 보면 세계대전 당시의 전체주의와 발상이 비슷하다. 반면 현재에는 당장의 내가 잘 살면 그만이다. 환경보다 경제발전을 중요시하는 풍조도 이러한 생각에서 기인한 것이다. 그렇다면 인류가 존속되어야 하는 이유는 대체 왜일까? 인류는 왜 살아남아야 하는가? 인류는 왜 환경 문제를 해결하여야 하는가? 단순히 사람이 죽는게 슬프니까? 내가 죽는 것도 아닌데 이러한 생각에 종지부를 찍으려면 먼저 우리가 얼마나 고귀한 존재인지 알아야 한다. 넓은 우주에서 인류가 어떠한 입지를 차지하고 있는지 알아야 한다. 그렇다면 우리는 환경을 보호함으로서 인류가 존속되어야 하는 이유를 알 수 있으리라.

우주의 역사

사실 우주를 탐구하는 사람이라면 내가 반금 적은 글에 어딘가 모순점이 있다는 것을 알아차렸을 것이다. 바로 우주에서 우리 인류가 차지하는 입지 문제이다. 지난 몇십년간 현대 과학은 놀랍도록 발전하였으며 이는 우주에서 인류와 지구가 차지하는 입지를 엄청나게 좁혀놓았다. 과거에 우리는 신의 모습을 본따 만든 생물체였고, 지구는 우주의 중심이자 천체 활동의 구심점이었다. 하지만 지금의 우리는 우주의 먼지 티끌보다도 더 작은 존재로 변하였고, 지구는 우주에 수천억의 수천억의 수천억개가 존재하는 행성 중 하나일 뿐이다.^{각주2 참고 3} 그렇다면 우주에서 한낱 먼지에 불과한 인류가 멸망하면 안 될 이유는 무엇일까. 이것을 살펴보기 위하여 우리는 우주의 역사를 알아보아야 한다. 지금부터 이 글은 우주의 역사에 대하여 설명하는 데에 상당히 많은 분량을 할애할 것이다. 환경보호와 우주의 역사는 아무런 상관이 없어보일 수 있지만, 환경 파괴로 인류가 멸망하면 안 되는 이유를 이해하려면 우주의 역사를 반드시 알아보아야 한다고 자신한다.

2022년 : 인류세ANTHROPOCENE ERA

드디어 홀로세Holocene Era가 종식되었다.^참고4 인류가 지금까지 알고 있던 환경은 우리의 선택에 따라 빠르게 변화할 수 있다. 따라서, 이 시기는 인류에게 있어서 매우 중요한 시기라고 말할 수 있다. 이 시점에서 인류가 하는 선택은 앞으로의 우리의 미래에 직접적으로 영향을 미친다. 즉, 이 시기는 인류의 황금기이자 앞으로 존재할지도 모르는 모든 생명들의 무대이다. 이 시기에서, 모든 것은 영원하지 않다. 지구 지자기역전(3,000년) 앞으로 지구는 엄청난 변화를 겪게 될 것이다. 사하라 사막의 열대화(10,000년) 우리가 알고 있는 우주는 빠르게 변화한다. 별자리들의 소멸(30,000년) 인류의 기념비적인 유산과 자취는 어느새인가 사라진다. 닐 암스트롱의 발자국 소멸(2,000,000년) 모든 것은 변화하며 우리는 변화의 끝을 예상하기 어렵다. 우주는 별들의 생성과 폭발이 가득한 매우 흥미로운 곳이 될 것이다. 화성 고리 형성(10,000,000년)^{각주3 참고5} 심지어, 행성마저 변화할 수 있다. 그 변화는 태양계의 행성마저도 예외가 아니다. 토성 고리 소멸(30,000,000년)^참고6 우리가 아는 세상과 영원히 작별하여야 할 수도 있다. 십억 년이 지난다면, 인류의 친구이자 밤하늘의 인도자였던 달은 지구의 중력 범위를 벗어나 떠나게 된다. 달과의 이별(1,000,000,000년)

https://pixabay.com/ko/photos/태양-태양-플레어-우주-11582/

모두가 잘 알듯이, 태양은 언젠가 폭발하여 사라진다. 어느 시점부터 태양의 핵이 붕괴하고 점점 부풀어 오르기 시작하여, 언젠가 지구는 물리적으로 완전히 파괴된다. 태양에 의한 지구의 파괴(5,000,000,000년) 그러나 이가 인류의 멸망을 의미하는 것은 아니다. 이 시기까지 인류가 기타 이유로 멸망하지 않았다면, 인류는 발전된 과학 기술으로 태양과 지구 없이도 살아갈 수 있다. 조금의 시간이 더 지난 뒤, 태양은 백색왜성이 되어 그 생을 마감하게 된다. 태양의 백색왜성화(10,000,000,000년[백억 년] )^참고7 태양은 이제 죽었다. 이로서 태양은 우주에서 희미한 열을 방출하며 그 죽음을 알린다. 인류는 다른 별로 이주하였을 것이다. 하지만, 모든 별은 이와 똑같은 운명을 맞는다. 언젠가 별들은 모두 사라지고, 우주는 영구히 어둠 속으로 파묻힌다. 모든 에너지원은 바닥나며, 별들은 하나하나 죽어갈 것이다. 별들의 죽음이 시작된다.(1,000,000,000,000년[일조 년] ) 에너지원이 없기에 더 이상 새로운 별들은 탄생하지 않는다. 따라서, 우주에서 마지막으로 남은 별도 결국에는 꺼질 수밖에 없다. 이 시점에서, 우주는 그 생동감을 상실한다. 마지막 별의 죽음(100,000,000,000,000년[백조 년] )

100,000,000,000,000년 : 축퇴기DEGENERATE ERA

우주에서 마지막으로 남았던 별의 죽음과 함께, 별과 인류, 생명의 시대는 종식된다. 우주는 별들의 잔해와 블랙홀이 수놓여진 하나의 무덤으로 변한다. 백색왜성이 내는 희미한 빛은 우주의 유일한 빛이 되지만, 아주 가끔씩, 두 갈색왜성이 충돌하여 새로운 별을 생성하기도 한다.^{각주4 인용3} 갈색왜성끼리의 충돌로 새로운 별 생성 ^각주5(1,000,000,000,000,000,000,000년[십해 년] ) 하지만 이러한 별들도 오래가진 못할 것이다. 이 시점에서 수천억 개의 별이 존재하던 밀코메다^각주6 은하 전체에서 동시에 빛나는 별은 100개 정도밖에 되지 않는다. 백색왜성들의 희미한 빛들도 하나둘씩 꺼져간다. 백색왜성은 그 마지막 종착지로 흑색왜성이 되어 빛을 내지 않는 초고밀도의 물질 덩어리로 변하게 된다. 별들이 흑색왜성이 되기까지는 시간이 필요하다. 현재 우리의 우주는 137억 년밖에 되지 않은^참고8 어린 우주이기 때문에 우주 전체에는 흑색왜성이 단 하나도 분포하지 않을 것으로 예상된다. 흑색 왜성의 탄생(1,000,000,000,000,000,000,000,000,000년[천자 년] )각주7 참고9 곧 태양을 비롯한 모든 별들은 이러한 흑색왜성으로 화하고, 우주에는 블랙홀을 제외하고는 더 이상 에너지를 방출하는 물체가 사라지게 된다. 흑색왜성을 비롯한 여러 물질들은 거대한 블랙홀들 중심으로 빨려들어갈 것이다. 빨려들어가지 못한 물질들은 그대로 우주를 방랑하게 된다. 이 시점까지 인류가 존속된다면 인류는 블랙홀의 회전 에너지에 기대어 그 긴 삶을 연명할 것이다.

현재 양자역학은 우주의 모든 물질을 구성하는 원자들이 종국에는 스스로 붕괴할 것이라고 예측한다. 양성자 붕괴(1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000년[일간 년] )^{각주8 참고10} 결국 블랙홀이 빨아들이지 못한 물질은 양성자 붕괴로 인하여 스스로 그 흔적조차 남기지 않으며 사라진다. 우주를 떠돌던 흑색왜성들은 결국 모두 증발하고, 우주에는 단 하나의 원자도 남지 않을 것이다. 수많은 별들이 빛나던 우리의 우주는 이제 블랙홀과 광자들만이 남아있게 되었다. 블랙홀의 시대가 시작된다.

https://pixabay.com/ko/photos/잉크-검정색과-흰색-개요-3577763/

10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000년 : 블랙홀 시대BLACK HOLE ERA

이제 우주에 남은 것이라고는 블랙홀뿐이다. 인류의 관점에서 보면 우주에게 남겨진 삶은 공허하고 어둡다. 하지만, 우주는 여전히 흥미로운 공간이다. 단지 시간을 보는 관점이 매우 달라졌을 뿐이다. 인류의 시대와 달리, 이때의 우주는 몇 조 년에 한 번씩 흥미로운 이벤트가 생겨난다. 바로 블랙홀 결합이다. 블랙홀들은 서로를 향하여 매우 빠른 속도로 돌진하며, 서로 합쳐져 종국에는 커다란 블랙홀로 변하게 될 것이다. 큰 것은 태양의 질량의 수십조 배에 달할 것으로 예상된다. 국부 은하군 전체는 하나의 거대한 블랙홀이 된다. 초거대 블랙홀 생성(1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000년[천극 년] ) 블랙홀들은 매우 오래 존속한다. 따라서 블랙홀 시대에서 다음 시대인 암흑의 시대가 도래할 때 까지는 인간이 상상조차 할 수 없는 엄청난 시간이 걸리게 된다. 이러한 시간은 정말 억겁의 것이다. 하지만, 언젠가 그러한 시기는 온다. 그것은 시간의 이치이자 우주의 원리이기 때문에.

양자 역학에 따르면, 공간은 서로 생성되고 소멸하는 두 쌍의 반입자로 가득 차 있다.^각주9 이중 음의 에너지를 가지는 입자가 블랙홀에 떨어지면^각주10 다른 한 개의 입자는 공멸할 상대가 없어져, 블랙홀에서 방출되는 것처럼 보이게 된다.^{참고 11} 따라서 블랙홀에서는 에너지가 지속적으로 상실되며, 따라서 블랙홀은 언젠가 증발하게 된다.^각주11 태양 질량의 블랙홀 증발(2×10⁶⁷년[이천불가사의 년] ) 블랙홀들은 계속 사라지며, 그 마지막에는 폭발로서 화려하게 생을 마감한다. 이러한 블랙홀의 죽음은, 하여금 우주에 아원자 입자를 제외한 그 어떤 구조물도 존재하지 않게 한다. 글로서 수식하지 못할 만큼의 시간이 지나고 난 후에, 우주에 남은 마지막 블랙홀이 사라진다. 마지막 블랙홀의 죽음(10¹⁰⁷년[천만구골 년] ) 마침내 우주는 종막에 들어선다. 암흑의 시대DARK ERA가 시작된다. 10¹⁰⁰⁰년 후 우주는 열적 죽음을 맞이하게 되며, 엄청난 기적이 일어나지 않는 한^각주12 우주는 이대로 영원히 잠들게 된다.

생명의 태동기

우리는 환경 문제를 해결하여야 하는 이유를 논하는 장에서 대체 왜 우주 이야기를 들어야 하였을까? 우주는 정말 셀 수 없는 시간 동안 존속될 것이다. 하지만, 이 중에서 물질이라는 형태가 존재하고, 행성과 항성이 존재하며 상대적으로 풍족한 유년기의 우주, 즉 생명이 태동할 수 있는 기간은 매우 짧다. 사실 위의 우주의 역사는 이러한 한 문장으로 정리될 수 있었을 것이다. 그러나 내가 이를 이렇게 길고 장황하게 설명한 이유는, 이 글을 읽을 사람들이 우주의 시간에서 생명이라는 하나의 기적이 창조되고, 또한 존속되며, 발전하고, 또다른 생명을 퍼트리고, 문화를 향유할 수 있는 시간이 얼마나 짧은지 체감시켜 주고 싶었기 때문이다. 우주의 전체 수명 중 생명이 존속될 수 있는 기간은, 0.000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001% (일만찰나 %, 이억체석 명수법) 에 불과하다. 이토록 적은 하나의 확률을 뜷고 인류는 발전될 수 있었다. 드넓고 광대하다고 수식하기에도 부족한 우주의 역사 속에서 인류는 단지 환경 오염으로 멸망되기에는 너무나 소중한 하나의 기적의 산물인 것이다.

각주

각주1 : IPCC는 기후변동에 관한 정부간 패널으로, UN 산하 전문가로 구성됩니다.

각주2 : 현재 연구에 따르면 우주의 존재하는 항성의 개수는 7×10²²개로 추측되며 향후 연구 결과에 따라 무한개까지 늘어날 수 있습니다. 행성의 개수는 추정이 불가능하며, 항성의 개수보다 훨씬 많을 것으로 사료됩니다. 태양계에는 한 개의 항성과 여덟 개의 행성이 있습니다.

각주3 : 화성의 달 포브스의 파괴로 고리가 형성될 것으로 예상되지만, 예상 시기는 천만년에서 5천만년까지 다양합니다.

각주4 : 갈색 왜성이란, 행성과 별 사이의 크기를 가진 천체입니다.

각주5 : 옆의 연도 표기는 두 별이 충돌할 확률을 토대로 계산된 연도입니다. 정확하지 않습니다.

각주6 : 밀코메다 은하란, 미래에 우리은하와 안드로메다 은하가 합쳐져서 탄생할 은하입니다. 대략 40억 년 후에 충돌이 일어납니다.

각주7 : 태양의 경우 질량이 작아 흑색 왜성이 되는 데에 큰 시간이 소모되지 않지만, 타 항성은 질량이 크기 때문에 흑색 왜성이 되는 데에는 훨씬 더 긴 시간이 필요합니다.

각주8 : 양성자 붕괴는 아직 증명되지 않았기 때문에 앞으로의 최신 연구 결과에 따라 계속 변동될 가능성이 있습니다. 양성자 붕괴가 일어나지 않을 경우, 우주의 물질은 양자 터널링 현상으로 인해 블랙홀로 변하게 되며, 결국 우주에는 아무런 물질도 남지 않게 됩니다. 이러한 시기는 10^10^76년 뒤에 도래합니다.

각주9 : 이러한 현상은 양자 요동으로, 하이젠베르크의 불확정성 원리에 입각하여 한 점에서 일어나는 일시적인 에너지양의 변화를 뜻합니다.

각주10 : 양자장론에 의거하면 두 개의 반입자 중 음의 성질을 지니는 것만 블랙홀에 떨어집니다.

각주11 : 이러한 현상을 호킹 복사라고 합니다. 또한 방출되는 입자는 E=MC^2에 따라 블랙홀의 질량 혹은 에너지에서 충당되게 됩니다. 따라서 블랙홀은 증발합니다.

각주12 : 입자가 무작위로 움직인다면 10^10^10^56년 후에는 푸앵카레 재귀시간이 도래하여 모든 입자는 갑자기 한 점에 모이게 되고, 따라서 우주는 다시 빅뱅을 시작할 수 있습니다.

인용

인용1 : https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3390591&cid=58345&categoryId=58345

인용2 : 짐 스키아(IPCC 제3실무그룹 공동의장), 발언

인용3 : https://100.daum.net/encyclopedia/view/b01g1104a

참고

참고1 : http://tbs.seoul.kr/news/newsView.do?method=daum_html2&typ_800=4&idx_800=3474242&seq_800=20466916

참고2 : https://www.donga.com/news/article/all/20220412/112830276/1

참고3 : https://www.sciencetimes.co.kr/news/%EC%9A%B0%EC%A3%BC%EC%97%90%EB%8A%94-%EB%B3%84%EC%9D%B4-%EC%96%BC%EB%A7%88%EB%82%98-%EC%9E%88%EC%9D%84%EA%B9%8C/