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과신뷰/Biologos 자료

[바이오로고스 Common Questions] 22. 열역학은 진화가 틀렸음을 입증하는 건가요?

by 과학과 신학의 대화 2021. 7. 9.

열역학은 진화가 틀렸음을 입증하는 건가요?

Does thermodynamics disprove evolution?

 

 

 

생물학적 진화에 반하는 흔한 주장 중 하나가 진화이론이 열역학 제2법칙과 모순된다는 것입니다. 열역학 제2법칙은 시간이 지남에 따라 무질서 또는 엔트로피가 항상 증거하거나 유지된다는 것입니다. 그러면 진화는 어떻게 시간이 지남에 따라 더 복잡한 생명체를 만들 수 있는 걸까요? 그 답은 열역학 제2법칙은 외부로부터의 에너지 공급이 없는 닫힌 시스템 안에서만 유효하다는 사실에 있습니다. 지구는 태양으로부터 지속적인 에너지를 공급받기 때문에 제2법칙은 여기에서 적용되지 않는 것이지요.

 

 

서론

 

생물학적 진화에 반하는 흔한 주장 중 하나가 진화이론이, 시간이 지남에 따라 무질서 또는 엔트로피가 항상 증거하거나 유지된다는, 열역학 제2법칙과 모순된다는 것입니다. 이 법칙에는 아주 많은 예들이 있습니다. 건물은 시간이 지나면 무너지기 마련이며, 음식은 빨리 먹지 않으면 상하기 마련입니다. 두 경우 모두 무질서의 양은 시간에 따라 증가하는데, 그 반대는 절대 불가능합니다. 건물은 스스로 강해지지 않으며, 아무리 기다린다고 해도 상한 음식이 다시 먹을 수 있게끔 되진 않습니다. 그러나, 진화는 엔트로피의 감소라고 볼 수 있는 질서와 복잡성의 증가를 가져오기 때문에, 일부 반대론자들은 진화가 열역학 제2법칙을 위반한다고 주장합니다.

 

 

시스템을 정의하기

 

그러나 이 모순은 열역학 제 2법칙을 오해한 데에서 비롯된 것입니다. 그 법칙은 고립된 시스템 안에서는 시간이 지남에 따라 총 엔트로피가 증가한다는 것입니다. 고립된 시스템은 외부로부터의 에너지 유입이 없는 시스템을 일컫습니다. 우주는 고립된 시스템이기 때문에, 우주의 총 무질서 양은 항상 증가하고 있습니다. 

 

그러나 생물학적 진화를 고려할 때의 시스템은 우주가 아니라 지구입니다. 그리고 지구는 고립된 시스템이 아닙니다. 즉, 지구에서는 외부로부터의 (주로 태양 빛으로부터) 에너지 유입이 있는 한, 질서의 증가가 발생할 수 있다는 뜻입니다. 따라서, 태양으로부터의 에너지 유입은 복잡한 분자와 유기체를 포함하여 지구의 질서를 증가시킬 수 있는 것입니다. 동시에, 태양은 지구에 에너지를 전달해 줌으로써 점점 더 무질서해집니다. 비록 지구 상에서의 질서는 증가할지 몰라도, 태양계와 우주의 총 질서는 여전히 감소하고, 열역학 제2법칙은 여전히 유효합니다.

 

 

제2법칙의 잘못된 적용

 

진화가 열역학 제 2법칙을 위반한다고 하는 주장은 그 법칙을 적용하는 대상에 대한 오해에도 근거하고 있습니다. 아무도 생물체에 제 2법칙을 적용하는 방법을 알아내지 못했습니다. 개구리의 엔트로피라는 건 아무 의미도 없습니다. 이 법칙으로 분석할 수 있는 시스템들은 훨씬 간단한 것들입니다. 

 

살아있는 유기체는 어떤 통일된 전체(unified whole)라기보다는 하위 시스템의 집합입니다. 예를 들어, 생명의 진화과정에서 발생한 커다란 도약 중의 하나가 특정 돌연변이가 일어난 세포들이 서로 응집하여 다세포 생명체가 가능해졌던 것이었습니다. 하나의 세포가 다른 세포에 달라붙는 단순한 돌연변이 덕분에 더 크고 복잡한 생명체가 가능해졌습니다. 그러나 그러한 변형은 열역학 제 2법칙을 위반하는 것은 아닙니다. 그건 마치 초강력 접착제가 당신의 손가락을 부엌 카운터에 붙여 버렸을 때 제 2법칙을 위반한다고 말하는 것과 같습니다. 

 

자연에서는 무질서로부터 질서가 발생하는 예가 많이 있습니다. 일리야 프리고진을 포함한 여러 사람들에 의해서 수행된 비평형 시스템에 대한 연구는1) 시스템을 적절히 조절하면 질서가 자발적으로 발생한다는 것을 보였주었습니다. 살아있는 시스템은 바로 이렇게 평형에서 멀리 떨어진 상태라는 것이 밝혀졌지요. 

 

열역학 제 2법칙은 우주가 고도로 질서 있는 상태로 시작되었어야 한다고 주장하는 셈이기 때문에, 우주론에 대한 흥미로운 함의 또한 가지고 있습니다. 

 

 

<미주>

 

  1. Ilya Prigogine and Isabelle Stengers, Order Out of Chaos: Man’s new dialogue with nature (New York: Bantam Books, 1984); Ilya Prigogine, End of Certainty (New York: The Free Press, 1997); Stuart Kaufman, At Home in the Universe (New York: Oxford University Press, Inc., 1995); and Christian De Duve, Vital Dust: Life as Cosmic Imperative (New York: Basic Books, 1995).

 

 

  • 번역: 김영웅 박사(미국 City of Hope Staff Scientist, 과신대 정회원)
  • 감수: 박치욱 교수(미국 Purdue University, 과신대 자문위원)
  • 원문: https://bit.ly/2TQ0heU 

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