536. 생명이란 무엇인가?(What is Life?)

1. 개요

“에르빈 슈뢰딩거(Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger 1887~1961)는 오스트리아 출신의 이론물리학자로 현대 양자역학과 생물학에 큰 영향을 미친 과학자입니다. 미시세계의 법칙을 새롭게 정의했고 양자 물리학에서 가장 중요한 방정식인 ”슈뢰딩거 방정식“을 고안했으며 또한 생명에 대한 물리학적 접근을 제시하며 분자생물학 발전에 큰 영감을 주었습니다. ”Schrödinger“는 1887년 8월 12일 오스트리아 빈에서 식물학자인 아버지 밑에서 태어났습니다. 어린 시절부터 다양한 학문에 관심이 많았던 그는 고전 문학과 과학에 깊이 매료되었고 비엔나 대학교에서 물리학을 전공했습니다. 그의 학문적 경력은 제1차 세계대전 당시 중단되었으나 전후 이론물리학 연구에 매진하여 독일의 베를린 훔볼트 대학교, 스위스의 취리히 대학교, 영국의 옥스퍼드 대학교 등 유럽 각국의 대학에서 연구와 교육 활동을 하며 명성을 쌓았습니다.

 

1933년 나치 독일의 유대인 탄압 정책으로 인해 여러 유럽 국가를 떠돌아야 했던 그는 최종적으로 아일랜드 더블린에 위치한 이론물리학연구소에서 교수직을 맡아 연구를 계속했습니다. ”Schrödinger“의 연구는 현대 물리학과 생명과학의 기초가 되었으며 양자역학과 분자생물학 분야에 큰 영향을 미쳤습니다. ‘What is Life?’는 물리학자와 생물학자들에게 생명 현상을 분자 수준에서 이해하려는 접근법의 중요성을 일깨웠고 이는 생명과학의 중요한 전환점이 되었습니다. 그의 철학적 사유와 과학적 탐구는 과학적 경계를 넘나들며 학문 간 융합의 가능성을 열었습니다. ”Schrödinger“는 과학적 발견뿐만 아니라 과학철학에도 깊이 있는 통찰을 남긴 인물로 현대 물리학자와 생명과학자들에게 여전히 중요한 영감을 주고 있습니다.

 

1-1. 고유값 문제로서의 양자화(Quantisierung als Eigenwertproblem)

이 논문은 양자역학에서 슈뢰딩거 방정식을 도입한 1926년 논문 시리즈의 일부입니다. “슈뢰딩거”는 입자의 물리적 상태를 파동 함수로 설명하는 방법을 제안했으며 이 방정식을 통해 양자 상태에서 입자들이 어떤 행동을 하는지 설명할 수 있었습니다. 이 방정식은 양자역학의 기초가 되었으며 현대 물리학에서 중요한 이론적 토대가 되었습니다.

 

1-2. 양자역학과 나의 관계에 대하여(Über das Verhältnis der Heisenberg-Born-Jordanschen Quantenmechanik zu der Meinen)

이 논문은 “슈뢰딩거”가 자신의 파동 역학과 “하이젠베르크”의 행렬 역학이 수학적으로 동일하다는 것을 보인 내용입니다. 두 이론은 양자역학의 상이한 접근법이었으나 “슈뢰딩거”는 그 둘이 같은 물리적 예측을 내놓을 수 있음을 증명하며 이로 인해 양자역학 이론이 통합적으로 이해되는 데 큰 기여를 했습니다.

 

1-3. 생명이란 무엇인가?(What is Life?)

1944년에 출간된 이 책은 생명의 본질에 대해 물리학적 관점에서 논의한 과학철학적 저서입니다. 생명체가 어떻게 물리학 법칙에 의해 지배될 수 있는지 유전자와 생물학적 유산이 어떻게 분자 수준에서 설명될 수 있는지를 탐구했습니다. 이 책은 DNA 이중 나선 구조 발견에 이론적 영감을 제공했으며 분자생물학의 기초적 사고에 큰 영향을 주었습니다.

 

1-4. Schrödinger의 고양이

이는 책이나 논문이 아니라 슈뢰딩거가 고안한 유명한 사고 실험으로 양자역학의 중첩(superposition) 개념을 설명하기 위해 고안되었으며 관찰자가 실험 결과에 영향을 미칠 수 있는 양자역학의 독특한 특성을 탐구하기 위한 것입니다. "슈뢰딩거의 고양이" 사고 실험은 지금까지도 양자역학을 설명하는 주요 비유로 자주 언급됩니다.

2. 내용

1944년 양자역학의 선구자였던 “Erwin Schrödinger”는 현대 생물학에 지대한 영향을 미친 책 ‘What is Life?’를 출간했습니다. 당시 생물학은 세포와 유전자에 대한 기초적인 이해는 있었으나 유전 정보가 세대를 넘어 어떻게 정확히 전달되는지, 생명의 본질이 무엇인지에 대한 과학적 해답을 찾지 못한 상태였습니다. 이 책은 물리학자의 관점에서 생명의 기원과 유전의 메커니즘을 해석하려는 시도였으며 이후 분자생물학과 유전학의 발전에 큰 영감을 제공했습니다. 그는 이 책에서 세포 내 분자의 규칙적인 배열, 유전자 복제의 정확성, 생명의 특이성을 설명하기 위해 물리학과 화학을 넘어선 고찰을 제시했습니다. 당시 생명 현상은 여전히 “생기론” 같은 신비한 요소에 의존하여 설명되는 경우가 많았지만 “Schrödinger”는 분명히 물리적 법칙 안에서 생명을 설명할 수 있다고 주장했습니다.

 

2-1. 생명의 물리적 본질에 대한 접근

“Schrödinger”의 질문은 단순하지만 심오했습니다. "생명이란 무엇인가?" 이 질문에 대한 답을 찾기 위해 그는 생명체를 작은 물리적 시스템으로 보고 분석하기 시작했습니다. 열역학 제2법칙을 기반으로 무질서가 증가하는 방향으로 진화하는 엔트로피 법칙을 설명했지만 생명체는 무질서를 피하고 질서를 유지하는 것처럼 보였습니다. 이 모순은 “Schrödinger”에게 흥미로웠고 그는 생명체가 엔트로피 증가 법칙에 반하는 듯한 행동을 어떻게 유지할 수 있는지 탐구하게 되었습니다. 그의 설명에 따르면 생명체는 끊임없이 에너지를 외부로부터 얻음으로써 체내의 무질서 증가를 막습니다. 이러한 과정은 “음의 엔트로피”라고도 불리며 외부에서 공급되는 질서를 통해 생명체 내부의 질서를 유지합니다. 이는 생명체가 열역학 법칙을 어기는 것이 아니라 오히려 그 법칙에 적응하고 그 안에서 질서를 만들어가는 것임을 의미했습니다.

 

2-2. 유전자의 물리적 구조

그는 생명 현상의 본질을 분자 수준에서 이해하기 위해 유전자의 구조에 주목했는데 당시의 지식을 바탕으로 유전자가 “비주기적 고체”일 것이라고 추정했습니다. 이 비주기적 고체라는 개념은 오늘날 생물학에서 유전 정보를 담고 있는 DNA의 구조와 밀접한 관련이 있습니다. 비주기적 고체는 일반적인 결정체와 달리 규칙적으로 반복되는 패턴이 아닌 독특한 배열을 가지고 있으며 이 배열이 특정한 정보와 기능을 가진다는 점에서 특별합니다. “Schrödinger”는 유전자가 이 고체에 해당하는 분자적 구조로 이 안에 생명에 필요한 정보를 담고 있다고 보았습니다. 그의 추정은 과학적으로 놀라운 통찰이었으며 이후 1953년 “Watson”과 “Crick”이 DNA의 이중 나선 구조를 발견함으로써 그의 이론이 부분적으로 확인되었습니다.

 

2-3. 양자역학과 생명 현상의 연결성

물리학자인 “Schrödinger”는 양자역학의 원리를 생명 현상에 적용하려 했습니다. 특히 작은 규모에서의 분자 상호작용이 생명체 내에서 어떻게 작용하는지 설명하기 위해 양자역학의 개념을 언급했습니다. 그는 분자가 특정한 확률적 상태를 갖는다는 양자적 속성이 유전자 복제의 정확성과도 관련이 있다고 주장했습니다. 양자 불확정성 원리를 통해 세포 분열과 유전자 복제의 높은 정확성이 물리적 특성에 기인한다고 설명하며 생명체의 놀라운 기능과 복잡한 행동들이 양자 수준의 상호작용으로부터 비롯된다고 보았습니다.

 

2-4. 과학계에 미친 영향

이 책은 과학계에 큰 파장을 일으켰는데 물리학자와 생물학자들 사이에서 널리 읽히며 생물학적 탐구를 위한 분자적 접근법의 필요성을 일깨웠습니다. 이후 “Watson”과 “Crick”이 DNA의 구조를 발견하면서 분자생물학의 새로운 장이 열렸고 이로 인해 생명과학의 근본적인 개념이 크게 확장되었습니다. 이 책이 나온 지 10여 년 후 생명체의 유전 정보가 DNA에 저장되고 세포가 이 정보를 통해 복제 및 생장 과정을 조절한다는 사실이 밝혀졌습니다. 그의 아이디어는 분자생물학과 유전학의 중요한 기초가 되었으며 특히 생명 현상을 물리적 법칙의 영역에서 이해하려는 과학적 시각을 제공한 중요한 계기가 되었습니다.

 

2-5. 철학적 시사점

이 책은 과학적 연구를 넘어 철학적인 시사점도 내포하고 있습니다. 생명이 물리학적 법칙에 의해 어떻게 조직되고 조절되는지를 설명하려고 하면서 과학적 탐구의 경계를 넘나들었습니다. 그가 제시한 유전자 개념은 현대 철학자들에게도 큰 영향을 주었으며 생명과 물리적 실재의 본질을 고민하게 했습니다. 생명체가 무질서 속에서 질서를 유지하는 방식은 인간의 존재와 목적에 대해 근본적인 질문을 제기하는 철학적 사유의 대상이 되었습니다. 이는 생명체가 단순히 물리적 법칙을 따르는 것이 아니라 그 법칙 내에서 어떻게 조직되고 조정될 수 있는지를 탐구하게 만듭니다.

 

3. 결론

이 작품은 물리학과 생물학, 철학의 경계를 허물며 과학적 탐구에 새로운 길을 열었습니다. 생명체를 물리적 시스템으로 바라보고 그 질서와 기능을 이해하려는 시도는 당시로서는 혁신적이었으며 이후 DNA 연구와 유전자 연구로 이어져 현대 생물학의 중요한 초석이 되었습니다. 그의 연구는 과학적 발견과 사고의 폭을 넓히는 데 기여했으며 생명체의 근본적인 존재 방식에 대해 깊이 생각하게 하는 계기를 마련했습니다. ‘What is Life?’는 과학적 저서이자 철학적 탐구서로서 생명의 비밀을 풀어가는 인류의 여정에 한 획을 그은 작품입니다.

 

 

 

 

"어떤 문제든 깊이 파고들다 보면

결국 철학적 문제가 된다."(슈뢰딩거)