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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

미시적 걸작품 : 눈 결정 속에서 발견되는 설계

미시적 걸작품 : 눈 결정 속에서 발견되는 설계 

(Microscopic Masterpieces : Discovering Design in Snow Crystals)


      하나님께서 우리에게 주신 가장 아름다운 자연의 경이로움 중의 하나는 추운 겨울밤에 하늘에서 내리는 놀랍도록 다양한 형태의 눈 결정(snow crystals)들이다. 태양계 내의 행성들의 운동 법칙을 알아낸 유명한 천문학자 요한 케플러(Johann Kepler, 1571-1630년)는 젊고 포부에 찬 과학자였을 때, "새해의 선물, 즉 육각 눈송이에 관하여(A New Year's Gift, or On the Six-Cornered Snowflake)” 라고 제목을 붙인 연구를 실시했었다.

  사진 10. 나뭇가지 모양

케플러는 체크슬로바키아 프라하의 카를교(Karlsbrücke; Charles Bridge)를 건너서 왜커(John Matthew Wacker)의 집에서 열리는 송년파티에 가고 있을 때, 그의 외투에 떨어진 작은 눈 결정 알갱이들이 모두 다 6개의 모서리와 깃 모양의 대칭면(feathered radii)을 가지고 있음을 알게 되었다. 그는 새해선물도 없이 자신의 후원자 앞에 나타난 것에 난처함을 느껴서, "하늘에서 내려오고 별처럼 보이는” 눈송이(snowflake)의 양상에 대한 연구로[1] 완벽한 선물을 하리라고 결심했다.


케플러의 연구는 눈 결정들의 미시적 구조와 그것들이 형성되는 방법을 관찰할 수 있게 해줄만한 현미경이나 다른 장비라곤 하나도 없이 이루어졌다. 그는 왜 눈 결정들이 모두 다 6개의 모서리를 가지는지 설명하는데 있어서 시각적 관찰, 유추, 논리에 있어서 한계를 지니고 있었다. 그는 포탄의 선회, 벌집, 꽃들, 그리고 후에 결정학(crystallography) 분야의 기초로 입증된 많은 기하학적 모습들에 대해 조사하였다. 그는 많은 가능한 설명들에 대한 상당한 조사를 실시한 후에, 마침내 "모양을 만드는 힘”(formative faculty)이 얼음의 요소 내에 존재해서, 그것이 육각형을 형성하도록 유발한다고 결론을 내렸다. 한 문제를 해결하는 데에 있어서 최초의 질서(order)라는 생각을 그렇게 멋지게 연관시킨 경우는 없었다.


현대적 접근

할렛(Hallet)과 메이슨(Mason)은[2] 눈 결정들이 육각형을 보여주는 이유에 대해 현대적 설명을 제공했다. 그들은 물 분자가 온도에 따라 얼음결정의 격자구조로 선택적으로 융합한다는 것을 밝혀내었다. 성장하는 결정에 떨어지는 주변의 수증기 분자가 그것의 표면으로 이동해서 4가지 온도조건에 따라서 축면(axial plane)이나 기초평면(basal plane)에 고정된다. 예를 들면, 눈 결정은 온도가 약 -3°C와 -8°C 사이일 때 사진 1, 2와 같은 길고, 가는 바늘과 주상을 형성하면서 길게 자란다. 온도가 약 -8°C와 -25°C 사이일 때 사진 3으로부터 10에서 보여주듯이 판상결정을 형성하게 된다. 아름다운 별 모양과 나뭇가지 모양의 결정은 약 -15°C에서 형성된다. 게다가, 대기의 상대습도와 과냉각 물방울(supercooled liquid cloud droplet)의 존재로 말미암아 서리와 수지상 성장(riming and dendritic growth)으로 알려진 2차 성장현상이 유발된다. 사진 5의 판 가장 자리에 붙어있는 작고 어두운 구들은 결정이 지표면으로 떨어질 때 서리로 눈 결정에 모여서 붙는 구름의 물방울들이다. 사진 6에서 10의 나뭇가지 모양과 깃털 모양의 가장자리는 습도가 높은 환경에서 눈 결정이 빨리 성장할 때 형성된다.


다른 수많은 과학자들도 또한 눈 결정을 세밀하게 연구했다. 이들 가운데 저명한 이로 나카야(Nakaya)[3], 그리고 마고노(Magono)와 리(Lee)가[4] 있다. 게다가, 많은 결정학자들이 결정성장의 특징과 분자들과 원자들이 왜 제한된 수의 기본패턴을 형성하는 지에 대해서 연구하고 글들을 썼다. 눈 결정의 육각형 대칭에 대한 현대적 설명은 눈 결정이 얼음 내 분자의 내부적 배열에 대한 거시적, 외부적 발현이라는 것이다. 분자들은 가장 낮은 자유에너지의 내부적 패턴, 즉 높은 구조적 대칭성을 보여주는 패턴을 형성한다. 물 분자의 경우, 이것은 조밀육방구조(hexagonal close pack)라고 불리는 일종의 대칭성이다. 과학은 여전히 케플러가 '모양을 만드는 힘”이라고 부른 이러한 특성의 기원(genesis)에 대해 찾고 있는 중이다.

         사진 1. 바늘 모양.            사진 2. 육각형 주상 모양 .      사진 3. 육각형 판상 모양.

창조주의 증거

현대 과학자들은 눈 결정들의 성장을 관측할 수 있는 고해상도의 광학현미경과 같은 정교한 실험 장비들을 운용할 수 있는 이점을 가지고 있고, 매우 작은 입자들도 이해할 수 있는 학문적 진보도 이룩하고 있다. 그러나 왜 얼음 결정에서 초기 분자들이 육각형 패턴으로 모이는 지에 관한 가장 기본적인 원리는 아직도 완전히 설명되지 않고 있다. 화이트(Whyte)는 케플러의 눈송이 연구에 대한 에세이에서 이렇게 결론지었다 :

그럼에도 불구하고, 수수께끼는 여전히 남아있다. 케플러에게 너무나 깊은 인상을 줬던 그 사실이 여전히 도전을 던지고 있는 것이다. 3차원의 기하학적 대칭성은 시각적 세계에서 중요한 역할을 한다. 그렇지만 무작위적인 상호작용과 교란으로 지배되고 있다고 추정되는 우주에서 어떻게 그러한 질서 있는 아름다운 모습들이 유발되는 지는 분명하지 않다. 너무나 복잡한 시스템에 대해서 완전한 이해를 기대할 수는 없지만, 단순한 관찰 결과에 대한 단순한 설명을 과학에서 요구하는 것은 합리적인 것이다. 육각형의 눈송이가 고도로 복잡한 것이 아니라면, 눈에 보이는 관찰 결과들을 간단히 설명해줄 물리학적 기본 원리는 없는 것인가? 시각적인 완벽한 패턴을 만드는 궁극적인 법칙은 도대체 무엇인가?[5]

과학은 언제나 왜, 그리고 어떻게 라는 질문을 한다. 그러나 이 경우에, 심지어 더 기초적인 질문을 묻게 된다. 어떻게 무작위적이고 무질서한 우주(chaotic universe)라는 배경에서 질서(order)가 설명될 수 있는가? 다른 말로 하자면, 만약 우리가 창조주 하나님을 믿지 않는다면, 우주는 질서를 이루고 있지 않아야만 한다. 이 구조는 어디서 오는 걸까?       


사진 4. 넓은 가지의 별 모양.    사진 5. 확장된 서리형 육각 판상 모양.   사진 6. 별 모양.

이 이슈는 이렇게 말해질 수 있다. 6개의 모서리를 가진 눈송이에서 볼 수 있듯이, 이 우주에서는 질서와 설계를 관찰할 수 있기 때문에, 이것은 이러한 질서와 설계를 제공하신 창조주가 계심을 가리키는 것이 아닌가? 케플러는 "모양을 만드는 힘”이라는 용어를 제안했을 때, 이렇게 결론지었다. 즉 이 세상의 원자와 분자들은 이러한 질서를 만드는 기본적인 경향을 가지고 있다는 것이다. 산소와 수소 원자의 특징은 하나님에 의해서 조밀육각형 패턴을 만들고 6개의 모서리를 가진 눈송이를 형성하는 방식으로 조합되도록 설계되어졌다. 이산화탄소와 같은 선형분자(linear molecules)와 달리, 물 분자는 비대칭이다. 그 비대칭은 육각형 배열을 선호하는 것이다.


얼음 결정들은 아름답고 외형적인 형태를 만드는 단순하고 반복적인 내부적 패턴으로 이루어져 있다. 그리고 얼음 결정들의 성장 패턴을 지배하는 법칙으로 확립된 것은 기본적인 육각형 형태에 미세한 장식들을 추가하는 온도 의존도이다. 기둥 모양, 바늘 모양, 판 모양, 별 모양, 그리고 나뭇가지 모양 등은 눈 결정이 성장하면서 보여주는 추가적인 패턴들 중의 단지 일부일 뿐이다. 사실상, 단 하나의 얼음 결정을 구성하는 수백만 개의 개별적 분자들의 가능한 조합이 무수하기 때문에, 진실로 어떠한 눈 결정도 똑같은 것은 없다고 말할 수 있다!


그리고 얼음 결정을 형성하는 단순한 물 분자가 하나님의 창조적인 손길의 '모양을 만드는 힘”을 보여준다면, 생명체를 결정하는 DNA 분자와 같이 더 커다란 분자 내에는 얼마나 더 많은 설계가 들어있겠는가를 생각해보라. 우리가 DNA와 자연법칙 내에서 보는 질서와 설계는 하나님이 존재하지 않는다는 믿음을 영원히 잠재워 버린다. 바로 그 분자들이 하나님의 존재와 질서와 아름다움에 대한 그 분의 사랑을 증거하고 있는 것이다.


나는 천문학자 칼 세이건(Carl Sagan)과 그가 죽기 전인 2년간 서신을 왕래했었고, 하나님의 존재에 대한 그러한 증거들에 대해서 대화를 나눴었다. 그의 편지 중 하나에서, 그는 "내가 알고 있는 지구 역사의 유일한 ‘저자’는 자연의 법칙(laws of Nature)입니다. 그것들이 어디서 왔으며, 왜 있으며, 그것들이 존재하는 방식은 또 다른 논제이자, 매우 어려운 논제입니다”라고 썼었다. 그래서 이 세상의 질서와 설계에 대한 증거는 비기독교인이라고 공언한 사람들에게조차 매우 강력한 증거물이 되고 있는 것이다.


이전의 Acts & Facts 기사에서[6] 진화론자들이 눈 결정의 성장을 자연발생적인 진화(spontaneous evolution)에 필요할 수도 있는 질서도의 증가도를 보여주는 사례로서 잘못 사용했던 것을 논했었다. 눈 결정의 성장 동안 우주 내의 전체 엔트로피의 변화는 질서도의 최종적 감소의 결과를 가져옴이 입증되었다. 이것은 열역학 제2법칙과 일치한다. 눈 결정들에서 질서의 존재와 성장은 하나님의 존재하심과, 자연 과정들 내의 그 분의 설계, 그리고 질서와 아름다움에 대한 그 분의 사랑에 대한 증거인 것이다. 주님이 "모든 것이 그분을 통하여 지음을 받았습니다. 지음을 받은 것 중에서 어느 것 하나도 그분 없이 지어진 것이 없습니다.”(요한복음 1:3, 쉬운성경)라고 말씀하실 때, 주님을 믿기 위해서 얼마나 많은 성경 말씀의 확인이 필요하겠는가?
 

눈 결정들의 아름다운 이미지들


        사진 7. 나뭇가지 모양.     사진 8. 이중 나뭇가지 모양.  사진 9. 평판 각진 기둥 모양

눈 결정들을 좀 더 상세히 공부하고자 하는 독자들을 위해, 아름다운 현미경 사진들을 담고 있는 몇 권의 책을 소개한다. ‘눈송이 사나이(The Snowflake Man)’로 알려진 버몬트의 한 농부였던 벤틀리(Bentley)에 의해서 1800년대 말부터 1900년대 초까지 찍힌 2,000개가 넘는 눈 결정 사진들을 담고 있는 고전적인 책인 '눈 결정들(Snow Crystals)”이 있다. 상을 받은 눈송이 사진들의 현대 모음집이 최근에 리브레히트(Libbrecht)에 의해서 출판되었다.[8] 그의 눈 결정 사진들 중의 일부는 최근에 미국 체신부(U.S. Postal Service)의 우표 모음집에 사용되었다. 그는 또한 www.snowcrystals.com 이라는 웹사이트도 가지고 있다.



References

[1] Kepler, J. 1611. Strena, Seu de Nive Sexangula, Francofurti ad Moenum. Translated into English by Hardie, C. 1966. The Six-Cornered Snowflake. Oxford: Clarendon Press, 7.
[2] Hallet, J. and B.J. Mason. 1958. The influence of temperature and supersaturation on the habit of ice crystals grown from the vapour. Proceedings of the Royal Society of London, Series A. 247 (1251): 440.
[3] Nakaya, U. 1954. Snow Crystals: Natural and Artificial. Cambridge, Harvard University Press.
[4] Magono, C. and C. W. Lee. 1966. Meteorological classification of natural snow crystals. Journal of the Faculty of Science. Hokkaido University, Ser. 7, 2 (4): 320-335.
[5] Whyte, L.L. 1966. Kepler's Unsolved Problem and the Facultas Formatrix, in Hardie, The Six-Cornered Snowflake, 63.
[6] Vardiman, L. December 1986. Evolution and the Snowflake. Acts & Facts.
[7] Bentley, W.A. and W.J. Humphreys. 1931. Snow Crystals. New York: Dover Books.
[8] Libbrecht, K. 2003. The Snowflake: Winter's Secret Beauty. Stillwater, MN: Voyageur Press.

Images by Dr. J. Kobayashi, Hokkaido University.  Used by permission.

* Dr. Vardiman is Professor of Atmospheric Science, Chairman of the Astro/geophysics Department, and Director of Research.

<눈송이 결정체에 대한 구글 이미지는 여기를 클릭>



번역 - 한국창조과학회 대구지부

링크 - http://www.icr.org/article/3555/ 

출처 - ICR, Impact No. 414, 2007. 11

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=4149

참고 : 4068|3358|3733|3622|3595|3275|3724|3858|3067|3262|1891|4026|4021|3287|2978|2734|2696|2316|1405|584



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