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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

미디어위원회
2005-07-14

물의 놀라움

(The wonders of water)

Jonathan Sarfati 


      물(Water)! 마시고, 세탁하고, 요리하고, 수영하고.... 우리는 그것을 당연한 것으로 여긴다. 이렇듯 생활의 많은 부분을 차지하고 있는 이 무색 무미 무취의 놀라운 액체의 가치를 우리는 거의 생각하지 않고 있다. 우리 몸의 65%는 물이고, 물이 없으면 우리는 몇 일만에 죽게 된다. 물은 우리 몸에 꼭 필요한 미네랄과 산소를 녹이고, 노폐물을 씻어내 밖으로 내보내며, 필요한 영양분을 운반한다. 이러한 역할을 하는 것은 오직 물밖에 없다. 또한 물은 다른 많은 중요한 특성들을 가지고 있으며, 생명체를 위한 바로 그러한 역할을 담당하기위해 고안된 것이다.


액체

물질은 고체(solid), 액체(liquid), 기체(gas)의 세 가지 상태로 존재한다. 이 세 가지 상태는 모두 생명체에게 필수적이다.

1. 고체는 그 형태(shape)를 유지한다.
2. 액체는 흐르고, 용기에 따라 모양이 달라지지만, 동일한 전체 부피를 유지한다.
3. 기체는 그 용기의 형태와 크기대로 팽창하여 채운다.

분자들이 서로 반응을 하기위해서는 서로 인접해 있는 것이 바람직하지만, 또한 서로 자유로이 움직일 수 있어야 한다. 그것이 액체 상태가 제공하는 것이며, 그것이 모든 생물체의 모든 세포에서 일어나는 수천가지의 화학 반응 모두에 이상적인 것이다.

그러나 -270°C(-454°F)도 에서부터 가장 뜨거운 별의 내부인 수백만 도의 온도에 이르는 우주의 모든 온도 영역에서 물은 매우 좁은 온도범위 내에서만 액체로 존재한다. 보통의 기압조건에서 물은 단지 0~100 °C (32~212 °F)의 영역에서만 액체로 존재한다. 그러므로 우주에서 지구 만이 유일하게 액체 상태의 물이 존재하는 행성이라는 사실은 그리 놀라운 일이 아니다. 그리고 이러한 액체상태의 물이 존재한다는 것은 우리의 지구가 그 밝기나 크기 면에서 너무 밝지도 어둡지도 않으며, 너무 크거나 작지도 않은 적당한 조건을 갖춘 별임을 나타내고 있는 것이다. 그리고 지구는 또한 태양으로부터 적당한 거리에 있다. (The sun: our special star 참조)


온도의 완충

물의 또 다른 중요한 특성은 높은 비열이다. 물은 가열할 때 많은 에너지가 필요하며 (철에 비해 대략 10배), 또한 냉각되기 위해서는 많은 에너지를 잃어버려야만 한다. 그리하여 지구상에 있는 막대한 량의 물은 지구의 온도가 꽤 일정하게 유지될 수 있도록 하고 있다. 반면 육지 표면은 물에 비해 빨리 차가워지고 빨리 더워지는데, 이것은 상당히 안정된 물의 온도와 관련되어 유익한 점을 만들어낸다. 그것은 대기의 다른 부분들이 서로 다르게 가열되어진다는 것을 의미한다. 이것은 바람(wind)을 일으킨다. 바람은 신선한 공기를 유지하는데 필수적이다.

액체들은 증발할 때 주위부터 열을 흡수한다. 이것은 우리가 시원해질 수 있는 유용한 수단(땀흘림)을 가지고 있다는 것을 의미한다. 이것에 있어서 가장 중요한 부분은 물의 증발 시에 필요한 높은 잠열(latent heat)이다. 이것은 대부분의 다른 액체들보다 물이 증발하는 데에 훨씬 많은 에너지가 소모된다는 것을 의미한다. 그래서 우리는 체온을 낮추기 위해 단지 약간의 물만 내보내면 된다는 것이다. 만약 우리가 다른 액체로 땀을 흘린다면, 그 양은 엄청날 것이다. 


훌륭한 용제 (solvent)

물은 우리 주변에 가장 가까이 있는 것으로 하나의 ‘우주적 용제(universal solvent)’이다. 각종 미네랄(minerals)과 비타민(vitamins)들은 운반되기 위해 용해되어져야만 하고, 따라서 물은 이러한 것들을 체내에서 효과적으로 전달한다. 용해된 나트륨(sodium)과 칼륨(potassium) 이온들은 신경계의 자극전달을 위해서 필수적이다. 물은 또한 공기로부터 산소(oxygen)와 같은 기체들을 녹이는데, 이것은 수중 생물들이 산소를 이용할 수 있도록 해준다. 물은 또한 혈액의 주요 성분으로[1], 모든 세포의 에너지 생산 시 만들어지는 노폐물인 이산화탄소(carbon dioxide)를 녹여 폐로 운반하여 호흡을 통해 밖으로 배출할 수 있도록 해준다.[2]  

그러나 실제 우주적 용제라도 그것을 담을 수 있는 용기가 없다면 소용이 없을 것이다. 그러나 물은 유성 화합물(oily compounds)들과는 혼합되지 않으며, 따라서 세포막은 이러한 유성 성분으로 이루어져 있다. 우리 몸의 많은 단백질들은 부분적으로 유성 부분들을 가지고 있으며, 그들은 서로 접혀지는 경향이 있으나, 주위의 물과는 섞이지 않는다. 이것이 그렇게 다양한 모양의 단백질이 존재할 수 있도록 하는 데에 부분적으로 기여한다. 이들 단백질들의 모양들은 생명유지 기능을 수행하는 데에 아주 중요한 역할을 한다.  


얼음에 들어있는 놀라운 사실

물의 중요하고 매우 독특한 특성 중의 하나는 그것이 얼음이 되었을 때 부피가 증가한다는 것이다. 이것이 빙산이 뜨는 이유이다. 사실 물은 4°C(39.2°F)에 도달할 때까지 온도가 낮아짐에 따라 부피가 감소하다가, 그 이하의 온도에서는 다시 부피가 증가하기 시작한다. 이것은 얼음이나 차가운 물이 4°C 물보다 밀도가 낮으며, 물 위로 뜬다는 것을 의미한다. 이것은 상당히 중요한 점으로, 대부분의 액체는 찬 공기와 접촉하면 냉각되고 찬 액체는 아래로 가라앉을 것이며, 더 많은 액체를 위로 밀어 올려 찬 공기에 의해 계속 냉각되게 할 것이다. 결국 바닥부터 꼭대기까지의 모든 액체가 열을 잃고 차가와져 결국은 모두 얼게 될 것이다. 그러나 물은 차가운 영역이 낮은 밀도를 가지기 때문에(물 표면에 존재하기 때문에) 찬 공기로 열을 잃게 되지 않으며, 이것은 표면은 얼게 되나 물의 아래는 여전히 생명체들이 살아갈 수 있는 환경을 만드는 것이다. 그러나 만약 북아메리카의 그레이트 레이크(Great Lakes)처럼 물이 다른 성분들로 대체 된다면 지구 전체에 위험한 일이 벌어질 것이다.


물에 대한 상식, 알고 계십니까?

- 지구는 70%가 물로 덮여 있다. 바다는 대략 13억7천 km3(3억3천4백만 mile3)의 물을 포함하고 있으며, 매년 육지에 내리는 비의 총량은 대략 11만3백 km3 이다.
- 전 세계 물의 단지 1%만이 인간이 이용할 수 있다. 대략 97%는 소금물이고, 2%는 얼음이다. 이 2%의 물은 2천9백만 km3(7백만 mile3)라는 엄청난 양으로 거대한 얼음층과 빙하에 갇혀 있다.
- 오스트레일리아는 가장 메마른 대륙으로 최소의 지표수를 보유하며 70%의 사막을 가지고 있다.
- 가정용수의 단지 1% 만이 식수로 이용된다. 나머지는 잔디에 물주기, 샤워 등으로 사용된다.
- 한 가정의 화장실에서 하루에 대략 150 리터의 물이 소모된다.
- 계속 줄줄 흐르게 방치된 물로 600 리터의 물이 하루에 낭비되며, 똑똑 떨어지게 방치된 물로는 하루에 30 리터의 물이 낭비된다.
- 정원에 덮개를 덮으면 75% 정도 증발을 줄일 수 있다.
- 스프링클러는 시간당 1000 리터의 물을 사용한다.
- 자연의 물중 소량의 광물염(mineral salts) 등이 용해된 물은 맛을 가지나 순수한 물은 맛이 없다.
(가정에서 물 사용에 대한 수치는 평균치이다. 그러나 개인의 습성과 이용하는 용품들에 따라 차이가 있다.)



얼음은 왜 그렇게 미끄러운가?

많은 사람들이 스케이팅이나 스키 같은 겨울 스포츠를 즐긴다. 무엇이 얼음을 그렇게 미끄럽게 하여 이러한 활동들을 가능하게 할까? 많은 사람들은 그것은 얼음에 압력이 가해질 때 생기는 액체가 윤활층을 형성하기 때문이라고 믿고 있다. 실제로 물리화학자들에게는 잘 알려진 대로, 가해진 압력은 물질들이 최소의 공간을 가지도록 한다. 그러므로 압력은 얼음을 녹여 물이 되게 하는데 (물은 다른 액체들과 달리 얼음보다 부피가 작다), 결국은 그것의 녹는점(melting point)은 낮아지게 될 것이다.

그러나 이러한 효과는 많은 사람들이 생각하는 것보다는 훨씬 작아서, 대략 100 기압의 압력이 단지 1 oC 정도 녹는점을 낮춘다.[3] 그래서 압력이 훨씬 작은 스케이팅에서는 이 효과로 설명되어질 수 없다. 또한 비행기들이 얼음을 녹이고 75m (250 피트)나 가라앉게 되는 원인이 될 수 없는 것이다. (잃어버린 비행중대, 참조).

진실된 이유는 또 다른 독특한 특성 때문인데, 얼음 표면의 분자들은 자유로이 움직일 수 있는 것은 아니지만 고체 내부의 분자보다 훨씬 강하게 진동한다는(vibrate) 것이다. 이것은 얼음 표면을 ‘유사’ 액체(quasi-liquid, 액체 같은 그러나 액체는 아닌)의 성질을 띠게 만든다.[4]


표면 장력

물은 매우 높은 표면장력(surface tension)을 가지고 있다. 표면장력은 표면을 가능한 적게 유지하려고 하는 힘이다. 물은 글리세롤(glycerol)과 같은 시럽형의 액체보다 표면장력이 매우 높다. 표면장력은 거품을 만드는 경향이 있고 방물들을 구형으로 만든다. 그리고 일부 곤충들을 포함한 가벼운 물체들을 지탱하기에 충분히 강하다. 더욱 중요한 것은 이것은 생물학적 화합물질들이 표면 근처로 집중시킬 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 생명체의 여러 중요한 반응들의 속도를 높일 수 있다.      


물의 힘

물은 평상시에는 평온한 것처럼 보이지만, 많은 양이 빠르게 움직인다면, 그것은 자동차만한 바위들을 움직일 수 있고, 깊은 협곡을 파낼 수 있으며, 심지어 단단한 바위를 자를 수도 있다. 물이 매우 빠르게 흐를 때, ‘캐비테이션(cavitation)’ 이라고 불리는 매우 파괴적인 과정이 발생한다. 자세한 사항을 알기 원하면 Interview with Dr Edmond Holroyd을 보라. 또한 화학적 차원에서 물은 살아있는 세포에서 많은 중요한 큰 분자들을 빠르게 분해시킨다. 반면에 살아있는 세포는 많은 정교한 수선 메커니즘(repair mechanisms)을 가지고 있다. DNA는 세포 밖의 물에서 오래 지속되어질 수 없다 [5]. New Scientist 에 실린 최근의 한 논문은 생명체의 기원을 진화론적 개념으로 일하는 연구자들에게는 하나의 골칫거리로서 이것을 기술하였다 [6]. 그 논문은 또한 이것은 좋은 뉴스가 아니라고 말함으로서, 그들의 유물론적 편견을 보여주었다. 그러나 진정으로 나쁜 뉴스는 확실히 진화론적(모든 것들이 스스로 만들어졌다는) 신념이다. 이것은 객관적인 과학을 짓밟아 버리고 있다. (더 자세한 설명을 위해서는 Origin of life: the polymerization problem을 보라).      


물은 왜 유일한가?

물의 가장 작은 구성요소는 물 분자이다. 이것은 수소 원자가 산소원자와 104°의 각도로 V 자를 이룬다. 그것은 극성(polar)을 띠는데, 산소원자는 음극의 전하를 띠고 반면 두 개의 수소원자는 양극의 전하를 띤다. 이것이 왜 물이 소금(salt)들과 같이 전기적으로 전하를 띤 구성 단위들을 가지고 있는 수많은 물질들을 잘 녹일 수 있는 지에 대한 이유이며, 반면에 기름(oil)과 같이 전하를 띠지 않는 분자들을 가지는 물질들을 잘 용해시키지 못하는 이유이다.

또한, 물은 수소결합(hydrogen bonds)에 의해 물 분자들끼리 서로 꽤 강하게 끌어당긴다. 이 수소결합은 보통의 화학결합보다 10배 정도 약한 결합이나, 실온에서 액체 상태의 물을 만들 수 있을 만큼 충분히 강한 결합이다. 반면에 비슷한 화합물인 황화수소(hydrogen sulfide)는 이러한 수소결합이 없기 때문에, 같은 온도에서 기체상태이다. 수소결합은 또한 물의 높은 표면장력(surface tension), 비열, 잠열 등의 성질들을 가지게 한다.

분자 모양과 수소결합은 얼음(ice)이 매우 열려진 육각형 모양의 결정 구조를 가지게 하는데, 이것은 다양한 종류의 눈송이(snowflakes)들에 의해 훌륭하게 설명되어진다. 이 결정 구조는 많은 공간을 차지하나, 결정이 녹을 때 붕괴가 되기 때문에, 액체인 물은 더 치밀해진다. 이것이 얼음이 물에 뜨는 이유이다. 최근의 연구는 물 분자들이 액체 내에서, 특히 6개의 분자들로 이루어진 새장 같은 구조에서 다발(clusters)을 이루는데 [7], 이것은 물의 많은 독특한 특성들을 가지게 한다. 

다른 최근의 연구는, 물에는 2 종류의 수소결합이 있으며, 하나의 결합은 다른 것에 비해 두 배나 강하다는 것을 보여준다. 이것은 물이 넓은 영역에 걸쳐 액체상태인 이유를 설명하고 있다. 용융(melting)은 단지 약한 결합만을 끊지만, 비등(boiling)은 또한 강한 결합도 끊어야만 한다. 이 연구는 또한 강한 결합에서 약한 결합으로 변화되는 데에는 어떤 온도를 필요로 하는데, 이 중에 하나가 37°C (98.6°F)이다. 이 온도는 사람의 체온이며, 이것은 우리 몸이 많은 복잡한 설계 특성들을 가지고 있음을 가리키고 있는 것이다.


물, 성경, 그리고 과학

성경이 많은 현대 과학을 예견하고 있었는데, 물에 관해서는 성서적으로 적어도 두 가지의 언급이 있다. 그중 하나는 물의 순환 (증발, 구름, 비) 이다.

욥기 36:26-28에는 '하나님은 크시니 우리가 그를 알 수 없고 그 년수를 계산할 수 없느니라 그가 물을 가늘게 이끌어 올리신즉 그것이 안개 되어 비를 이루고 그것이 공중에서 내려 사람 위에 쏟아지느니라' 라고 기록되어 있다.

다른 하나는 시편8:8의 ‘바다의 해로(paths of the seas)’ 에 대한 언급이다. 해양학의 개척자 매튜 모리(Matthew Fontaine Maury, 1806~1873)는 이 구절에 의해 해류 순환의 도표를 만들어내게 되었다 [8]. 모리는 성경은 모든 것에 관한 귄위(authority)로서, 단순한 교리가 아니라 모든 것을 언급하고 있으며, 그것은 과학과 역사도 역시 포함한다는 것을 믿었던 것이다. 그가 해로를 밝혀냄으로써 여행시간을 크게 단축시키는 혁신을 이루었다. 

모리는 그의 발견으로 하나님께 영광을 돌렸다. 그리고 우리도 물의 모든 경이로움에 대해 하나님께 온전히 영광을 돌리고, 그 많은 사용에 대해 감사해야만 할 것이다.



References and notes

[1] But blood is unique - it is chemically too different to have evolved from seawater, despite the claim of the article ‘blood’, Encyclopædia Britannica (15th Ed., 1992) 2:290 see Don Batten, Red-blooded evidence, Creation 19(2):24-25, March-May 1997.

[2] Actually, only 5% of CO2 is transported as such in solution. 88% is in the form of the bicarbonate ion (HCO3-), a pH buffer which helps keep our pH (acid-base level) constant. Some CO2 binds to hemoglobin in the blood to form carbamate. See ‘Respiration and Respiratory Systems’, Encyclopædia Britannica (15th Ed., 1992) 26:742.

[3] This figure was calculated from the phase diagram of water in P.W. Atkins, Physical Chemistry (Oxford University Press, 2nd Ed., 1982), p. 193. The melting point is 273.15 K at 1 atm; the triple point temperature and pressure are 273.16 K and 0.006 atm. Therefore the slope of the melting line (dp/dTm) is (0.006-1) atm/(273.16-273.15) K = -99.4 atm/K.

[4] D. Kestenbaum, New Scientist 152(2061/2):19, 21/28 Dec., 1996; C. Seife, Science 274(5295):2012, 20 Dec. 1996.

[5] T. Lindahl, Instability and decay of the primary structure of DNA, Nature 362 (6422):709-715, 1993.

[6] R. Matthews, Wacky Water, New Scientist 154(2087):40-43, 21 June 1997.

[7] R. Matthews, Ref. 6.

[8] See Ann Lamont, 21 Great Scientists who Believed the Bible, Creation Science Foundation, Australia, 1995, pp. 120-131.

 

*참조 : The wonders of water
http://creationontheweb.com/content/view/800

Do you know the laws of the heavens?— the Bible and the hydrologic cycle
http://creation.com/the-bible-and-the-hydrologic-cycle


번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/creation/v20/i1/water.asp 

출처 - Creation 20(1):44-47, December 1997.

Sean Pitman M.D.
2005-06-19

무질서와 복잡성

(Chaos and Complexity)


     아래 고찰의 대부분은 무질서, 복잡성 그리고 엔트로피(chaos, complexity, and entropy)와 관련하여 캠브리지의 이론 물리학 센터의 미셀 바랭거(Michel Baranger)가 쓴 아주 흥미로운 논문에 대해서 이루어진 것이다. 바랭거의 논문에 의하면, 무질서와 복잡성이라는 두 개념은 비록 많은 이들이 혼란스러워 하거나 같은 개념으로 이해하고 있지만, 아주 판이하게 다른 개념이다.


“무질서(chaos, 혼돈)는 복잡성(complexity)과는 매우 다르다” 무질서에는 상당히 중요한 일면이 있다. “무질서는 자주 매우 간단한 시스템의 특성이 될 수 있다.” 증명된 것처럼 “단순한 질문들은 종종 복잡한 대답들을 유도한다. 만약 어떤 단순한 운동 법칙과 단순한 초기 조건의 제시로 단순한 질문이 이루어졌다하여도, 결국 그것은 시간이 지남에 따라 물체의 운동 공간에서의 궤적을 갖으며, 무질서적으로 된다는 것이다.” “무질서는 미적분과 달리 비선형적 시스템(non-linear systems)의 결과이다” 그러나 “이것은 모든 무질서적 시스템들이 복잡하다는 것을 의미하는 것은 아니다.... 한 가지, 무질서 상태는 매우 적은 구성요소들로 발생된다. 그러나 복잡성은 그렇지 않다. 사실 무질서와 복잡성 사이에는 상당히 거대한 차이가 있는 것이다.”


복잡한 시스템(complex systems)은 비선형적으로 상호작용을 하는 많은 구성요소들을 포함하고 있을 뿐만 아니라, “구성요소들은 하나의 복잡한 시스템을 구성하기 위해 상호의존적이다.” 예를 들어 “용기에 들어있는 가스처럼, 많은 구성요소들을 가지고 있는 비복잡한 시스템을 우선 생각해 보자. 가스들 중 10개 또는 모두를 제거해 보라. 대체적으로 마지막 가스는 원래의 가스처럼 보이고 행동한다. 그러나 한 복잡한 시스템에서 같은 실험을 실시해 보라. 예를 들어 사람의 몸에서 10%를 제거해 보라. 아니면 다리를 하나 자른다고 해보자! 그 결과는 가스보다는 훨씬 더 극적일 것이다. 아직 시나리오가 남아 있다. 당신에게 머리를 잘라보라고 제안하지 않았다.”        


용기에 들어있는 가스나 “날씨 패턴”과 같은 것에서는, 어떤 특정한 분자나 일련의 분자들이 다른 일련의 분자들 보다 전체 시스템의 기능에 더 중요한 것은 없다. 복잡한 시스템은 그러한 무질서적 시스템과는 다르다. 비록 무질서적 시스템이 다소 “간단한 질문” 혹은 단순한 변수들의 집합에 기초한다 할지라도, 사실 복잡한 시스템의 작동은 무질서적 시스템의 작동보다 예측하기가 더 쉽다. 


또한, 하나의 복잡한 시스템은 기능적 복잡성을 갖는 여러 등급(scales) 또는 단계(levels)의 구조들을 가지고 있다. 예를 들어 인체를 한번 살펴보자.

등급 1 : 머리, 몸통, 다리
등급 2 : 뼈, 근육, 장기, 신경, 혈액
등급 3 : 세포, 미토콘드리아, 세포질, 핵
등급 4 : 염색체, 특수 단백질들 (각각은 특별한 기능과 역할을 가짐)...

각 등급에서 우리는 꽤 안정적인 구조를 발견하게 된다. 이 안정적 구조는 특별한 또는 고도의 기능을 수행하기 위해서 다른 구조들과 그 모양과 관계들을 유지해야만 한다. 이것은 한 복잡한 시스템의 필수적이고 근본적인 면이고, 또 다른 복잡성의 특성인 행동의 ‘출현’을 유도한다.  

여기서 사용되는 “출현(emerging or emergent)” 이라는 용어의 개념은 이 용어를 사용하거나 이해하고 있는 몇몇 사람들의 방식과는 매우 다른 것이다. 그것은 시간이 흐름에 따라 발전되는 “새로운” 기능이나 특성을 지칭하는 것이 아니다. 그것은 매우 특별한 방식으로 동시에 함께 작동되는 여러 부분 또는 과정들의 결과들이 모여서 존재하게 되는 집단적 능력(collective abilities)을 지칭하는 것이다. “출현은 하나의 등급에서 그 위의 확대된 등급으로 주의를 전환할 때 나타난다”


기능을 가지는 어떤 등급이나 단계에서 관측되어지는 어떤 하나의 기능(function)이나 행동(behavior)은, 만약 그 등급의 모든 부분들을 동시에 고려하지 않고 그것을 개별적으로 연구하였을 때, 그것이 이해되지 않는다면 출현되었다고 말해진다. 그러나 출현한 하나의 기능이나 행동은 고려된 등급에서 독특하게 나타나는 집단적 현상(collective phenomenon)으로, 이것은 어떤 등급 내 구성요소들 간의 전체적인 상호작용의 결과인 것이다. 예를 들어, 사람의 몸은 걸을 수 있는 능력이 있다. 그것은 위에서 언급한 등급 중 가장 상위 등급(등급 1)에서 출현하는 특성이다. 만약 머리, 몸통, 혹은 다리만이 따로 따로 연구되어 진다면, 걷는다(walking)는 개념은 결코 이해될 수 없다“ 걷는다는 기능을 이해하기 위해서는 인체의 모든 부분들이 고려되어야만 한다. 걷는다는 기능은 사실 이런 모든 부분들이 매우 특별한, 예측 가능한, 그리고 반복적인 방식으로 작동되는 것에 달려있는 것이다.               


“구조와 출현의 조합은 자가 조직체(self-organization)가 된다” 다른 말로 하면, 특성화된 반복 가능한 방식으로 함께 작동되는 선행(pre-formed) 조직이 걷기와 같은 조직화된 행동 패턴을 만들어낸다는 것이다. “다시 복잡성과 무질서의 관계로 돌아가 보자. 그들은 같은 것이 아니다”


“아주 기초적인 수학적 차원분열 도형(mathematical fractal)을 볼 때, 매우 ‘복잡한(complex)‘ 것처럼 보일 수 있다. 그러나 이것은 ’복잡한 시스템(complex systems)’을 말할 때의 복잡성과 같은 개념이 아니다. 단순한 프랙탈은 무질서한(chaotic) 것이고, 복잡한 것이 아니다. 또 다른 예가 앞에서 언급한 단순한 기체가 될 수 있다. 이것은 매우 무질서적이다. 그것은 지금 언급한 개념으로 복잡한 것이 아니다. 실제적으로 모든 비선형적 시스템은 언제인가는 무질서적이기 때문에, 복잡성은 무질서의 존재를 의미한다. 그러나 그 역은 성립하지 않는다. 무질서는 아주 커다란 주제이다. 많은 기술적인 논문들이 발표되었고, 많은 이론들이 입증되어져 왔다. 그러나 복잡성이라는 주제는 이것보다 훨씬 더 크다. 그것은 무질서와 관련이 없는 많은 개념들을 포함하기도 한다. 무질서는 근본적으로 순수 수학이고, 지금까지 상당히 잘 알려져 있다. 복잡성은 아직까지도 거의 모든 것이 알려지지 않았다. 이것은 이론 물리학이나, 이론적인 어떤 학문에 좀 더 가깝다. 물론 일단 모양이 갖추어지면, 많은 수학들 아마도 많은 새로운 수학들이 사용될 것이다.“      


“그래서 무질서의 영역은 복잡성의 영역에서 매우 작은 부분적 영역이다. 이 두 개념의 가장 두드러진 차이는 다음과 같다. 하나의 복잡한 시스템은 항상 여러 등급(scales)들을 가지고 있다. 반면에 무질서한 시스템은 등급 n 이 지배적이고, 그보다 위의 확장된 등급 (등급 n-1)은 자가 조직이 되어진다 (즉, 부분들의 합보다도 크다). 그러므로 복잡한 시스템의 특성 목록에 항목을 하나 추가한다면, 복잡성은 무질서와 비무질서 사이의 교차영역을 포함하고 있다는 것이다. 사실 많은 사람들이 ”복잡성은 무질서의 경계영역에서 일어난다“ 라고 제안해왔었다. 그러나 아무도 이것을 확실하게 규명하지는 못했다.        


어느 경우에라도 기후 시스템, 유체의 난류, 산맥 등과 같은 프랙탈 타입의 무질서를 보잉 747기, 자동차, 컴퓨터, 엔진, 편모, 그리고 여러 다양한 생물체들에서 발견되는 복잡한 기능을 하는 상위 등급이나 단계들과 비교하는 것은 잘못된 것이다. 이것은 단순하게 사과와 오렌지를 비교하는 것이다. 그들 각각의 복잡성은 같은 것이 아니다.

 


Sean : http://necsi.org/projects/baranger/cce.pdf

Chaos, Complexity, and Entropy
A physics talk for non-physicists
Michel Baranger Center for Theoretical Physics, Laboratory for Nuclear Science and Department of Physics Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 02139, USA and New England Complex Systems Institute, Cambridge, MA 02138, USAMIT-CTP-3112

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*참조 :

1. 질서 또는 무질서?   http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2008


번역 - 미디어위원회

링크 - http://naturalselection.0catch.com/Files/chaoscomplexity.html ,

출처 -

구분 - 4

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2696

참고 :

Stephen Caesar
2005-06-17

컴퓨터상의 인공생명체는 설계자를 증거한다.

(Artificial Life Yet Again)


     최근에 소개된 이 칼럼에서는 컴퓨터 프로그래머에 의한 인공생명체(artificial life, a-life)의 창조와, 어떻게 이 인공생명체가 놀라울 정도로 실제 생명체의 특징들을 모방할 수 있었는지에 관하여 논의하였다. 결국 자연의 복잡성 뒤에는 절대적으로 설계자의 존재가 필요하다는 것이다. Scientific American 지의 2000년 11월의 이슈에 의하면, 컴퓨터 프로그래머들은 컴퓨터로 만들어진 동물들이 살게 되는 가상 환경들을 창조해 왔다. 대부분의 이러한 인공생명체들은 자연의 DNA를 모방한 특별한 자료(special data)들에 기초하고 있다. 그 자료에는 어떻게 그 인공생명체가 주변의 사이버 환경과 반응을 하고, 심지어 어떻게 번식될 것인지에 대한 (Carlson 2000: 112) 정보가 포함되어 있다. 실제 DNA를 모방하여 그 인공생명체는 무작위적인 돌연변이가 일어날 수 있도록 프로그램화 되어 있어서, 주변 사이버환경에 대한 적응력도 변화할 수가 있었다. 몇 분(이런 연구에 사용되는 컴퓨터는 처리속도가 빠르다) 안에 변이가 일어난 인공생물체들의 여러 번식단계를 거친 많은 세대들을 추적함으로써, 프로그래머들은 디지털 DNA의 ‘진화(evolve)’ (Ibid.)를 관찰할 수 있었다.


이러한 유사한 진화에서는 두 종류의 문제가 야기되었다. 첫 번째는 이 칼럼에서 여러 번 지적했던 것과 같이, 이런 비약적인 인공생명체는(DNA가 동물의 진화 원인이라 하더라도) 그 모든 것을 존재하게 하는 고도의 지적능력이 있는 설계자의 존재가 필수적이라는 것이다. 두 번째로, 더욱 중요한 것은, 이 프로그램화 된 인공생명체는 아메바가 결국에 사람이 되는 방법으로 “진화하지 않는다” 는 것이다. 이 인공생명체는 어느 정도 정해진 한계 내에서 근소한 개량(improvements) 과정만을 진행한다는 것이다. 다시 말하면 누군가의 컴퓨터에서 만들어진 인공생명체는 전 세계의 금융 시스템을 운영하는 슈퍼컴퓨터 안에서 결코 진화되지 않을 것이라는 것이다.


진화에 의해서든 아니든, 자연 속에 내재하는 놀라운 복잡성은 외부의 지적설계자를 필요로 한다는 결론에, 외부 지성이 개입하여 만들어진 인공생명체는 더 큰 힘을 실어주게 되었다. 예를 들면, 자연주의자들은 큰 무리의 새 떼들이 어떤 리더의 지시도 없이 동시에 무리가 빠르게 회전하는 능력에 놀라움을 금치 못해왔다. 창조론자들은 언제나 이러한 복잡한 것들은 절대적으로 설계자의 존재를 필요로 한다고 주장해 왔었다. 컴퓨터 프로그래머인 레이놀드(Craig Reynolds)는 새 떼들에서 볼 수 있는 그러한 현상을 알아보기 위해 창조자의 필요성을 보여주는 군집 새들의 모델(a model of flocking birds)을 만들었다. 그는 “보이드(boid)' 라고 불리는 인공생명체를 만들었는데, 그것은 비행하는 새들을 모방하여 다음의 세 가지 규칙을 따르도록 프로그램 되어졌다. 1) 어떤 보이드도 다른 보이드나 정지해 있는 물체에 근접하지 않는다. 2) 각각의 보이드는 자신 주변에 있는 다른 보이드와 같은 속도를 유지해야만 한다. 3) 각각의 보이드는 언제나 그 보이드 그룹의 중심 쪽으로 움직여야만 한다.


Scientific American 지는 그 결과를 보고하였다. “보이드가 처음에는 흐트러졌다가도 그들은 곧 무리를 형성하였다. 그 무리들은 사이버 공간 상에서 장애물을 만나게 되면, 두 그룹으로 나뉘어 졌다가 반대쪽에서 다시 그룹을 형성한다”는 것이었다. 더욱 중요한 것은 “레이놀드의 프로그램은 무리를 짓는 것(flocking)에 관한 내용이나, 무리가 항해 중에 장애물을 만나면 어떻게 해야하는 지...등에 대한 지침들이 거의 포함되지 않았다는 것이다. 그러나 보이드는 예측할 수 없었던 도전들에 대해 민감한 반응을 보이며 놀라운 정렬을 수행하였다.” (Ibid.).


또 다른 유사한 프로그램이 컴퓨터 프로그래머인 아리엘 도란(Ariel Dolan)에 의해서 만들어졌다. 그는 '플로이즈(floys)' 라고 불리는 육식성 보이드를 만들었는데, 이 보이드는 두 가지 명령에 복종하도록 되어 있었다. 즉, 다른 플로이즈들 가까이에(너무 가까이는 아니고) 머물라. 어떤 것이든 침입자 쪽으로 이동하여 공격하라. 이 두 가지 명령은 플로이즈가 무리를 짓는 결과를 가져왔다. 사이버 상에서 한 침입자가 나타나면, 한 플로이즈가 그것을 발견하고 침입자 쪽으로 이동을 하여 공격하였고, 무리에 있던 다른 플로이즈들은 그 뒤를 따라 공격하였다.


이것은 심지어 침입자로부터 멀리 떨어져 있는 플로이즈들이 침입자를 인식하는 데에도 적용되었다. 그들은 단순히 어떤 방향으로 빠르게 움직이고 있는 다른 플로이즈를 보고, 그 선례를 따랐다. Scientific American 에서는 이 결과들이 “상당히 주목”할 만하다고 (ibid.112-114) 보고했다. 진화론자들은 자연에서 새들에게서 일어나는 같은 현상을 볼 때, “그런 현상은 돌연변이에 의해서 우연히 생겨났다”고 주장한다. 그러나 레이놀드와 도란과 같은 지적 설계자(프로그래머)들은, 자연계에서 새 떼들이 콘서트를 연주하는 것과 같이 무리를 지어 날고 있는 경이로운 능력에서 보여지는 놀라운 복잡성이 유지되기 위해서는 창조자의 존재가 필수적이라는 것을 보여주고 있다. 

 


Reference

.Carlson, S. 2000. Boids of a Feather Flock Together. Scientific American 283, no. 5.

 

*Stephen Caesar holds his master’s degree in anthropology/archaeology from Harvard. He is a staff member at Associates for Biblical Research and the author of the e-book The Bible Encounters Modern Science, available at www.1stbooks.com.



번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.rae.org/artificiallife.html 

출처 - Revolution Against Evolution, 2003.11. 30

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2694

참고 :

미디어위원회
2005-05-07

모래 위에 새겨진 글씨

김정훈 


      우리가 어느 날 바닷가를 거닐다가 모래 위에 새겨진 다음과 같은 글씨를 마주쳤다고 가정해보자. <영희는 철수를 사랑해>. 우리는 이내 사랑에 빠진 젊은 두 사람의 남녀를 머릿속에 떠올리며, 이 글씨는 적어도 그들 중의 한 사람에 의하여 쓰여졌음을 쉽게 짐작할 수 있을 것이다. 비록 주변에 수많은 모래가 널려있고 끊임없이 파도가 넘실거리지만, 어느 누구도 이 글씨가 오랜 세월에 걸친 파도의 움직임으로 저절로 쓰여졌다고는 생각하지 않을 것이다. 그것은 바로 우리가 이 글씨를 읽을 때에 그 속에 담겨있는 정보를 전해 받기 때문에, 정보를 의도적으로 전해줄 수 있는 지성체가 아니고는 이 글씨가 저절로 생겨날 수 없음을 경험적으로 잘 알기 때문이다.

그런데, 사람을 비롯한 모든 생물의 세포 속에도 이와 같이 어떤 내용을 전하기 위하여 부호화 된 정보가 마치 모래 위에 새겨진 글씨와도 같이 차곡차곡 쌓여져 들어가 있다는 사실을 아는가? 과학자들은 이 정보전달 물질을 가리켜 DNA라고 부르는데, 이 DNA야 말로 생물의 모양과 성질을 만드는데 필요한 모든 기본 정보를 담고 있는 일종의 설계 청사진과도 같다고 하겠다. 그렇다면, 과연 이 DNA 속의 정보는 누가 집어넣은 것인가? 한 가지 분명한 사실은 정보는 정보를 주는 자 없이는 저절로 생겨날 수 없다는 것이다. 그러므로, 우리의 세포 속에 우리의 모습을 세밀하게 설계한 자는 분명, 고도의 지성을 갖춘 자이어야 할 것이다.

진화론은 생물체 속의 정보조차도 우연 발생의 산물로 본다. 이 진화론의 영향을 받아 외계 지성의 존재를 찾기 위해 노력하고 있는 소위 SETI project 에서는 매년 수천만 불의 거금을 투자해가며, 우주에서 날아오는 라디오 신호를 분석하고 있는데, 아이러니컬하게도 그들의 주장에 따르면 단 한 줄의 의미 있는 정보를 포착하기만 하여도 그것은 외계 지성체의 존재를 증명하는 것이라고 한다. 단 한 줄의 의미 있는 정보? 결국 그들은 우리 몸 안에 있는 엄청난 분량의 의미 있는 정보는 지성체의 도움 없이 우연히 생겨났다고 간주하며, 우주에서 올지도 모르는 단 한 줄의 의미 있는 라디오 신호를 기다리며, 그것으로 지성체의 존재를 증명할 수 있다고 믿고 있으니, 이것이야말로 스스로 지혜 있다 하나 우둔한 자의 모습이 아니겠는가? (롬 1:22).

사실 우리 주변을 돌아보면, 모래 위에 새겨진 글씨와도 같이 지성체의 존재를 암시하는 흔적을 수없이 많이 발견할 수 있다. 그러므로, 만물을 연구해보면 그 속에 정보를 입력해 놓으신 창조주의 존재를 분명히 깨닫게 될 것이므로, 저희가 핑계치 못하게 될 것이라고 성경도 분명히 말하고 있지 않은가? (롬 1:20). 시편 기자는 노래하기를, 하늘이 하나님의 영광을 선포하고 궁창이 그 손으로 하신 일을 나타내며, 날은 날에게 말하고 밤은 밤에게 지식을 전하니, 언어가 없고 들리는 소리가 없어도 그 말씀이 세계 끝까지 이른다 하였다 (시 19:1-4). 할렐루야, 우리 주 하나님께서 영광과 존귀와 능력을 받으시는 것이 합당하오니 이는 주께서 만물을 지으심이라! (계 4:11).


-이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈- 중에서


김정훈
2005-05-06

비축소적 복잡성


     생물이 우연히 생겨난 것인지 아니면 누군가의 설계에 의해 된 것인지를 가늠할 수 있는 한 가지 방법은, 생물체 내에서 다양한 기능을 수행하고 있는 여러 기관들이 각기 어떤 구조로 이루어져 있는지를 살펴봄으로써 알 수 있다. 쉬운 한 가지 예를 들어 보자. 가장 단순한 생명체의 하나인 박테리아의 어떤 것들은 그 몸 밖에 기다란 하나의 채찍과도 같이 생긴 소위 편모라고 불리는 구조를 갖고 있다. 박테리아는 마치 모터보트에 붙어 있는 발동기와도 같이 이것을 회전시켜 자신의 몸을 움직이게 하는 역할을 하는데, 이제 그 구조를 좀 더 자세히 들여다보기로 하자.


편모는 일종의 회전 기구인데, 플라젤린(flagellin)이라고 부르는 단백질이 추진기(propeller) 역할을 한다. 추진기는 갈고리(hook) 역할을 하는 다른 단백질에 의하여 구동축 (drive shaft)에 붙어 있는데, 갈고리는 만능이음새(universal joint)로 작용하여 추진기와 구동축이 자유롭게 회전하도록 도와준다. 구동축은 회전발동기(rotary motor)에 붙어 있는데, 회전발동기는 그것을 돌아가게 하기 위한 힘을 얻기 위하여 박테리아의 바깥에서 안쪽으로 들어오는 산(acid)의 흐름을 사용한다. 구동축은 박테리아의 세포막을 뚫고 통과하여 박혀 있어야 하는데, 몇 가지 종류의 단백질이 그것을 가능하게 해주는 투관물질(bushing material)로 사용된다. 이제까지 유전학적 연구를 통해 밝혀진 사실은, 제대로 기능을 하는 하나의 편모를 만들기 위해서는, 약 40여개의 서로 다른 단백질이 필요하다는 것이다. 그런데 여기서 더 놀라운 사실은, 이들 단백질 중의 일부가 없는 경우 정상적인 편모의 절반 혹은 1/4 빠르기로 회전하는 편모를 얻게 되는 것이 아니라, 아예 편모가 만들어지지 않거나, 아니면 만들어져도 전혀 작동되지 않는 편모가 될 뿐이다. 즉, 이 말은 하나의 편모가 제대로 작동하기 위해서는 몇 가지 서로 다른 단백질 부품을 동시에 필요로 한다는 말이다. 


이와 같이 어떤 체계가 어떤 기본적인 기능에 기여하는 몇 개의 잘 짝 지워지고 상호 작용하는 부분들로 구성되어, 그 중의 어느 한 부분을 제거하면 효과적으로 체계의 기능을 멈추게 하는 그런 하나의 체계를 이룰 때 우리는 그것을 가리켜 “비축소적 복잡성 (irreducibly complex)”을 갖는다고 말한다. 좀 더 쉽게 말하면, “비축소적 복잡성”을 갖는 어떤 한 체계에 있어 서로 상호 작용하는 몇 개의 부품 중 어떤 하나가 빠지게 되면 그 체계가 더 이상 작동하지 않는 것을 의미하는데, 박테리아의 편모는 그 좋은 한 예이다. 


생물의 몸을 구성하는 여러 기관이나, 생물체 내에서 다양한 기능을 수행하는 여러 체계 가운데, 비축소적 복잡성을 수없이 발견한다는 사실은 그것들이 처음부터 한 자리에 그렇게 구성되도록 존재하지 않고는 불가능하다는 뜻이고, 이 말은 결국 생물은 설계되어졌다는 뜻이 된다. 진화론은 모든 생물이 오랜 세월 동안 우연의 연속으로 저절로 생겨났다고 가르친다. 그러나 박테리아의 몸에 기다랗게 달려 있는 편모 하나 조차도 우연으로는 만들어 질 수 없음을 현대 과학은 증거하고 있다. 성경은 말한다, “창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게 되나니 그러므로 저희가 핑계치 못할지니라(롬 1:20).”


- 이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈- 중에서


출처 - 이브의 배꼽, 아담의 갈비뼈

구분 - 3

옛 주소 - http://www.kacr.or.kr/library/itemview.asp?no=2617

참고 :

미디어위원회
2005-04-21

황금의 수 (The Golden Number) 

: 해바라기 꽃에서 나타나는 피보나치 수열.

Stephen Caesar 


      천지만물(Universe)이 지적 설계자에 의해 창조된 거대한 컴퓨터 프로그램이라는 주된 증거는 소위 '황금의 수(golden number)” 라는 것이다. 파이(phi)로서 알려져 있는 이것은 기하학의 아버지인 유클리드(Euclid)에 의해 약 B.C. 300 년 경에 처음 계산되었다. 이것은 한 선분이 동일하지 않은 두 개의 선분으로 나뉘어질 때, 전체 선분에 대한 긴 선분의 비율과 긴 선분에 대한 짧은 선분의 비율이 똑 같은 비율로 나뉘어질 때 나타난다. 유클리드는 두 선분의 길이의 비(ratio)를 1.6180339887…으로 계산했다. 이 비율은 모든 자연계에 걸쳐 나타나고 있다 (Livio 2003: 65).


볼티모어에 있는 우주 망원경 과학 연구소의 과학 부장이자 ‘황금의 수(golden number)’에 대한 주도적 전문가인, 천체 물리학자 마리오 리비오(Mario Livio) 박사는 다음과 같이 말했다.

 ”만약 파이 라는 수가 기대될 수 없는 곳에서 갑자기 나타나지 않았다면, 그 수는 순수 수학의 비교적 난해한 부분 속에서 남아 있었을 것이다.” (Ibid. 66).

한 가지 예는 해바라기(sunflower) 꽃에서 나타난다. 해바라기는 시계 방향과 반시계 방향의 나선 형태로 이루어지는데, 그것은 서로 얽히면서 교차하고 있다. 해바라기 씨가 꽃의 중심을 향하면서 서로 감겨질 때, 한쪽 방향으로 감겨지는 씨앗의 수와 다른 방향으로 감겨지는 씨앗의 수 사이에는 특정한 비율을 가지고 있다. 리비오는 다음과 같이 말했다.

 ”놀랍게도, 만약 이것들의 비율 (55/34, 89/55, 144/89, 233/144)을 계산하면, 그것들은 황금의 수인 파이 수에 점점 더 가까워진다는 사실을 당신은 발견하게 될 것이다.” (Ibid. 66).

.해바라기 씨에는 시계방향으로 34 개, 반시계방향으로 55 개의 두 나선이 존재한다. 꽃이 크면 55/89,  89/144 도 발견된다. 

1837년, 결정학자(crystallographer)인 브라바이스(Auguste Bravais)와 그의 형제이자 식물학자인 루이스(Louis)는 새로운 잎이 줄기에서 돋아날 때, 파이에 의해 결정된 특정한 각도에서 자란다는 것을 발견했다. 리비오는 다음과 같이 언급했다.

 ”파이에 의해 결정된 각도에 따라 잎들이 배열함으로써, 거의 겹쳐지지 않으면서 가장 유효한 방식으로 공간을 채울 수 있게 된다.” (Ibid. 66).

황금 직사각형(golden rectangle)은 황금수와 직접적인 관계가 있다. 황금 직사각형의 세로에 대한 가로의 비율은 파이와 같다. 만일 계속해서 황금 직사각형 안으로 점점 더 작은 황금 직사각형을 만들어서 어떤 점들을 연결시키면, 대수 나선(logarithmic spiral)이라고 불리는 안으로 향하는 곡선을 얻게 된다. 이것은 17세기 수학자 베르누이(Jakob Bernoulli)에 의해 처음으로 공식화되었다. 만약 당신이 주변의 한 점에서 대수 나선 위의 어떤 점까지 직선을 긋는다면, 그 선은 항상 정확히 같은 각도로 곡선을 가로 지를 것이다 (Ibid. 66-7). 또한, 이것이 자연계에서 나타나고 있다.

듀크 대학의 생물학자인 반스 터커(Vance Tucker)는 수 년 동안 매(falcon)를 연구해서 매가 비스듬히 비행할 때, 사냥감을 향해 똑바로 급강하하기 보다는 약간의 곡선궤도를 따른다는 것을 발견했다. 이 곡선모양의 하강은 베르누이의 대수 나선과 일치하였다 (Ibid. 67). 리비오는 다음과 같이 언급했다.

”자연은 대수 나선을 너무나 좋아한다. 앵무조개(nautilus)의 껍질에서부터 허리케인, 나선은하(spiral galaxies)에 이르기까지, 자연 현상 속에서 대수 나선은 쉽게 발견된다. 때때로 앵무조개의 경우에서처럼, 그것들은 성장해가면서 생겨나는 자연적 무늬(pattern)이다. 그리고 그 무늬 전체에 걸쳐 나타나는 황금 비율은, 13세기 초 이탈리아 수학자인 피사의 Leonardo (Fibonacci 로 알려져 있는)에 의해 발견된 유명한 일련의 수인 피보나치 수열(Fibonacci sequence)과 밀접한 관련이 있다” (Ibid. 67).

피보나치 수열은 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55, 89, 144, 233, 등과 같이 계속되는 수열이다. 이것은 1+1=2, 1+2=3, 2+3=5, 3+5=8, 5+8=13, 8+13=21, 13+21=34, 21+34=55, 34+55=89, 55+89=144, 89+144=233 처럼 인접한 두 수의 합이 그 다음 수가 된다. 이것은 정확히 해바라기 씨의 비율과 일치한다. 피보나치 수가 커질수록, 파이의 정확한 값에 점점 더 가까이 근접하게 되는 것이다 (Ibid. 67-8). 리비오는 다음과 같이 말했다.

”따라서 피보나치 수는 일종의 황금비율로서, 가장 뜻밖의 장소에서 갑자기 나타난다. 하나는 단백질 폴리머로 이루어져 있는 속이 빈 원통형 튜브인 동물 세포의 미소관(microtubules)에서 나타난다. 그것들은 함께 모여 세포골격(cytoskeleton)을 유지하는데, 이 구조는 세포의 모양을 결정하고, 일종의 ‘신경’ 세포처럼 작용한다. 각 포유류의 미소관은 전형적으로 13 개의 기둥(columns)으로 되어있는데, 우선형의 5 개와 좌선형의 8 개의 구조로 이루어져 있다 (5, 8, 13 등은 모두 피보나치 수이다). 게다가, 외피를 가진 이중 미소관도 가끔 발견되어지는데, 그것은 여러분도 추측할 수 있듯이, 다음 피보나치 수인 21 개의 기둥으로 이루어져 있다” (Ibid. 68).

많은 은하들에 있어서 나선 팔(spiral arms)들은 대수 나선에 가깝다. 또한, 회전하는 블랙홀도 질량의 제곱이 그것의 각운동량(angular momentum)의 파이 배 제곱과 정확히 일치할 때만 가열상에서 냉각상으로 변할 수 있다. 리비오는 이것에 대해서 다음과 같이 설명했다.

”이러한 파이 수의 신비한 출현은 황금 비율의 또 다른 특이한 수학적 특성으로부터 유래한다. 파이 수의 제곱은 단순히 파이에 1을 더함으로써 얻어질 수 있다 (휴대용 계산기로 확인해 볼 수 있다). (즉, 1.618 × 1.618 = 2.617924).  (Ibid. 68).

자연계 전체에 걸쳐서 나타나고 있는 이 놀라운 황금 비율은 (우연히 저절로 생겨난 것이 아니라) 질서와 조화의 우주(Cosmos) 라는 거대한 컴퓨터 프로그램을 창조하신 지적인 설계자가 계시다는 강력한 증거인 것이다. 

 

References

Livio, M. 2003. The Golden Number. Natural History 112, no. 2.

Stephen Caesar holds his master’s degree in anthropology/archaeology from Harvard. He is a staff member at Associates for Biblical Research and the author of the e-book The Bible Encounters Modern Science, available at www.1stbooks.com.

 

번역 - 미디어위원회

주소 - https://www.rae.org/essay-links/goldennumber/

출처 - Revolution against Evolution, 2003. 9. 2.

미디어위원회
2005-04-07

생체 분자 모터 시스템의 환원 불가능한 복잡성 연구

(Irreducible Complexity of Biomolecular Motor Systems)

이승엽


Abstract

본 논문은 생물학의 근간이 되는 반 다윈주의 개념을 갖는 지적설계의 학술적인 연구 동향과 그 적용 분야를 살펴보고 지적설계 운동에 있어서 생화학적 설계 증거로 제시되는 환원 불가능한 복잡성 개념을 소개한다. 최근 연구들을 토해서 밝혀진 편모의 모터 구조나 ATP 합성에 관련된 다양한 생물 분자 모터(biomolecular motor)의 메커니즘을 소개하고 환원불가능한 복잡성을 적용하여 설계의 증거들을 다룬다. 무신론적 자연주의 세계관에 기초한 현재의 학문 체계에 도전하는 '쐐기운동”으로서의 지적설계운동은 학문 활동에 유신론적 대안을 제공한다는 데 큰 의의가 있다. 다양한 저서 및 학술 논문에 나타난 지적설계의 학술적인 뒷받침과 연구 프로그램을 통한 지적설계 분야의 확대 및 학문 활동 분야로의 의미 있는 시도 등이 일어나고 있다. 이러한 지적설계의 학술적인 연구는 오하이오주와 텍사스주 교육위원회에서 결정된 과학 교과과정 개편에 주요한 역할을 담당하였다. 마지막으로 올해 8월 21일 국내의 지적설계 단체들과 연구자들이 참여하는 지적설계연구회의 창립을 계기로 국내의 지적설계 운동의 현황과 향후 전략적인 방향 설정을 논의한다.

 

I.  지적설계운동의 역사

지적설계운동은 1990년대 초부터 미국에서 급부상하고 있는 창조론에 대한 새로운 접근법이라고 할 수 있다. 미국에서 지적설계운동을 이끌고 있는 사람 중 한 사람인 윌리엄 뎀스키는 이를 다음과 같이 정의하고 있다 (Dembski, 2002). '지적설계운동은 지적인 원인들의 영향을 연구하는 과학의 연구 프로그램이고, 다윈주의와 다윈주의의 자연주의적 유산에 대해 도전하는 지적인 운동이며, 하나님의 역사하심을 이해하는 한 가지 방법이다.”

지적설계운동의 역사를 살펴보기 전에 설계논증과 진화론-창조론 논쟁 역사를 간단하게 언급하고자 한다. 19세기 초 윌리엄 팔레이(William Paley)는 그의 책 '자연신학(Natural Theology)”에서 다음과 같이 나타내었다 (Paley, 1802). 우리가 들판에서 시계를 보았다면, 목적에 대한 적합성은 (즉, 그 각 부분들이 시간을 말해주는 데에 대한 적합성은) 그것이 지성의 산물이며 단순히 방향성이 없는 자연적 과정의 결과가 아님을 보증한다. 따라서 유기체에서의 목적에 대한 놀라운 적합성은, 전체 유기체의 수준에서든 여러 기관의 수준에서든 유기체가 지성의 산물임을 증명한다는 설계 같은 논증을 폈다.

팔레이의 시대에는 자연의 작품, 특히 생명체가 지적 설계의 산물이라는 관점이 일반적이었다. 그러나 다윈의 진화론이 학계를 석권하게 되어 생명체가 설계되었다는 관점은 폐기처분되었고, 다윈이 제안한 진화 메커니즘 즉, 자연선택/돌연변이가 생명체의 복잡성에 대한 표준적인 설명이 되었다. 진화론은 1859년 다윈의 '종의 기원”의 출간과 함께 시작되었다. '종의 기원”은 영국과 미국에서 동시에 출간되었으나 초기의 논쟁은 주로 영국에서 발생했다. 이 논쟁은 생물학 분야뿐만 아니라, 정치, 경제, 철학 등 사회 각 영역에 걸쳐 다층적으로 이루어 졌다. 영국에서의 논쟁은 대략 지식인들 간의 논쟁이 주류를 이루었으며, 반진화론적 흐름도 있었으나, 전체적으로 보아 영국교회는 진화론과 타협 또는 화해를 이루는 방향으로 나아갔다. 반면 미국의 경우는 반진화론적 경향이 우세했으며, 진화론 논쟁은 처음부터 사회적인 논쟁으로 치달았다.

1920년대 본격화된 이 논쟁은 지금까지도 계속되고 있으며, 따라서 창조-진화 논쟁사에 있어서 중심무대를 차지하는 것은 미국이라고 할 수 있다. 미국 창조-진화 논쟁은 1960년을 전후로 대략 두 시기로 나눌 수 있다. 각 시기의 대표적인 사건으로는 1920년대 스코프스 법정 논쟁으로 대표되는 반진화론 운동과 1980년 아칸소 법정논쟁으로 정점을 이룬 창조과학운동이 그것이다.

1990년대 초 등장한 지적설계운동은 최근 미국 창조-진화논쟁을 새로운 방향으로 이끌고 있다. 지적설계운동의 효시는 UC 버클리의 법학 교수인 필립 존슨이 1991년에 출판한 '심판대 위의 다윈(Darwin on Trial)”이라 볼 수 있다 (Johnson, 1990). 이 책에서 존슨은 진화론이 과학적인 근거에 기초한 것이 아니라, 자연주의 철학에 근거한다는 것을 보여 주었다. 물론 진화론이 자연주의와 긴밀하게 연결되어 있다는 사실은 존슨이 처음 지적한 것은 아니었다. 그러나 저명한 법학자였던 존슨의 책은 수없이 많이 팔렸고, 그에 따라 많은 지식인들이 존슨이 제기한 문제를 인식하게 되었다.

저명한 법학자인 존슨은 다윈 이후 150년 이상 지속되어 온 '창조-진화' 논쟁의 본질이 과학적인 증거로서 해결될 수 있는 문제가 아니라, 무신론 대 유신론이라는 두 개의 상충되는 세계관 사이의 대결이라고 결론 내리게 되었다. 더 나아가 두 개의 상충되는 세계관들이 서로 동등한 입장에 있는 것이 아니라, 일반 학문, 공공 교육, 대중매체 등에서 무신론적인 세계관이 압도적으로 유리한 입장에서 유신론적 세계관을 억누르고 있다는 사실을 발견하게 된다. 그래서 그는 이러한 자연주의의 부당한 우세에 도전장을 내밀게 된다. 학문과 문화에서의 자연주의의 독점을 해체시킨다는 것으로 목표를 정한 후 존슨은 이후 '균형잡힌 이성(Reason in the Balance)' (1995), '다윈주의 허물기(Defeating Darwinism)' (1997), ”Wedge of Truth' (2000), ”The Right Questions' (2002) 등의 책을 지속적으로 출판하면서, 보다 많은 사람들이 다윈주의 더 나아가 자연주의 철학 및 학문의 통나무를 지적설계라는 '쐐기(wedge)”로 허무는 일명 쐐기운동에 동참하도록 독려하였다.

1996년에는 지적설계운동에 있어서 중요한 전기가 된 큰 사건들이 두 가지가 일어난다. 첫 번째 사건은 ‘Mere Creation’ 이라는 학술대회이다. 구체적으로 어떤 창조론을 지지하든 상관없이 순수하게 '창조'에 대해서만 언급하는 것에 대해 관심이 있는 모든 사람들을 연합시키고자 하였다. 이 학술대회에서는 지적설계에 관심이 있는 200여명의 과학자, 철학자, 그리고 일반인들이 모였는데, 학술대회 결과 지적설계라는 창조론 운동의 새로운 패러다임의 윤곽이 확실하게 드러나게 되었다. 여기에서 철학 및 수학 박사인 윌리엄 뎀스키는 스티븐 메이어, 폴 넬슨 등과 함께 '설명을 찾아내는 여과기'(explanatory filter)라는 개념을 사용해서 지적설계를 과학의 연구 프로그램으로 만들자고 제안한다. 1996년에 일어난 두 번째 중요한 사건은 미국 리하이(Lehigh) 대학의 생화학 교수인 마이클 베히 박사가 '다윈의 블랙 박스” (Darwin's Black Box)를 출판한 것이다 [6]. 이 책에서 베히는 생화학 시스템 중에는 '환원 불가능한 복잡성' (irreducible complexity)의 성질을 갖고 있는 시스템들이 많이 있고, 이런 시스템들은 설계에 대한 증거로 볼 수 있다고 주장했다. 이 책을 통해서 처음으로 설계를 접목시킨 생물학 연구 프로그램의 구체적인 모습이 드러나게 되었다. 베히의 책은 뉴욕타임즈 등 신문, 잡지뿐만 아니라, Science나 Nature 등 전문 학술지에서도 비평되었고, Christianity Today 에서는 '올해의 책'으로 선정되기도 하였다.

그 후 1998년에는 윌리엄 뎀스키가 'The Design Inference”(1998)과 'Intelligent Design” (1999)를 출간하면서, 과학적 연구 활동에 적합한 '설계”의 개념을 정보 이론을 사용하여 정밀하게 검증할 수 있는 기준을 제시하였다. 윌리엄 뎀스키는 지적 원인이 경험적으로 탐지가능하며 관찰한 데이터에 기반하여 지적 원인과 방향성이 없는 자연적 원인을 믿을 만하게 구분할 수 있는 방법이 존재하며, 여러 특정 과학에서 이미 이런 구분을 끌어내기 위한 방법들이 법의학, 암호학, 고고학, 그리고 외계지성탐사(SETI) 분야에서 다루어지고 있음을 보여주었다. 베히의 책을 통해서 나타난 생물학 시스템의 환원불가능한 복잡성이 윌리엄 뎀스키의 '복잡 특수 정보(complex specified information)” 이론으로 구체화되어 과학적 연구 프로그램으로서 가능성을 열게 해주었다. 지적 원인의 경험적 탐지가능성은 지적 설계를 전적으로 과학 이론이 되게 하였고, 그것을 철학자들의 설계논증이나 전통적으로 '자연신학'이라고 불린 것과 구별되게 하였다.

지적설계의 적용 중에서 중요한 분야는 창조과학운동과 마찬가지로 교과서 개편에 관련된 부분이다. 이와 관련하여 최근에 일어난 사건으로는 교과서에서 대진화 내용을 삭제하도록 한 1999년 캔사스주의 교육위원회의 결정을 들 수 있다. 그러나 진화론 지지자들의 압력에 못 이겨 그 다음 해 예전의 진화론 교육으로 환원되었다. 2002년 오하이오주와 2003년 텍사스주의 생물학 교과서 개편도 유사한 사건인데, 여기에는 지적설계 단체가 결정적인 역할을 담당하였다 (Ohio, 2002; 이승엽 2003). 2002년 12월 10일에 오하이오주 교육위원회에서는 18명 전원일치로 일명 '논쟁점 가르치기(The teach-the controversy)” 제안을 오하이오 공립학교에서 과학 교과 표준으로 허락하는 결정을 내렸다. 새로운 법안의 3가지 주요 내용은 다음과 같다.

(1) 생물학적 진화 (대진화-공통조상이론)를 지지하거나 반대하는 모든 증거를 가르친다.
(2) 의무사항은 아니지만 선생님들이 지적설계와 같은 대안 이론에 대해서 토론하는 것을 허용한다.
(3) 자연 현상에 대한 모든 논리적인 설명을 허용할 수 있도록 과학에 대한 정의를 수정한다.

이와 같이 3가지 결정은 그 동안 과학 교과서에서 독점적인 지위를 누려온 진화론을 공립학교에서 공개적으로 비판할 수 있을 뿐만 아니라, 지적 설계라는 용어가 진화론의 대안으로 교과서에 공식적으로 등장할 수 있는 획기적인 전기를 마련하였다. 또한 과학의 정의에 대한 수정안은 자연주의적인 해석만을 강요해왔던 과학의 범위를 확대시킬 수 있게 되었다. 여기에서 과학을 다음과 같이 새롭게 정의하였다. '과학은 관찰, 가정 검증, 측정, 실험, 그리고 이론 성립에 근거하여 자연 현상에 대한 적절한 설명을 제시하는 계속적인 연구의 규칙적인 방법이다” (Science is a systematic method of continuing investigation, based on observation, hypothesis testing, measurement, experimentation, and theory building, which leads to more adequate explanations of natural phenomena). 이와 같은 지적설계 진영의 승리 이면에는 10여 년 동안 이루어진 지적설계의 연구 프로그램과 전략적인 쐐기운동이 실효를 거두었기 때문이다. 실제 Discovery Institute의 Stephen Meyer와 Jonathan Wells 박사가 오하이오주 교육위원회 패널 토의에 참여하였고, 교육위원회에 많은 지적설계에 관련된 증빙 자료를 제출하였다. 이 중에는 최근에 유명 학술저널에서 발표된 논문 중 지적설계에 연관된 44개의 중요 논문을 제출하여 지적설계가 이미 학술적으로 연구 대상이 되고 있음을 보이면서, 지적설계는 학술적인 기반이 없음을 비난하는 진화론자들의 의견을 반박하였다 (Discovery, 2002).

올해 9월에는 지적설계 학술연구에 있어서 매우 중요한 성과가 이루어졌는데, Discovery Institute CSC director인 Meyer 박사가 전문 학술저널인 Proceedings of the Biological Society of Washington에 지적설계에 관련된 논문을 발표하게 되었다 (Meyer, 2004). 반진화론적인 이론에 관한 연구 논문이 국제적인 학술 저널에 처음으로 발표됨으로써, 이 논문을 시작으로 해서 지적설계 개념이 향후 학술적인 연구로서 활발히 이루어지리라 예상된다.

국내 지적설계 운동은 한국창조과학회의 일부 회원들과 NOAH와 KAIST 창조론 연구회(RACS), 서울대학교 창조과학 연구회(SCR)이 주축이 되어 시작되었다고 할 수 있다. 이 모임들이 주축이 되어 마이클 베히의 '다윈의 블랙박스”, 필립존스의 '위기에 처한 이성”, 그리고 윌리엄 뎀스키의 '지적설계”를 번역하여 출간하였다. NOAH는 정기적인 모임을 갖으며 지적설계에 관련된 토론 및 연구를 수행하고 있으며, 그 동안 8번의 학술 세미나를 개최하여 지적설계에 대한 다양한 연구를 시도하였다. 초기에는 지적설계에 관련된 자료 소개 및 기본적인 연구에 치우쳤으나 최근에는 지적설계에 관한 창의적인 연구들이 발표되었다 (http://noah.creation.net). 한국창조과학회에서는 2001년부터 매년 정기적인 학술대회를 개최하고 있는데, 2002년 창조과학학술대회에서 이승엽 등이 '지적설계를 적용한 정보저장기기 매커니즘 연구”가 지적설계에 관련된 최초의 연구 논문이라 할 수 있다 (이승엽, 2002). 최근에 통합연구학술대회에서 3편의 지적설계 관련 논문이 발표된 바 있다 (이승엽, 2004; 조정일, 2004; 현창기, 2004). 2004년 8월 21일에는 국내의 지적설계 연구자들과 관련 단체들이 연합하여 순수 연구단체인 지적설계연구회 (Korean Research Association for Intelligent Design: KRAID)를 창립하여 학술 연구 및 관련 서적 출판 등의 활동을 하고 있다.


II. 지적설계 관련 학술연구

서적 출판


앞의 II 절에서 살펴본 바와 같이 필립 존슨의 '심판대 위의 다윈” 이후로 지적설계에 관련된 많은 서적들이 출간되었다. 생화학 시스템에서 환원 불가능한 복잡성을 논한 마이클 베히의 '다윈의 블랙박스”와 정보 이론을 통하여 지적설계의 검증 가능한 과학적 도구를 제시한 윌리엄 뎀스키의 '지적설계”가 출간되어서 지적설계 운동에 새로운 방향을 제시하게 되었다.

최근에는 지적설계 운동에 참여한 많은 연구자들이 지적설계에 관련된 많은 서적들을 출간하였는데 대표적인 저서로는 Jonathan Wells의 'Icons of Evolution” (2000), 필립 존슨의 'The Wedge of Truth” (2000)와 'The Right Questions” (2002), 윌리엄 뎀스키의 'No Free Lunch: Why Specified Complexity Cannot Be Purchased Without Intelligence” (2001)와 'The Design Revolution' (2004), Thomas Woodward의 'Doubts About Darwin: A History of Intelligent Design” (2003), Cornelius Hunter의 'Darwin's Proof' (2003), Guillermo Gonzalez와 Jay Wesley Richards의 'The Privileged Planet” (2004), 등을 들 수 있다.

지적설계에 관련된 논문 및 글들을 모아서 편집된 책들에는 ”Mere Creation; Science, Faith & Intelligent Design' (1998), 'Science and Evidence for Design in the Universe” (2000), 'Signs of Intelligence: Understanding Intelligent Design” (2001), 'Darwinism, Design, and Public Education' (2003), 'Debating Design : From Darwin to DNA” (2004), 등이 있다. 이밖에도 최근에 지적설계에 관련된 많은 저서와 편집본들이 출간되고 있다.


학술 연구

진화론자들은 기존의 창조과학운동에 대해서 진화론에 대한 비판을 넘어서서 창조과학을 뒷받침 할 수 있는 과학적인 연구 결과들을 제시하라고 주장하였다. 지적설계운동에 대해서도 이와 같은 요구들이 있어왔다. 설계이론이 과학의 주류로 인정받기 위해서는 진화론 및 자연주의적 학문에 대한 비판보다는 설계이론을 뒷받침 할 수 있는 객관적인 연구 성과가 필요하며, 이는 과학 전문 저널에 논문으로 출간된 구체적인 연구 결과들을 의미한다. Discovery Institute에서도 이 점을 강조하면서 학술 연구 분야로서 (1) 지적설계 연구자들이 설계 이론에 입각한 순수 연구 활동을 할 수 있도록 지원하고 있으며, (2) 지적설계이론에 관련된 전문 학술 저널을 창간하며 (예를 들면 Origins & Designs Journal (www.arn.org/odesign/odesign.htm), (3) 또한 기존 전문 저널에 실린 논문들 중에서 진화론의 중대한 문제 및 설계 이론을 뒷받침 할 수 연구 결과들을 인용하여 설계이론의 과학적 근거들을 내세우는 데 적용하고 있다.

그 대표적인 예가 2002년도 3월에 Discovery Institute의 Stephen Meyer와 Jonathan Wells 박사가 '논쟁점 가르치기(The teach-the controversy)” 제안을 오하이오 공립학교에서 과학 교과 표준으로 하도록오하이오주 교육위원회에 제출한 보고서이다 (Discovery, 2002). 이 보고서에서는진화론이 직면한 중요한 문제점들이 드러나고 학교 교육에서 토론의 여지가 있다고 본 44개 저널 논문을 다루었으며, 인용된 논문들은 Cell, Nature, Science, Trends in Ecology and Evolution, Annual Review of Ecology and Systematics 등 유명과학저널에 게재된 학술 논문들이다.

이 논문들 중 가장 주가 되는 내용은 공통조상으로부터 모든 생물들이 진화되었다는 다윈의 진화나무에 대한 과학적 적합성 및 생물학적 복잡성의 기원에 대한 논쟁이다. 무생물로부터 만들어진 하나의 생명으로부터 모든 종류의 생명체들이 진화되어 만들어졌다는 것이 현대 생물학에서 다루는 기원에 대한 기본 내용이다. 2000년 6월에 발표된 인간 지놈 프로젝트의 결과로 인하여 최근에는 수십여 종의 생명체의 염기 서열이 밝혀지면서, 종들 간의 유전자의 중복성 및 관련성을 연구하는 비교지노믹스에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있는데, 진화론적인 방법으로는 설명이 어려운 많은 결과들이 발표되었다.

또한 생명체에서 나타나는 매우 복잡한 패턴들은 인류에 의해 설계된 최첨단 기계 시스템과 비교하여 훨씬 효율적인 구조를 가지고 있음이 밝혀지면서 (Ball, 1991, Goodsell, 2004), 이에 대한 활발한 연구들이 이루어지고 있다. 생명체의 작동 메커니즘에서 설계 관점과 주목되는 분야를 정리하면 다음과 같다.

● the machinery of DNA transcription and translation
● biomolecular motors
● the information-driven synthesis of biological molecules
● the energetics and regulation of biological processes
● the traffic across membranes and signal transduction along them
● the interplay of myosin and actin filaments within the muscle sarcomere

올해 9월에는 지적설계 학술연구에 있어서 매우 중요한 성과가 이루어졌는데, Discovery Institutie CSC director인 Meyer 박사가 전문 학술저널인 Proceedings of the Biological Society of Washington에 지적설계에 관련된 논문을 발표하게 되었다. 논문에서는 생명체 각각의 발생학적인 형태의 기원과 생명체의 역사에서 불연속적으로 나타나는 유기적 형태의 기원 (origination of organismal form) 에 관하여, 기존의 자연선택과 돌연변이의 신다윈주의 진화론 이론으로는 설명될 수 없고, 더 나아가서 지적설계 개념으로 설명될 수 있음을 제시하였다. 반진화론적인 이론에 관한 연구 논문이 국제적인 학술 저널에 처음으로 발표됨으로써, 이 논문을 시작으로 해서 지적설계 개념이 향후 학술적인 연구로서 활발히 이루어지리라 예상된다. 이러한 성취는 진화론적인 설명만이 허용되었던 생명 기원에 관한 학술적인 논의에서 반진화론적인 이론을 허용하는 계기가 될 것이며, 이는 그동안 오랜 창조과학운동이 성취하지 못한 한 중요한 역할을 지적설계 연구자들이 이루게 되었다고 볼 수 있다.


IV. 분자모터 (Biomolecular Motor)

분자 모터는 단백질의 특별한 형태로서 생명체 속에서 근육의 이완, 세포의 동작 및 운동, 신호 전달, DNA 복제 및 전사 등과 관련된 과정에서 중요한 역할을 하게 된다. 분자모터에 관련되어 많은 연구들이 진행되고 있는데, 지적설계 연구 분야에서 분자 모터에 관심을 갖기 시작한 것은 마이클 베히 교수가 다윈의 블랙박스를 출간한 이후이다 (Behe, 2001). 그는 책에서 지적설계의 증거인 환원불가능한 복잡성 개념을 도입하면서, 대표적인 예로 박테리아 편모의 모터 구조를 언급하였는데, 기계 시스템으로서 전기 모터는 일상 생활에서 사용되는 전형적인 설계 시스템이므로 이와 유사한 구조를 갖는 분자모터는 지적으로 설계된 메커니즘의 좋은 증거라 할 수 있다.

많이 연구되고 있는 분자모터 중에서 kinesin 과 dynein 계열과 myosin 계열, 그리고 DNA와 관련된 단백질 등은 ATP 가수분해에 의해서 화학에너지를 기계적 에너지로 변환한다 (Alberts et al., 1994). 분자 모터는 에너지를 저장하고, 운동을 발생시키고 모터 기능을 제어하기 위해서 이러한 단백질 에너지 변환을 이용하며 (Vale and Milligan, 2000), 이러한 분자 모터의 3차원 구조 (Cramet et al., 2000)와 운동 (Walker et al., 2000)이 많은 연구를 통해서 밝혀지게 되었다. 현재는 분자 모터의 구조와 기능 관계에 대한 연구들이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 이러한 많은 연구에도 불구하고 다른 분자모터들이 어떻게 움직이는지, ATP 합성과 어떻게 연결되는지, 최종적인 기계적인 힘이 분자 구조와 어떻게 관련되는지는 알려지지 않고 있다. 다음에서는 베히 교수의 환원불가능한 복잡성 개념과 다양한 분자모터 메커니즘과 지적설계와 관련된 부분을 설명하도록 한다.


환원 불가능한 복잡성 (Irreducible Complexity)


자연 과학에서 생명체의 구체적인 설계의 증거를 발견하고 과학적인 도구로서 이를 표현하는 것이 가능한 가에 대한 중요 질문에 대해서 펜실베니아에 있는 리하이 대학의 생화학 교수인 마이클 베히 박사는 그것이 가능하다고 말하면서 그의 저서 다윈의 블랙박스를 통해서 '환원 불가능한 복잡성”(irreducible complexity)라는 개념을 도입하였다. 환원 불가능한 복잡성을 설명하기 위해 예로서 쥐덫 메커니즘을 설명한다. 쥐덫은 여러 개의 구성요소들로 이루어져 있다. 각각의 구성요소들이 모두 제 위치에 있음으로 해서 쥐덫의 기능을 할 수 있다. 그러나 이들 하나의 구성 요소가 없어진다면 나머지 다른 구성요소들이 모두 제자리에 있다고 하더라도 쥐덫으로서의 기능을 잃어버리게 된다. 이와 같이 여러 개의 부품들로 구성된 시스템에서 어느 하나라도 없다면 그 기능을 잃어버리는 시스템을 환원 불가능한 복잡성의 시스템이라 말한다.

베히는 실제적인 생화학 시스템에서도 환원 불가능한 복잡성을 나타내는 시스템이 매우 많이 있다고 말하고 있다. 베히는 그의 책에서 박테리아의 섬모/편모, 혈액 응고 메커니즘, 세포 내 운송 시스템, 항원 항체 반응, AMP 생합성 등을 환원 불가능하게 복잡한 시스템의 예로서 구체적으로 자세하게 설명하고 있다. 이러한 시스템들의 매우 중요한 특징은 우리가 생화학 실험실에서 각각의 메커니즘을 이루는 구성 요소들 어느 하나를 제거시켜 봄으로써 그 시스템이 환원불가능한지 아닌지를 직접 확인해 볼 수 있다는 것이다.


그림 1. 환원 불가능한 복잡성인 쥐덫 시스템

편모의 분자 모터

편모는 50이하의 크기를 가지는 생물의 운동기관이다[17]. 편모는 원핵생물이나 진핵생물에서 발견이 되는데, 진핵생물의 편모와 원핵생물의 편모는 서로 다른 메커니즘을 갖는다. 진핵 생물의 편모는 아홉 개의 이중체 (13개의 원형섬유와 10개의 원형섬유로 이루어 진 두개의 융합된 고리)의 미세소관과 중앙의 두개의 단일 미세소관을 갖는 9+2 구조로 섬모와 동일한 구조와 운동 메커니즘을 갖는다 (Behe, 2001). 편모의 작동 원리는 ATP가 디네인에 공급되어 미세소관을 들어올림으로 인해 활주운동이 생기고, 넥신이 한계 이상의 활주 운동을 막기 위해 미세소관을 잡아당김으로 인해 활주운동이 굽힘운동으로 전환된다.


그림 2. 원핵 및 진핵생물의 크기와 운동기관

한편 박테리아에서 볼 수 있는 원핵생물의 편모는 플라젤린이라는 단백질로 구성되어 있고, 직경은 머리카락 직경의 500분의 1에 해당하는 12-19 nm이고, 길이는 세균의 수 배이다. Fig. 8에서 보이는 바와 같이 편모는 세포 표면의 근처에 돌출되어 있어서 프로펠러와 같은 회전운동을 하며 초당 세균의 길이의 10배 정도의 거리를 이동할 수 있다. 이러한 회전운동을 하기 위해서는 모터와 같이 기본적으로 회전자(로터)와 정지자(스테이터), 그리고 회전을 시킬 수 있는 가동력이 필요하다. 일반적으로 많이 사용되는 DC-모터의 작동원리는 플라밍의 왼손법칙으로 설명할 수 있는데, 이는 전류와 자기장, 그리고 힘의 상호관계를 나타낸다. 회전자에는 코일이 감겨져 있고 정지자에는 영구자석이 붙어있어서, 코일에 전류를 흘리게 되면 도선에 힘이 작용하게 된다. 이 힘이 회전자를 회전시킴으로 모터가 회전하게 된다. 편모의 경우도 회전자와 정지자의 역할을 하는 부분이 있고, 에너지원으로 ATP가 아닌 박테리아 막을 통과하여 흐르는 산(acid)의 유동을 통해 생기는 에너지를 이용한다 (이승엽 2002).


그림 3. 박테리아 편모의 모터구조

 

Kinesin과 Myosin 모터

분자 모터와 관련하여 최근 까지 가장 많이 연구된 분야가 근육 myosin과 kinesin 이다. Myosin II는 양 방향 리니어 모터로서 actin과 myosin 섬유 사이에서 미끄러짐을 발생시킨다. 주어진 시간에 오직 하나의 헤드만이 actin에 결합한다. 그림 4에서 보는 바와 같이 각 myosin 헤드는 motor domain 과 레버 암 domain으로 구성되어 있으며, 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하게 된다. Skeletal 근육 미요신은 4 nm의 간격으로 smooth 근육 미요신은 7 nm의 step 간격으로 움직인다 (Mooly et al., 1995). Kinesin은 미세소관을 따라서 vesicle을 전달하는 두 헤드 리니어 모터이다. 그림 4(b)에서 보는 바와 같이 각 헤드는 ATP 결합 domain과 연결되어 있는 heavy chain과 전달체가 연결되어 있는 light chain으로 구성되어 있다. 미요신과 다르게 하나의 kinetisn은 8 nm 스텝 간격으로 분리전까지 수 마이크로 미터를 미세소관을 통하여 움직이게 된다 (Schnitzer and Block, 1997).

그림 4 Kinesin과 myosin 모터 구조

(a) ATP 가수분해를 통한 myosin 분자의 미끄러짐 운동
(b) 두개의 heavy chain을 binding이나 unbinding 하면서 미세소관을 따라 walk 운동을 kinesin 분자

그림 5. (a) ATP synthase 구조: transmembrane인 F0와 가용성 부분인 F1로 구성됨
(b) ATP 가수분해는 도메인의 힌지 운동을 통하여 F1을 회전시킨다.
 

ATP Synthase

분자 모터(biomolecular motor)의 ATP 합성에 관한 회전 구조에 대한 연구로 1997년 노벨상이 수여된 후 이에 대한 많은 연구가 이루어져 왔다. ATP synthase는 마이클 베히가 환원불가능한 복잡성의 대표적인 예인 편모의 모터 구조와는 또 다른 매우 정교한 초소형 단백질 모터 효소 로서 양자를 사용하여 ATP 가수분해를 이용해 전기화학적 변환을 일으킨다. 그림 5에 나타난 ATP synthase의 기본 구조는 생체막 부분은 F0와 가용성 부분인 F1-ATPase로 구성되어 있다.  양자가 주입되면서 접촉 부분에 촉매부를 포함하는 F1의 -subunit의 회전은 ATP 가수분해에 의해 발생되는 domain의 힌지 운동에 의해 생긴다.

F0가 1 회전시 10개 양자가 필요하며, F1은 회전당 3개의 ATP를 생성하는데, 이러한 입력과 출력의 (양성자 와 ATP) 비인 10:3은 상식적으로 생각할 수 있는 정수비가 아니다. 다시 말하면 F0의 1 회전하면서 양성자 3개나 4개 당 하나의 ATP가 발생하게 되는데, 이러한 고정적이지 않고 유연한 비는 무작위적으로 정해진 것이 아니라, ATP 생성을 최대화하는 황금비임이 최근의 연구로 밝혀졌다. 누군가가 두 가지 다른 구조의 결합 시 최적설계로 정교하게 조절된 지적설계의 구조임을 알 수 있다 (Mitome et al., 2004).


DNA 관련 분자모터

DNA 유전자 전사, 복제, 압축 등을 수행하려면 RNA나 DNA의 형성 촉매 효소인 폴리메라아제와 같은 모터 단백질이 필요하다. 예를 들면 RNA 폴리메라아제는 원형 DNA를 1초당 10개 이상의 뉴클레오타이드를 지나가면서 RNA 복사를 수행한다. T7 DNA 폴리메라아제는 초당 100개 이상의 base 비율로 DNA 복제가 일어나도록 한다. 최근의 연구들은 효소에 가해지는 기계적 힘이 세포내에서 DNA 전사와 복제를 일으킨다고 설명하고 있다. 이러한 기계적 힘의 영향을 살펴보기 위해 그림 6과 같이 RNA와 DNA의 폴리메라아제의 1개의 분자를 이용하여 힘과 DNA 전사와의 관계를 실험하였다 (Yin et al., 1995). 실험에서는 광학 기기를 이용하여 초소형 bead의 움직임을 조절하고 bead에 DNA를 연결함으로써 가해지는 힘에 대한 DNA 전사를 측정하였다. 실험 결과는 전사 속도는 힘에 반비례함이 알려졌다. 이러한 기계적 힘의 역할에 대한 정확한 설명은 좀 더 연구가 필요하나 분자들이 모터 단백질의 변환과 기능성과 관련된 에너지 한계를 변화하고자 할 때 DNA 변형이 이러한 변화를 일으킨다고 생각되어지고 있다.

그림 6. 가해지는 힘의 변화에 따른 DNA 전사 속도에 관련된 단 분자 실험

 

전기 모터와 편모 모터 비교

초소형 전기모터와 박테리아 편모는 구조상으로 유사하지만 그 크기에서 편모가 상대적으로 작기 때문에 크기와 관련된 지배적인 힘이 다르게 나타날 수 있다. 수 mm 이하의 크기를 갖는 초소형의 세계에서는 거시적 세계와는 다른 물리 법칙이 지배한다. 길이가 줄어들게 되면 면적은 길이의 제곱의 비율로 줄고 부피는 길이의 세제곱의 비율로 줄기 때문에 질량보다는 면적에 관계되는 힘이 상대적으로 커지게 된다. 그래서 중력보다는 마찰력이나 점성력, 정전기력, 표면장력 등의 힘이 지배하게 된다. 길이가 줄어들게 되면 면적은 길이의 제곱의 비율로 줄고 부피는 길이의 세제곱의 비율로 줄기 때문에 질량보다는 면적에 관계되는 힘이 상대적으로 커지게 된다. 그래서 중력보다는 마찰력이나 점성력, 정전기력, 표면장력 등의 힘이 지배하게 된다. 질량과 가속도의 크기에 비례하는 관성력과 주변의 유체의 점도와 속도에 비례하는 점성력의 비를 레이놀즈 수로 정의하는데 이는 다음의 식으로 설명된다.

여기에서 는 밀도, L은 길이, V는 속도를 나타낸다. 초소형 마이크로 모터와 같은 수 um의 기계시스템을 만들기 위해서는 기존의 제작 방법을 사용할 수가 없다. 이는 제작하기 위한 도구는 매우 정밀하여야 하기 때문에 리소그래피(Lithography) 방법을 이용하게 된다. 이는 실리콘 기판 위에 layer를 덮고 자외선에 의해 식각이 되는 PR(photo resist)을 일정한 높이로 덮은 후 원하는 형상을 인화한 필름을 사용하여 특정 부분만을 자외선에 투과시킴으로 PR을 감광한다. 그 후 불필요한 PR층과 layer를 식각액으로 제거시키면 원하는 형상이 만들어지게 된다. 하지만 MEMS 기술의 문제는 두께가 얇은 형상의 제작은 용이하지만 넓이에 비해 두께가 큰 형상의 경우 식각액이 제거해야 할 부분을 완벽하게 없애지 못해서 형상을 제작하는데 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해 보다 강한 광선인 X-Ray를 사용하는 RIGA MEMS 기술이 도입되어 너비에 대한 높이의 비를 높이게 되는데, 최대 10 ㎛의 깊이에 대해 400 nm 정도 너비를 갖는 형상을 제작할 수 있게 되었다. 하지만 높이가 커짐에 따라서 형상이 휘어지는 등의 문제를 안고 있다.

그림 7. MEMS 공정을 이용하여 만든 초소형 모터 (직경 100 um)

박테리아 편모의 형상은 길이가 50 ㎛ 정도 이상이고 직경은 12~19 nm 정도가 되는데 편모의 형상만을 제작하는 데에도 현재 기술로는 어려움이 있다. 게다가 각각 회전자와 고정자 등의 역할을 하는 부분들은 편모 전체의 형상에 비해 충분히 작다. 또한 편모의 모터는 크기가 작을 뿐만 아니라 인공적인 마이크로모터에 비해서 오히려 복잡한 구조를 갖는 많은 부품들로 구성되어있다.  박테리아의 편모는 관성력보다 점성력의 영향이 큰 레이놀즈 수의 세계에서 존재하고, 또한 몸길이가 5 ㎛ 이하이기 때문에 이보다 큰 분자의 확산에 의한 영향을 크게 받게 된다. 박테리아가 1초 동안에 20 ㎛를 이동하는데 비해 주위의 분자의 확산속도는 1초에 45 ㎛ 정도이기 때문에 정지해 있는 박테리아는 주위의 확산되는 물질에 접촉이 가능하기 때문에 이동 수단인 편모의 효율을 높일 필요가 없다. 즉 이동수단이 발달되어야 할 필요가 없기 때문에 진화론에서 말하는 근육으로의 진화의 필요가 없다.

이상과 같이 지적설계운동의 학술 분야를 간단하게 살펴보았다. 지적설계 이론이 과학의 주류로 포함되도록 하는 쐐기운동의 목표를 이루기 위해서 설계 이론을 뒷받침 할 수 있는 연구 프로그램의 수행이 필수적이다. 그 동안 창조과학 연구가 진화론을 반박하는 데에 집중되어 있었으나 주류 과학으로 포함되기 위해서는 생명체가 갖고 있는 정교한 설계에 대한 단순한 관찰을 넘어서서 지적으로 설계된 것이라는 과학적인 증거를 제시할 수 있는 선도적인 연구들이 요구된다. 생명현상의 근원이 물질들만의 집합 이외의 다른 원리가 존재한다는 것, 생명체의 분류가 다윈의 접근법 이외의 다른 방법으로 설명이 가능하다는 것, 그 이외에도 기존 과학의 패러다임에서 예측할 수 없는 새로운 실험적인 발견이나, 이미 연구된 결과들에 대한 새로운 해석 등을 통하여 지적설계의 과학적인 기반이 확보 될 수 있을 것이다.


VI. 지적설계연구회 창립 및 비전

현재 미국에서 지적설계에 관련된 다양한 연구들이 이루어지고 있고 '쐐기” 운동을 통하여 전략적으로 사회 각 분야에 그 영향력을 넓혀가고 있으므로, 국내에서도 이와 유사한 지적설계 확대를 위한 구체적인 방향 설정 및 전략이 필요하리라 생각되며, 이러한 일들을 효율적으로 할 수 있는 단체의 창립이 요구되었다. 이러한 관점에서 '생명체 메커니즘과 생명정보의 지적인 원인과 설계 구조를 과학적으로 연구하는 지적설계연구회 (KRAID: Korean Research Association of Intelligent Design)가 2004년 8월 21일에 창립된 것은 시기적으로 매우 적절하다고 볼 수 있다.

지적설계연구회는 미국의 비종교적인 연구 및 정책 단체인 Discovery Institute의 설립 목적과 유사하다. 지적설계연구회는 생명체의 작동 메커니즘과 생명정보가 지적으로 설계되었음을 연구하는 순수한 연구단체로서 다음과 같은 목표를 갖는다.

● 중고등학교 생물 교과서 개편을 위하여 학술적인 자료를 수집하고 지적설계의 과학적인 대안을 제시한다.

● 지적설계연구회는 국내 지적설계 관련 연구 결과를 해외 유명 저널 및 학술 저서로 발간하여 국제적인 공인받는 학문적인 성과를 이룩한다.

● 지적설계가 생물학을 포함한 자연과학 분야에서 주류과학으로 인정될 뿐만 아니라, 인문, 사회과학 등 자연주의적인 세계관에 근거한 모든 학문 분야에 영향을 미치도록 한다.

비종교적인 관점을 이러한 학술연구단체는 자연주의적인 철학에 근거한 진화론 및 학문 분야에 대한 새로운 유신론적 대안을 제시할 수 있을 뿐 아니라, 종교적인 관점을 배제하기 때문에 많은 전문적인 연구자들을 '지적설계” 안으로 포용하게 됨으로서, 반진화론 운동에 효과적으로 대응할 수 있으리라 생각된다.

 


참고문헌
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이승엽, 지적 설계 운동의 현황과 적용, 2003년도 창조과학 학술대회 논문집. 2003

이승엽, 임효석, 지적설계를 적용한 정보저장기기 매커니즘 연구, 2002년 창조과학학술대회 논문집, 2002

이승엽, 신운섭, 지적설계운동과 연구프로그램, 통합연구학술대회 논문집, 2004

조정일, 이승엽, 생명의 기원에 대한 세계관에 기초한 수업 추구의 역사적 배경과 이론적 근거: 진화와 지적 설계의 대립, 통합연구학술대회 논문집, 2004

현창기, 진화가설에 대한 비판적 고찰, 통합연구학술대회 논문집, 2004

 

*참조 : Life’s irreducible structure—Part 1 : autopoiesis
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_2/j21_2_109-115.pdf

Life’s irreducible structure—Part 2
http://creationontheweb.com/images/pdfs/tj/j21_3/j21_3_77-83.pdf


출처 - 2004 창조과학학술대회 논문집

미디어위원회
2005-01-06

지적설계의 증거가 무신론자에게 설계자를 확신시키다.

(Intelligent Design Evidence Convinces Atheist of Designer)

David F. Coppedge


      NBC News(2004. 12. 10)의 보도에 따르면, 한 유명한 무신론자가 과학적인 증거에 근거하여 이제는 하나님을 믿게 되었다는 것이다. ”81세의 나이에, 수십 년간 고집하던 믿음은 실수였다고 말하면서, 안토니 플루(Antony Flew)는 우주는 어떤 종류의 지적 능력과 첫 번째 원인에 의해서 창조되었음에 틀림없다고 결론지었다. 플루는 영국으로부터의 전화 인터뷰에서 초월적 지성(super-intelligence)은 생명체의 기원과 복잡한 자연에 대한 유일한 좋은 설명이라고 말했다.” 그는 최근에 ”생물체의 최초의 번식이 자연주의적 진화론에 의해서 이루어졌다고 생각하는 것도 가능할 것 같지 않다” 라고 쓰고 있다.


거의 50년 동안 영국에서 가장 노골적인 무신론자 중에 한 사람이었던 안토니 플루는, 설계자가 있음을 가리키는 너무도 분명한 증거와 경우들을 항상 보게 되었다고 말했다. DNA에 대한 연구는 생명체가 만들어지기 위해서는 믿을 수 없을 정도의 고도로 복잡한 정렬이 있어야함을 보여주었으며, 이것은 어떤 지성이 개입되었음에 틀림없다는 것이다.

그는 이제 진정한 믿음으로 가는 길의 중간 휴게소에서 머물고 있는 한 자연신론자(deist) 이다. 불행하게도 중간은 반을 잃어버린 상태이다. 그러나 그는 적어도 과학적 증거들은 네이쳐 지가 가정하고 있는 무신론적 이야기를 지지하지 않는다는 것을 인정하였다.


플루의 이러한 무신론자로부터 전환은 종교를 언급함 없이 과학적 증거들만으로도 생각하는 사람들에게 설계자에 대한 확신을 줄 수 있다는 지적설계 운동의 주장을 힘 있게 뒷받침하고 있다. 플루는 그의 견해가 지적설계 이론가들의 견해와 유사하다는 것을 인정했다. 그러나 설계되었다는 것을 인식하는 것만으로는 크리스마스의 기쁨을 누리기에는 충분하지 않다. 그의 설계자는 우리를 사랑하셔서 십자가에 달리시기 위해 이 땅에 오신 분이 아니라, 멀리 떨어져 있는 한 시계공(watchmaker)이다. 이제는 나이가 많은 안토니 플루는 아직 천국에 대한 희망을 가지고 있지 않다. 그리고 그의 모래시계는 이제 얼마 남지 않았다. 그는 성경을 읽어야만 한다. 그리고 빛으로 나아가야 한다. 증거들은 유익하다. 그러나 연이어 증거들이 가리키는 방향으로 계속 나아갈 필요가 있다.


*업데이트 (12/10/2004) : 안토니 플루와 크리스챤 변증자(Christian apologist)인 게리 하버마스(Gary Habermas)와의 오랜 인터뷰는 바이올라 대학(Biola University)의 웹사이트에 게재되어 있다. 인터뷰 내용은 중간휴게소에 머물고 있는 플루의 견해를 매우 잘 살펴볼 수 있게 한다. 그는 아직까지는 성경의 내용들을 믿는 것을 주저하고 있는 변화 도중의 사람이다. 그러나 적어도 성경의 많은 면에 대해 놀랍도록 호의적이다. 플루 박사에게 기독교와 성경은 어떠한 다른 종교(특히 이슬람) 이상의 범주이다. 자연주의(naturalism)는 생명체의 기원을 설명하기에 부적절함으로, 자연신론(deism)은 플루 박사의 텅 빈 마음을 채워줄 수 있을까? 시간은 지성적이고 경험 많고 성실하며 연민의 사람인 하버스 박사의 19년의 영향이, 마침내 66년전 감리교도인 아버지의 가르침을 떠나 세상으로 나갔던 이 탕자 아들의 삶에 열매를 맺을 수 있을지를 말해줄 것이다.


*참조 : There Is a God: How the World's Most Notorious Atheist Changed His Mind

https://www.amazon.com/There-God-Notorious-Atheist-Changed/dp/0061335304

Antony Flew dies at 87; atheist philosopher who changed his mind late in life (2010. 4. 14. LA Times)

https://www.latimes.com/local/obituaries/la-me-antony-flew15-2010apr15-story.html


번역 - 미디어위원회

주소 - https://crev.info/2004/12/intelligent_design_evidence_convinces_atheist_of_designer/

출처 - CEH, 2004.12. 9

미디어위원회
2004-11-17

중력 : 신비로운 힘 

(Gravity : The mystery force)

by Dr. Don DeYoung 


      중력(Gravity)은 우리들이 땅 위에 견고하게 서있도록 붙들고 있으며, 지구가 태양의 둘레를 공전할 수 있도록 한다. 또한 이 보이지 않는 힘은1 하늘로부터 비를 내리게 하고, 매일 바다의 밀물과 썰물을 일으키는 원인이 된다. 그것은 지구를 구형으로 유지하게 하고, 우리의 대기가 우주로 흩어져 나가는 것을 막고 있다. 이 일상적인 중력의 힘은 과학에서 가장 잘 이해되어야 하는 개념 중의 하나가 되어야 하는 것처럼 보인다. 그러나 사실은 그 반대이다. 다양한 방식으로 작용하고 있는 중력은 하나의 깊은 신비로 남아 있다. 중력은 오늘날 과학 지식의 한계에 대한 놀랄만한 한 예를 제공하고 있다.


중력 - 궤도에 물체들을 붙잡고 있는 끈

그림 1. 지구를 공전하고 있는 달. 매 초 동안 달은 약 0.8km 정도 여행한다. 이 거리에서 달은 지구 중력에 의한 끌어당겨짐으로 인해 직선으로부터 1mm 정도 궤도가 구부러진다. 달은 태양 주위를 공전하는 행성들처럼 지구 쪽으로(둘레를) 계속 돌게 된다.


중력은 무엇인가?

아이작 뉴턴(Isaac Newton)은 1686년에 이것에 대해 의문을 갖게 되었고, 결국 중력은 모든 물체들 사이에 존재하는 인력(attractive force)이라고 결론을 내렸다. 그는 사과가 땅에 떨어지도록 하는 힘과 같은 힘이 달을 공전궤도에 붙잡고 있다는 것을 깨달았다. 지구의 중력은 실제로 달이 매 초마다 직선 경로로 1 mm 멀어지는 것을 막아 공전궤도를 돌 수 있도록 하고 있다(그림 1). 뉴턴의 보편적인 중력의 법칙(Law of Gravity)은 고금을 통해서 가장 위대한 과학적 발견 중의 하나이다.

중력은 자연계에서 알려진 4 개의 기본적인 힘 중에 하나이다(표 1). 주목할 것은 중력은 네 개의 힘 중에서 가장, 그리고 매우 약하다는 것이다. 그러나 그것은 거대한 규모의 우주 공간의 물체들을 지배하고 있다. 뉴턴이 보여줬던 것처럼, 어떤 두 물체 사이에 끌어당기는 중력은 거리가 멀어질수록 훨씬 줄어든다. 그러나 그것은 결코 제로(0)에 도달하지 않는다. (아래의 글 ‘설계된 중력’을 보라).

그러므로 전체 우주의 모든 입자들은 실제로 그 밖의 모든 입자들을 끌어당긴다. 중력은 강력과 약력(표 1)과는 대조적으로 장거리(long-range)에 작용하는 힘이다.2 자기력과 전자기력도 또한 장거리에 작용한다. 그러나 중력은 장거리에서 항상 인력을 가지고 있어서 결코 취소되지 않는(끌어당겼다 밀쳐냈다 할 수 있는 전자기력과 같지 않는) 것이 독특하다.

1849년 위대한 창조 물리학자인 패러데이(Michael Faraday)가 시작한 이후, 물리학자들은 중력과 전자기력 사이의 숨겨진 관계를 지속적으로 조사해왔다. 네 가지의 모든 기본적인 힘들을 하나의 방정식, 또는 ‘통일이론(theory of everything)‘으로 통합하기 위한 노력이 있었지만 성공하지 못했다. 중력은 가장 적은 부분만 이해된 힘으로 남아 있다.

        힘의 이름상대적 강도    관여하는 일
 강력(Strong)    1   원자핵의 안정성
 전자기력(Electromagnetic)    10-2 원자, 분자의 결합
 약력(Weak)    10-6 방사성 붕괴 과정들
 중력(Gravity)    10-43 우주 물체들의 안정성

(표1) 자연의 네 가지 기본적인 힘들


중력은 어떤 방법으로도 차단될 수 없다. 두 분리된 물체 사이에 있는 물체는 구성물이 무엇이든 그들 사이의 인력에 아무런 영향을 끼치지 못한다. 이것은 중력이 없는 방(antigravity chamber)이 실험실 내에서 만들어질 수 없다는 것을 의미한다. 중력은 물체들의 화학적 구성에 의존하지 않고, 오직 무게로서 인식되고 있는 질량(mass)에만 의존한다.(어떤 것에 대한 중력의 강도는 무게에 달려있다. 질량이 클수록 중력은 더 커진다). 만약 유리, 납, 얼음, 심지어 스티로폴로 이루어진 덩어리들이 모두 같은 질량을 가지고 있다면, 동일한 중력이 작용할 것이다. 이것은 이론적인 설명이 아닌, 실험적 발견이다.

중력은 정말 무엇인가? 어떻게 이 힘은 비어 있는 광대한 우주 공간을 가로질러 작용할 수 있는가? 그리고 그것이 우선적으로 존재해야하는 이유는 무엇인가? 과학은 자연에 관한 가장 기초적인 질문들에 답하는 것에 결코 성공적이지 못했다. 중력은 돌연변이 또는 자연선택에 의해 천천히 일어날 수 없다. 그것은 우주의 바로 태초부터 존재했어야만 한다. 다른 모든 물리법칙들과 함께, 중력은 계획된 설계에 의한 창조를 증거하는 명백한 증거판(testimony)인 것이다.

중력을 설명하기 위한 시도에는 물체들 사이를 여행하는 중력양자(gravitons)라 불리는 보이지 않는 입자들이 포함되어 있었다. 또한 우주의 끈(cosmic strings)과 중력파(gravity waves)가 제안되었다. 그러나 어떠한 것도 확인되지 않았다. 광대한 거리를 떨어져 있는 서로 다른 물체들이 물리적으로 서로 어떻게 상호 작용하는 지를 알지 못하고 있는 것이다.


중력과 성경

두 군데의 성경 구절은 일반적으로 중력과 자연과학의 본질을 고려하는 것에 도움이 된다. 첫 번째, 골로새서 1:17절에는 그리스도가 만물보다 먼저 계셨고, 만물이 그에 의해서 서있음(consist)을 설명하고 있다. "또한 그가 만물보다 먼저 계시고 만물이 그 안에 함께 섰느니라” 그리스어의 동사 ‘consist (sunistao)’는 응집하다(cohere), 보존하다(preserve), 함께 붙들다(hold together) 라는 의미가 있다.

성경 밖에서 이 그리스어 단어의 사용은 그 안에 물을 담고 있는 용기(container)로 사용되고 있다. 이 단어는 골로새서에서 완전 시제로 사용되었는데, 이것은 통상 완성된 과거의 행동으로부터 현재까지 지속적인 상태를 의미하고 있다. 사용되었던 한 물리적 메커니즘은 명백히 중력이다. 이 중력은 창조주에 의해서 확립되었고, 오늘날까지도 결점 없이 유지되어오고 있다. 반대를 생각해 보자. 만약 중력이 한 순간이라도 멈춰진다면, 즉각적으로 혼돈의 무질서한 상태가 되어버릴 것이다. 지구, 달, 항성들을 포함해서, 우주의 모든 물체들은 더 이상 유지될 수 없을 것이다. 모든 것들은 즉시 작은 조각들로 붕괴될 것이다.

두 번째 구절인 히브리서 1:3절은 그리스도가 그의 능력의 말씀으로 만물을 붙들고(uphold) 계시다고 선포한다. "이는 하나님의 영광의 광채시요 그 본체의 형상이시라 그의 능력의 말씀으로 만물을 붙드시며...”. 붙들다(uphold, phero) 라는 단어는 다시 만물을(중력을 포함하여) 지속시키다(sustaining), 유지하다(maintaining)로 기술되고 있다. 이 구절에서 붙들다 라는 단어는 단순히 무게를 지탱하고 있다는 것보다 훨씬 많은 의미를 내포하고 있다. 거기에는 우주 안에서 일어나는 모든 운동과 변화들을 조절하는 것을 포함한다. 이 무한한 일이 주님의 전능하신 말씀에 의해서 우주가 처음 존재하게 된 이후 관리되고 있다는 것이다. 중력이라는 이 ‘신비로운 힘(mystery force)’은 거의 4세기 동안의 연구에도 불구하고 매우 조금만 알려져 있다. 그리고 이것은 우주를 붙들고 계시는 경이로운 신성의 발현(manifestations)들 중에 하나인 것이다.


Notes

1. Einstein said it is not a force in the way others are, but an effect of the curvature of space-time.

2. According to general relativity, the effects of gravity are not instantaneous, but transmitted at the speed of light.


* 여러 물체들 사이에 끌어당기는 중력의 힘에 대한 여러 예들   

        두 물체중력의 힘(kg, 해수면에서)
  당신과 책 4.5-10(10-10 lbs)
  당신과 달 0.00045
  두 대의 인접한 기관차 0.0022
  당신과 지구 (해수면에서) 당신의 몸무게
  달과 지구 1.8×1019
  지구와 태양 3.6×1021

NB : kg은 사실 질량의 단위이다 (힘의 단위는 N(뉴튼)이고, 1kg의 무게에 작용하는 힘은  해수면에서 9.8N 이다). 주어진 질량에 의해서 가해지는 무게(힘)는 지구의 중력에 얼마나 근접한 지에 달려있다. 그래서 여기에서는 해수면을 기준으로 하였다. 


설계된 중력 (Designer gravity)

거리 r 만큼 떨어진 두 물체 m1과 m사이의 힘 F는

         F =(G m1 m2)/r2 로 쓰여질 수 있다.

여기서 G는 중력상수(gravitational constant)이고, 1798년 헨리 카벤디쉬(Henry Cavendish)에 의해 첫 번째로 측정되었다.이 방정식은 두 물체 사이의 떨어진 거리 r이 커짐에 따라 감소된다는 것을, 그러나 결코 제로(0)는 되지 않는다는 것을 보여주고 있다.

이 방정식에서 역 제곱의 성질은 흥미롭다. 중력이 왜 이러한 방식으로 작용하는 지에 대한 본질적인 이유가 없다. 만약 우연히 우주가 진화하는 도중에 중력이 생겨났다면, r1.97 또는 r2.3 과 같은 무작위적인 숫자가 더 그럴듯해 보인다. 그러나 정확히 측정된 계산치들에 의하면, r의 지수는 소수점 다섯째 자리까지 정확하게 2.00000 임으로 밝혀졌다. 한 연구자는 이것에 대해, 이 결과는 "너무도 깔끔하게 맞춘 것처럼 보인다" 라고 하였다.2 우리는 중력의 힘은 정확하게, 창조된 설계라는 것을 보여주고 있다고 결론지을 수 있다. 실제로, 지수가 정확하게 2에서 조금만 벗어나도 행성들의 궤도와 전체 우주는 불안정하게 될 것이다.    

 

Reference and note

1. For the technically minded, G = 6.672 x 10–11 Nm2kg–2

2. Thompsen, D., ‘Gravity very precisely’, Science News 118(1):13, 1980

 

* 참조 : Gravity : The mystery force
http://creation.com/gravity-the-mystery-force

 

번역 - 미디어위원회

링크 - http://www.answersingenesis.org/creation/v22/i3/gravity.asp 

출처 - Creation 22(3):40–44, June 2000.

미디어위원회
2004-10-02

자연에 나타난 지적 설계와 창조주 하나님

(Design In Nature To A Personal Creator)

David F. Coppedge 


     단지 자연을 통하여 하나님의 존재를 아는 것이 가능할까요? 성경의 대답은 '그렇다' 이다.

”창세기로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게 되나니 그러므로 저희가 핑계치 못할 찌니라.” (로마서 1:18~22)

이제, 그 증거를 알아보자!


우연의 법칙

우연에 의하여 생명을 만들 수 있을까? 우연이라는 것이 얼마나 바보 같은 것인지를 알고 있는 사람은 그렇게 많지 않다. 예를 들어, 당신이 임의로 1에서 10까지 새겨져 있는 10개의 동전들 중에서 하나씩 선택할 때, 우연히 1에서 10까지 순서대로 배열되기를 기대하는 것은 100억 분의 1의 확률과 같은 것이다. 매번 시도하는 데에 5초 가량 걸린다고 한다면, 우연에 의해 1에서 10까지 순서대로 나오는 것은 밤낮을 가리지 않고 계속하여도, 약 1,500년의 세월이 흐른다. 생명을 우연에 의하여 창조하려면 얼마나 많은 시간이 필요할 것인가? 어떤 사람들은 불가능한 일도 우연히 일어날 수도 있다고 믿고 있다.

”충분한 시간만 있다면, 백만 마리의 원숭이가 백만 대의 타자기에서 타이핑을 한다면 우연히 셰익스피어의 작품이 만들어질 수도 있다.”

이것은 잘못된 비유이다. 왜냐하면,

1. 충분한 시간이 없었다. 우주는 시작을 가지고 있다. 우연적 사건이 영원히 일어날 수 없다.

2. 타자기는 고장 날 것이고, 원숭이들은 지겨워할 것이며, 죽게 될 것이다.

3. 글자들은 종이 위에 남아있지 않는다. 우연에 의해 생명이 발생하게 된 '최초의 원시 스프(primordial soup)' 에서 유용한 분자들은 생성되는 것보다 더 빠르게 파괴되었을 것이다.


우주와 지구

우주는 생명체들의 존재를 위하여 자체가 매우 정교하게 조정되어져 있다. 전자의 전하량이나 중력상수와 같은 물리학의 기본적인 수치들이 조금이라도 변한다면, 생명체는 유지되어질 수 없을 것이다. 우리가 살고 있는 태양계는 정해진 법칙에서 조금만 벗어나도, 생명체가 사라질 수 있는 여러 가지 특성들을 가지고 있다. 예를 들어, 목성은 위험한 소행성이나 혜성 등의 대부분을 안전하게 휩쓸어 간다. 지구는 움직임이 강한 내부 물질을 지지하기에 충분한 단단한 지각(crust)을 가지고 있다. 내부 물질의 움직임이 더 클 경우, 지각은 녹을 것이고, 생명체는 존재할 수 없을 것이다. 태양으로부터의 지구의 거리, 지구로부터의 달의 거리는 적당한 온도를 유지하게 한다. 지축의 경사는 각 계절과 기후의 순환을 가능하게 한다. 달은 해양을 깨끗하게 하는 조수를 일으키기에 알맞은 크기와 지구로부터의 거리를 유지하고 있다. 달의 적절한 지름은 태양의 지름과 완벽한 조화를 이루어 아름다운 일식을 만들어 낸다. 일일이 열거하기에 너무도 많은 이러한 사항들이 존재한다.


세포

분자 수준에서의 생명체(life)는 믿을 수 없을 정도로 복잡하다. 단백질, 효소, DNA에서 일어나는 화학적인 반응은 빠르고 정확하게 조화를 이루며 일어난다. 가장 단순한 형태의 세포에게도 최소한 239개의 단백질들이 필요하다. 이러한 단백질들 중에 하나가 우연히 만들어질 확률은, 가장 이상적인 조건 아래에서도 1/10161 보다도 작다. 가장 단순한 세포가 우연히 만들어질 확률은 1/1040,000 이다. 1/1050 보다 작은 확률이 일어난다는 것은, 전 우주 내에서 사실상 불가능하다.


당신의 눈은 컴퓨터화 된 어떠한 TV 회로 시스템보다도 뛰어나다. 만들어 낸 색깔과 실제처럼 보여주는 높은 질의 움직이는 동영상들도 눈과 비교될 수 없다. 각 렌즈들은 수정 벽돌 같은 22,000 개의 투명 세포들의 미세한 층들로 이루어져 있다. 사람이 만드는 렌즈와 다르게, 눈은 최고의 굴절률과 유연성, 다양한 초점을 맞출 수 있다. 눈의 조리개(홍채)는 불빛의 강도를 100에서 1까지 조절할 수 있다. 각막은 구면 수차를 최소화 할 수 있도록 매우 얇게 고루 퍼져있다. 눈의 안쪽 부위는 난반사를 감소시키기 위해 어둡다. 눈은 자신의 방어를 위한 일종의 윤활 시스템을 가지고 있다. 눈은 두 개의 눈동자를 협력해서 움직일 수 있는 근육 시스템을 가지고 있다. 눈은 또한 1억 배나 되는 명암 차이를 감지해낼 수 있다. 망막은 1억2500만 개에 달하는 간상체(rods)와 추상체(cones)를 가지고 있다. 간상체는 마치 빠른 속도의 흑백 필름 같고, 추상체는 8백만 개의 색깔들을 인식할 수 있는 좋은 칼라 필름과 같다. 근육은 이러한 극도로 복잡한 세포들이 포화(피로화)되지 않도록 상들을 움직이게 한다. 망막의 중심부에는 원추체가 밀집되어져서 존재하는데, 각각의 시신경들은 뇌로 연결되어 있다. 당신의 눈은 당신의 의식적인 노력 없이도 운영되고 있다. 그리고 아무런 수리 없이도 평생 동안을 작동할 수 있다.


당신의 귀는 대개 30만개 이상의 소리 종류를 구분해낼 수 있다. 이것은 생존하는 데에는 별 필요가 없지만, 음악을 감상하고 즐기기에 충분하다. 우리의 귀는 1에서 100억 까지의 소리 강도를 감지해낼 수 있다. 귀의 안쪽에는 20,000 개의 모세포(hair cell)가 있다. 각 모세포는 100개의 분리된 모세포로 나뉘어지는데 (모두 200만 개), 각 모세포들은 자신의 주파수와 소리 강도에 반응한다. 중이의 뼈들은 미세한 기계적 조정 역할을 담당한다. 작업을 완벽하게 수행하기 위해서 이들 소골(ossicles)들은 일정한 크기를 반드시 유지해야만 한다. 그러므로 소골들은 태어나서부터 늙을 때까지 자라지 않는 유일한 뼈이다. 당신의 귀는 복잡한 스테레오 음향기기를 당신의 머릿속에서 구성하고 있는 것이다.


손은 기계공학의 경이이다. 손은 27개의 뼈, 떨어져 있는 엄지손가락, 독특한 지문, 그리고 유연성을 가지고, 복잡한 다수의 일들을 수행한다. 타자를 치고, 수화를 하며, 오케스트라를 지휘하고, 얇은 금속에 나있는 미세한 흠집을 감지해낼 수 있으며, 야구공을 쳐내고, 망치질을 하고, 박수를 치고, 뜨개질을 하고, 악기들을 연주하고, 수영을 하고, 벽돌을 격파하고, 곡예를 하고, 손으로 마술을 하고, 그리고 셀 수 없을 정도의 평범하거나, 평범하지 않은 모든 기능들을 할 수 있다. 손톱은 매우 작은 물체를 집거나 다룰 수 있게 하며, 기타 소리를 내게 할 수 있다. 손의 피부는 많은 학대에도 견딜 수 있을 정도로 거칠다. 그러나 매우 작은 접촉들을 느낄 수 있을 만큼 민감하기도 하다.


얼굴

우리의 얼굴은 28 겹의 종이처럼 얇은 피하 근육들로 이루어져 있다. 이 근육들은 우리가 250,000개의 표정을 짓는데 뼈보다도 더 큰 도움을 주고 있다. 대부분의 동물들은 자신들의 종 내에서 다른 개체와 잘 구별되지 않는다. 그러나 오늘날 50억의 사람들은 각자 매우 독특한 얼굴들을 가지고 있다. 그것을 통해 수많은 사람들 사이에서 서로가 구별되어 진다. 사람은 얼굴을 통해 감정의 대부분을 표현하기도 한다. 이런 모든 것들은 사람으로서 서로 서로가 관계를 맺고 지내도록 디자인되어졌음을 보여주고 있다. 그리고 하나님은 각 개인을 하나님과 개인적으로 관계를 가지도록 창조하셨음을 의미한다.


우리의 뇌는 천 억 개의 뉴런(neurons)을 가지고 있다. 각 뉴런들은 다른 뉴런들과 1,000번 이상의 연결로 이어져 있다. 이것은 뉴런들 사이의 1조 개 이상으로 상호 연결이 되어있음을 의미한다. 이것은 지구상에 존재하는 모든 전기적 장치들의 연결과 맞먹는 것이다. 생각하고 기억을 저장할 수 있는 뇌의 기능에 대해서는 아직까지 알려지지 않았다. 그러나 전자적 기호와 복잡한 화학적 신경전달물질에 의한 과정을 포함하고 있는 것은 확실하다. 로봇 제작자들은 로봇들이 종이컵을 움켜쥐거나 눌러 부수는 일 없이, 가볍게 들어 올리거나 하는 단순한 일들을 가능하게 하는 데 시간을 보내고 있다. 그러나 작은 아이들도 종이컵을 들어 올릴 수 있다. 다른 수천만 명의 사람들도 특별한 생각 없이도 누구나 이 일을 할 수 있다.


유전정보 (DNA)

당신의 몸 전체는 바늘 끝 보다도 훨씬 작은 수정란 세포로부터 시작되었다. 이 안에는 당신 몸의 조직, 기관, 기능들을 만들어낼 수 있는 완벽한 암호 체계가 들어 있다. 만약에 살고 있는 모든 인류의 수정란 속의 DNA를 다 모은다 하더라도, 그것은 단지 우표 무게의 1/50에 지나지 않을 것이다. 우리 몸에 있는 세포들 속에 들어있는 DNA의 총 길이는 달까지 100,000번을 왕복할 수 있다. 그러나 이것은 한 스푼 안에 다 들어갈 수 있다. 그러나 책으로 그것을 기록한다면, 정보의 양은 그랜드 캐년 40개를 채우고도 남을 책들이 될 것이다.


수많은 디자인의 예

70-80 년 동안 한번도 쉬지 않고 작동하는 심장, 순환기관, 소화기관, 호흡기관, 배설기관, 생식기관, 림프계, 내분비선, 골격, 감각기관, 면역기관, 그밖에 신체에 있는 모든 기관이나 조직들은 생명을 유지하기 위해 긴밀한 관계를 갖고 있어야 한다. 이들의 긴밀한 관계를 어떻게 설명할 수 있을까? 쉬지 않고 42km를 달리는 마라토너, 공중 2번 제비돌기를 하는 체조선수, 그리고 신체적 결함으로 인해 수학적 계산을 오로지 머리로만 해야 하는 물리학자에게서 이들 기관들이 함께 일을 한다는 것은 매우 어려운 일이다. 실제로 우리들은 경이롭고 신묘막측하게 만들어져 있다 (시편 139:14). 예전에 무신론자인 칼 세이건 (Carl Sagan)은 다음과 같이 말한 적이 있다.

”이러한 것들은 150억년 동안의 우주 진화에 의해 수소 원자들로부터 만들어진 것이다”
이것을 믿을 수 있겠는가? 이 극도로 복잡하고 정교한 구조들이 우연히 저절로 만들어질 수 있다는 것인가? 성경에서 전하는 말씀을 다시 한번 읽어 보자.

”하나님의 진노가 불의로 진리를 막는 사람들의 모든 경건치 않음과 불의에 대하여 하늘로 좇아 나타나나니, 이는 하나님을 알 만한 것이 저희 속에 보임이라. 하나님께서 이를 저희에게 보이셨느니라. 창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그 만드신 만물에 분명히 보여 알게 되나니, 그러므로 저희가 핑계치 못할 지니라. 하나님을 알되 하나님으로 영화롭게도 아니하며 감사치도 아니하고 오히려 그 생각이 허망하여지며 미련한 마음이 어두워졌나니, 스스로 지혜 있다 하나 우준하게 되어” (로마서 1:18~22)

설계(design)는 설계자(designer)가 있음을 의미한다. 우리가 관측할 수 있는 극도로 복잡한 질서의 설계는 전지하시며 전능하신 하나님을 의미한다. 우리들이 개개인의 특성에 따라 각각 설계되었다는 것은 한 사람 한 사람을 사랑하시는 하나님을 의미한다. 당신을 만든 창조주이시며, 하늘에 계신 당신의 아버지를 알기를 원하는가? 오늘부터 성경 읽기를 시작하라.


번역 - 한동대 창조과학연구소

링크 - http://www.christwatch.com/journals/body.htm

출처 - Christ Watch





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