자연 과학데이팅게임(Dating Game)

지은이 : 체리 루이스Cherry Lewis

옮긴이 : 조숙경

지구의 나이, 그리고 ‘아서 홈즈’의 생애『데이팅게임』
- 기적은 한 순간에 이루어지지 않는다.

1900년대 초, 영국 북부 게이츠헤드라는 도시에 살고 있던 소년 아서 홈즈는 성경 첫 페이지 가장자리에 써 있는 창조의 날짜 ‘BC 4004년’이라는 숫자를 보고 마술에 걸린 것처럼 마음이 끌렸다. 그는 꼬리에 꼬리를 무는 의문을 품었다. “왜 딱 떨어지는 4,000년이 아닐까?” 그리고 “왜 4,004년밖에 되지 않았을까? 이것을 어떻게 알 수 있을까?”…… 그로부터 50여 년 후, 지구의 나이가 46억 년이라는 사실이 밝혀졌다. 그리고 그시간 동안 줄곧 지구의 나이를 계산해왔던 사나이가 바로 아서 홈즈이다.
『데이팅게임』은 아서 홈즈의 생애를 따라 반세기 동안 지구의 나이가 수십 억 년이나 증가하게 된 이야기를 담고 있다. 신학자들의 창조론에서 켈빈의 지구냉각설을 지나, 라이엘이 암석을 통해 지층을 분석하고, 퀴리부부가 방사능 원소를 발견하여, 마침내 우라늄-납 동위원소 방법으로 퇴적암의 나이를 계산하게 되는 동안 지구의 나이는 점점 늘어났고, 이는 곧 진화론의 전개를 의미했다.
오늘날 지구의 나이를 밝혀 낸 사람은 미국의 지질학자 패터슨으로 알려져 있다. 그는 1953년 5만 년 전 지구와 충돌했던 캐논 디아블로 유성체가 함유한 납의 양을 측정하여 지구의 나이를 46억 년으로 결정지었다. 그러나 그가 역사적인 기록을 남기기 전에 이미 오랜 시간 동안 지구의 나이를 계산해 온 사람이 바로 아서 홈즈였다. 홈즈는 암석을 통해 지구의 나이를 계산하는 방법을 알아냈고 패터슨은 홈즈의 논리에 따라 새로운 계산 기술인 질량 분광기를 정확한 숫자를 계산했다.
아서 홈즈는 일찍부터 우라늄-납 방법에 흥미를 갖고 모두들 복잡한 계산을 회피할 때도 계속해서 지구의 나이를 밝혀내기 위해 노력했다. 기술의 발달로 질량분광기, 마찬트 계산기가 생겨나기 전에도 그는 절친한 친구인 수학자 밥 로슨의 힘을 빌기도 하고 직접 몇 달이 걸려 암석의 나이를 계산해 내곤 했다. 그렇게 해서 끈질기게 지구의 나이를 점차점차 늘려온 것이다. 14억 6,000만 년, 그리고 33억 5,000만 년까지.
한 사람의 지질학자의 생애를 따라 펼쳐지는 과학사의 사건들은 마치 소설처럼 읽힌다. 이야기를 따라 읽는 동안 1, 2차 세계대전 당시의 과학 연구 환경, 켈빈과 젊은 물리학자들 사이의 논쟁, 다윈의 진화론 전개의 걸림돌, 마리 퀴리의 방사선 발견, 러더퍼드와 소디의 방사성 원소를 이용한 암석의 나이 추정 등 지구의 기원을 밝혀내기 위한 역사를 보게 된다. 이 책, 『데이팅 게임』에는 당시 게임에 참가했던 인물들이 주고받았던 편지, 홈즈의 일기, 매스컴에 보도됐던 내용, 사진 등 생생한 역사의 기록들이 담겨 있다.

인간은 왜 지구의 나이를 알고 싶어하는가?
 
지구의 나이 논쟁은 단순한 숫자에 관한 논쟁이 아니다. 지구 나이에 관한 신학자와 자연주의 과학자의 대립은 창조론과 진화론의 공방으로 이어진다. 지구의 기원, 생명의 기원에 대한 견해, 즉 세계관은 정신사적으로 크나큰 의미를 갖는다. 진화론을 믿느냐, 창조론을 믿느냐에 따라 자연의 섭리와 인간의 의지에 따르는 삶을 사느냐, 창조주에 의해 결정된 삶을 사느냐가 정해지며, 결국 한 개인의 세계관은 그의 행동철학이기도 한 것이다.
신학자들은 성서의 내용을 바탕으로 하여 우주와 지구가 신에 의해 창조되었다는 이론을 전개해 나갔다. 지구는 짧은 시간 동안 신의 힘에 의해 만들어졌다는 것이다. 그러나 지구의 기원에 대한 신학적 해석은 과학자들의 수많은 질문을 낳았고, 암석, 화석에 대한 연구는 계속되었다.
자, 이제 신의 의지에서 벗어나 자연현상을 응시해 보자. 지구 암석의 나이를 아는 것은 바로 만물의 순서와 그 속에서 인간의 위치를 아는 것을 의미하며, 나아가 우리가 지금 왜 여기에 있는지 이해할 수 있는 그림을 그려주는 것이다.
인류의 생활은 24시간 시계, 일주일, 한 달, 1년을 주기로 한다. 이렇게 시간의 척도가 되는 시계가 있기에 우리는 사건의 순서와 절대적인 기록을 가질 수 있게 되는 것이다. 지구도 이와 마찬가지다. 46억 년 전, 태양계의 방사성을 띤 암석 덩어리에서 시작된 지구에 40억 년 전에 물이 생겨나 37억 5,000만 년 전 드디어 핵이 없는 세포 즉 원핵생물로 알려진 단순한 생명체가 나타나기 시작했다. 생명체는 단순한 형태에서 점점 복잡한 형태로 진화해 왔고, 마침내 지금으로부터 500만 년 전에 최초의 인류인 호모사피엔스가 탄생하였다.
지구의 나이에 여전히 신학적 한계가 부여되어 있거나, 지구가 아주 오랜 역사를 가지고 있다는 사실은 알았으나 시간을 되돌리는 작업이 더디게 진행되었던 때에는 생명체의 탄생, 진화, 인류의 탄생 시점을 알 수가 없었을 것이다.
 
지구의 나이는 어떻게 측정할 수 있었을까?
- 켈빈, 라이엘, 다윈, 퀴리 부부, 러더퍼드…… 천재들의 기적 같은 이야기
 
반세기에 걸친 과학의 드라마, 지구 나이 측정 게임에는 놀라운 기적의 순간이 몇 차례 등장한다. 저자가 말하는 ‘놀라운 기적’은 수년 간의 도전과 실패를 거친 외롭고 고된 작업의 결과로 얻어지는 과학의 기적들이다. 이 책에서 우리가 알고 있던 과학의 지식들은 인간 역사의 한 부분으로 다시 태어나며, 하나의 사건이 또 다른 사건과 인과적으로 맞물리는 스토리를 갖게 된다.
지구는 신에 의해 창조되었다?
1560년대에는 성서에서 언급한 것처럼 신이 세상을 6일만에 창조했다는 생각이 널리 퍼져 있었다. 아일랜드의 대주교 어셔는 신이 세상을 창조한 날짜를 계산하기 위해 신이 최초로 창조한 인간인 아담 이래로 성서에 언급된 중요한 인물들의 나이를 합산하였고, 그 결과 이 세상은 예수가 탄생하기 4,004년 전 10월 22일 토요일에 창조되었다고 계산했다.
또한 산지 꼭대기에서 어류나 바닷가 생물체가 발견되는 문제를 해결하는 데에도 성서에 있는 문자 그대로 해석하여 노아의 홍수로 인해 지구가 탄생했다는 노아홍수론을 내세우기도 했다.
암석의 이야기에 귀 기울인 사람들
지질학자 허턴과 라이엘은 지구가 지금 상태가 되기까지 더 오랜 시간이 걸렸다는 사실을 알아냈다. 지질학의 아버지로 불리는 제임스 허턴(James Hutton)은 1785년 에든버러 왕립학회에서 강연하면서 ‘지질 현장에서 오랜 시간 동안 암석에 관해 연구한 결과, 지금의 지구가 과거의 암석들로부터 형성되었음을 알게 되었다.“고 밝혔다. 이에 뒤를 이어 근대 지질학에 가장 큰 영향을 미친 찰스 라이엘(Charles Lyell)은 시칠리아 섬의 거대한 에트나 화산을 조사하면서 매번 화산이 폭발할 때마다 새로운 용암층이 이전의 지층 위에 더해져 산이 매우 커졌다는 사실을 발견했다. 라이엘은 화산의 높이와 화산 폭발 주기, 그리고 폭발할 때마다 상승한 산의 높이를 통해 에트나 화산의 나이를 추정, 수십만 년이나 된 것임을 밝혀냈다. 라이엘에게 영향을 받은 과학자들 중에는 찰스 다윈도 있었다. 다윈은 남부 잉글란드의 거대한 계곡의 침식작용을 발견하고, 한때 그 위에는 거대한 돔이 있었다고 주장했다. 따라서 돔을 구성하는 암석의 크기를 추정하면 시간을 계산해 낼 수 있게 되는 것이다.
2,000만 년이라는 족쇄
이 책에 등장하는 본격적인 데이팅 게임이 시작되는 1906년으로 거슬러 올라가보면, 당시 물리학계에서 최고의 권위를 자랑하던 켈빈 경은 꽤 오래 전부터 지구의 나이는 2,000만 년이라고 주장해왔다. 그의 이론에 따르면 용융 상태였던 지구가 냉각되었다가 2,000만 년 동안 서서히 식어 지금의 상태가 되었다. 그는 당대의 가장 위대한 물리학자이자, 무서운 고집쟁이로 알려져 있었다. 다윈은 젊은 지구론을 고수하고 있는 그를 ‘진화론을 방해하는 골칫거리’라고 묘사했다.
지구의 시간을 늘려 줄 우라늄 시계가 발견되다!
이제 지구에게 더욱 충분한 크기의 시간이 필요하다는 사실을 모두들 깨달았다. 그리고, 1890년대에는 신비한 광선이 세상에 알려지면서 획기적인 변화가 일어났다. 당시 파리에서 물리학을 연구 중인 신혼의 퀴리 부부는 몇 해 전 뢴트겐이 발견한 눈에 보이지 않는 에너지의 기원 ‘우라늄 광’에 대한 연구에 몰두하고 있었다. 마리 퀴리는 우라늄과 같은 광을 내는 토륨이라는 또 다른 원소를 발견하였고, 곧 이어 그녀는 우라늄과 토륨에서 방출되는 빛은 화학 반응의 결과가 아니라 원소로부터 직접 기인한다는 결론에 이르게 되었다. 즉, 그때까지 더 이상 분해될 수 없는 물질의 가장 기본 단위로 알려진 원자가 그보다 더 작은 부분들로 구성되었다는 증거를 제시한 것이다.
또한, 27세라는 젊은 나이에 캐나다 맥길 대학의 물리학 교수가 된 어니스트 러더퍼드는 라듐이라는 금속 물질에서 라돈이라는 방사성 비활성기체원소가 발생하는 것을 알아내면서 원소의 ‘붕괴이론’을 정립했다.
 
마침내......
이제 켈빈이 주장한 대로 지구가 용융상태로부터 냉각될 수도 있었지만, 냉각되는 동시에 지구 내부의 방사능 원소들이 열을 발생시켜 냉각의 속도를 더디게 할 수 있다는 기적 같은 사실이 밝혀졌다. 마침내 2,000만 년이라는 답답한 옷을 벗어던질 수 있게 해준 지질학적 시계가 발견된 것이다. 이제 남은 일은 이 시계를 사용하여 시간을 읽는 것이었다. 우리는 아주 오랜 시간 동안 지구의 시간을 읽는 방법에 몰두해 온 한 지질학자를 만나게 된다.