생명, 경계에 서다 양자생물학의 시대가 온다

생명, 경계에 서다 양자생물학의 시대가 온다

$22.00
Description
이제 생명의 역학에 대한 우리의 이해가 완전히 뒤바뀐다!
물리학자 짐 알칼릴리와 유전학자 존조 맥패든이 양자물리학, 생화학, 생물학을 접목시켜 20여 년간 연구한 내용을 담아낸 『생명, 경계에 서다』. 양자생물학이라는 다소 생소한 학문을 탄탄한 과학적 기초에서 시작해 합리적 추론 과정을 거쳐 최신 실험과 이론까지 망라해 그 원리를 밝히는 책이다.

이 책의 저자들은 직접 경험한 최첨단 과학과 더불어 지금까지 양자역학에서 발견한 것과 그 중심에 있는 ‘이상한’ 현상들을 밝혀낸다. 다시 말해 최근 세계 전역에서 수행 중인 획기적인 실험들을 통해 광합성 과정이 동시에 여러 곳에 존재할 수 있는 아원자 입자에 어떻게 의존하는지를 보여주고, 세포 내 모든 분자를 만드는 생명의 일꾼인 효소 내부에서는 한 지점에서 사라진 입자가 난데없이 다른 데서 나타나는 현상을 밝힌다. 이들이 여기서 논의하는 논문들은 발표된 지 불과 몇 년 되지 않은 최신의 것이다.

불과 10여 년 전까지만 해도 대부분의 과학자는 터널링과 다른 정교한 양자 현상이 생물학에서 일어날 수 있으리라는 생각 자체를 묵살해왔다. 양자 현상이 이런 장소에서 발견된다는 사실은 생명이 세포를 작동시키기 위해 양자세계가 제공하는 장점을 획득하기 위한 특별한 수단을 강구했다는 것을 암시한다. 그 수단은 어떤 것일까? 양자생물학에서 가장 큰 불가사의 중 하나인 이 수수께끼가 이제 서서히 풀리고 있다.

북 트레일러

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저자

짐알칼릴리,존조맥패든

짐알칼릴리는대학교수이자작가,방송인이다.서리대학을대표하는이론물리학자인그는양자역학을연구하면서학생들을가르치고있다.『선구자들:아랍과학의황금기Pathfinders:TheGoldenAgeofArabicScience』『양자:궁금한이들을위한길잡이Quantum:AGuideforthePerplexed』『물리학패러독스Paradox:TheNineGreatestEnigmasinPhysics』외다수의대중과학서를저술했다.TV와라디오다큐멘터리에서활발히활동하는데,영국영화TV예술상(BAFTA)후보에올랐던「화학:변화무쌍한역사Chemistry:AVolatileHistory」와「카오스의은밀한생활TheSecretLifeofChaos」등이대표작이다.

목차

1장들어가는글
숨겨진유령같은진실│양자생물학│양자역학이정상적인현상이라면,우리는왜양자생물학에흥분해야하는가?

2장생명이란무엇인가?
“생명력”│역학의승리│분자당구대│생명도카오스?│생명을더자세히들여다보기│유전자│생명의묘한웃음│양자혁명│슈뢰딩거의파동함수│초기의양자생물학자들│질서│불화

3장생명의엔진
효소:산자와죽은자사이│우리에게효소가필요한이유와올챙이꼬리가사라지는이유│경관의변화│좌충우돌│전이상태이론이모든것을설명할까?│전자전달하기│양자터널링│생체에서일어나는전자의양자터널링│양성자의이동│동적동위원소효과│그렇다면이것이양자생물학에서양자를형성할까?

4장양자맥놀이
양자역학의핵심적수수께끼│양자측정│광합성의중심을향한여행│양자맥놀이

5장니모의집을찾아서
향의물리적실재│드러나고있는후각의비밀│양자코로냄새맡기│코전쟁│물리학자,냄새를맡다

6장나비,초파리,그리고양자울새
조류나침반│양자스핀과유령같은작용│유리기에서방향의의미

7장양자유전자
충실도│배신│기린,완두콩,초파리│양성자를이용한암호│양자도약유전자?

8장마음
의식은얼마나기이한가?│생각의역학│마음은어떻게물질을움직일까?│큐비트계산│미세소관을이용한연산?│양자이온통로?

9장생명은어떻게시작되었는가
끈끈한문제│곤죽에서세포로│RNA세계│그렇다면양자역학이도움이될수있을까?│최초의자기복제자는어떤모습이었을까?

10장양자생물학:폭풍의경계에선생명
굿바이브레이션(밥-밥)│생명의원동력에대한고찰│고전적폭풍의양자경계에선생명│상향식접근법으로생명만들기│원시적인양자원시세포의첫출발

에필로그:양자적삶

감사의글
주석
찾아보기

출판사 서평

내옆에있는사람은너무평범하고보잘것없어인간이불완전한존재임을일깨워준다.그러나그런그를자세히들여다보니그안에는신비로운생명의불꽃이타오르고있다.그는살고죽는생명의비밀을품고있지만,우리는여전히생사의메커니즘을명확히이해하지못했다.여태껏단한사람도.주변을보면전자는항상스핀하며촉매는반응하고있지만,생명을설명하는특별한요소는어디에도없다.
『생명,경계에서다』라는짜릿한책은이제막태동하는한분야의전체적인그림을보여준다.그러면서아원자수준에서일어나는지극...
내옆에있는사람은너무평범하고보잘것없어인간이불완전한존재임을일깨워준다.그러나그런그를자세히들여다보니그안에는신비로운생명의불꽃이타오르고있다.그는살고죽는생명의비밀을품고있지만,우리는여전히생사의메커니즘을명확히이해하지못했다.여태껏단한사람도.주변을보면전자는항상스핀하며촉매는반응하고있지만,생명을설명하는특별한요소는어디에도없다.
『생명,경계에서다』라는짜릿한책은이제막태동하는한분야의전체적인그림을보여준다.그러면서아원자수준에서일어나는지극히작은사건이인간과동물의행동에강력한효과를일으키며,거기에진정한생명이있다고주장한다.탁월한이야기꾼인짐알칼릴리와존조맥패든은양자역학속으로들어가그비밀을밝히고자한다.
과학자들에게과학계에서가장지대한영향을미친이론이무엇인지묻는다면,생물학자들은다윈의자연선택에의한진화론을꼽는반면물리학자들은양자역학에최고의자리를내줄것이다.우주전체의구성요소에대해놀라울정도로완벽한그림을제공하는물리학과화학은대부분양자역학의토대위에세워졌다.양자역학의설명능력이없었다면,이세계의작동방식은지금처럼많이이해되지못했을것이다.
과학계서랍안쪽에처박혀있던학설
유럽울새가보여준양자역학의한조각
이책은‘양자생물학’이라는다소생소한학문을탄탄한과학적기초에서시작해,합리적추론과정을거친뒤최신실험과이론까지망라해그원리를밝히는혁명적인책이다.물리학자알칼리리와유전학자맥패든은양자물리학,생화학,생물학을접목시켜20여년간연구한내용을여기에담아냈다.
흔히어떤물체가동시에두장소에존재하고,분명히통과할수없는장벽을통과하기도하며,멀리떨어져있는다른물체와연결을유지하는‘이상한’현상을양자역학이라한다.알다시피아인슈타인조차양자현상에대해“유령같은작용”이라고말한바있다.이책의저자들은이기이한개념을대중과학서로집필하고TV카메라앞에옮겨놓음으로써일반사람들에게인식시키기로결심했다.탁월한비유로화학,물리용어들을써가면서양자의원리를밝히는데,티끌보다도어마어마하게작은양자는결국거대한우주의비밀을밝혀줄단서가된다.
이야기의포문은유럽울새의날갯짓에서열린다.(이는책말미에가서밝혀질텐데생명의기원을드러낼커다란날갯짓이다.)말하자면추위를피해이동하는이철새가양자의원리를활용하고있다는것이다.전서구같은일부조류는자석입자를토대로하는전통적인나침반같은게머릿속에들어있을지도모르지만,울새는조금다른방식으로지구의자기장을‘본다’.
울새의눈에들어있는어떤화학물질은적당한에너지의빛을흡수하면전자들의배열을순식간에바꿀수있다.이런뒤바꿈은모종의양자속임수를이용해서동시에두형태로존재하는계를창조한다(양자얽힘).가장불가사의한양자의특성중하나인얽힘은두입자가아무리떨어져있어도즉각적으로연결될수있게해준다.실험을통해밝혀진바에따르면,얽힌전자쌍은자기장의방향성에특히민감할수있어,울새가적도방향으로향하고있는지아니면그반대방향으로향하고있는지를감지하게해준다.
『생명,경계에서다』는양자세계의아주작은사건들이유럽울새나인간과같은중간크기생명체의세계에미치는영향을명확히설명하는가운데,우리가사는세상이어떻게양자의기이함으로덧칠되고물들었는가를드러낸다.이로써생명의역학에대한우리이해는완전히뒤바뀐다.
불연속적인에너지준위,파동-입자이중성,결맞음,얽힘,터널링은최첨단물리학실험실에있는과학자들만흥미를가질게아니다.양자역학의현상들은할머니의사과파이만큼이나평범한실재이며,심지어할머니의사과파이속에서도일어나고있다.그처럼평범한것인데,다만세상이그것을기이하다고묘사할따름이다.
슈뢰딩거가옳았다
되살아난양자생물학의불씨
이책은양자생물학을새롭게논함에있어에르빈슈뢰딩거와파스쿠알요르단으로거슬러올라간다.과학계의한쪽서랍에처박혀있던양자생물학의불씨를계속지켜온사람은다름아닌양자파동역학을창안한슈뢰딩거이고,양자생물학의전체토대를이룬이는요르단이다.양자이론은20세기의가장혁명적인패러다임으로과학자라면누구나인정하지만,다만극저온의진공에서,나노규모의연구를하는실험실을연상시킨다.따라서대부분의과학자는따뜻하고축축하며뒤죽박죽의상태인살아있는몸속에서양자의기이함이어떻게살아남을수있는지의문을품는다.
생물학자들중에는양자역학이생물학과관련있다고보는이가많지만,그들은양자역학의역할이사소할것이라고주장한다.양자역학의규칙은원자의행동을관장하는것이고따라서양자세계의규칙이생물학의가장작은규모에서도작용해야하는것은맞다.그러나오로지그규모에서만작용할뿐,결과적으로생명에서중요한더큰규모의작용에는영향이전혀없거나혹은거의없을거라고보는것이다.
하지만이책의저자들은직접경험한최첨단과학과더불어지금까지양자역학에서발견한것과그중심에있는‘이상한’현상들을밝혀낸다.다시말해최근세계전역에서수행중인획기적인실험들을통해광합성과정이동시에여러곳에존재할수있는아원자입자에어떻게의존하는지를보여주고,세포내모든분자를만드는생명의일꾼인효소내부에서는한지점에서사라진입자가난데없이다른데서나타나는현상을밝힌다.
이들이여기서논의하는논문들은발표된지불과몇년되지않은최신의것이다.저자들은다음과같이말한다.“생체세포는유난스레복잡한장소라는것을기억하자.세포에는끊임없이뒤섞이고요동치는복잡한분자가가득하다.이분자들은사방으로흩어지는무작위운동을함으로써정교한양자결맞음을방해해서우리에게‘정상적’인일상세계를보여준다.요란한분자운동속에서는양자결맞음이살아남기어려울것이다.따라서분자의격랑이몰아치는바다인생체세포안에서터널링같은양자효과가지속된다는것은대단히놀라운발견이다.어쨌든불과10여년전까지만해도대부분의과학자는터널링과다른정교한양자현상이생물학에서일어날수있으리라는생각자체를묵살해왔다.양자현상이이런장소에서발견된다는사실은생명이세포를작동시키기위해양자세계가제공하는장점을획득하기위한특별한수단을강구했다는것을암시한다.그수단은어떤것일까?생명은양자현상의원흉인결어긋남을어떻게방지할까?양자생물학에서가장큰불가사의중하나인이수수께끼가이제서서히풀리고있다.”
양자암호의미래
폭풍의경계에선생명
생명의뿌리는뉴턴역학이라는표층에서부터요동하는열역학의수맥을관통해서양자역학의기반에닿아있다.그래서생명은결맞음,중첩,터널링,얽힘을활용할수있다.광계,효소,호흡연쇄,유전자는입자하나하나의위치까지구조화되어있으며,그입자들의양자운동은우리를살아있게하는호흡과우리몸을형성하는효소및지구상의거의모든생물질을만들어내는광합성에서정말로큰차이를일궈낸다.
생명은거센폭풍이부는바다위를항해하는배와비슷하다.이배에는거의40억년의진화로다듬어진유전프로그