제7장. 지구와 우주의 기원

                                

 

                    

 

창조과학과 기원

제 7 장. 지구와 우주의 기원

 

1. 자연계를 구성하는 네 가지의 기본 힘 - 전자기력, 강력, 약력, 중력

1.1 전자기력(Electromagnetic force)

  • 전자기력 : 전기적 전하(electric charge)를 갖는 물체들 사이에 작용하는 힘.

    → 전자기력이란? 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 자기장이 생긴다. 따라서 전류가 흐르

        는 도선 주위에 자침이나 가벼운 자석을 놓으면 힘을 받게 된다. 이 현상은 두 자석 사이에

       서 서로 끌어당기거나 밀어 내는 자기력과 같은 현상으로 설명할 수 있다.

    → 같은 양의 음전하와 양전하 ⇒ 전기적으로 중성을 띰. ⇒ 전하를 뛰고 있는지 알 수 없음.

  • 전자기력은 중력보다 매우 커서 수소원자의 경우 양성자와 전자사이에 작용하는 전자기력은

    중력보다 10³⁸배 큼.

  • 전기적 전하는 양의 전하와 음의 전하 두 가지로 존재.

    → 같은 종류의 전하 : 반발하는 힘이 작용.

    → 다른 종류의 전하 : 끌어당기는 인력이 작용함.

  • 원자의 경우 음의 전하를 가진 전자들과 양의 전하를 가진 원자핵들 사이에 전자기력이 작용.

    → 원자핵주위를 음으로 대전된 전자들이 회전함.(지구, 태양 등은 거의 같은 수의 양과 음의

        전하가 존재하므로 태양과 지구 사이에는 전자기력이 거의 영향을 끼치지 못함.)

1.2 강력(Strong force)

  • 강력은 원자핵내의 양성자와 중성자를 구성하는 쿼트들 사이에 작용하는 힘.

  • 원자핵 내에서 가장 큰 영향력을 미치며 양성자와 중성자를 결합시키는 역할을 함.

  • 강 전하(strong charge)를 지니는 입자들 간에만 영향, 강 전하를 지니지 않는 입자들 사이에

    는 아무런 영향을 끼치지 않음.

1.3 약력(Weak force)

  • 약력은 원자핵을 붕괴시키는 힘으로 방사능의 원인이 됨.

  • 약 전하(weak charge)를 갖는 물체들(스핀 1/2의 입자들은 약 전하를 갖는다.)사이에 작용.

  • 강력보다 작으며(10^-7배 정도) 원자핵보다 더 작은 영역에서 작용하며 중성자가 양성자와 전

    자, 반중성미자로 붕괴하게 하는 역할을 함.

1.4 중력(Gravitational force)

  • 태양계 및 우주 전체의 개략적 구조를 구성하는 힘.

  • 궤도상에 행성을 붙잡아두고 은하들의 운동을 조절함.

  • 네 가지 기본 힘 중에 가장 약하며 원자나 분자들의 행동에 거의 영향을 끼치지 못함에도 불구 

    하고 거시적인 우주의 구조를 결정하는 중요한 역할을 함.

  • 중력의 크기는 대상 물체들의 질량에 비례하며 그들 간의 거리의 제곱에 반비례함.

 

 

 

                                  

2. 생명체의 존재성과 연관된 기본 힘의 특성

2.1 강력의 경우

  • 강력이 조금만 약해도 원자핵들의 구성이 불가능 ⇒ 수소원자만 존재

    ※ 중수소(deuterium) : 태양과 같은 별들이 에너지를 방출하게 하는 핵반응에 매우 밀접.

                                       생명체의 존재에 매우 중요한 원소 ⇒ 존재하지 못함

  • 강력이 2% 정도만 더 크다면 :  2개의 양성자가 결합, 우주의 대부분이 헬륨으로 채워지고

    약간의 수소만 존재.

    ※ 수소가 없다면 → 태양도, 생명체 존재의 핵심인 물도 없게 됨.

                              → 생명체를 구성하는 필수불가결한 중원소도 존재하지 못함.

    ※ 중원소 : 원자량이 큰 원자들

  • 강력이 2% 정도만 더 작다면 : 생명체를 구성하는 데 필요한 중원소들이 불안정해 짐.

2.2 약력의 경우

  • 약력이 조금만 크다면 중성자가 빨리 붕괴되어 헬륨을 형성하기가 어려움.

    ※ 헬륨 : 생명체에 필요한 중성자를 만드는 데 필요

    ⇒ 약력이 아주 컸다면 : 헬륨만 남게 되어 생명체에 필수불가결한 물이 존재하지 않음.

    ⇒ 약력이 조금만 약할 경우 : 헬륨만 남게 되어 생명체의 존재가 불가능.

   ※ 약력이 상당히 크거나 작게 되면 : 중원소의 존재가 어려움.

  • 태양에서 수소가 천천히 타도록 조절하는 작용 → 지구상의 생명체에게 매우 중요함.

    ⇒ 적절한 에너지의 공급

    ⇒ 적절한 에너지가 생명체에 공급되어지지 않으면 생명유지가 불가능.

2.3 전자기력의 경우

  • 원자핵 주위의 전자궤도는 분자를 형성할 때 원자가 다른 원자와 결합할 수 있는 정도를

    결정함.

    ⇒ 전자기력이 조금만 강하다면 : 다른 원자들과 전자의 공유가 불가능→분자를 형성 하지

        못하게 됨.

    ⇒ 전자기력이 조금만 약하다면 : 원자핵 주위의 전자궤도에 영향→분자를 형성 못하게 됨.

   ※ 전자기력의 세기가 조금만 달라도 생명체의 형성은 불가능함.

  • 양성자의 질량과 전자의 질량비는 전자기력의 세기와 상상을 초월할 정도로 밀접하게 연관.

     ※ 양성자의 질량과 전자의 질량비 : 양성자는 전자에 비해 1,836배 무겁다.

    ⇒ 양성자의 질량과 전자의 질량비는 전자시력의 세기는 정확히 균형 잡혀 있음.

   ※ 균형이 깨진다면 생명체에 필요한 화학결합(chemical bonding)은 존재할 수 없다.

  • 양성자의 질량과 중성자의 질량비는 생명체 형성에 매우 중요한 값.

     ※ 양성자의 질량과 중성자의 질량비 : 중성자는 양성자보다 1/1,000정도 무겁다.

    ⇒ 질량차가 전자질량의 두 배 정도가 아니었다면 핵들은 안정할 수 없다.

    ⇒ 우주의 중성자의 질량이 조금만 더 컸다면 중성자는 양성자로 붕괴하고 전자기력은 핵들을

        형성하지 못하게 되어 수소만 존재.

    ⇒ 질량차가 조금만 달라도 자유 중성자들은 양성자로 붕괴하지 못함.

2.4 중력의 경우

  • 중력은 우주의 기본적인 구조를 이루게 하는 작용.

    ⇒ 태양계, 은하계, 은하단, 초은하단 등 우주의 거시적 구조는 중력에 의해 결정

   ※ 중력의 미세한 변화는 우주가 현재와는 전혀 다른 거시구조를 갖는 것을 의미.

  • 중력과 전자기력은 태양과 같은 별을 형성하는 데 중요한 역할.

  • 중력은 별이 그 형태를 유지하게 하며 별 내부로 압력을 가하도록 함.

  • 전자기력은 별들로부터 에너지를 방출하는 복사(radiation)를 일으킴.

    ⇒ 별 표면의 온도 : 별 내부 핵 온도와 연관, 만일 별이 안정적인 상태에 있다면 표면에서 에너

        지를 잃는 비율은 내부 핵에서의 에너지 생성율과 같다.

    ※ 에너지 생성율 : 중심 온도에 의해 좌우되며 중심온도는 내부 핵의 에너지 생성율과 표면의

        에너지 방출정도가 동일하도록 조절되어 짐.

  ※ 중력이나 전자기력의 값이 조금만 달라도 생명체의 존재에 필수적인 태양과 같은 별

      들이 존재하기가 어려워 짐.

 ◉ 원자(Atom) : 원자핵(Nucleus)과 전자(Electron)로 구성

 ◉ 원자핵(Nucleus) : 양성자(Proton)와 중성자(Neutron)로 구성

 ◉ 쿼크(Quark) : 양성자와 중성자를 형성함.

    <참고>

    ＊ 쿼크(Quark): 홀수배의 스핀값을 가지는 페르미(Fermi)입자. 물질의 기본적인 구성입자의

                            추측되는 원자구성입자, 질량과, 각운동량의 양자역학적 기본단위의 1/2 스핀

                            을 갖는다.

       ☞ 쿼크종류(전하량) : up, charm, top, down, strange, bottom - 6종류

족[family]	이름(영문)[flavor]	기호[symbol]	전하량	질량(MeV)
1	위(Up)	u	+2/3	1.5 - 5
	아래(Down)	d	-1/3	17 - 25
2	맵시(Charm)	c	+2/3	1100 - 1400
	야릇한(Strange)	s	-1/3	60 - 170
3	꼭대기(Top)	t	+2/3	165000 - 180000
	바닥(Bottom)	b	-1/3	4100 - 4400

       ☞ 쿼크들 중에서 charm, bottom, top 쿼크들은 안정하지 못하기 때문에 인공적으로 만들어

           지더라도 곧 스스로 붕괴한다. 따라서 우리가 눈으로 보는 거의 모든 물질은 궁극적으로 

            u쿼크, d쿼크 및 전자들로 이루어져 있다.

                    

 

    ＊ 경입자(lepton) : 전자, μ중간자, 전자중성미자, μ중성미자 및 그 반입자 등 소립자의 총칭.

                                 핵자(核子)보다 질량이 작기 때문에 경입자라고 하지만 τ입자가 발견되어

                                 그 질량이 핵자의 2배 정도 되므로, 경입자의 특징은 가볍다는 것이 아니

                                 라 강한 상호작용을 하지 않는다는 점에 있게 되어, 경입자라는 명칭은 적

                                 당하지 않고 약입자(弱粒子)라고 하는 편이 적절하다는 의견도 있다.

                                 경입자의 종류는 6개이며. 그 중에서 3개는 전하를 가지고 있고, 나머지 3

                                 개는 전하량이 없는 것으로 알려져 있다. 전자는 음의 전하를 가지고 있으

                                 며, 전하를 가진 나머지 두개의 경입자는 뮤온(muon)과 타우온(tauon)인

                                 데, 이들의 전하량은 전자와 같지만 질량은 전자보다 크다. 다른 3가지 경

                                 입자는 중성미자(ν)가 있다. 지금까지 알려진 바에 의하면 중성미자는 전

                                 기적으로 중성이고 질량이 거의 없다. 모든 경입자들에 대한 반입자

                                 (antilepton ; antimatter-lepton)가 존재하며 같은 질량에 전하량이 반대

                                 이다. 강한 상호작용을 하지 않는 페르미온을 말하며, 그 특징은 전자기적

                                 상호작용과 약한 상호작용만을 지니고 있다.

 

 

                      

3. 지구 및 지구주위의 특별 시스템

3.1 놀라운 보호(protection)를 보여주는 예들

 3.1.1 지구

  (1) 지구의 대기

   • 지구의 대기 중 99% 이상이 질소(78.1%), 산소(20.9%)로 이루어져 있음.

     ⇒ 대기 구성의 근본적인 이유 : 지구의 적정한 크기 때문

     ⇒ 지구크기가 현재 크기가 아니라면 지구대기구성비가 바뀌어 생명구성에 필요한 기체들

         만을 붙잡아 둘 수 없게 됨.

    • 지구 대기의 구성비 ⇒ 생명체에 중요한 영향력

    • 지구의 대기는 대류권, 성충권, 중간권, 열권(온도권)의 4가지 층으로 나누어 짐.

     ⇒ 대류권 : 지표로부터 약 10Km 정도까지의 영역 - 대류현상 및 기상현상들이 일어남.

     ⇒ 성충권 : 대류권으로부터 약 50Km의 영역 - 오존층(자외선을 흡수 -자외선으로부터 생명

                      체를 보호하며 생명체에 필요한 자외선만 통과시킴.)

     ⇒ 중간권 : 성충권 위쪽 - 지구로 유입되는 수많은 운석(별똥별)을 태움.(지구의 생명체 보호)

     ⇒ 열권 : 중간권 위(지표로부터 90-600Km의 영역) - X선 등을 산란시킴.

    • 지구의 대기는 지구의 열을 보호해주는 열 차단장치를 하며 열 저장장치, 열 분산장치의 역할

      을 함.

  (2) 지구의 자기

    • ‘지구가 커다란 자석같이 행동한다.’라는 사실은 오래전부터 잘 알려져 왔는데, 그 이유는 지

       구 전체를 덮는 자기장 때문이다.

    • 자기장은 생명체에 엄청나게 중요한 역할.

      ⇒ 우주에서 지구로 유입되는 생명체에 치명적인 수많은 물질들로부터 지구를 보호함.

      ⇒ 만약 자기장의 세기가 현재보다 커지면 지상에 전자기폭풍이 발생 → 생명체가 살수 없다.

      ⇒ 만약 자기장의 세기가 지금보다 작다면 우주에서 유입되는 하전입자로부터 지구상의 생명

          체를 보호할 수 없게 된다.

  (3) 지구의 온도

      ⇒ 지구의 평균 일교차 : 약 20도

      ⇒ 지구의 연교차(일 년의 기온차이) : 40~50도

      ⇒ 생명체가 살기에 매우 적합한 환경.

      cf. 화성, 금성 등의 태양계내의 행성들의 일교차 또는 연교차 : 200도 이상

    • 환경을 구성하는 원인

     1) 지구가 태양으로부터 적절한 위치에 있기 때문

       ㆍ 지구가 현재 위치에서 20%만 벗어나도 생명체의 존립이 불가능 함.

     2) 지구의 공전궤도가 거의 원에 가까운 특이한 구조이기 때문

       ㆍ 지구공정궤도는 원에서 3%정도 이격 된 궤도

       ㆍ 태양계의 다른 행성들 : 심하게 찌그러진 타원궤도 → 엄청난 연교차의 원인.

     3) 지구의 자전축이 23.5° 기울어진 채로 자전과 공전을 하기 때문

       ㆍ 자전 : 지구전체의 대기와 대양 안에 생명체에 적합한 순환시스템을 제공.

       ㆍ 지축의 기울어짐 : 지구표면의 대부분이 적정기후를 가지게 함.

     4) 지구대기, 해양 등의 복합시스템 때문

       ㆍ 지구대기에는 매우 적절한 양의 이산화탄소와 수증기가 존재.

          → 적절하지 않는 이산화탄소와 수증기는 지구환경에 매우 심각한 영향을 끼침.

       ㆍ 지구전역에서 일어나는 기단의 이동, 즉 바람은 지구전체의 온도를 균일하게 하는 역할

       ㆍ 해수에 의해서도 지구전체의 온도가 균일하게 되어 짐.

          → 지구전체의 70%를 덮고 있는 해수는 일정한 온도를 유지케 하는 매우 중요한 역할.

 3.1.2 태양

  (1) 태양크기의 특별성

    • 태양은 한 동안 아무 근거 없이 별 볼일 없는, 우주에 매우 흔한 별들 중의 하나라 여겨왔다.

      → 이것이 사실이라면 우주전체에 지구와 같은 행성을 가진 별들이 수없이 존재함을 의미.

      → 최근의 연구는 이런 생각이 옳지 않음을 보여 줌.

      → 천문학 교과서에서 전혀 평범하지 않는, 진기하기까지 한 별이라고 언급하기 시작 함.

    • 은하계의 80%정도의 별들은 적색왜성, 8~9%는 G형 왜성으로 알려 짐.

    • 태양은 가장 질량이 큰 별 10%정도에 속함 - 지구형 행성을 거느릴 가능성을 갖고 있는 크기

    • 태양 정도 크기의 별 만이 광합성을 하기에 적합한 파란색과 붉은색 빛을 적당한 강도로 제공

    • 태양은 대 부분의 다른 별과는 달리 훨씬 더 안정적임. - 변화율 0.1%정도

      (태양이 방출하는 에너지 흑점주기를 11년에 걸쳐 조사한 결과)

      → 지구에 매우 안정한 환경을 제공 함.

  (2) 태양위치의 특별성

    • 우주에는 3가지 종류의 은하가 있음. - 나선 은하, 타원 은하, 불규칙 은하

      ⇒ 타원 은하, 불규칙 은하 : 생명체가 거주하기에 부적합.

      ⇒ 나선 은하 : 생명체에 대한 가장 큰 거주 가능성.

      ⇒ 모든 장소에 생명체가 거주 가능한 것은 아님. 오직 나선 은하의 안쪽에 위치하지 않는, 나

          선팔 사이에만 생명체가 거주 가능 → 태양계가 위치하는 곳이 바로 그 곳..

    • 우리 은하계는 매우 얇은 원반 형태이며 태양은 원형궤도를 가짐.

      ⇒ 태양계가 생명체에 대해 위험지대인 나선 은하 안쪽으로 들어가지 않는 이유.

    • 태양은 생명체가 존재할 수 있는 최적의 질량, 최적의 구조, 최적의 광도, 최적의 위치를 제공

      하는 것으로 알려지고 있음.

 3.1.3 달

    • 지구 자전축의 안정은 지구상의 생명체에 매우 중요한 사안이며 지구 자전축이 기울어져 있

      기 때문에 사 계절이 생기며, 23.5°가 기울어져 있기 때문에 극심한 온도차이가 발생하지 않

      는다.

      ⇒ 달이 지구의 자전축을 안정하게 하는 역할을 하고 있음.

      ⇒ 지구 기후를 안정하게 하는 중요 역할을 함.

    • 조석의 역할 : 지구 조석 현상의 60%는 달의 영향.(나머지 40%는 태양의 영향.)

      ⇒ 조석은 대륙의 영양소를 바다로 전달해 주는 동시에 해양 안에서의 순환시스템을 제공 함.

 3.1.4 태양계의 다른 행성

    • 태양계의 다른 행성들은 지구를 지키는 지구보호대의 역할을 하고 있음이 밝혀짐.

    • 지구 질량의 300배가 넘는 목성 - 수많은 혜성들로부터 지구를 지키는 역할을 하고 있음.

      (예. 1994년 슈마허-레비혜성 : 목성과 충돌 - 전 세계에 중계 됨.)

    • 토성과 천왕성 또한 지구보호대의 역할을 하며, 반면에 다른 행성들은 화성과 목성 사이에 존

      재하는 소행성으로부터 지구를 지키는 역할을 함.

                           

 

   ☞ 생명체가 생명현상을 유지하기 위해 필요한 요인(factor)의 수는 엄청나다. 따라서

      이러한 수의 엄청난 수의 환경요인에 의해 얻어지는 생명체 가능영역은 극도로 협소

      하다. 놀랍게도 이 극도로 협소한 영역에 우리가 사는 지구가 놓여 있으며, 지구 외

      에 다른 어떤 곳이 이 엄청난 수의 환경 요인을 모두 충족시킬지는 회의적이다.

        ‘이런 환경을 지구가 갖도록 우주를 구성하는 4가지 기본 힘을 비롯한 기본 값들이

      세밀하게 조절(fine tuning) 되어 있다’라는 사실은 지구와 우주가 저절로 생긴 것이

      아니라 설계되었음을 반증한다.

 

 

                                            

 

 

                                

 

                     하나님의 사랑과

 

              예수님의 십자가의 보혈만이

 

             우리를 자유케 할 수 있습니다.