어떤 가족에게 특징적인 모습이나 점 같은 표시들이 대를 이어 물려지고 있는 경우들이 있다. 이것은 정상적인 형대의 모습에 대립하는 대립유전자에 의해 다음 세대로 전달되면서 모든 세포분열에서 충실하게 재생산되었음을 안심하고 전제할 수 있다.
그런 특징적인 유전자 구조에 관여하는 원자의 수는 X선 실험에서 연구된 사례들에 참여하는 원자들의 수와 같은 규모이며, 그 유전자는 항상 인체의 정상 체온인 36.7도의 상태에 있다. 그 물질적인 구조는 분자 수준에 있다.
분자라는 원자들의 연합체가 존재하여 그것이 때때로 매우 안정적이지만, 거시적인 규모에서 물체의 에너지는 연속적으로 변화한다. 흔들리는 진자의 운동이 공기 저항에 의해 점차 속도가 느려지지만, 원자 규모에서는 그와 다르다.
원자 규모의 움직임에서는 본성상 특정한 불연속적인 양의 에너지만 가질 수 있으며, 그런 상태에서는 한 상태에서 다른 상태로 전이하는 것은 신비로운 사건이다. 일반적으로 이야기하는 '양자 뛰어넘기'라는 양자이론이다.
에너지가 원자계의 유일한 특징은 아니며, 다양한 종류의 운동을 할 수 있는 진자를 예로 들면, 천장에 연결된 줄에 매달린 무거운 공을 생각해 볼 수 있다. 그 공은 동서남북 어디로든 임의의 방향으로 흔들릴 수 있고, 원이나 타원을 그릴 수도 있다.
풀무로 바람을 만들오 공을 보드럽게 밀면 공이 한 운동 상태에서 다른 운동 상태로 연속적으로 전이하도록 만들 수도 있다. 적은 규모의 원작세계에서는 이런 특징들 대부분이 불연속적으로 변화한다. 그런 특징들이 에너지와 마찬가지로 양자화되어 있다.
결과적으로 여러 개의 원자핵과그 주위의 전자들은 서로 가까이 있어서 하나의 세계를 이룰 때 본성상 우리가 생각하는 것처럼 임의적인 구조를 취할 수 없다. 갯수가 굉장히 많지만, 분절적인 일련의 상태들 가운데 하나를 선택할 수 밖에 없다.
일반적으로 그런 상테들의 에너지 수준들에서는 에너지가 원자계의 특징에서 매우 중요한 요소이다. 이런 원자계는 에너지뿐만 아니라 훨씬 더 많은 것들이 관여하거나 필요할 수도 있고, 그런 상태를 이루는 모든 입자들의 배열을 의미하기도 한다.
유전자 세포를 구성하는 원자들의 한 배열 상태에서 다른 배열로의 전이가 양자 뛰어 넘기이다. 만일 그 배열이 에너지가 더 높은 수준이라면, 전이가 가능하기 위해서는 최소한 두 배열의 에너지의 차이만큼 추가 에너지가 외부에서 공급되어야 한다.
더 낮은 수준으로의 전이는 자발적으로 일어날 수 있으며, 이때 남은 에너지는 복사파로 방출된다. 이 과정에서 최저 에너지 수준의 원자들이 모여 분자를 쉽게 형성하게 되며, 분자들간의 에너지 차이가 해소되지 않으면 변화할 수 없게 된다.
최저 수준과 그 다음 수준의 분자들 간의 에너지 차이가 분자의 안정성을 정량적으로 결정하게 되고, 이런 에너지 수준의 차이, 즉 불연속성과 밀접하게 연관되어 있다. 또한 이런 분자들의 안정성은 온도에 따라 달라진다.
낮은 에너지 수준의 분자를 높은 에너지 수준으로 끌어올리기 위해서는 온도가 높을 수록 증가하며, 온도가 낮으면 일정 임계온도에 도달할 때까지 기다려야 한다. 평균적인 열에너지보다 필요한 에너지가 클수록 변화가 일어날 가능성은 줄어든다.
오늘도 흥겹고 행복한 하루 만들어 가시길 빕니다. 이동윤 드림 |
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