우리가 살고 있는 일반적인 환경에서 질량이 없는 무(無)의 상태에서 질량이 존재하는 유(有)의 상태로 전이되는 과정을 가장 잘 관측할 수 있는 것은 무엇일까?
바로 식물이 상태변화가 무에서 유를 얻는 일반적인 과정이다. 식물은 질량이 없는 햇빛을 이용하여 우리가 인식할 수 있는 질량을 갖는 물질 에너지로 변화시켜 준다.
이 녹색식물의 정체는 무엇일까?
다음은 한국민족문화 대백과사전에 기록된 식물에 대한 내용이다.
「식물: 일반적으로 식물은 다세포로 세포벽을 형성하며, 엽록체로 광합성을 하여 독립영양 생활을 한다. 반면 동물과 같은 운동성은 거의 없다. 대부분의 식물은 육상에서 생활하며 광합성 원생생물인 조류와 구분지어 육상식물이라 지칭하기도 한다.
식물들은 지구상에 산소를 공급하는 허파의 역할을 한다. 또한, 모든 먹이사슬의 가장 기본적인 영양분 제공의 역할을 함과 동시에 ... 중략, 그러나 활용에만 치우친 나머지 자연계의 균형을 유지하기가 어렵게 되어 자연보존 및 자연보호의 소리가 날로 높아가고 있다.」
대백과 사전에 정의된 내용처럼 식물의 기능은 지구상에 산소를 공급하는 등 다양한 기능을 한다. 하지만, 그중에서도 물을 저장하는 완충 기능은 무엇보다도 동물이 살아가는데 중요한 기능일 것이다. 식물의 90%는 물이기 때문에 지구상에서 제일 무게가 많은 식물이 지표면에 물을 저장하여 완충역할을 함으로써 동물들이 살아가도록 안성맞춤의 장소를 제공하고 있다.
식물이 거의 없는 사막을 상상해 보면 식물이 갖고 있는 물로 인한 완충장치가 얼마나 중요한지 짐작할 수 있을 것이다.
태양이 발산하는 햇빛을 이용하여 광합성작용으로 질량을 만들어내는 식물을 설명하려면 일단 4가지 요소를 이해해야 한다.
햇빛은 온도와 빛이다. 식물이 싹이 트고 자려나려면 물(H2O)이 필요하다. 지표면에 저장되어 있는 수분은 식물이라는 생명체가 살아가는 최적의 장소일 것이다. 어느 정도 시간이 필요하다. 따라서 필수요소는 물, 온도, 빛, 시간이다.
그런데 식물이 자라는 현상을 자세히 살펴보면 항상 일정한 규칙적인 모양을 만들며 지면에 대하여 수직방향으로 자라난다. 수직으로 자라지 않는 식물을 본적이 있는가? 땅에 기어가며 자란다는 넝쿨식물도 수직한 물체를 만나면 수직방향으로 감아 올라가며 자란다. 이는 중력의 반대방향 관성력인 수직항력이 항상 작동하기 때문이다.
그래서 식물이 성장하는데 필수요소는 물, 온도, 빛, 시간에 중력을 포함하여 5요소가 필수가 된다. 지금까지도 식물학계는 식물성장에서 중력요소를 제외하고 4가지 요소로 설명하고 있다. 엄연히 존재하는 중력 작용을 빠트렸기 때문에 식물에 대하여 알면 알수록 모르는 게 너무 많아지는 현상이 발생하게 된다. 더구나 농사법에 있어서는 이론과 현장의 불일치가 갈수록 심화되고 있다.
이러한 불일치를 해소하려면 식물 줄기에 적어도 중력이 작동하고 있다는 과학적 사실을 적용하는 새로운 접근법이 요구된다.
그런데 중력은 단순히 질량을 뜻하지 않고 상황에 따라 다양하게 쓸 수 있다.
이 중력을 무게, 중력가속도, 관성력, 수직항력, 대기압과 같이 쓰면 대략 다음과 같이 등식으로 나타낼 수 있다.
무게(질량)= 지구중력= 중력가속도= 관성력= -(수직항력)= 대기압/㎡
이 등식을 이용하여 현실화하기 힘든 중력대신에 수직항력과 대기압으로 다음과 같이 나타낼 수 있다.
-(수직항력)= 대기압/㎡
이 등식의 좌변과 우변의 분모를 없애고 부호를 바꾸면, 수직항력㎡ = -(대기압)으로 나타낼 수 있다.
수직항력㎡ = -(대기압)
이 수식을 식물줄기에 대입하여 풀이하면 ‘줄기의 성장은 대기압에 접하는 면적에 비례하여 방향이 반대로 자란다’ 라고 해석된다.
이로써 식물의 줄기와 뿌리가 성장하는 현상을 다음과 같이 모두 중력으로 설명할 수 있다.
‘식물 성장에 중력이 작용하여 줄기는 대기압에 비례하여 수직항력의 영향으로 위로 올라가고, 뿌리는 중력가속도에 비례하여 지하방향으로 뻗어가는 관성이 있다.’
이 식물 성장하는 메커니즘을 이해가 용이하게 일상주변에서 예를 들어 추가설명하면, 튜브에 공기를 넣는 펌핑기를 생각해 볼 수 있다.
펌핑을 하면 공기가 튜브를 팽창시켜 튜브압력이 높아진다. 이때 펌핑을 하는 에너지는 사람이 수동으로 작동되든 기계에 의한 장치이든 간에 외부의 힘에 의한 에너지의 전달이다. 그런데 사람들은 펌핑기에 에너지를 가하는 것이 보통 자기 자신이 되기 때문에 별도의 동력을 쓰고 있다고는 생각하지 못한다.
이와 마찬가지로 식물이 성장도 외부의 에너지가 가해지고 있는데, 그것이 바로 지구중력이라는 대기압이 항상 작용하고 있다. 하지만 우리가 평상시 중력의 존재를 느끼지 못하듯이 식물성장에 중력에너지가 작동하고 있다는 생각을 하지 못하고 있을 뿐이다.
같은 장소에 똑같은 나무를 심어도 몇 년이 지나면 어떤 나무는 열매를 잘 열리는 풍성하고 튼실한 나무가 되어 있는데 반해 어떤 나무는 열매가 잘 달리지도 않으면서도 쇠약한 나무가 되어있기도 한다. 이러한 차이를 일반적으로는 토양중의 양분이나 비료 또는 햇빛에 기인한다고 생각하며 믿고 있다. 하지만 이는 그럴듯한 착각이다.
일반적인 통념처럼 공급되는 비료나 영양분의 차이가 아니라, 식물에 가해지는 물과 중력 차이가 주요한 식물의 성장 차이로 나타난다.
다시 말해 동일한 장소에서 식물이 자라는 크기차이의 한 원인은 중력편차가 하나의 요소가 되어 서로 다른 크기의 질량을 갖게 하는 식물이 되게끔 한다.
다음 편에 계속...
김진한 칼럼니스트는?
1968년 6월 생으로 제주 성산 삼달리에서 출생하여 삼달초교, 신산중, 금오공업고등학교, 금오공과대학을 졸업, 91년 육군소위로 임관하여 장교로 군복무 후 육군대위 전역, 2002년도 출생지로 돌아와 귀농 하였다.
이후 2004년 '제주대 최고농어업경영자과정', 2009년 '한국벤처농업대학' 등의 과정을 수료, 2004년~7년까지 '제주도정보화농업인연합회' 창립발기인 및 초대, 2대 사무국장을 역임 하는 등 쉼 없는 노력을 인정받아 2006년 '전국 농업인 홈페이지 경진대회 최우수 농림장관상','농촌진흥청장 표창', 2011년 '농업인 정보화 관련 유공 제주도지사 표창' 등 다수의 상을 수상 하였다.
또한 여러 활동과 경험을 바탕으로 농업과 공학을 접목시키는 기술을 연구, 2015년 '감귤나무를 포함하는 과실나무의 전정방법', 2016년 '이동식감귤선별장치' 2017년 '감귤나무를 포함하는 과실나무의 전정방법' 등을 특허등록 하였다.
저서로는 2015년 '상대성이론과 식물역학'(하나출판), 2016년 '중력파와 식물성장법칙'(하나출판)이 있으며, 2018년에는 '전정법 개선으로 고품질 감귤생산 실용과제' 를 '대산농촌재단 농업실용연구총서7'에 발표 하였다.
<본 칼럼의 내용, 이론은 김진한 칼럼니스트 개인 연구 결과임을 참고 바랍니다>
