힘은 어디에 있는가

01ATP몸이 에너지를 만드는 방식 — 멈추지 않는 분자 화폐

우리가 밥을 먹고 숨을 쉬는 이유는 결국 한 분자를 만들기 위해서다. 아데노신삼인산, ATP. 세 개의 인산기가 사슬처럼 이어진 이 작은 분자는 흔히 '세포의 에너지 화폐'라 불린다. 포도당 한 분자가 산소와 함께 완전히 분해되면 미토콘드리아를 거쳐 대략 서른 개 안팎의 ATP가 만들어지고, 세포 안 화학반응 대부분은 이 ATP가 인산기 하나를 내놓으며 ADP로 바뀌는 순간 방출되는 에너지에 의존한다.

문제는 이 화폐가 결코 저축되지 않는다는 데 있다. 한 세포 안에 존재하는 ATP는 단 몇 분 만에 완전히 새것으로 교체된다고 알려져 있다. 몸 전체로 계산하면 그 규모는 상상을 넘어선다. 생화학자 한스 콘버그의 계산에 따르면, 하루 약 2,500킬로칼로리를 섭취하는 사람은 하루 동안 약 180킬로그램에 달하는 ATP를 만들고 또 부순다 — 자신의 몸무게보다 훨씬 많은 양의 '에너지 화폐'가 매일 몸속에서 발행되었다가 곧바로 소각되는 셈이다.

그러니 ATP는 애초에 '저장'을 위해 설계된 분자가 아니다. 그것은 만들어지는 순간 쓰이도록 설계된, 극도로 짧은 수명의 매개체에 가깝다. 몸이 힘을 '가지고' 있다는 감각은 사실 이 분자가 쉬지 않고 만들어지고 부서지는 순환 자체가 만들어내는 인상일 뿐이다. 힘은 어딘가에 쌓여 있는 것이 아니라, 매초 헤아릴 수 없이 반복되는 이 작은 거래 속에서만 존재한다.

02칼로리는 열이었다에너지 단위의 역사

지금은 식품 포장지마다 박혀 있는 이 숫자가, 원래는 몸과 아무 상관이 없었다는 사실은 잘 알려져 있지 않다. 칼로리라는 말을 처음 쓴 사람은 프랑스의 화학자 니콜라 클레망으로, 그는 1820년대 초 파리에서 증기기관의 열효율을 강의하며 이 단위를 정의했다. 물 1킬로그램의 온도를 섭씨 1도 올리는 데 필요한 열량 — 애초에 칼로리는 몸이 아니라 기관차와 보일러를 설명하기 위한 공학 단위였다.

이 단위가 몸의 언어가 된 것은 반세기 뒤, 미국의 화학자 윌버 애트워터에 의해서였다. 그는 음식을 밀폐된 용기 안에서 완전히 태워 발생하는 열을 재는 '봄 칼로리미터'로 수천 가지 식품의 에너지값을 측정했다. 나아가 사람이 방 크기의 밀폐된 공간에 며칠씩 머물게 하며 몸이 실제로 내뿜는 열까지 측정하는 호흡 열량계도 고안했다. 이 실험들을 통해 그는 지방 1그램이 약 9칼로리, 탄수화물과 단백질은 각각 약 4칼로리의 열을 낸다는, 오늘날까지 쓰이는 계산법을 남겼다.

흥미로운 점은 애트워터 자신의 관심이 다이어트가 아니었다는 사실이다. 그의 질문은 노동자와 군인, 수감자에게 얼마나 효율적으로 음식을 배급할 것인가라는 경제적이고 국가적인 문제에 가까웠다. 칼로리가 체중 감량과 자기관리의 언어로 자리 잡은 것은 그로부터도 한참 뒤, 20세기 대중매체와 다이어트 문화를 거치면서였다. 몸을 태우는 방식으로 몸의 힘을 재겠다는 발상 자체는, 처음부터 기관차의 화력을 재던 방식을 그대로 사람에게 옮겨온 것이었다.

03정신 에너지는 실재하는가뇌와 피로의 과학

"머리를 너무 써서 지쳤다"는 말은 과학적으로 얼마나 정확한 표현일까. 뇌는 몸무게의 약 2%에 불과하지만 몸 전체 에너지의 약 20%를 소비한다 — 이 숫자만 보면 생각하는 일이 실제로 상당한 연료를 태우는 노동처럼 보인다.

1998년 심리학자 로이 바우마이스터는 이 직관을 '자아 고갈(ego depletion)'이라는 이론으로 정식화했다. 자기통제와 의사결정 같은 정신 활동이 하나의 한정된 자원을 소모하며, 그 자원이 바닥나면 이후의 자제력도 함께 떨어진다는 것이다. 2007년 그와 동료들은 한 걸음 더 나아가 그 자원의 정체가 혈중 포도당이라는 논문을 발표했고, 이는 곧 자기계발서와 대중 심리학의 단골 소재가 되었다.

그러나 2010년대 들어 이 이론은 심리학 재현 위기의 상징적 사례가 되었다. 여러 독립 연구실이 자아 고갈 실험을 반복했지만 효과를 재현하지 못했고, 정신적 과제를 수행한다고 해서 혈당이 실제로 유의미하게 떨어진다는 증거도 확인되지 않았다. 뇌는 몸의 다른 기관과 달리 혈당 변화로부터 비교적 보호되도록 설계되어 있다는 생리학적 반박도 뒤따랐다. 오늘날 상당수 연구자는 자아 고갈을 '자원의 물리적 소진'이 아니라, 뇌가 노력을 계속할 가치가 있는지 판단하며 스스로 브레이크를 거는 동기·주의 조절 현상으로 다시 읽는다.

정신적 피로가 실재하지 않는다는 뜻은 아니다. 다만 그것이 연료 탱크가 비는 것과 같은 물리적 고갈이라기보다, 뇌가 상황을 판단해 스스로 제동을 거는 일종의 신호에 가깝다는 쪽으로 이해가 옮겨가고 있다. 신호로서의 피로라는 이 관점은, 6장에서 살펴볼 신체 운동 피로 연구와도 놀랍도록 닮아 있다.

04에너지는 보존되는가열역학 법칙과 인간

열역학 제1법칙은 단순하다 — 에너지는 새로 생기지도, 완전히 사라지지도 않는다. 다만 형태를 바꿀 뿐이다. 이 법칙 앞에서 인간의 몸도 예외가 아니다. 몸은 물리학적으로 '열린계(open system)'다. 음식이라는 화학 에너지를 입구로 받아들이고, 그 에너지의 일부를 근육의 움직임과 체온 유지에 쓰며, 나머지 상당 부분을 열로 내보낸다. 실제로 사람이 평온하게 앉아 있는 동안에도 몸은 대략 백 와트 안팎의 열을 꾸준히 방출한다 — 백열전구 한 개를 켜놓은 것과 비슷한 발열량이다.

그렇다면 우리가 "에너지를 얻는다"거나 "잃는다"고 말할 때, 정확히 무슨 일이 일어나고 있는 것일까. 몸 안에서 에너지의 총량 자체는 늘 보존된다. 다만 그 에너지가 얼마나 '쓸모 있는 형태'로 남아 있는가가 계속 달라질 뿐이다. 음식 속에 갇혀 있던 화학 에너지는 정교하게 조직된 형태였다가, ATP를 거쳐 근육의 운동과 신경의 신호로 쓰이고, 마지막에는 다시 조직되지 않는 열로 흩어져 몸 밖으로 빠져나간다.

이 마지막 단계 — 유용한 에너지가 다시는 유용하게 쓰일 수 없는 형태로 흩어지는 방향성 — 이야말로 제1법칙만으로는 설명되지 않는 부분이다. 왜 에너지는 늘 정돈된 형태에서 흩어진 형태로만 흘러가고, 그 반대로는 저절로 흐르지 않는가. 그 방향성을 설명하는 것이 열역학 제2법칙이며, 그 법칙의 중심에 있는 개념이 바로 엔트로피다.

05에너지는 어떻게 사라지는가소진, 산화, 그리고 엔트로피

1944년 물리학자 에르빈 슈뢰딩거는 얇은 책 한 권에서 생물학의 오래된 수수께끼에 물리학의 언어로 답을 시도했다. 살아있는 생명체는 왜 무질서를 향해 나아가야 한다는 열역학 제2법칙을 거스르는 것처럼 보이는가. 그의 답은 이랬다 — 생명은 제2법칙을 어기는 것이 아니라, 몸 바깥에서 끊임없이 '음의 엔트로피'를 끌어들여 스스로의 질서를 유지하는 열린 시스템이라는 것이다. 우리가 먹는 음식, 마시는 물, 들이마시는 산소는 결국 몸이 스스로 흩어지지 않기 위해 환경에서 빌려오는 질서다.

그러나 이 차입은 완전히 공짜가 아니다. 미토콘드리아가 ATP를 만드는 과정에서는 반응성 산소종, 흔히 활성산소라 불리는 불안정한 부산물이 함께 생겨난다. 이 활성산소는 세포막과 단백질, DNA를 서서히 산화시키며 손상을 남기고, 몸은 그 손상을 복구하기 위해 다시 에너지를 쓴다. 한 열역학적 모델은 사람이 평생 발생시키는 엔트로피의 총량을 체중 1킬로그램당 약 11,404kJ/K로 추산했고, 이 값은 실제 평균 수명을 1.5% 오차 범위 안에서 예측해낸다고 보고되었다.

여기서 소진이라는 감각은 은유가 아니라 물리적 사실에 가까워진다. 몸이 매 순간 에너지를 써서 질서를 유지하는 대가로 손상은 계속 쌓이고, 그 손상을 복구하는 데 드는 에너지 역시 계속 늘어난다. 에너지가 사라진다는 말은 정확히는, 쓸모 있던 에너지가 다시는 쓸 수 없는 무질서로 바뀌어 간다는 뜻이다. 나이 들며 조금씩 느끼는 무거움은, 되돌릴 수 없는 방향으로 나아가는 우주의 가장 근본적인 법칙이 우리 몸 안에서 조용히 진행되고 있다는 증거이기도 하다.

06피로는 신호다지침과 소진의 구별

마라톤 선수가 결승선 근처에서 다리가 더 이상 움직이지 않는다고 느낄 때, 근육 속 에너지는 실제로 바닥났을까. 1924년 생리학자 아치볼드 힐은 이미 '중앙 조절자'라는 개념을 제안한 바 있다 — 심장이 산소 부족으로 손상되기 전에 몸을 미리 멈춰 세우는 뇌 속의 안전장치가 있으리라는 가설이었다. 이 생각은 오랫동안 잊혔다가, 1997년 운동생리학자 팀 노크스에 의해 '중앙 조절자 모델(central governor model)'로 다시 제기되었다.

노크스의 주장은 도발적이다. 극한의 운동 끝에 느끼는 탈진은 근육의 연료가 실제로 고갈된 결과라기보다, 몸이 돌이킬 수 없는 손상을 입기 전에 뇌가 미리 개입해 운동 강도를 낮추도록 만드는 보호적 신호에 가깝다는 것이다. 위약 투여나 예상치 못한 자극, 음악 같은 심리적 요인이 지구력 운동의 한계 지점을 눈에 띄게 바꾼다는 연구들은, 피로가 순수하게 근육의 물리적 상태만으로 결정되지 않는다는 정황 증거로 인용된다. 이 모델은 여전히 운동생리학 안에서 논쟁적이지만, 피로를 고통과 마찬가지로 몸을 지키기 위한 '감각'으로 재정의했다는 점에서 3장의 정신적 피로 논의와 정확히 같은 방향을 가리킨다.

이 관점은 피로와 번아웃을 구별하는 데도 실마리를 준다. 단순한 피로는 몸이 보내는 정상적인 보호 신호로, 휴식을 취하면 비교적 온전히 회복된다 — 그 신호를 만들어내는 시스템 자체는 손상되지 않았기 때문이다. 반면 번아웃은 만성적인 고강도·저통제 상황에 오래 노출되며 회복을 담당하는 시스템 자체가 훼손된 상태에 가깝다. 잠을 자거나 주말을 쉬는 것만으로는 쉽게 되돌아오지 않는 이유가 여기에 있다. 지침은 몸이 정상적으로 작동하고 있다는 신호이고, 소진은 그 신호 체계 자체가 무너지고 있다는 경고다.

07에너지를 둘러싼 신화들기(氣), 프라나, 오라

서양 과학이 열역학과 생화학의 언어로 에너지를 정밀하게 측정하기 훨씬 전부터, 인류의 여러 전통은 몸속을 흐르는 어떤 힘을 이미 상상하고 있었다. 중국 전통의학에서 그것은 기(氣)라 불렸고, 경락이라는 보이지 않는 통로를 따라 흐르며 그 흐름이 막히면 병이 생긴다고 여겨졌다. 인도의 아유르베다 전통에서는 프라나라는 이름으로, 특히 호흡을 통해 몸에 들어오는 생명력으로 설명되었다. 서양에서도 18세기 프란츠 메스머의 '동물자기' 이론에서부터 오늘날 '오라'나 '바이오필드'를 말하는 현대 대체의학에 이르기까지, 몸을 감싸거나 관통하는 비물질적 에너지에 대한 상상은 끊이지 않고 이어졌다.

그러나 현대 의학사가들은 이 개념들을 물리학의 에너지와 명확히 구분한다. 중국 의학사 연구자 파울 운슐트는 중국 전통 의학 이론 어디에도 물리적 의미든 일상적 의미든 서양의 '에너지' 개념에 해당하는 것은 존재하지 않는다고 지적한 바 있다. 기나 프라나, 오라 같은 개념들은 대조군을 둔 이중맹검 실험으로 그 존재나 효과가 입증된 적이 없으며, 현대 과학은 이를 근대 이전에 널리 퍼졌던 '생기론' — 생명에는 물질로 환원되지 않는 별도의 힘이 깃들어 있다는 사고 — 의 한 형태로 분류한다. 생기론은 20세기 생화학과 열역학이 생명 현상을 화학반응과 에너지 보존 법칙만으로 상당 부분 설명해내면서 과학사에서는 이미 낡은 이론으로 취급된다.

그렇다고 이 개념들이 아무 의미도 없는 것은 아니다. 기와 프라나는 애초에 물리학의 에너지를 측정하려는 시도가 아니라, 몸과 마음, 호흡과 감정을 하나로 묶어 설명하려는 훨씬 폭넓은 문화적 언어에 가깝다. 문제는 이 두 언어 — 문화적 은유로서의 기와, 줄(J)로 측정되는 물리학의 에너지 — 가 같은 단어를 쓰면서 서로 다른 것을 가리켜 왔다는 데 있다. 힘이 흐른다는 감각 자체는 아마도 인류가 공통으로 느껴온 진짜 경험이었을 것이다. 다만 그 흐름을 설명하는 방식이, 문화마다 전혀 다른 그릇에 담겨 왔을 뿐이다.

08우리는 무엇에서 힘을 얻는가철학과 문학 속의 에너지

'에너지'라는 단어 자체가 원래 물리학의 것이 아니었다는 사실은 자주 잊힌다. 이 말은 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스가 만든 조어 '에네르게이아(energeia)'에서 왔다 — '안에'를 뜻하는 en과 '작용, 일'을 뜻하는 ergon을 합친 말로, 대략 '작용 중에 있음' 또는 '가능성이 현실로 실현된 상태'를 가리켰다. 아리스토텔레스에게 에네르게이아는 저장된 물질이 아니라, 잠재된 가능성이 실제 활동으로 드러나는 사건 그 자체였다. 물리학이 19세기에 이 단어를 빌려와 '일을 할 수 있는 능력'이라는 정의를 붙였을 때도, 그 근본에는 여전히 '지금 작동하고 있음'이라는 아리스토텔레스적 발상이 남아 있었다.

20세기 철학자 앙리 베르그송은 여기서 한 걸음 더 나아가 생명 전체를 밀고 나가는 힘을 '엘랑 비탈(élan vital)', 흔히 '생의 도약'이라 번역되는 개념으로 그렸다. 그에게 생명은 물리·화학 법칙만으로 완전히 환원되지 않는, 창조적이고 예측 불가능한 방향으로 스스로를 밀어붙이는 흐름이었다. 니체는 조금 다른 방향에서 인간을 움직이는 근본적인 힘을 '힘에의 의지'라 불렀다. 그것은 단순한 생존 욕구가 아니라, 자기 자신을 끊임없이 넘어서고 극복하려는 창조적 충동에 가까웠다.

영국의 시인이자 화가 윌리엄 블레이크는 이 모든 사유를 한 문장으로 압축했다. 1790년대에 쓴 《천국과 지옥의 결혼》에서 그는 에너지가 몸에서 비롯되는 유일한 생명이라 선언한 뒤, 곧이어 "에너지는 영원한 기쁨이다"라고 썼다. 이성이 에너지를 가두는 테두리에 불과하다고 본 그에게, 힘을 억누르는 것이야말로 삶을 억누르는 것이었다. 아리스토텔레스의 냉철한 정의에서 니체의 격렬한 의지를 거쳐 블레이크의 환희에 찬 선언까지, 철학과 문학이 힘에 대해 반복해서 말해온 것은 결국 하나로 모인다 — 에너지란 몸속 어딘가에 쌓여 있는 재고가 아니라, 지금 이 순간 일어나고 있는 작용 그 자체라는 것.