6. 원자이야기(1)

눈으로 볼 수 없는 미시 세계에서 원자 운동 계속 이뤄져
100조 개 원자가 하나 세포 이룰 정도로 원자 크기 작아

다음은 20세기 최고 물리학자 중 한 명이며, 과학의 대중화에도 크게 공헌한 ‘리처드 파인만’의 대학 강의 일부이다.
“만약, 어떤 대격변에서 모든 과학 지식이 파괴되고 다음세대에 단 한문장만이 남겨지게 된다면 어떤 말이 최소의 단어로 최대의 정보를 포함할 것인가? 나는 모든 것들이 원자들로 이루어져 있다는 원자가설(원자론)이라고 믿는다. 이들은 영원히 운동을 계속하는 작은 입자로서 거리가 어느 정도 떨어져 있을 땐 서로를 끌어 당기지만, 압축되어 거리가 가까워지면 서로 밀어낸다.”

리처드 파인만이 자신의 과학지식에서 가장 가치 있게 생각했던 ‘원자가설’은 곧 우리가 살고 있는 지구 그리고 우주의 구성도 결국 원자로 이루어져 있으며, 눈으로는 볼 수 없는 미시 세계(微視世界)에서는 이런 원자의 운동이 계속 이뤄지고 있다는 것이다.
원래 ‘원자(atom)’라는 단어는 기원전 500년경 고대 그리스 시대에 물질을 자르고 자르다 보면 더 이상 자를 수 없다는 뜻의 a-tomos에서 유래 되었는데, 그 당시 사람들도 물질의 ‘기본 입자’개념을 생각했던 것을 알 수 있다.
그러나 기원전부터 내려오던 원자의 개념은 19세기부터 20세기 중반에 이르러 현대물리학의 급진적 발전과 함께 그 내부의 구조가 밝혀지게 되었고 오늘날 우리가 알고 있는 원자 구조를 가지게 되었다.
중심에는 양성자(+전하)와 중성자(無전하)가 원자핵을 이루고, 그 주위는 전자(-전하)가 구름처럼 둘러싸고 있는 모양이 그것이다.

원자는 지름이 약 1/10억cm 정도인데, 물리학자 프리초프 카프카(1939~)는 “오렌지가 지구 크기만 하다면 아마 오렌지를 이루는 원자 크기는 오렌지보다 더 작을 것이다”라면서 극 미세한 원자의 크기를 표현했다. 또한 원자핵은 원자 크기의 1/100000로서 더욱 작은데, 원자를 축구장이라 했을 때 그 중심의 원자핵은 축구공 하나 크기에 불과하다. 이 말은 원자와 원자핵 사이가 대부분 텅 빈 공간이라는 것이다.

100조 개의 원자가 하나의 세포를 이루고, 세포 100조 개가 모여 인간의 몸을 구성하는데 이 모든 것의 기본 구성이 99.9% 속이 비어 있는 원자라면 어떻게 우리는 보고 만질 수 있을까?
그 이유를 원자의 세계에서 본다면 보이는 모든 사물은 원자를 둘러싼 전자구름들에 반사 된 빛이 시각화 되는 것이며, 만져지는 촉감 또한 실제론 접촉 하려는 원자의 전자구름들이 서로를 밀어내고 있으므로 닿지 않는 것이다.
이렇듯 미시 세계에서는 우리가 전혀 알 수 없는 신비한 일들이 지금 이 순간에도 펼쳐지고 있다.