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<6>현대물질관

원자→소립자→쿼크로 기본단위 변화
물체의 운동 인과보다 확률로 설명

달톤은 1908년 저서 <화학철학의 새로운 체계>에서 물질의 기본단위는 원자라고 정의하고 이 원자의 질량인 원자량 개념을 도입하여 원자설을 확립한다. 이 원자설에 의하면 모든 물질은 원자로 구성되어 있으며 원자들이 모여 분자를 만든다. 분자는 독특한 특성을 가진 물질의 최소단위이다. 산소, 수소는 원자이나 물은 산소와 수소로 구성된 분자이다. 18세기에는 공기속에서 여러 가지 원자가 발견되었을 뿐만아니라 철, 구리, 니켈, 코발트, 금, 아연, 백금, 수은 등이 발견되어 자연계에는 30종의 원자가 존재했다. 19세기까지는 대략 90여개가 발견되었다. 그러나 이렇게 정립된 원자설도 몇십년을 견디지 못했다.

베크렐은 1896년 인화지를 검은 종이로 싸고 금속무늬판을 놓고 그위에 우라늄을 놓아본 결과 인화지에 무늬가 선명하게 나타나는 것을 보고 방사선을 발견하게 된다. 그리고 그의 부인 큐리는 새로운 물질인 폴로늄과 라디움을 발견한다. 라디움은 현재 의료용등 다방면에 쓰이고 있는 방사능 물질이다. 이 방사선의 발견으로 원자가 단순히 더 분해할 수 없는 물체가 아니라 이 원자 역시 다른 무엇으로 구성되어 있는 것이라는 생각을 갖게 되었다. 예로써 방사선 물질에서 나오는 알파선은 엄청난 에너지를 가지고 있는데 이것이 속도를 잃고 정지하면 헬륨이 된다. 이 사실로 그 방사능 물질의 원자 내부에는 헬륨의 원자를 가지고 있다는 생각을 할 수 있다.

러더포드는 1911년 원자모형을 제시하는데 이 모형에 의하면 원자 속에 핵이 있고 그 주위에 전자들이 돌고 있다. 크기로 보면 보통 원자의 크기는 1㎝의 1억분의 1정도이다. 그런데 원자핵은 1㎝의 수천억분의 1에 지나지 않는다. 태양계는 태양을 중심으로 지구, 수성, 화성들이 돌고 있는데 이것의 축소모형과 같은 것이다. 원자는 매우 작고 고체같이 보이지만 사실은 거의 대부분 텅 빈 공간으로 되어 있고 원자의 대부분 질량은 원자핵에 모여 있다.

그러나 전자들의 운동이 천체운동과는 다르다는 것을 발견하게 된다. 해, 달, 지구 등 천체의 움직임은 만유인력과 뉴톤운동법칙으로 정확하게 예측되고 있다. 그런데 전자는 한 순간에는 여기있고 다른 순간에는 저기있어 불확정적이고 예측 불가 능하다. 20세기초 원자속에서의 이같은 예측불가능성에 대해 많은 논쟁이 있었는 데 닐스보아는 원자세계의 불확정성은 자연의 본질이라고 생각했다. 이에 반해 아 인슈타인은 “신은 주사위를 던지지 않는다”로 반박하였으나 아직도 닐스보아의 견해가 우세하다. 이것은 방사선 물질의 붕괴가 전혀 예측할 수 없는 것과 같이 물체의 운동은 확실한 인과로 설명할 수 없고 단지 확률적으로만 설명할 수 있다 는 하이젠버그의 ‘불확정성 원리’로 다시 정립된다.

러더포드는 1919년 라디움을 질소에 쪼여 산소로 변환시켰다. 현대판 연금술을 실 현한 것이다. 1932년 원자핵을 인공적으로 파괴하는데 성공한 마이트너, 오토한, 스트라스만은 1938년 우라늄을 중성자로 때려 바리움과 크립톤으로 분열시키는데 성공해 원자탄을 만드는 기초를 마련했다. 그래서 1932년 하이젠벨그는 원자핵이 양성자, 중성자로 구성되어 있다는 새 이론을 제시했다. 이것은 원자핵도 다른 입 자들로 구성되어 있다는 것을 의미한다.

이런 원자를 구성하는 입자들을 소립자라 고 부른다. 소립자가 발견되는 과정에서 1955년에는 중성자의 반입자를 발견하고 그뒤 전자 중에서 반전자 등을 발견하게 된다. 이 반입자는 중요한 뜻을 가지는데 입자와 반입자가 만나면 빛이 된다. 모든 입자에는 반입자가 있다. 입자라는 것은 물질인데 물질과 반물질(반물질은 역시 물질이다)이 만나면 그 물질이 빛이 되어 없어져버리는 것이다.

물질의 기본단위가 원자라는 원자설이 성립된지 30년만에 이제 물질의 기본은 소 립자라는 소립자설로 바뀐 것이다. 더나아가 겔만은 소립자보다 더욱 기본적인 물 질이 있을 것이라는 생각을 하게되고 그것을 쿼크(Quark)라고 명명했다. 지금까지 많은 종류의 쿼크를 발견했고 이제 물질의 최종 구성 단위는 전자와 같은 경립자, 쿼크, 전달자로 이루어진 것으로 알려지고 있다. 

 

 

01 상처 / 조용필 02. 가을사랑 / 신계행 03. 님의 향기 / 김경남 04. 찾고 싶은 내 사랑 / 김연숙 05. 후  회 / 이  용 06. 고독한 연인 / 김수희 07. 아직도 못다한 사랑 / 솔개트리오 08. 너를 사랑하고도 / 전유나 09. 그리운 사람이여 / 김성봉 10. 날  개 / 허영란 11. 문밖에 있는 그대 / 박강성 12. 내게 남은 사랑을 드릴께요 / 장혜리 13. 홀로 가는 길 / 남화룡 14. 그대는 바람 / 손현희 15. 당  신 / 최성수 16. 마지막 여인 / 한혜진 17. 사랑하는 날까지 / 김종환 18. 애정의 조건 / 최유나 19. 그대 그리고 나 / 소리새 20. 이별의 끝은 어디인가요 / 양수경