이 세계는 무엇으로 이루어졌는가? (2/2)

이 세계는 무엇으로 이루어졌는가? (2/2)

--2000년 논쟁 끝의 <의외의 답>-

 

 

2, 원자는 어떤 모양인가?

 

 

원자의 모양을 생각함에 있어서 아인슈타인 박사의 논문이 발표되는 조금 전인 19세기 말 무렵 물리학사상 매우 중요한 발견이 있었다.

영국 물리학자 조셉 존 톰슨 박사（Sir Joseph John Thomson, 1856-940, 영국의 물리학자)에 의한 전자의 발견이다. 유리 용기에 2대의 전극을 넣고 진공으로 하여 전압을 걸면 빛나는 선이 마이너스극에서 나온다는 것을 알게 되고 음극선이라 불렸었다. 톰슨 박사는 전장을 걸면 음극선이 구부러지는 것을 찾아 음극선이 마이너스의 전기를 가진 입자라는 것을 발견하고 <전자>라 이름을 붙였다.

 

우리들의 생활에 빠질 수 없는 이 전기의 정체는 톰슨 박사가 발견한 전자라는 입자이다.

전화제품의 스위치를 넣으면 전선을 전기가 흐른다. 그 전선 속을 흐르는 것이 전자이다. 전류는 플러스에서 마이너스로 흐른다. 이것은 아직 전자라는 전류의 정체를 모르던 때에 정해진 것이다. 실제는 많은 전자가 전선 속을 마이너스에서 플러스로 흐르고 있는데 우리들은 그것을 전자의 흐름이라고 의식하지 않은 채로 사용하고 있다. 우리가 편리하다고 생각하는 현대의 생활은 실은 전자라는 입자에 의하여 지탱되고 있다.

 

아인슈타인 박사의 논문과 베랑 박사의 실험에 의하여 원자의 존재가 밝혀지자 다음에는 그 모양이 문제가 되었다. 이미 톰슨 박사에 의하여 전자가 발견되어 있었으므로 과학자들은 당연히 원자 속에는 전자가 들어있다고 생각했다. 베랑 박사의 실험에서 계산된 물 입자의 크기와 톰슨 박사의 실험에서 발견된 전자의 크기를 비교하면 분명히 전자 쪽이 작다는 것 그리고 전자는 마이너스의 전기를 가지고 있다는 것도 원자의 모양을 생각하는 포인트가 되었다.

 

우리들 신변에 있는 것은 전기적으로는 중성인 것이 거의 전부이다, 책, 노트, 책상, 의자 등 손으로 만져도 전기가 흐르지 않는다. 그것은 플러스의 전기와 마이너스의 전기가 동수로 전기적으로는 중성이기 때문이다.

마이너스 전기를 가지고 있는 전자가 존재하고 있다는 것은 전자란 반대로 플러스의 전기를 가지고 있는 무엇인가가 있어서 전자와 그 무엇이 동수가 모여서 원자를 만들고 있다. 그러므로 거의 모든 것이 전기적으로 중성이다.

 

<건포도식빵>이냐 <토성(土星)>이냐.

많은 과학자가 원자란 도대체 어떤 모양을 한 것인가 하고 생각하여 2개의 후보에 막혔다.

하나는 <건포도식빵>형 모델이다. 건포도식빵은 빵 바탕에 자그만 건포도가 많이 들어있다. 원자도 이와 마찬가지로 플러스 전기를 가진 것 속에 마이너스전기를 가진 작은 전자가 많이 들어있다.

또 하나는 토성(土星)형 모델이다. 토성은 본체가 중심에 있고 그 둘레에 고리가 돌고 있다. 토성의 고리의 정체는 크기가 수 미터에서 수 센티미터의 얼음 입자의 모임이라고 한다. 그것들 유추는 원자에는 중심부분에 플러스전기를 가진 토성 본체와 같은 <핵>이 있고 그 둘레를 전자가 돌고 있다고 생각되고 있다.

어느 쪽이 바른지 대논쟁이 일어났다.

 

그래서 그 논쟁에 결정적인 결론을 맺은 것도 실험이었다.

1911년에 영국에서 활약한 뉴질랜드 출신 물리학자 아네스트 레자포드（영 : Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson, OM, FRS, 1871-1937, 영국 물리학자, 화학자) 박사가 금박으로 방사선의 일종인 알파선을 부딪치는 실험에 기초하여 원자모형을 제창하였다. 알파선은 플러스의 전기를 가진 작은 입자이다. 방사선물질에서 초속 약 1만 Km라는 속도로 튀어나온다.

원자가 건포도식빵과 같은 모습이라면 알파선은 거의 모두 금박을 관통한다고 예측되었다.

그런데 실험하자 두들겨 맞은 알파선 중에 크게 각도를 바꾸어 튀어나오는 입자가 있었다. 라저포드 박사도 매우 놀랐다. 알파선이 크게 각도를 바꾸었다는 것은 금 원자 속에 무엇인가 작고 굳은 것에 부딪친 때문이라고 생각되었다. 이 실험에 의하여 토성형 모델처럼 원자의 가운데는 플러스전기를 가진 작고 굳은 핵이 있고 그 둘레를 전자가 돌고 있다는 것을 알았다. 그래서 이 플러스전기를 가진 핵은 <원자핵>이라고 이름 붙여졌다.

 

고대 그리스의 데모크리토스(라틴어 : Democritus、BC460년경－BC370년경, 고대 그리스의 철학자)가 그 존재를 주장한 아톰은 <이 이상 분할할 수 없는 입자>라는 의미였는데 20세기에 들어서 원자는 전자와 원자핵으로 분할할 수 있다는 것을 알았다.

출처=https://news.yahoo.co.jp/articles/