How Small Is An Atom? Spoiler: Very Small.

원자들은 말도 안되고, 믿을 수 없을정도로 작습니다

사람 머리카락의 두께는 50만개의 탄소원자들이

늘어서있는것과 같죠

당신의 주먹을 한번 보세요

수조의 수조개의 원자들로 구성되어 있습니다

주먹 안의 원자 하나가 구슬의 크기와 같다고 하면

주먹은 얼마나 커질까요?

한... 지구정도의 크기가 되겠네요

아직 잘 와닿지 않나요?

그럼 좀 더 다른걸 해보죠

새끼손가락을 한번 보세요

이 손가락의 끝부분이 지금 당신이 앉아있는 크기의 방이라고 상상해보세요

이제 그 방을 쌀들로 채워보세요

쌀 한톨이 손가락 끝의 세포 하나를 나타냅니다

이제 쌀 한톨 크기로 들어가보죠

이제 세포 하나가 당신의 방 크기인겁니다

이 방을 다시 쌀로 채워봅시다

이게 단백질정도의 크기입니다

이제 쌀 사이의 빈 공간을 모래로 채워보죠

이 모래가 대략적으로 아주 작은 원자의 크기입니다

원자는 무엇으로 이루어져 있을까?

이해를 돕기 위해 잠깐동안만

원자가 이렇게 생겼다고 가정해봅시다

세개의 기본적인 입자들이 원자를 구성합니다

중성자, 양성자, 그리고 전자죠

양성자와 중성자들은 서로 엮여 원자핵을 구성합니다

둘은 강력에 의해 엮이는데,

이 강력은 우주의 4가지 기본 힘중에 하나죠

둘은 쿼크로 이루어져있고, 이들은 글루온에 의해 서로 붙어있습니다

아무도 쿼크가 얼마나 작은지는 정확히 모릅니다

아마도 우리는 쿼크들이 기하학에서 말하는 점이라고 생각합니다

0차원이라고 생각해보는거죠

우리는 쿼크와 전자들이 우주에서

가장 기본적인 구성물이라고 생각합니다

전자들은 원자핵을 공전합니다

전자들은 2,200km/s로 움직이는데,

지구를 18초면 한바퀴 돌 정도로 빠른거죠

쿼크와 마찬지로 우리는 전자들도 기본적인 입자들이라고 생각합니다

99.999999999999% 의

원자의 부피는 그냥 빈 공간입니다

그게 아닌것만 빼면요.

우리가 빈 공간이라고 여기는건 사실 양자 요동으로 채워진 공간입니다

잠재적인 에너지들과 함께 입자들의 생성과 소멸이 자발적으로 나타나는 곳이죠

이 요동은 하전입자들의 상호작용에 있어서 기본적인 영향을 줍니다

하지만 이 주제는 다른 영상에서 다뤄보도록 하죠

핵과 전자들은 공간을 얼마나 차지하고 있을까요?

엠파이어 스테이트 빌딩의 원자들에서

핵 사이의 빈 공간을 모두 빼버린다고 한다면,

그 핵들을 모아놓은 크기는 쌀 한톨정도의 크기가 됩니다

사람의 원자핵을 모두 모은건 티스푼 안에 들어갈 정도죠

이렇게 원자핵들만 모인 극한의 물체가 사실 존재합니다

중성자별에는, 원자핵들이 서로 아주 빽빽하게 모여서,

태양 세개정도의 질량이 몇 킬로미터 폭 안에 들어갈 정도죠

그나저나, 원자는 어떤 모습일까요?

음, 이런 식입니다

전자들은 파동의 성질을 가지면서 동시에 입자이기도 합니다

우리는 일정 시간동안 전자들이 어디에 있을지 계산만 해낼 수 있습니다

오비탈이라고 불리는 이 확률의 구름은

전자들이 95%의 확률로 존재할것으로 생각되는 위치입니다

전자를 찾게 될 확률은 핵으로 부터 멀어질수록

0에 가까워지게 되는데,

하지만 절대로 0이 되진 않습니다. 이게 무슨 뜻이냐면

이론적으로, 원자의 전자가 우주의 다른쪽에 있을 수도 있다는 것이죠

좋아요, 그런데 잠깐만요

이 이상한것들이 우주의 모든 물질들을 구성하네요

알려진 이 수십개들의 원소들에는

또 수십개의 기본적인 입자들이 필요한것이 아니라 세 개면 되는겁니다

양성자 하나와 전자를 집으면 수소가 됩니다

거기에 양성자와 중성자를 더하면 헬륨이 되죠

거기에 좀 더 더하면 탄소가 되고,

더 더하면 플루오린, 거기에 더 많이 더하게 되면 금 등등

모든 원소들의 원자도 같습니다

예를들어, 우주의 모든 수소원자는 똑같습니다

당신 몸의 수소원자는 태양의 수소원자와 정확히 일치하는거죠

좀 당황스러운가요? 당연히 그럴거에요

이 정도 규모의 우주는 우리의 세계에선 이해가 되지 않죠

그런데 우린 아직 양자역학이나 입자와 같이 더 이상한것에 대해선

아직 이야기를 시작도 하지 않았죠!

원자에 대한 모형은 우리가 처음 상상했을 때부터

시간이 지나며 여러번 바뀌어 왔고,

현재의 모형도 마지막 모형이 되진 않을겁니다

그러니까 과학자들이 연구하는걸 지원해 주자구요

그리고 우리의 존재의 기본이 되는

이 이상한 세계에 대한 다음단계의 놀라운 정보를 기다립시다