러더퍼드는 이렇게 비유했다. 런던에 있는 로열 앨버트 홀의 크기로 부풀어 오른 원자를 상상해 보자. 그러면 원자 질량의 대부분을 차지하는 원자핵의 크기는 벼룩 정도의 크기다. 또한 당시 신문은 원자핵을 찾는 것은 대성당 안에서 파리를 찾는 것만큼 힘들다고 쓰고 있다. 이 대성당 주변을 작은 파리가 날아다니는 그림은 매우 설득력이 있었지만, 사실은 잘못된 것이다. 원자를 대성당에 비유한다면, 원자핵은 모래알 하나에도 못 미치는 크기인 것이다. 원자 속은 거의 아무것도 없는 공간이라는 러더퍼드의 주장은 옳았다. 바꿔 말하면, 우리 자신과 그 주변 세계의 모든 것은 본질적으로 거의 비어 있거나 공허하다.양자역학은 공간에서 입자의 정확한 위치를 예측할 수 없으며 다른 위치에서 입자를 찾을 확률만 예측할 수 있다..

물질은 더 이상 나눌 수 없는 원자로 이루어져 있다는 생각은 수천 년 전으로 거슬러 올라간다. 이 생각은 나타났다가 사라졌다가 다시 나타나기를 반복하였다. 실제 보이지 않아서 항상 논쟁을 일으켰다. 음속의 단위로도 유명한 물리학자 에른스트 마하는 원자는 '생각 속에나 있는 것'에 불과하다고 말했다. 하지만 마하처럼 생각한 과학자는 몇 명이었고, 1890년대 후반에는 대부분의 화학자가 수소, 헬륨, 탄소 등 모든 원소는 각각 고유한 원자로 구성되어 있다고 생각하였다. 그리고 다음에 어떻게 발전할지 아무도 알 수 없었다. 물리학자들은 이미 알 수 있는 것은 거의 다 알아냈다고 생각했다. 전기, 빛, 자력은 모두 간단한 방정식으로 표현할 수 있었다. 이제 좀 더 흥미진진한 연구를 하고 싶었다. 물론 태양에 관..

오늘날 세상과 그 안의 모든 것이 별의 중심에서 만들어진 작고 튼튼한 물질 조각인 원자로 구성되어 있다는 것은 상식이다. 원자는 실제로 매우 작다. 백만 개를 나란히 쌓아도 이 책에 나오는 글자 'a'를 겨우 가로지르는 길이에 불과하다. 각 원자는 양성자와 중성자를 포함하는 핵으로 구성되어 있으며, 그 주위로 전자구름이 소용돌이친다. 안정성을 얻기 위해 원자 사이에 전자를 교환하고 공유하는 것은 모든 화학의 기본이지만, 원자핵을 쪼개거나(핵분열) 강제로 합치는(핵융합) 방식으로 원자의 모양을 바꾸는 것은 원자 물리학의 영역이다. 게다가 양성자와 중성자는 쿼크라는 더 작은 입자로 이루어져 있으며, 글루온이라는 '메신저' 입자의 교환에 의해 서로 결합해 있다는 사실도 밝혀졌다. 앞으로 어떤 수준의 구조가 더..

세상이 무엇으로 이루어져 있는지 이해하는 것은 겉으로 보기에는 다소 난해한 탐구처럼 보일 수 있다. 하지만 이 탐구는 실제로 가장 큰 결과를 가져온 것으로 느껴진다. 플라스틱, 비료, 자동차, 컴퓨터, 인터넷, 유전공학, 휴대전화, GPS 등은 모두, 적어도 부분적으로는 이 질문에 답하기 위한 시도에서 비롯된 것이다. 이 모든 물질의 중심에는 고체, 액체, 기체 등 모든 물질이 궁극적으로 무수히 많은 작은 입자들로 구성되어 있다는 인식이 자리 잡고 있다. 원자라고 불리는 더 작은 단위로 구성된 분자가 화학 결합으로 결합하여 단순 화합물 또는 복합 화합물을 형성하거나 단독 원자 자체로 구성된다. 원자와 분자 사이의 상호작용은 화학의 모든 기초를 형성한다. 하지만, 과학자들은 역설적으로 물질(matter) ..

원자(原子, atom)는 물질을 구성하는 기본 입자이며, 해당 원소의 특성을 가진다. 원소는 화학 결합할 수 있는 원소의 가장 작은 입자이다. 물질이 원자로 구성되어 있다는 가설은 기원전 5세기에 그리스 철학자 레우키포스와 데모크리토스에게 유래한다. 하지만 19세기 초가 되어서야 과학에 관심이 많았던 영국 교사 존 돌턴(John Dalton, 1766~1844)이 정량적 측정으로 이 가설을 뒷받침했다. 그 이후로 반복된 실험으로 이 가설의 많은 측면이 확인되었으며, 화학의 중심 이론 중 하나가 되었다. 돌턴의 원자 이론은 여전히 사용하지만 약간 수정되었다. 원자는 너무 작아서 크기를 상상하기 어렵다. 우리가 맨눈으로 볼 수 있는 작은 것 중 하나는 거미줄의 한 가닥이다. 이 가닥은 지름이 약 1/10,0..