원자는 99%가 빈공간이라는데 세상은 왜 보일까?

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원자는 99%가 빈공간인데 세상은 왜 보일까?

세상은 원자로 이루어져 있습니다. 우리가 배운 바에 따르면, 원자는 중심에 양 전기를 가진 원자핵이 있고, 그 둘레를 음 전기를 가진 전자가 끊임없이 돌며 운동합니다. 원자에 대한 우리의 이해는 계속해서 발전해왔고, 이제 원자핵 주변에는 전자 구름이 존재하며, 그 속에서 전자가 확률적으로 나타나는 모습으로 설명되고 있습니다.

그렇다면 원자는 정말로 빈 공간으로 이루어져 있다고 할 수 있을까요? 원자의 크기에 비해 원자핵은 매우 작습니다. 예를 들어, 원자를 운동장에 비유한다면 원자핵은 모래 알갱이 하나 정도의 크기밖에 되지 않습니다. 이렇게 볼 때, 원자의 대부분은 빈 공간이라고 여겨질 수 있습니다. 하지만 원자로 이루어진 세상은 왜 빈 공간으로 보이지 않을까요?

빛의 직진과 원자 통과

직진하는 빛이 원자를 통과한다고 가정해 봅시다. 빛은 원자에 반사되어 우리 눈에 들어올 것입니다. 반사되지 않은 빛은 통과하게 되며, 이로 인해 빈 공간이 우리 눈에 보여야 할 것 같습니다. 그럼에도 불구하고 세상에 빈 공간은 보이지 않습니다. 이는 많은 사람들이 의문을 가질 만한 부분입니다.

우리는 이제 작은 물체를 보는 것에 대한 새로운 사실에 접근하려 합니다. 1870년, 맥스웰이라는 과학자는 '빛 또한 파동이다'라는 사실을 밝혔습니다. 물질이 진동할 때 그 진동이 주변으로 퍼져 나가는 현상을 파동이라고 부릅니다. 특히, 전자기파라는 개념이 여기서 등장합니다.

전자기파와 전기 쌍극자

전자기파는 전기적인 힘을 가진 전기장과 자기의 힘을 가진 자기장이 서로 교차하면서 퍼져 나가는 파동입니다. 이 전자기파는 양 전기를 가진 양전하와 음 전기를 가진 음전하가 서로 진동할 때 발생합니다. 이러한 전기적 성질이 서로 다른 전하를 전기 쌍극자라고 부릅니다.

전자기파는 전기 쌍극자를 중심으로 모든 방향으로 퍼져 나가며, 이는 원자 내에서 전자와 원자핵의 상호작용을 의미합니다. 전자기파의 전기장이 원자핵과 전자를 서로 반대 방향으로 움직이게 합니다. 이 과정에서 전기장과 자기장의 진동은 계속되고 있습니다.

빛의 산란

우리는 이러한 현상을 '빛의 산란'이라고 부릅니다. 발사되는 전자기파는 전기장이 진동하고 있으며, 이 전기장의 세기와 방향이 계속해서 변하게 됩니다. 만약 같은 시간에 전기장 세기와 방향이 같은 부분을 연결한다면, 전자기파가 원자로 이루어진 원자에서 퍼져 나가는 모습을 볼 수 있습니다.

물질 속에는 수많은 원자가 규칙적으로 배열되어 있기 때문에, 이 원자들은 외부에서 들어온 빛의 진동 수에 맞추어 모두 전자기파를 주변으로 발생시킵니다. 이 전자기파는 서로 증폭되거나 상쇄되며, 이러한 과정이 우리 눈으로 들어오는 빛을 만들어냅니다.

결론

결국 우리가 보는 세상은 여러 원자들이 만들어낸 한편의 그림을 보는 것과 같습니다. 이는 물질이 단순히 빈 공간이 아니라, 복잡한 상호작용에 의해 형성된 것임을 보여줍니다. 이러한 개념은 물질의 본질에 대한 우리의 이해를 넓혀줍니다. 과학은 끊임없이 발전하고 있으며, 우리가 알고 있는 것들도 계속해서 변화하고 있습니다.

이와 같은 내용을 통해 우리는 세상을 바라보는 시각이 얼마나 다양할 수 있는지를 깨닫게 됩니다. 재미있으셨다면 구독과 알림 부탁드립니다!