The 2,400-year search for the atom - Theresa Doud

원자에 관한 탐구: 그 2,400년의 장정 - 테레사 더드 (Theresa Doud)

번역: Jeong-Lan Kinser 검토: Sanghyun Hahn

What do an ancient Greek philosopher

고대 그리스의 철학자들과

and a 19th century Quaker

19세기의 퀘이커교 신도와

have in common with Nobel Prize-winning scientists?

노벨상을 받은 과학자들 사이에 공통점이 있다면 과연 그게 뭘까요?

이들은 비록 역사상 2400년 이상 동떨어진 시대에 살았지만

Although they are separated over 2,400 years of history,

each of them contributed to answering the eternal question:

풀리지 않는 한 문제의 답을 찾기 위해 각기 기여를 했습니다.

what is stuff made of?

바로 '물질은 무엇으로 이루어져 있는가?'죠.

It was around 440 BCE that Democritus first proposed

만물이 빈 공간으로 둘러싸인 작은 입자로 이루어져 있다고

that everything in the world was made up of tiny particles

데모크리투스가 최초로 생각했던 때가

surrounded by empty space.

기원전 440년 이었습니다.

And he even speculated that they vary in size and shape

그는 또한 그 입자가 구성하는 물질이 무엇이냐에 따라

depending on the substance they compose.

구성 입자의 크기와 모양이 각기 다를 거라고 생각했습니다.

He called these particles "atomos," Greek for indivisible.

그는 이 입자를 아토모스라고 불렀는데 이는 개체라는 뜻의 그리스어 입니다.

His ideas were opposed by the more popular philosophers of his day.

당시 더 유명했던 사상가들은 그의 이런 생각에 반대했어요.

Aristotle, for instance, disagreed completely,

예를 들어 아리스토텔레스는 이 이론에 철저히 반대하면서

stating instead that matter was made of four elements:

만물은 다음의 네가지 요소로 구성된다고 말했습니다.

earth, wind, water and fire,

흙, 바람, 물, 그리고 불로 말이죠.

and most later scientists followed suit.

대부분의 후대 과학자들이 이런 생각을 받아들이면서

Atoms would remain all but forgotten until 1808,

이후 원자는 한동안 완전히 잊혀지고 맙니다.

when a Quaker teacher named John Dalton sought to challenge Aristotelian theory.

1808년 퀘이커교 교사인 존 돌턴이 아리스토텔레스에 도전할 때 까지요.

Whereas Democritus's atomism had been purely theoretical,

데모크리투스의 원자론은 순전히 이론적이었던 반면

Dalton showed that common substances always broke down into the same elements

돌턴은 일상적인 물질이 일정한 비율을 지닌 동일한 원소로

in the same proportions.

늘 나누어질 수 있다는 사실을 보여주었습니다.

He concluded that the various compounds

그의 주장에 따르면 다양한 복합물은

were combinations of atoms of different elements,

제각기 다른 원자들의 조합으로서

each of a particular size and mass

각 원자는 크기와 질량이 제각기 다르고

that could neither be created nor destroyed.

만들어 질수도, 파괴될 수도 없습니다.

Though he received many honors for his work,

이 연구로 그는 많은 상을 받았지만

as a Quaker, Dalton lived modestly until the end of his days.

퀘이커교도였던 그는 평생을 겸손하게 살았습니다.

Atomic theory was now accepted by the scientific community,

원자론은 이제 과학계에서 인정을 받게 되었지만

but the next major advancement

이 이론이 또 한번 크게 발전하게 된건

would not come until nearly a century later

이로부터 거의 100년이 지난

with the physicist J.J. Thompson's 1897 discovery of the electron.

1897년 물리학자 J.J. 톰슨이 전자를 발견했을 때입니다.

In what we might call the chocolate chip cookie model of the atom,

그는 '쵸코렛칩쿠키 모델'이라 불리는 원자 모델을 제시하며

he showed atoms as uniformly packed spheres of positive matter

양성자가 균일하게 분포된 구형내에 음전하를 띈 전자가 채워진 상태로

filled with negatively charged electrons.

원자가 존재한다고 생각했습니다.

Thompson won a Nobel Prize in 1906 for his electron discovery,

톰슨은 전자를 발견한 공로로 1906년 노밸상을 받았지만

but his model of the atom didn't stick around long.

그의 원자 모델은 오래 인정되지는 못했습니다.

This was because he happened to have some pretty smart students,

이는 그의 꽤나 똑똑한 제자들 때문이었는데

including a certain Ernest Rutherford,

그중 하나가 어니스트 러더포드로

who would become known as the father of the nuclear age.

훗날 그는 핵시대의 창시자로 알려지게 되죠.

While studying the effects of X-rays on gases,

기체에 X선이 끼치는 영향을 연구하던 중 그는

Rutherford decided to investigate atoms more closely

원자에 대해 보다 자세히 연구해 보기로 결심하고

by shooting small, positively charged alpha particles at a sheet of gold foil.

양전하를 띈 작은 알파 입자를 금박지 위에 쏴보기로 합니다.

Under Thompson's model,

톰슨의 모델이 맞다면

the atom's thinly dispersed positive charge

원자 내에 얇게 퍼져있는 양전하로는

would not be enough to deflect the particles in any one place.

알파 입자를 반사시키기에 역부족일 것이므로

The effect would have been like a bunch of tennis balls

결과적으로 테니스 볼을 무더기로 쏠 때처럼

punching through a thin paper screen.

얇은 종이막을 뚫고 지나가야 했죠.

But while most of the particles did pass through,

대부분의 입자는 예측대로 관통했지만

some bounced right back,

일부가 튕겨나오는 걸로 보아

suggesting that the foil was more like a thick net with a very large mesh.

원자는 코가 큰 두꺼운 그물과 더 비슷할 거라 제안하게 되었습니다.

Rutherford concluded that atoms consisted largely of empty space

러더포드가 얻게 된 결론은 원자의 내부공간은 대부분 비어 있고

with just a few electrons,

소수의 전자가 흩어져있는 반면

while most of the mass was concentrated in the center,

대부분의 질량이 중심 부분에 모여있다는 것으로

which he termed the nucleus.

이 부분을 그는 핵이라고 불렀습니다.

The alpha particles passed through the gaps

대부분의 알파 입자는 공간 사이를 관통했으나

but bounced back from the dense, positively charged nucleus.

조밀한 상태로 양전하를 띈 핵으로부터는 튕겨져 나왔죠.

But the atomic theory wasn't complete just yet.

그러나 이러한 원자론 역시 여전히 미완의 상태였습니다.

In 1913, another of Thompson's students by the name of Niels Bohr

1913년 톰슨의 또 다른 제자인 닐스 보어가

expanded on Rutherford's nuclear model.

러더포드의 원자 모델을 개량하게 됩니다.

Drawing on earlier work by Max Planck and Albert Einstein

막스 플랑크와 아인슈타인의 연구에 기초해서

he stipulated that electrons orbit the nucleus

그는 전자가 핵 주위를 일정한 에너지 준위, 즉 거리만큼 떨어져서

at fixed energies and distances,

공전하고 있으며

able to jump from one level to another, but not to exist in the space between.

한 준위서 타 준위로 이동 가능 하지만 사이에는 존재할 수 없다고 생각합니다.

Bohr's planetary model took center stage,

보어의 이런 행성 모델은 과학계의 중심을 차지하지만

but soon, it too encountered some complications.

이 이론 역시 곧 복잡한 문제에 부딪치게 됩니다.

Experiments had shown that rather than simply being discrete particles,

계속된 실험을 통해 전자가 분절된 입자의 성질 뿐 아니라

electrons simultaneously behaved like waves,

연속적인 파동으로서의 성질을 동시에 띄고 있기 때문에

not being confined to a particular point in space.

공간내의 특정한 지점에 집중되지 않는다는 사실이 밝혀지게 됩니다.

And in formulating his famous uncertainty principle,

잘 알려진 불확정성의 원리를 정립하는 동안

Werner Heisenberg showed it was impossible to determine

베르너 하이젠베르크는 전자가 원자 주위를 돌고 있을 때

both the exact position and speed of electrons

그 정확한 위치와 속도를 동시에 측정하는 건 불가능하다는 사실을

as they moved around an atom.

증명했습니다.

The idea that electrons cannot be pinpointed

전자의 위치를 정확하게 예측하는 건 불가능하고

but exist within a range of possible locations

다만 가능한 위치의 범위만을 예측할 수 있는다는 발견은

gave rise to the current quantum model of the atom,

원자에 관한 현재의 양자모델을 탄생시켰는데

a fascinating theory with a whole new set of complexities

이는 매력적인 모델이면서도 하도 새롭고 복잡한 이야기라

whose implications have yet to be fully grasped.

그 내용을 아직도 완전하게 이해 못한 게 사실입니다.

Even though our understanding of atoms keeps changing,

원자에 관한 인류의 이해도는 계속 바뀌고 있지만

the basic fact of atoms remains,

원자에 대한 근본적인 개념 만큼은 남아 있을 터이니

so let's celebrate the triumph of atomic theory

원자론을 둘러싼 이런 승리의 요소를

with some fireworks.

불꽃놀이로 축하해 봅시다.

As electrons circling an atom shift between energy levels,

원자 주위를 도는 전자가 에너지 준위를 바꿀 때에는

they absorb or release energy in the form of specific wavelengths of light,

특정한 파장을 지닌 빛의 형태로 에너지를 흡수 하거나 방출 하는데

resulting in all the marvelous colors we see.

그 결과로 우리가 이런 멋진 색의 향연을 보게되는 거랍니다.

And we can imagine Democritus watching from somewhere,

데모크리투스가 어디선가 이 장면을 보고 있다면

satisfied that over two millennia later,

2천년 이상이 지난 지금에 이르러서야

he turned out to have been right all along.

자신의 예측이 옳았다고 밝혀진 것을 흡족하게 바라보고 있겠죠?