원자와 양자

 

원자란 무엇이며, 양자란 무엇입니까? 비슷한 듯 하지만 언뜻 이해되지 않는 두 단어의 개념부터 쉽게 생각해보고자 합니다.

 

원자란 ATOM 으로서 '더이상 쪼갤 수 없는' 이란 뜻을 가진 말로서 물질의 최소 입자를 가리키는 말입니다. 사람의 신체나, 공기나, 자연만물에 존재하는 모든 물질은 원자로 되어 있습니다. 원자와 원자가 결합하여 분자가 되고, 우리가 느끼는 물질세계를 이루고 있습니다. 원자와 원자가 서로 결합하고 분해하는 과정에서 '전자'(electron)의 역할이 매우 중요합니다. 그리고 원자는 더 작은 입자인 양성자, 중성자, 그리고 전자로 구성되어 있습니다. 양성자와 중성자는 전기적 성질을 갖고 있느냐 없느냐의 차이일뿐 구조는 거의 같다고 볼 수 있습니다. 원자의 핵을 이루는 양성자와 중성자는 또한 '쿼크'라고 불리는 더 작은 세 개의 입자로 구성되어 있습니다. 쿼크는 글루온(gluon)이라는 연결입자에 의해서 서로 단단히 연결되어 있습니다. 핵이 서로 연결되거나 분리될 때 나오는 에너지를 핵에너지라고 합니다. 

 

반면, 양자란 QUANTUM 이라고 불리는 말로서 원자가 작동하는 방식을 가리키는 말입니다. '양자'란 말 그대로 '양이 덩어리로 존재한다'는 뜻입니다. 원자가 작동하는 방식, 원자 안에 원자를 구성하는 소립자들이 어떤 방식으로 움직이고 있는가에 대한 대답이 '양자'의 특성을 가지고 있다는 것입니다. 원자는 빛으로 구성되어 있고, 원자의 움직임을 통해 빛이 흡수되기도 하고 발산하기도 하는데 이 빛이란 에너지는 연속적으로 움직이는 것처럼 보이지만 사실은 하나 둘 셀 수 있는 방식으로, 즉 셀 수 있는 덩어리 형태로 움직입니다. 그래서 원자의 움직임을 강조할 때 '양자'란 말을 씁니다. 이것은 마치 우리가 텔레비전을 볼 때 색이 연속적으로 움직이는 것처럼 보이지만 사실은 작은 픽셀로 되어 있는 것과 같습니다. 그래서 '양자'를 말할 때 '픽셀'과 같은 의미로 보면 됩니다. 양자의 특성을 연구하는 학문이 '양자역학'(quantum mechanics)입니다.

 

모든 만물이 어떻게 존재하며, 어떻게 작동하고 있는지 이해하려면 먼저 원자(atom)과 양자(quantum)의 개념을 꼭 알아야 합니다.