리더퍼드와 원자핵의 발견
모든 물체의 가장 기본 또는 근원은 무엇일까? 고대 헬라 철학자인 엠페도클레스처럼 물, 불, 공기 및 흙 등으로 정의할 수도 있을 것이다. 아니면 정신이나 보편이라고 주장하는 관념론자가 될 수도 있다. 심지어 피타고라그 학파처럼 만물원 원리-아르케로 수라고 말할 수도 있을 것이다. 이러한 다양한 견해들은 고대가 가지는 한계와 성격 때문이다. 두말할 필요없이 과학이 발달하지 못한 시대 속에서 생각으로만 아니면 적어도 몇 가지의 간단한 실험도구들을 통해 얻을 수 있는 결과물들이다. 일단은 넘어가 보자. 그들은 아직도 정신과 물질을 정확하게 구분하지 않았고, 구분할 필요도 없었으니 말이다. 그럼에도 고대헬라철학은 이 후의 모든 철학의 근간이 되었고 원론이 되었다.
개념과 관념은 생각하지 말자. 오늘은 원자 이야기만 해야 하니까... 중세의 관념을 넘어 실험적 고찰이 가능한 경험과 객관주의는 아무래도 데카르트와 갈릴레이의 덕이 크다고 해야한다. 철학적
인 부분에서 데카르트는 '모든 진리는 의심 되어야 한다'는 전제를 통해 검증과 논리적 사고를 요구했다. 이어 나타난 갈릴레이는 그것을 과학에 도입했다. 검증도지 않았던 천동설이 판치는 시대 속에서 갈릴레이는 코페르니코스의 이론을 직접 실험했다. 그것도 자신의 개발한 망원경으로 말이다. 성경을 많이 읽는 기독교인으로서 말하지만 천동설은 성경에서 지지하지 않는다. 다만 천동성을 거부한 것은 종교를 이용해 자신들의 권력을 잡으려했던 타락한 카톨릭 집단이었음을 잊으면 안된다. 하여튼 갈릴레이는 직접 실험하고 관찰했다. 그리고 지구의 자전를 찾고 지동설을 이론적으로 뒷밭침한 공로를 남긴다. 덕분에 그는 평생 카톨릭에 의해 자택연금을 당한다. 지동설과 자유를 바꾼 것이다. 그러나 아직도 멀었다.
1911년 이전까지 사람들은 원자가 ‘건포도 푸딩’처럼 생겼다고 생각했다. 다시 말해 전체적으로 양전하를 띠고 있는 푸딩 모양의 원자 속에 음전하를 띠는 전작 건포도처럼 박혀 있다고 생각했다. 이것은 존 톰슨의 가설로 이전의 헬라철학의 영향을 받은 것이다. 그러나 그는 이것을 증명할 방법을 알지 못했다. 알더라도 실험 가능한 환경이 아니었다. 과학의 발달은 문명과 기계의 발달과 함께 간다는 것을 염두에 두고 생각해보자. 아무리 이론이 탁월해도 그것을 증명한 장치 즉 기계문명이 뒷밭침 되지 않는다면 아무런 소용이 없는 것이다.
혁명은 리더퍼드에게서 일어난다. 1911년, 맨체스터 대학의 에르너스트 리더퍼드(Ernest Rutherford 1871-1937)와 그의 조수는 방사능 실험을 통해 그 이론이 틀렸다는 것을 밝혀냈다.
리더퍼드는 먼 저 얇은 금박을 만들어 금 원자가 넓게 퍼지도록 한 다음 그 위에 양전하를 띤 알파입자를 쏘았다. 그러자 알파입자는 극소수를 제외하고는 모두 금박을 통과했다. 리더퍼는 이 실험결과를 올바르게 해석하기 위해 논리력을 발휘했다. 알파입자는 금박을 통과했으나 핵은 알파입자를 튕겨내므로 원자의 대부분은 빈 공간이다. 원자의 대부분의 질량은 이 핵이 가지고 있다고 할 수 있다. 원자는 곽차있는 상태가 아니라 중심의 핵을 제외하고는 주변부는 비어있는 작은 태양계와 같은 것이다. 이것은 마치 많은 행성들이 항성인 태양을 주위를 공전하는 것처럼 원자도 핵을 중심으로 수많은 전자들이 핵의 주위를 감싸고 돌고 있는 것이다.
리더퍼드의 성공은 이론을 지원해주는 실험이 가능했기 때문이다. 물론 그의 이론도 잠시 후에 약자역학 과학자들에게 호되게 당하기는 하지만 중요한 원리는 그대로 가져간다. 핵과 전자의 분리가 그것이다. 양자 역학에서는 클라우드 원자모델로 확정되고 있지만 이것 역시 불투명한 이론이다. 양자역한 자체가 불확정적이라는 이유 때문이라고 해야할까나... 하여튼 아직도 과학은 현재진행형이다. 요즘들어 가끔씩 드는 생각이... 원자라는 기계론적 관점이 철학과 종교로 다시 넘어가야 하지 않을까라는 생각이 든다. 원자를 파고 또 파도 결국 남는 것은 무의미한 에너지에 불과하기 때문이다. 원자를 자르고 또 자르면 남는 것은
무
無
에 불과하기 때문이다. 그래서 하는 말인데 2차대전 당시 나치가 했던 어리석은 것처럼 사람을 비누와 못을 몇개 만드는 지방과 철로만 생각하지 않았으면 좋겠다. 사람이 얼마나 소중하고 귀중한 존재인지는 잊지 말았으면 좋겠다.