바늘구멍만한 면적에 원자原子를 무려 1조兆개나 채울 수 있다. 상상조차 힘든 숫자다. 원자는 이렇게 작지만 그속에 우주의 원리가 숨쉬고 있다는 사실은 참으로 신비스럽다. 어떤 비밀이 숨어있는가?
우선 원자 안의 전자는 원자핵을 쉴 새 없이 회전한다. 말이 회전이지 회전의 개념을 훨씬 넘어섰다. 예를 들면 태양을 구성하는 수소원자에서는 전자가 원자핵을 매초 1천조(10에 15승 Hz)번 회전한다. 이것 역시 상상이 어려운 회전수다. 더욱 신기한 것은 전자가 핵을1회전 할 때마다 자기자신을 똑같이 복제하여 원자 밖으로 차낸다는 사실이다.
그러므로 복제된 전자 수는 회전수와 똑같이 1초에 1천조 개가 된다. 원자 밖으로 밀려나온 복제전자는 일직선을 그리며 초당30만 Km로 우주공간을 끝없이 달린다. 따라서 태양 열에 가열된 수소 한개가 계속 만드는 복제전자들은 일정한 간격을 두고 한 줄로 뻗어나가는데 이 직선이 파장이다.
수소가 가열되어 만들어내는 이같은 복제전자를 광자光子photon이라 하며 광자들이 한 줄로 이어 나가며 만든 직선을 빛 또는 가시可視 광선이라한다.
그러면 수소는 빛만 만드는가? 그렇지않다. 우리 두뇌세포 역시 세포속에 있는 수소에 미세한 열을 가하여 수소전자를 회전, 파장을 만들고 있다. 뇌파는 보통 초당 1에서 38( 1 -38 Hz)번 까지 회전한다. 라디오의 경우는 약 1억번 ( 10에 8승 Hz)회전하여 전파를 만든다. 파장은 수소만 만드는 것이 아니어서 더욱 복잡하고 신비스럽다.
모든 원자는 수소와 같은 원리로 파장을 만들며 원자 자체가 파괴될 때는 중성미자 같은 소립자들이 나와 파장를 만든다. 그리고 수소 원자 하나가 만든 파장의 종류만도 10에 22승한 만큼이나 많다. 여기서 우리가 알아야할 사항은 파장을 이끄는
소립자( 대부분 전자복사)들은 작은 물질로 질량을 가졌다는 사실이다.
그리고 이소립자들은 다른 물체와 부딛치지 않는 한 우주공간에서 영원히 소멸되지 않는다. 이 의미는 우주탄생 이후 지난 138억년동안 소립자가 우주공간에 축적되어 왔기 때문에 우주공간은 소립자로 꽉차있다고 물리학은 생각한다는 뜻이다. 과학자들은 이러한 소립자들이 한곳으로 밀집되어 뭉치면 이변이 발생하지 않을까 우려했다. 이를 증명이나 하듯 2007년 미국 미네소타 대학 천문학팀이 지구로부터 100억 광년光年(빛이 1년간 달리는 거리) 밖에서 엄청 큰 그림자같은 허공(Void)을 발견했다.
무슨말인가 하면 우주공간(Space)이라 하더라도 빛이나 파장들은 통과하는데 이 검은 그림자는 직경이 무려 10억광년이나 되면서 아무 파장도 통과시키지 않아 마치 우주에 구멍이 난 것 같다. 이때문에 이것은 ‘커다란 우주구멍(Big hole in Universe)’이라고 이름 붙었다.
일부과학자들은 이것을 우주에 떠도는 소립자들이 뭉친 결과로 보았다. 얼마나 단단히 뭉쳤느냐하면 지구나 태양도 빛의 속도로 뚫고 지나가는 우주선(중성미자)도 우주구멍은 통과하지 못할 정도로 단단하다. 물론 우주구멍에 대한 추측도 무성하다.
일부학자들은 이것을 검은물질(Dark matter)로 보기도하고 또다른 학자들은 우주가 태어날 때부터 있었던 차가운 물질로 간주하기도 한다. 이같이 우주에서 새로운 현상이 발견되면 과학자들은 여러가지 가설을 펼친다. 이러한 일련의 주장들을 접하면 과학은 거대한 우주앞에서 우주의 원리를 진단하는데는 무기력하기 짝이없어 보인다. 지금 유럽서 계속 실험중에있는
사상최대 입자충돌기(Large Hadron Collider)가 원자가 가진 비밀을 얼마나 찾아낼 지는 예측할 수 없다.
아무리해도 전자가 어떻게 매순간 자기자신을 복제할 수 있는지 그 비밀만큼은 밝혀내지 못할 것으로 본다. 왜냐하면 빈공간이나 다름없는 원자속에서 계속 전자(소립자)를 만들어 밖으로 내보내는 사실은 바로 무 無에서 유有를 창조하는 것이기 때문이다. 또한 이것은 빅뱅The Big Bang 전에 무였던 곳에서 우주라는 유를 탄생시킨 사건과 같은 차원이라 볼 수 있기 때문이다. 실제로 빅뱅으로 최초로 태어난 물질은 전자나 양자같은 소립자였으며 한 참 시간이(약30만 년)지난 다음 소립자가 뭉처 원자를 만든 것으로 물리학자들은 보고있다. 다시말해 우주탄생 원리가 작은 원자속에서 숨쉬고 있다는 말이다.
과연 인간은 원자속에서 전자가 쉴 새 없이 자기증식 하는 원리를 찾을 수 있을까? 이 비밀은 곧 우주탄생의 비밀이기도하며 과학의 최후 과제가 될 것이다.
