2015-09-09
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백운석(bws0011)
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원자의 대부분은 빈 공간이라고 배웠습니다. 그런 원자들의 결합으로 이루어진 우리 주변의 사물들은 비록 존재는 할지라도 눈에는 보이지 않아야만 할 것 같습니다. 그런데 우리는 사물을 뚜렷하게 보며 살고 있지 않습니까? 그 이유가 무엇인지 알 수 있을까요?
- 원자
- 빈공간
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답변 3
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답변
이응신님의 답변
2015-09-11- 3
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'본다'는 사실은 빛이 물체의 표면에서 회절이나 반사가 되어 사람의 눈에 다시 들어와서 시신경을 자극하기 때문입니다. 얼음이나 물은 볼 수 있는데 수증기는 볼 수 없는 사실로 보아 사물을 볼 수 있는 것은 분자를 구성하는 원자핵의 간격과 분자를 구성하는 전자들과 빛의 반응 때문입니다.
원자의 크기 때문이라면 얼음이나 물은 볼 수 있는데 수증기는 볼 수 없는게 이상하지 않나요? 얼음이나 물은 원자핵들이 일정한 거리를 두고 연속적으로 분포하기 때문에 얼음이나 물을 구성하는 원자인 산소와 수소의 간격이 빛의 파장보다 대략 1/1000 정도 되어 빛의 파장보다 촘촘하게 밀집되어 있어 빛이 분자를 구성하는 전자들과 반응해서 특정 파장의 빛이 다시 방출되어 (일반적인 용어로 반사) 눈으로 들어오기 때문입니다. 만약 X선이나 감마선으로 얼음을 '본다'고 하면 그냥 통과해버려 볼 수 없습니다.
기체인 수증기는 분자들 간의 간격이 너무 멀어 빛이 낱개의 물분자들과 반응하기는 해도 연속적으로 촘촘하게 분포를 하지 않아 전체를 구성하는 구조에 따른 반사광이 없어 눈에 보이지 않는 것입니다. 물론 산란이 일어나면 대기 중의 붉은 빛이나 푸른 빛으로 보게 되기는 하나 산란되는 빛을 보는 것이지 원자나 분자를 보는 것이 아닙니다.
본다는 사실과 만져서 촉감으로 물체의 존재를 느끼는 것은 또다른 차원의 문제입니다. 손을 구성하는 분자의 간격 때문에 물체를 구성하는 분자들 사이로 서로 비집고 들어갈 수 없으므로 촉감으로 느끼게 되는 것입니다. 물론 물체와 물체끼리 만났을 때도 분자들간의 간격 때문에 서로 뚫고 들어가기 힘들어 충돌이 일어납니다. 분자의 표면을 스케닝하여 볼 수 있는 '원자현미경'들은 접촉에 따른 반 데르 발스 힘을 이용하기 때문에 빛으로 본다기 보다는 촉감처럼 서로 접촉을 해서 나오는 신호로 표면을 '보는' 것입니다.
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답변
김강형님의 답변
2015-09-10- 2
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빛을 우리가 인지할 수 있는 것은 눈에서 인지할 수 있기 때문이고 우리가 눈으로 사물을 보는 것은 빛이 반사되어 눈으로 돌아오기 때문입니다.
빛이 물체를 통과하여 반사되지 않으면 우리 눈으로 돌아올 수 없죠.
원자는 핵과 전자로 구성되어 있는데 핵이나 전자의 사이즈는 매우 작습니다.
어떤 분의 비유를 보면 핵과 전자의 거리는 100m 경주 레인에서 주자와 골인지점처럼 멀다고 합니다. 따라서 말씀하셨듯이 원자의 대부분은 비어있는 셈입니다.
그런데 이들 핵의 진동이나 전자의 움직임이 매우 빠르다면, 이 궤도에 다른 입자가 끼어들기는 어렵습니다.
선풍기가 빠르게 돌고 있을 때 그 날개 사이로 화살을 쏘아 통과시키려는 것과 같습니다.
화살이 통과할 확률은 거의 없죠.
그래서 실제로 원자는 다른 원자들과 섞여 압력을 받아도 찌그러들지 않습니다.
즉, 그 전자들의 궤도 자체가 원자의 부피처럼 작용합니다.
그리고 빛의 진폭은 nm단위로 크지만 원자의 사이즈는 pm단위이기 때문에 전봇대(빛)로 탁구공(원자)에서 빈틈을 찾아 꽂으려는 시도와 같습니다.
그래서 전자현미경이나 여러 방법으로 물체를 정밀하게 측정해 보면 원자크기로 배열되어 있는 것이 관찰됩니다. 즉 어떤 probe로도 원자 내의 틈새로 비집고 들어가 측정할 수 있는 것이 없었죠.
오히려 이렇게 본다면 원자가 여러 입자로 구성되어 있고 그 틈새가 굉장히 넓다는 것을 전자현미경이 발명되기도 전에 생각만으로 원자의 내부 구조를 유추해낸 과학자들이 대단하다고 생각합니다.
인간의 사고력은 정말 위대합니다.
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답변
오현철님의 답변
2015-09-20- 1
투명한 물질에 대해 쉽게 잘 설명해 주셔서 감사합니다.
저는 금속을 전공해서 질문하신 분이 왜 물질이 불투명한지 물어보셔서 설명도 그런 쪽으로 치우쳤네요.
그리고 수증기는 분자 사이 간격이 넓으니 빛이 통과할 수 있어 투명하게 보이는 것은 당연하다고 생각합니다. 수증기도 밀도가 높으면 불투명하거나 반투명해 보이죠.
그렇지만 투명한 물질에서 빛이 통과하는 이유에 대해서는 잘 설명해 주셨다고 생각합니다.