2007년 11월 28일 수요일

물리와 결합

고대 그리스인들은 물질을 더 이상 쪼갤 수 없는 원자가 있다고 생각했다.

그러나 현재 이 원자원자핵전자쪼개지고, 다시 원자핵은 몇개의 중성자들양성자가 결합되어 있다는 것을 알게 되었다.


우리가 경험하는 대부분의 물질들은 양성자와 중성자로 구성된 원자핵과 그 주위에서 양성자의 전하를 상쇄하기 위한 전자들로 구성된다.


원자핵 속의 양전자에 따라서 지구에 자연상태로 존재하는 원자103개이며, 이들의 다양한 결합에 의해서 지구상의 모든 물질들이 이루어져 있다.


구체적으로 원자핵은 양성자와 중성자들로 이루어져 있으며 이들의 개수에 따라서 다른 특성을 가진 원자핵들이다.


이것을 굉장히 단순화하여 말하면, 지구상의 다양한 물질들은 다른 원자핵과 전자들이 모인 원자들의 상호 결합하여 만들어진 분자로 이루어졌다고 말할 수 있다.


이것에서 유추할 수 있는 것은 자연에 존재하는 다양성은 아마 서로 다른 것들의 상호작용에 의한 결합에 의해서 이루어진다고 성급하게 말할 수도 있을 것이다.


위의 원자들이 서로 결합하여 다양한 분자들을 만들게 된다.


예, 2H + O = H2O.


자연 상태에서 존재하는 103종의 원자들의 결합에 의해서 이루어진 분자들은 셀 수가 없을 정도로 많다.


또한 이들 분자들로 이루어진 생명체들의 개수 또한 셀 수가 없을 정도이다.


하지만 이 분자들에 의해서 이루어진 물질은 크게 무기물과 유기물로 나눠어진다.


유기물의 기준은 좀 모호한 면이 있지만, 일반적으로 탄소와 산소와 질소와 수소등의 결합에 의해 이루어진 물질을 유기물이라고 한다.



하지만 일반적으로 유기물이라고 하면 탄소화합물이라고 생각해도 괜찮다.


탄소는 참으로 재미있고 참으로 특이한 원소이다.


왜냐하면 탄소가 만드는 화합물의 개수는 그 외 다른 원자들이 만드는 화합물들의 개수보다 훨씬 많다.


즉 탄소화합물의 개수는 아마 그외 모든 화합물들의 개수를 모두 합친 것보다 많을 것으로 추측한다.(확실하지 않음.)


화학시간에 배운 벤젠, 프로판, 파이결합, 알파결합 등.. 그래서 탄소화합물이 무기물이 아닌 유기물이라는 새로운 분류를 만들 수 있게 되는 것이다.


또한, 탄소의 이런 특성 때문에 과학자들은 다른 행성에 생명체가 있다면 100% 탄소화합물에 의한 생명체가 있어야 한다고 생각한다.


물리학적으로는 생명이라고 하는 것도 이 유기물의 덩어리로 볼 수 있습니다.생명체는 탄소와 다른 원소들 또는 탄소들 간의 다양한 결합(상호작용)에 의해서 이루어졌있다.


탄소이외에 이와 같이 다양한 결합들을 하는 원소는 없다.


재미 있는 이야기는 현재 주류의 물리학자들 물질과 장을 하나이며 물질(物質, matter)과 장(場, field)으로 설명하고 있다.


여기서, 물질과 장은 각각 지구와 지구에 의해서 생기는 중력장을 생각하면 쉬우며, 대표적인 장은 전기장과 자기장, 중력장이다.


장(field) : http://100.naver.com/100.nhn?docid=132479


고전역학에서는 장(field)은 그 장을 발생시키는 하전입자(荷電粒子)와는 성질이 다르다고 하여, 장을 물질과 대립하는 것으로 보는 이원론적 해석이 있었다.


하지만, 현재 양자론에 의하면 고유한 소립자(素粒子)가 각각의 장을 매개하는 것으로 생각하고 있다.


예를 들면, 전자기력은 전자기장, 즉 광자(光子, photon)에 의하여 매개되고, 핵력(核力)은 핵력장에 따른 π중간자의 교환력에 의하여 매개된다고 각각 생각하고 있다.


이 생각을 역으로 생각하면, 물질입자인 전자도 전자기장에 따른 입자로 간주할 수 있다.


즉, 물질과 장이라는 이원론적 요소는 하나의 실체의 두 측면으로서 통일적으로 이해될 수 있다.


소립자를 장으로 설명하는 장의 일원론(一元論)으로 생각하고 있는 것이 현재 주류 과학자들의 생각이다.