우주의 계층구조를 알아보자

우주의 계층구조

---

지금까지 인간이 노력하여 밝혀낸 물질의 궁극 요소는 소립자들이며 이들의 배열과 상호작용에 의해 여러 형태의 물질이 형성되는 것으로 알려지고 있다. 소립자는 그 내부에 다른 구조를 가지지 않는 기본 입자로 정의되는데 지금까지 알려진 소립자로는 6개의 쿼크와 6종류의 경입자 등이 있다.

 

얼마 전까지만 해도 원자핵을 구성하는 양성자와 중성자를 물질의 최소 단위 중 하나라고 보았지만 이들도 쿼크의 결합으로 이루어진 것으로 확인되고 있다.

 

양성자와 중성자는 핵력이라는 대단히 큰 결합력에 의해 원자핵을 이루고 있으며 원자는 원자핵과 전자들이 정전기력에 의해 결합되어 있는 상태이다. 양자이론에 의하면 이 전자들은 원자핵 둘레에 확률적으로 분포되어 궤도운동을 한다. 원소의 종류는 원자 내의 양성자 수에 따라 결정되며 같은 원소라도 중성자 수에 따라 여러 동위원소가 있다.

 

이러한 원자들은 다시 여러 종류의 분자들을 이루게 되는데 분자들 중에는 염화수소(HCI) , 물(H2O), 암모니아(NH3) 분자같이 소수 원자로 구성된 것으로부터 단백질, DNA 같은 수많은 원자들로 구성된 것이 있다. 자연 상태의 분자와 함께 새로운 인공적 분자들이 실험실에서 합성됨에 따라 분자들의 종류 수는 날로 증가해 가고 있다.

 

가장 신비한 것 생명체

---

분자들은 다시 모여 우리의 일상생활에 익숙한 여러 형태의 물체를 이루게 된다. 물체 중에서도 가장 신비한 것이 바로 생명체이다. 이들을 구성하는 분자들은 매우 미묘한 조직으로 배열되어 있어서 비 생명체가 가실 수 없는 독특한 성질과 기능을 나타낸다.

 

생명체 중에서도 가장 발달된 종류 중 하나인 사람의 몸은 대략 10^28개의 원자들로 구성되어 있는데, 이들은 주로 탄소(C), 수소(O), 질소(N)등의 원자들이다. 이 원자들은 10^12-10^14개씩 모여 세포라는 생명체 단위를 형성한 상태로 우리 몸에 존재한다.

 

태양계는 행성이라는 매우 큰 물체들이 태양이라는 별 둘레에서 중력에 의해 돌고 있는 상태이다. 지구는 이들 몇몇 행성 중에 하나이며 대략 10^51개의 원자로 구성되어 있다. 이에 비해 태양은 지구 원자 수의 백만 배에 해당하는 10^57개의 원자로 이루어져 있다.

 

그런데 이 태양계는 지름이 대략 10^21m(10^23m, 십만광년)이고 두께가 10^20m(10^22cm)인 거대한 원판 모양의 밀키웨어라는 3천억 개의 별로 구성된 은하의 한 별에 불과하다. 이 은하는 10^70개의 원자로 구성되어 있는 것으로 추정되고 있다.

 

안드로메다

---

또한 우리 은하계가 속한 은하 이외에도 수많은 은하가 있는데 그중에서 우리의 것과 가장 가까이 있는 것이 대략 2백만 광년 떨어져 있는 안드로메다이다. 이 은하도 대력 천억 개의 별들로 구성되어 있는 것으로 알려지고 있다. 결국 우주는 전체적으로 볼 때 대략 10^80개의 원자로 구성된 물질들을 안고 10^10광년의 광대한 공간에 펼쳐져 있는 것이다. 작은 원자에서부터 넓고 큰 대우주까지 모든 물체가 궁극적으로 몇 개의 소립자로 구성되어 있다는 사실은 얼마나 놀랍고 경이한가?