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화학 원소 주기율표에서 발견되는 경이로운 설계
(Ode to the Amazing Atom)
Henry L. Richter

   우주에서 가장 놀라운 물체중 하나는, 극히 작지만 모든 물질의 기초가 되는 원자(atom)이다. 원자들이 어떻게 존재하게 되었는지는 매우 주목할 만하다. 계산을 통해 물리학적 용어로 원자들을 설명할 수는 있지만, 그것이 ‘왜’ 존재하는 가는 여전히 수수께끼로 남아있다. 원자들이 형성되고 존재하도록 만들고 있는 힘은 정말로 정말로 놀랍다.

가장 간단한 원자인 수소(hydrogen)는 하나의 양성자(proton)와 하나의 전자(electron)로 구성되어 있다. 양성자, 중성자, 전자의 수가 많은 원자는 복잡한 원자이고, 가장 큰 원자는 극도로 불안정한데, 원자가 형성된 후 1초도 안 되는 시간 내에 방사성 붕괴로 인해 소멸된다.

원자는 대부분이 빈 공간으로서, 양성자와 중성자로 구성된 핵과 핵 주위를 둘러싼 전자구름으로 이루어져 있다. 전기적으로 양성자는 양성(+), 전자는 음성(-), 중성자는 중성인 입자이다. 그렇다면 양성자(+)와 전자(-)가 서로 끌어당기지 않는 이유는 무엇인가? 그들은 서로 만나 중성화되고, 새로운 중성자가 만들어져야하지 않겠는가? 그러나 그런 현상은 일어나지 않는다. 왜냐하면 어떤 이유로 인해 전자들은 하나 또는 여러 개의 양성자를 지닌 핵 주위를 끊임없이 돌고 있기 때문이다. 왜 전자들은 핵 주위에 정해진 궤도를 정확하게 돌고 있는 것일까? 아무도 그 이유를 알지 못하고 있다.








전자들은 전자껍질들에 배치되어 있는데, 각 껍질마다 허용되는 최대 전자 수가 정해져 있다. 더 복잡한 원자에서 전자의 수가 증가함에 따라, 전자껍질의 수가 늘어나고, 각 전자껍질은 지정된 전자 수만을 허용하고 있고, 전자의 공전 궤도는 서로 부딪히지 않도록 정렬되어 있다. 이런 현상이 우연히 일어날 수 있었을까?

그리고 놀랍게도 수소 원자 두 개가 합쳐져 H2(수소 가스)가 될 때, 두 개의 전자껍질이 8자 모양의 껍질로 재구성된다. 또한 수소 원자가 전자를 잃게 되면, 수소 양이온(산성 용액에서와 같이)이 되고, 성간 플라즈마(interstellar plasma)에서 양성자는 공간을 유지한다. 그것은 근처의 다른 입자들과 부딪히지 않고 분리되어 남아있다. 간혹 고에너지로 움직이다 서로 부딪혀 붕괴되기도 한다.

단지 양성자의 수와 전자의 수가 달라지면서, 만들어지는 원소들의 화학과 물리학은 극적으로 변화될 수 있다. 양성자 1개와 전자 1개가 모이면, 수소 원자가 된다. H2는 가스나 액체 형태뿐만 아니라, 금속성 고체(일부 행성의 코어에 존재하는 것으로 여겨지는)로 존재할 수도 있다. 2개의 양성자와 2개의 전자가 모이면, 헬륨(helium) 가스가 된다. 3개의 양성자와 3개의 전자가 모이면, 첫 번째 금속인 리튬(lithium)이 된다. 6개의 양성자와 6개의 전자가 모이면, 탄소가 된다. 탄소는 고유의 특징을 지닌 수십억 개의 화합물들의 기초가 되고 있으며, 생명체의 기본 원자가 된다.

계속 올라가 25개의 양성자와 25개의 전자가 모이면, 철(iron)이 되는데, 여러 금속들이 비슷한 수의 양성자와 전자들을 갖고 있다. 한 원자의 작은 구성 변화로 인해, 근본적으로 다른 특성을 갖는 원소들이 생겨난다는 것은 얼마나 놀라운 일인가?

러시아 화학자인 드미트리 멘델레예프(Dimitri I. Mendeleev, 1834~1907)가 1869년에 처음으로 제안했던 원소 주기율표(Periodic Table of the Elements)에는, 서소 다른 원소들이 유사한 특징을 가진 그룹들로 얼마나 아름답게 분류되고 있는지가 잘 나타나있다.










.이 그림은 원자번호(핵에 있는 양성자의 수)에 따라 배열해 놓은 원소들의 표이다. 세로 열은 비슷한 특성을 가진 원소들의 그룹이다. 이 표는 원소들의 특성을 나타내는 가장 일반적인 표이지만, The Conversation(2019. 1. 2) 지에서 마치(March Lorch)가 보여준 것처럼, 다른 방법으로 원소들의 특성을 나타내는 표들도 존재한다.

이 원소들이 모두 우연히 생겨날 수 있었을까? 원자의 운동뿐만 아니라, 모든 것이 완벽하게 작동되어야만 가능하다. 와우!

우주가 처음 생겨났을 때, 어떤 과정인지는 모르지만, 원자들은 창조되었고 형성되었다고 볼 수 있다. 아원자 입자들 간의 상호작용을 유도하는 힘들을 기술할 수 있지만, 그 힘들이 스스로 만들어질 수는 없다. 원자들이 존재하도록 그 힘들은 극도로 미세하게 조정되어 있어야만 했고, 처음부터 저절로 사라지지 않고, 안정한 상태로 남아있을 수 있도록 계획되어 있었다. 위에서 설명한 바와 같이, 원자들은 음성의 전자들이 양성의 양성자와 일정한 거리를 두고 움직이도록 배치되어 있다. 상황 전반을 종합적으로 살펴볼 때, 이것은 물질들이 함께 있도록 해주는 경이로운 방법이다. 어떻게 이런 놀라운 일이 일어날 수 있었을까? 그런 일이 일어나기 위해서는 불가해한 초지성(super-intelligence)이 요구된다. 우주의 모든 원자들을 생각해보라. 우주에는 10^22개의 별이 있다고 추정된다. 행성들의 수는 아마도 그 이상일 것이다. 이 모든 것들은 아주 작고 완벽하게 작동하는 원자들로 구성되어 있는 것이다!

창조는 정말로 놀랍지 않은가? 원자로부터 우주에 이르기까지, 이 세상의 모든 것들은 우리가 그것들을 만드신 분의 지혜를 깊이 생각할 수 있도록 극도로 미세하게 조정되어 있다.


*리히터(Richter) 박사는 Chemical and Engineering News 지(2019. 1. 7)에 실렸던, 샘 레모닉(Sam Lemonick)의 ”원소 주기율표는 하나의 아이콘이지만, 화학자들은 여전히 ​​원자를 배열하는 방법에 동의하지 않고 있다”라는 제목의 글을 소개하고 있었다. 그 글에서 레모닉은 주기율표의 역사와 드미트리 멘델레예프의 전임자와 후계자에 대해서, 거의 알려지지 않았던 뒷이야기를 전해주고 있었다. 기억해야 할 중요한 점은 원소의 주기성은 본질적으로 사실이지만, 그래픽으로 표현하는 방법은 사람에 의해 만들어진 근사치라는 것이다. 배열에 어떤 예외가 있다는 것은 거기에 어떤 규칙이 있음을 증거하는 것이다. 대부분의 원소들과 그 특성은 주기적 순서를 따르는데, 가장 일반적인 다이어그램은 그 특성을 유용한 방식으로 잘 나타내고 있다. 리히터는 ”그 글을 다시 쓸 필요가 없다고 생각한다”고 덧붙였다.

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*각주 : 당신은 2019년이 화학원소 주기율표의 해(International Year of the Periodic Table of the Chemical Elements)로 지정되었다는 것을 알고 있는가? 이 주기율표를 발견한 사람은 기독교인이며, 성경을 믿었던 과학자 드미트리 멘델레예프(Dimitri Mendeleev)라는 사실을 알고 있는가? ”과학의 상징적 아이콘”이 된 그의 주기율표를 기리는 올해를 기념하기 위해서, 우리는 그를 이 달의 창조과학자로 선정한다.


*참조 : Design in Chemistry Explained by a PhD Chemist (CEH, 2019. 2. 27)
https://crev.info/2019/02/design-in-chemistry-explained-by-a-phd-chemist/


출처 : CEH, 2019. 1. 7.
URL : https://crev.info/2019/01/ode-amazing-atom/
번역자 : 미디어위원회

관련 자료 링크:

1. 화학 원소 주기율표와 하나님의 질서 (Atoms and God’s order in the fundamental building blocks of all substance. The Periodic Table of chemical elements)
2. 우주의 미세조정이 계속 밝혀지고 있다. : 미세 조정된 양성자와 중성자의 질량 차이. (Evidence-Based Cosmology, Fine tuning)
3. 우주의 미세조정 (YouTube 동영상) (The Fine Tuning of the Universe)
4. 사람이 거주하도록 창조된 지구 : 지구 행성의 놀라운 설계 특징 (Created to be inhabited, Amazing design features in planet Earth)
5. 하나의 특별한 우주 : 그 개념을 취할 것인가 버릴 것인가? (One Special Universe : Take It or Leave It?)
6. 우리의 창조된 지구 : 생명체를 위해 독특하게 설계되었다 (Our Created Earth : Uniquely Designed for Life)
7. ‘행성 충돌’은 진화론자들의 요술지팡이가 되고 있다. : 생명체의 주요 원소인 인과 탄소의 기원에 대한 충돌 이야기 (Why Astronomers Hammer Planets)
8. 브롬이 없다면, 생물들은 존재할 수 없었다. : 생명체가 존재하기 위한 필수적 원소는 28개 (Without Bromine, There Would Be No Animals)
9. 지구의 중원소들은 초신성에서 왔는가? : 무거운 원소들의 기원은 신념의 문제이다. (Did Heavy Elements Come from Supernovas?)
10. 현대 물리학이 우리에게 알려주는 이야기 (What does modern physics tell us?)
11. 정교하게 설계된 지구 - 누가 만들었을까?
12. 지구의 크기는 생명체가 존재하기 위한 좁은 범위 내에 있다. (Earth Size Gives Life Edge)
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19. 중력 : 신비로운 힘 (Gravity : The mystery force)
20. 지적설계의 증거가 무신론자에게 설계자를 확신시키다 (Intelligent Design Evidence Convinces Atheist of Designer)
21. 비축소적 복잡성
22. 무질서와 복잡성 (Chaos and Complexity)
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