돌턴 원자론, 쪼개고 또 쪼개면 결국 무엇이 남는가

옛날 사람들은 물을 계속 쪼개면 뭐가 남는지 아무도 몰랐다

물 한 컵을 반으로 나누고, 또 반으로 나누고, 또또 반으로 나누면… 끝이 있을까요? 지금 우리는 '원자'라는 걸 배우니까 "당연히 끝이 있지!"라고 생각하지만, 200년 전만 해도 이건 아무도 확실히 대답하지 못한 질문이었어요.

그 시절 과학자들은 물질이 뭘로 이루어져 있는지 설명할 방법이 없었어요. 누구는 "물, 불, 흙, 공기 네 가지가 전부야"라고 했고, 누구는 "그냥 무한히 쪼갤 수 있어"라고 했죠. 마치 게임 설명서 없이 보스전에 뛰어드는 것과 비슷했어요. 규칙을 모르니 실험을 해도 결과가 왜 그렇게 나오는지 이해할 수 없었거든요.

특히 곤란했던 건 약을 만들거나 금속을 섞을 때였어요. "이 가루를 얼마나 넣어야 반응이 딱 맞게 일어날까?" 같은 질문에 정확한 답이 없으니, 과학자들은 매번 운에 기대는 수밖에 없었어요. 이 답답한 미스터리를 풀어줄 사람이 필요했죠. 그리고 그 사람은 아주 의외의 곳에서 나타났어요.

존 돌턴이 찾아낸 답: 모든 물질은 레고 블록처럼 작은 알갱이로 조립되어 있다

의외의 곳이란 바로 영국 시골의 조그만 학교 교실이었어요. 존 돌턴은 부잣집 도련님도, 유명 대학 출신도 아니었어요. 열두 살 때 이미 동네 학교에서 아이들을 가르칠 만큼 똑똒했지만, 집이 가난해서 대부분 혼자 공부했죠.

돌턴은 날씨에 푹 빠져서 매일 기온과 기압을 기록했어요. 그러다 공기 속 여러 기체가 '일정한 비율'로 섞인다는 걸 알아챘죠. "어? 기체들이 아무렇게나 섞이는 게 아니라 정해진 숫자 규칙이 있네?" 이 발견이 결정적 힌트가 되었어요.

1803년, 돌턴은 드디어 선언해요. "모든 물질은 더 이상 쪼갤 수 없는 아주 작은 알갱이, 즉 '원자'로 이루어져 있다!" 쉽게 말하면, 레고 세트처럼 블록 종류가 정해져 있고, 블록끼리 비율을 맞춰 조립하면 물도 되고 소금도 된다는 거예요. 같은 종류의 원자는 무게와 성질이 똑같고, 서로 다른 원자가 만나면 새로운 물질이 탄생한다는 규칙까지 딱 정리했어요. 드디어 게임 설명서가 완성된 셈이죠!

보이지 않는 알갱이를 믿기 시작하자, 과학이 완전히 달라졌다

게임 설명서가 생기니 모든 것이 달라졌어요. 과학자들은 이제 "이 원자 2개와 저 원자 1개를 합치면 물이 된다"처럼 정확한 레시피를 쓸 수 있게 되었거든요. 실험이 '운빨 게임'에서 '계산 가능한 과학'으로 업그레이드된 순간이었어요.

돌턴의 원자론 덕분에 화학은 체계적인 학문으로 자리 잡았어요. 훗날 과학자들은 원소를 무게 순서대로 정리한 '주기율표'를 만들었고, 원자 안에 더 작은 입자가 있다는 것도 발견했죠. 이 모든 발견의 출발점이 바로 돌턴의 '눈에 안 보이는 알갱이' 아이디어였어요.

재미있는 사실 하나 더! 돌턴은 빨간색과 초록색을 구별하지 못했어요. 본인이 직접 "나는 색이 다르게 보인다"는 사실을 기록하고 분석해서, 세계 최초로 색맹을 과학적으로 설명한 사람이 되었죠. 영어로 색맹을 'Daltonism(돌터니즘)'이라고 부르는 이유가 바로 여기에 있어요. 눈에 보이지 않는 것을 밝히는 데 천재적이었던 그는, 자기 눈의 비밀까지 과학으로 풀어버린 거예요.

네 몸속 약이 딱 맞게 듣는 이유도 바로 그 알갱이 덕분이야

자기 눈의 비밀까지 과학으로 풀어버린 돌턴의 원자론, 그게 지금 우리 일상과 무슨 상관이냐고요? 사실 엄청 가까이에 있어요!

감기에 걸려서 약을 먹을 때, 약 봉지에 적힌 '○○mg'이라는 숫자 본 적 있죠? 그게 바로 원자와 분자 단위로 약 성분의 양을 정확하게 맞춘 거예요. 돌턴이 "원자마다 무게가 정해져 있다"고 알려주지 않았다면, 약을 얼마나 넣어야 하는지 계산할 수가 없었을 거예요. 약이 너무 많으면 위험하고, 너무 적으면 안 듣잖아요.

급식 시간에 먹는 음식도 마찬가지예요. 소금(NaCl)은 나트륨 원자와 염소 원자가 1:1로 만나서 만들어져요. 설탕, 식용유, 비타민 전부 원자들이 레고처럼 조립된 결과물이에요. 유튜브 영상을 보는 스마트폰 속 반도체 칩도 실리콘 원자를 정밀하게 배열해서 만든 거고요.

200년 전 시골 학교 선생님이 상상한 "눈에 보이지 않는 알갱이"가 지금 여러분의 약, 음식, 스마트폰을 전부 가능하게 만들었어요. 오늘 뭔가를 만지거나 먹을 때, 한번 떠올려 보세요. "아, 이것도 원자로 되어 있구나!" 하고요.