며칠 전 인터넷 동아사이언스(dongaScience.com)의 Q&A 코너에는 ‘사람의 몸에는 몇 개의 원자가 있습니까?’라는 질문이 들어왔습니다.
정말 심오한 질문입니다. 인류 역사가 시작된 이래 수많은 철학자와 과학자가 인간을 이루는 것은 무엇인지, 그 실체가 무엇인지 고민해왔기 때문입니다. 오늘날 당연한 사실로 받아들이는 존 돌턴의 원자론이 제기된 것도 1808년의 일로 채 200년이 안된 일입니다.
하지만 돌턴도 1억 분의 1cm 크기의 원자를 셀 방법은 없었습니다. 이 문제를 해결해준 사람은 바로 아메데오 아보가드로(사진)입니다. 그는 1811년 다른 종류의 원자라도 같은 온도, 같은 압력, 같은 부피(1몰)에는 같은 수(6.02×10²³개)의 입자가 들어 있을 것이라는 가설을 발표했습니다. 이 가설로 부피만 측정하면 원자의 개수를 센 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 됐습니다.
우리 몸의 대부분은 물입니다. 그렇다면 물분자를 이루는 수소와 산소의 개수를 우선 구해낼 수 있습니다. 물 18g에는 2몰의 수소 원자와 1몰의 산소원자가 들어있습니다. 1몰에는 약 6 x 10²³개의 입자가 들어있으니 체중이 60㎏인 사람이라면 (60,000g/18g)(2몰)(6 x 10²³) 〓 4 x 10의 27승 개의 수소 원자가 있는 셈입니다. 산소 원자 수는 수소의 절반 정도가 될 테고, 그밖에 탄소, 질소 등 원자 수를 모두 합하고 반올림을 하면 사람의 몸에 들어있는 원자의 총 수는 약 10의 28승 개 정도가 됩니다.
흔히 사람의 몸을 소우주라고 합니다. 그 근거를 수치를 통해 알아볼까요. 태양계가 속한 우리 은하에는 약 1,000억(10의 11승)개의 별이 있고, 우주에는 우리 은하 같은 은하계가 약 1,000억(10의 11승)개가 있습니다. 따라서 우주에는 태양 같은 별이 10의 22승개 정도 있다고 볼 수 있습니다.
마찬가지로 우리 몸에는 약 100조(10의 14승)개의 세포가 있으므로, 산술적으로만 따지면 세포 하나에도 100조(10의 14승)개의 원자가 있는 셈입니다. 이렇게 보면 사람이라는 우주 속에 세포라는 은하가 있고, 이 은하에는 또 세포 수만큼의 원자라는 별들이 있는 것으로 볼 수 있습니다. 비슷한 문제가 지난해 서울대 고교장 추천입학 지필 고사에 나온 것으로 봐서는 영 터무니없는 이야기는 아니겠지요.
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