각설탕 하나 크기에 '80억 인류'를 담는 법 (원자에 대한 소름 돋는 진실 10가지)

혹시 '원자'에 대해 얼마나 자주 생각해보시나요?

아마 그렇게 많지는 않을 겁니다.
 
당장 눈에 보이지도 않고, 학창 시절 과학 시간이 끝난 뒤로는 굳이 원자를 깊게 고민할 이유도 없었으니까요.

하지만 원자의 세계는 알면 알수록, 끝없이 매혹적인 곳입니다.
 
우리가 잊고 사는 놀라운 진실이 하나 있는데요.
 
바로 '이 세상 모든 것이 원자로 이루어져 있다'는 사실입니다.
 

정말입니다. 모든 것이요.

아주 작디작은 원자들이 어떻게 모이느냐에 따라, 저 멀리 우주에 떠 있는 거대한 성운이 되기도 하고, 방금 당신이 먹은 맛있는 '치킨'이 되기도 합니다.
 
심지어 가수 '테일러 스위프트'를 만드는 것도 결국 이 원자들이죠.

더 놀라운 건, 성운을 만들든 타코를 만들든 그 재료가 되는 원자들은 놀라울 정도로 비슷하다는 겁니다.
 
정말 엄청나지 않나요?

지금부터 이 '모든 것의 재료'인 원자에 대한 가장 놀랍고 흥미로운 사실 10가지를 함께 알아보겠습니다!

 

 

10. 머리카락 한 올의 두께 = 원자 50만 개가 나란히 선 길이

 

우리는 무언가 아주 가늘고 얇은 것을 표현할 때 "머리카락 굵기만 하다"라는 말을 씁니다.
 
우리 눈에 머리카락은 '작음'의 상징이니까요.

물론 밧줄이나 팔뚝에 비하면 그렇습니다.
 
하지만 원자의 세계로 오면 이야기가 완전히 달라지게 되는데요.
 
원자의 관점에서 볼 때, 머리카락은 상상도 못 할 '초거대 구조물'입니다.

놀라지 마세요. 평균적인 머리카락 한 올의 지름은, 원자 약 50만 개가 일렬로 쫙 늘어선 넓이와 같습니다.

네, 500,000개요.
 

물론 사람마다, 머리카락마다 차이는 있습니다.
 
가는 머리카락은 원자 30만 개 정도, 굵은 머리카락은 무려 100만 개의 원자가 그 폭을 빽빽하게 채우고 있죠.

과학자들은 '옹스트롬(Å)'이라는 아주 작은 단위를 사용하는데, 평균 원자 하나의 지름이 약 1 옹스트롬입니다.
 
그리고 머리카락의 지름은 약 50만 옹스트롬이죠.

우리가 '아주 얇다'고 생각하는 그 머리카락 한 올조차, 원자의 세계에서는 끝도 없이 광활한 대지나 다름없는 것입니다.
 
 

9. 내 몸속 원자 > 우주 전체의 별

 

 
위에서 머리카락 한 올에 원자 50만 개가 들어있다고 설명 했습니다.
 
그렇다면 우리 몸 전체에는 도대체 몇 개의 원자가 들어있는 걸까요?
 
그냥 짧게 대답한다면, "셀 수 없이 많다"입니다.
 
그리고 좀 더 길게 대답한다면...

지금 이 글을 읽는 당신의 몸을 이루는 원자의 수가, 우리가 아는 우주 전체에 있는 모든 별의 총합보다 많다고 답할 수 있습니다.
 
네, 잘못 들으신 게 아닙니다. 어떤 의미에서, 당신은 우주보다 더 '많습니다'.

 

 

 

 

 
숫자로 한번 비교해 볼까요?
 
과학자들이 추정하는 우주의 별의 개수는 약 2천억 개...의 1조 배입니다.
 
한마디로 "엄청나게 많다"는 뜻이죠.
 
하지만 우리 몸속의 원자 개수는 추정치로 약 10^27(10의 27제곱)개입니다.
 
1 뒤에 0이 무려 27개나 붙죠.
 
우주의 모든 별보다 10,000배나 많은 원자를 당신 혼자 가지고 있다는 겁니다.
 
하지만 진짜 소름 돋고 경이로운 부분은 지금부터인데요.
 
이 원자들은 평생 우리 몸에서만 계속해서 머물지 않습니다.
 
우리는 끊임없이 원자를 들이마시고 내뱉으며, 먹고 배출합니다.
 
이것은 무엇을 의미할까요? 지금 이 순간, 당신의 몸속에는...
 
역사상 존재했던 모든 인류가 가졌던 원자가 최소 하나씩은 포함되어 있다는 얘기입니다.
 
정말 멋지지 않나요?
 

 

8. 원자핵은 원자보다 100,000배 작다 (원자는 텅 비어있다)

 

우리는 원자가 이미 상상할 수 없을 만큼 작다는 것을 압니다. 
 
그러니 그 속에 있는 '원자핵'은 당연히 더 작겠죠.

그런데 과연 '얼마나' 더 작다는 걸까요?

이 비율을 알게 되면, 아마 세상을 보는 눈이 달라질지도 모릅니다.
 
가장 실감 나는 비유를 하나 들어보겠습니다.

만약, 원자 하나를 서울월드컵경기장(혹은 잠실 주경기장)만 한 크기로 거대하게 확대했다고 상상해 보세요.

그럼 그 중심부에 있는 '원자핵'의 크기는 과연 어느 정도일까요? 놀라지 마세요.
 

 
경기장 정중앙에 놓인 '탁구공' 하나가 바로 원자핵의 크기입니다. (혹은 '블루베리' 한 알이라고도 합니다.)

숫자로 말하면 더 충격적인데요. 원자는 자신의 핵보다 지름이 무려 10만 배나 더 큽니다.

이게 무슨 뜻일까요?

원자는... 사실상 99.9%가 텅 빈 '빈 공간'이라는 뜻입니다.
 
우리는 그동안 빽빽한 무언가로 가득 찬 세상을 만지고 있다고 생각했지만, 사실 우리가 만지는 모든 것은 텅 빈 공간입니다.
 
그저 그 거대한 빈 공간을 전자들이 빛의 속도에 가깝게 날아다니면서 '채우고' 있을 뿐인거죠.
 
 

7. 당신의 몸속엔 '셰익스피어'가 2천억 개쯤 있다

 

앞서 우리는 역사상 존재했던 모든 인류와 원자를 공유한다고 했습니다.
 
이 이야기를 좀 더 구체적으로 파고들어 볼까요?

과학자들이 이런 추측을 할 때 가장 즐겨 사용하는 예시가 바로 '윌리엄 셰익스피어'입니다.

가장 쉬운 것부터 생각해 보죠. 당신은 셰익스피어와 '공기'를 공유했습니다.
 
그가 내쉬었던 산소와 수소 원자가 수백 년간 지구를 돌고 돌아, 지금 이 순간 당신의 폐 속으로 들어왔을 테니까요.
 
이건 거의 확실합니다.

하지만 그게 다가 아닙니다. 그의 몸을 이루었던 '탄소' 원자 역시 마찬가지입니다.

원자의 기나긴 여정을 한번 상상해 봅시다.

 

 

 

 

 
1단계 : 먼 옛날, 별 안에서 만들어집니다.

2단계 : 혜성을 타고 지구에 도착합니다.

3단계 : 수백만 년간 흙과 물과 공기 속을 순환합니다.

4단계 : 어느 날, 셰익스피어가 먹은 닭고기나 샌드위치의 일부가 됩니다.

5단계 : 그리고 또 수백 년이 흘러... 그 원자가 돌고 돌아 지금 당신의 몸속으로 들어옵니다.
 

그럼 도대체 몇 개나 공유할까요? 한두 개가 아닙니다.
 
일부 과학자들은 우리가 셰익스피어 한 사람과 무려 2천억(200,000,000,000) 개의 원자를 공유할 수 있다고 추정합니다.

그가 내쉰 숨이 공기가 되고, 그가 흘린 땀이 증발해 당신이 마시는 물이 되고, 그가 흙으로 돌아가 자라난 식량을 우리가 먹으니까요.

물론 셰익스피어는 단지 하나의 예시일 뿐입니다.
 
당신이 역사 속에서 떠올릴 수 있는 그 어떤 인물이라도 결과는 같습니다.
 
당신은 그들 모두의 일부입니다.
 
 

6. 매년, 내 몸속 원자의 98%가 새것으로 교체된다

 

우리 몸이 수많은 원자들로 이루어져 있다는 것도 놀랍지만, 그 원자들이 가만히 '정지해' 있지 않다는 사실은 더욱 놀랍습니다.

당신의 원자들은 지금 이 순간에도 쉴 새 없이 들어오고, 또 나갑니다.
 
 단순히 숨을 쉬는 것만이 아닌데요.

우리는 끊임없이 낡은 세포를 버리고 새 세포를 만듭니다.
 
피부는 각질이 되어 떨어져 나가고, 새 피부가 자라나죠.
 
머리카락이 자라고, 땀을 흘리며, 음식을 먹고 배설합니다.

당신은 문자 그대로 '당신 자신을 잃어버리는 동시에, 다시 만드는' 과정을 평생 반복합니다.
 
새로운 피, 새로운 뼈, 새로운 세포... 모든 것을 말이죠.
 

이 '리빌딩' 작업은 엄청난 규모로 일어나게 되는데요.
 
과학자들은 매년 우리 몸을 구성하는 원자의 무려 98%가 완전히 새로운 원자로 교체된다고 추정합니다.

심지어 뼈처럼 단단하고 영구적일 것 같은 조직조차 예외가 아닙니다.
 
뼈를 구성하는 탄소 원자들조차 몇 달이면 절반이 새것으로 바뀝니다.

이것은 무엇을 의미할까요?
 
1년 전의 당신과 지금의 당신은, 원자 수준에서 보면 완전히 다른 사람이나 마찬가지입니다.

그리고 바로 이 '대교체 사이클' 때문에, 우리가 셰익스피어 같은 역사 속 인물들과 원자를 공유하는 것이 가능해지는 거죠.
 
매년 98%의 원자를 버리고, 그만큼의 새로운 원자를 외부(다른 사람들이 내뱉고, 배출하고, 남긴)로부터 받아들여야 하니까요.
 
 

5. 다이어트의 진짜 비밀: 살은 '숨'으로 빠져나간다

 

'다이어트' 산업은 어마어마하게 크지만, 정작 '살이 빠진다'는 것이 과학적으로 무엇을 의미하는지 제대로 설명하는 곳은 드뭅니다.
 
우린 그저 '칼로리를 태운다'고 말하죠.

하지만 살이 빠진다는 건, 내 몸의 '질량'이 사라진다는 뜻입니다.
 
그 많은 지방 덩어리, 즉 원자들이 물리적으로 몸에서 제거되어야 하는 거죠.
 
그럼 그 원자들은 다 어디로 가는 걸까요?

놀랍게도, 당신의 '얼굴 구멍'으로 빠져나갑니다. 네, 바로 당신의 '숨결'로 말이죠.

우리가 운동을 하면 몸속 지방(중성지방) 분자의 결합이 깨지게 됩니다.
 
그리고 이 지방은 대부분 탄소, 수소, 산소 원자로 이루어져 있는데요.
 
바로 이 원자들이 몸 밖으로 배출되어야 하는 겁니다.
 

과학자들에 따르면, 빠지는 지방의 약 84% (5분의 4)는 이산화탄소(CO2)로 변환됩니다.
 
그리고 이 CO2는 당신의 '날숨'을 통해 공기 중으로 배출됩니다.
 
나머지 16% (5분의 1)는 물(H2O)로 변해서, 땀이나 소변으로 빠져나가죠.

헬스 트레이너가 운동할 때 "호흡 제대로 하세요!"라고 강조했던 이유가 바로 이것입니다.
 
그게 바로 지방이 당신의 몸을 탈출하는 '주요 경로'였기 때문입니다.

만약 당신이 10kg을 감량했다면, 이 중 1.6kg은 물(땀이나 소변 등으로, 수분 보충하면 금방 돌아옴)로 빠져나간 것이고, 나머지 8.4kg은 순전히 당신의 '숨'을 통해 공기 중으로 사라졌다는 뜻입니다.
 
 

4. 당신 몸속 원자의 절반은 '외계 은하' 출신이다

 

아직 당신 몸속 원자에 대한 놀라운 이야기는 끝나지 않았습니다.
 
이 원자들이 지구에서 태어나지 않았다는 건 이제 알겠습니다.
 
하지만 태양계, 심지어 우리 은하계에서 태어난 것도 아니라면 어떨까요?

과학자들은 당신 몸을 이루는 원자의 약 절반이, 우리 은하계가 아닌 아예 다른 은하에서 날아왔다고 봅니다.

축하합니다.
 
당신은 이미 그 어떤 SF 영화 속 주인공보다 더 장대하고 기나긴 우주 여행을 마친 '베테랑 우주 여행자'입니다.

도대체 어떻게 이런 일이 가능했을까요?
 

 
모든 것은 저 머나먼 '다른 은하'에서 일어난 '초신성 폭발'에서 시작됩니다.

이 거대한 별의 죽음은 어마어마한 양의 원자들을 은하와 은하 사이의 텅 빈 암흑 속으로 흩뿌렸습니다.
 
이 '은하계 난민'이 된 원자들은 수억, 수십억 년을 떠돌아다녔습니다.
 
그러다 마침내 우리 은하계의 중력에 이끌려 '이민'을 오게 된 것이죠.

그렇게 우리 은하로 흘러들어온 우주의 먼지들이 모여 태양계가 되고, 지구가 되고, 결국 지금의 당신을 이루는 재료가 되었습니다.
 
 

3. '원자 1층' 두께의 슈퍼 물질, 그래핀

 

지금까지 우리는 수천억, 수조, 심지어 10^27개 같은 어마어마한 원자의 '수'에 대해 이야기했습니다.

이제 정반대 방향으로 가보죠. 바로 '그래핀(Graphene)'입니다.

지난 10여 년간 과학 뉴스의 '슈퍼스타'였던 이름이죠.
 
그래핀으로 못 만드는 것이 없다는 기사를 한 번쯤 보셨을 겁니다.

 

 

근데 이게 원자랑 무슨 상관이냐고요?

그래핀은 인류가 상상할 수 있는 가장 얇은 물건을 만들 수 있게 해줍니다.
 
바로 '원자 단 한 층'짜리 두께의 물건입니다.

아까 머리카락 한 올의 두께가 원자 50만 개라고 했습니다.
 
그 얇은 머리카락조차 50만 층이죠. 그런데 그래핀은 '단 1층'입니다.

이게 얼마나 말도 안 되는지 감이 오시나요?
 

 
2008년, 과학자들은 이 '원자 1층'짜리 그래핀으로 '풍선'을 만들었습니다.
 
그리고 이 믿을 수 없을 만큼 얇은 풍선이 가스가 새지 않도록 막아낼 만큼 튼튼하다는 것을 증명했었죠.

'원자 1층' 두께의 이 투명한 막은, 다이아몬드보다 강하고, 금보다 전기가 잘 통합니다.

미래의 컴퓨터 칩, 건축 자재 등 모든 것을 바꿀 '슈퍼 물질'로 불리는 이유입니다.
 
"그런데 왜 아직 상용화가 안 됐냐고요?" 안타깝게도 아직은 그래핀을 만들고 사용하는 과정이 너무 비싸고 어렵기 때문입니다.

하지만 언젠가 이 문제가 해결되는 날, 우리는 탄소 원자 '단 한 층'이 세상을 어떻게 바꾸는지 직접 목격하게 될 것입니다.
 
 

2. 우주의 모든 원자 수: 1 뒤에 0이 82개?

 

 
인간의 몸을 이루는 원자의 수는, 우리 은하의 모든 별의 수보다 많습니다.
 
그렇다면 질문의 범위를 바꿔서, 이 우주 전체에는 도대체 몇 개의 원자가 존재할까요?

이것은 현존하는 가장 거대한 질문이며, 그 계산은 당연히 매우 추측적인 수학의 영역입니다.

과학자들은 이 답을 찾기 위해, 우리가 '관측 가능한' 우주를 기반으로 계산을 시도했는데요.
 
현재 관측되는 은하의 수와, 하나의 은하를 구성하는 평균 원자 수를 기반으로 추론하는 방식으로 말입니다.

그렇게 해서 도출된 결과는, 인간의 언어로는 거의 표현이 불가능한 영역의 숫자였습니다.
 
과학자들이 추정하는 '관측 가능한 우주' 내의 원자 총 개수는, 10^78개에서 10^82개 사이입니다.

10^82이라는 숫자는, 숫자 1 뒤에 0이 82개가 붙는다는 의미인데요.

이 숫자를 부르는 '비진틸리언(vigintillion)' 같은 단위가 존재하지만, 사실상 인간의 인지 범위에서는 아무런 의미를 갖지 못합니다.

더욱 놀라운 사실은, 이 10^82이라는 숫자조차 우리가 '관측 가능한' 우주에 한정된 추정치일 뿐이며, 전체 우주는 이보다 얼마나 더 클지 아무도 모른다는 것입니다.
 
 

1. 각설탕 하나 크기에 '80억 인류'를 담는 법 (원자의 빈 공간)

 

 
아까 위에서 원자는 상상 이상으로 텅 비어있는 공간이라고 설명했습니다.

이는 물질을 이루는 분자와 분자 사이에도 빈 공간이 존재함을 의미하는데요.
 
그래서 우리가 단단하다고 느끼는 벽이나 책상조차도, 미시 세계의 관점에서 보면 구멍이 숭숭 뚫린 성긴 구조물에 가깝습니다.
 
그러면 만약에...현재 지구상에 살고 있는 80억 명의 인류.
 
그 모든 사람의 몸을 이루는 수많은 원자들 속에서, 이 '빈 공간'만을 완벽하게 제거하고 원자핵과 전자만을 꾹꾹 눌러 담는다면, 그 부피는 얼마나 될까요?

계산 결과는 충격적입니다.
 

 
80억 인류 전체는, 작은 '각설탕' 하나 크기의 공간 안에 모두 들어갈 수 있습니다.

물론, 이 '인류 각설탕'을 들어 올리려고 시도해서는 안 됩니다.
 
부피는 극도로 줄어들었지만, 80억 명의 질량(무게)은 그대로 남아있기 때문에, 그 작은 각설탕은 상상을 초월하는 무게와 밀도를 가질 것이기 때문이죠.
\
우리가 '물질'이라고 부르는 것들은, 사실 99.9999999%가 텅 빈 공간입니다.
 
어쩌면 우리는, 아주 희미하고 가벼운, 거의 존재하지 않는 것들에 둘러싸여 살아가고 있는지도 모릅니다.

 

납 원자를 충돌시키자 '860억 개의 금 원자핵'이 쏟아져 나왔습니다.

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입자를 100억 번 충돌시켰더니..험한 것이 튀어나왔다.

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지구상에서 가장 비싼 물질 TOP 9 (2025년 기준)

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