안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
반은 맞고 반은 오해예요. 원자핵과 전자를 알갱이로만 보면 원자 안은 정말 텅 비어 있어요. 원자를 축구장 크기로 키우면 핵은 한가운데 놓인 구슬 하나 정도고, 전자는 관중석 어딘가를 떠도는 먼지 수준이거든요. 질량의 99.9%가 그 구슬에 몰려 있으니 나머지 공간은 비어 있다는 말이 여기서 나와요.
그런데 그 공간은 비어 있는 게 아니라 전자로 채워져 있어요. 전자는 한 점에 있는 알갱이가 아니라 원자 전체에 확률 구름처럼 퍼져 있는 존재예요. 알갱이로 볼 때는 비어 보이지만 파동으로 보면 원자 안 어디에나 전자가 있는 거예요. 우리가 손으로 벽을 밀 때 뚫고 들어가지 못하는 게 그 증거예요. 손의 전자 구름과 벽의 전자 구름이 서로 밀어내는 힘 때문인데, 정말 텅 비어 있다면 두 물체가 그냥 겹쳐 지나가야 해요.
여기에 양자역학의 규칙 하나가 더 있어요. 전자는 같은 상태에 둘이 겹칠 수 없어서, 원자끼리 너무 가까워지면 전자들이 서로 비켜설 자리가 없어 강하게 반발해요. 물질이 단단하게 느껴지는 건 이 반발이 만드는 거예요. 그러니까 원자는 핵이라는 작은 점 주변에 전자라는 안개가 채워진 공간이고, 그 안개가 물질의 형태와 단단함을 만들어요. 비어 있다는 말은 질량 기준으로는 맞지만 존재 기준으로는 맞지 않아요 :)