데모크리토스의 원자설, 입자는 알겠는데 '빈 공간'은 왜 튀어나와?

세상 모든 것은 변한다. 계절이 변하고, 물이 흐르고, 씨앗에서 식물이 자라나고, 사람은 늙고 병들어 죽는다. 왜 이런 일들이 일어날까?

 

데모크리토스는, 모든 것이 변하는 이 세상에도 변하지 않는 것이 존재한다고 믿었다. 절대로 늙거나, 변하거나, 쪼개지지 않는 것이 있고 그것이 모여 물질을 구성한다는 것이다. 데모크리토스는 이 입자를 아토모스(atomos = 부정을 뜻하는 a- + 쪼갬을 뜻하는 tomos)라고 불렀다. 이 주장을 원자설, 혹은 입자설이라고 부른다. 그의 주장에 따르면 신 맛은 신 맛을 내는 입자로 인해 생기는 것이다.

 

비슷한 시기에 살았던 아리스토텔레스는 이와 반대로 '원소설', '연속설'을 주장했다.

 

 두 사람의 주장을 비교하면 이렇다. 어떤 물질을 무한히 확대해서 관찰한다고 가정해보자.

데모크리토스는 그 물질의 입자(원자)를 볼 수 있다고 주장했을 것이다.

아리스토텔레스는 물질이 빈틈없이 무한히 펼쳐져 있다고 생각했기 때문에(연속설) 열 배로 확대하나 천만배로 확대하나 비슷하게 보인다고 했을 것이다.

 

 이 비교에서 데모크리토스의 물질관을 조금 더 알 수 있다. 아리스토텔레스의 연속설에 따르면 물질은 빈틈없이, 연속적으로 구성되어 있다. 데모크리토스의 주장에 따르면 더 이상 나누거나 쪼갤 수 없는 입자, 단위가 존재하며 물질은 '연속되어 있지 않다'. '연속되어 있지 않다'는 것은 입자와 입자 사이에 어떤 공간, 허공이 있다는 의미이다. 데모크리토스는 모든 물질이 원자(입자)와 빈 공간으로 이루어져 있다고 주장했다.

 

 아리스토텔레스의 주장대로 물질이 무한히 쪼갤 수 있게 연속적으로 구성되어 있다면 빈 공간은 존재하지 않을 것이다. 공간이 있으려면 공간을 사이에 둔 대상이 두 개 이상 있어야 할텐데, 아리스토텔레스의 물질관에서는 그 대상(입자)이 존재한다는 사실 자체를 인정하지 않는 셈이기 때문이다. 만약 이 '빈 공간'이 존재한다는 사실이 밝혀진다면 아리스토텔레스의 물질관이 잘못되었다는 강력한 근거가 될 것이다. 돌턴은 그의 J자관 실험에서 이 '빈 공간'이 실재함을 밝혔다.