제6권 · Chapter 3 · 1절

수소 원자

1-2. 에너지 준위와 스펙트럼선

"원자가 내뿜는 빛 한 줄기에는, 원자 내부의 비밀이 암호처럼 새겨져 있다."

빛으로 원자의 내부를 들여다보다 — 우주의 바코드

밤하늘의 별빛을 프리즘에 통과시키면 놀라운 것이 보인다. 연속적인 무지개 위에 검은 줄무늬가 군데군데 새겨져 있는 것이다. 마치 누군가 무지개 위에 가느다란 검은 선을 그어 놓은 것처럼.

이 검은 줄무늬의 위치는 별마다, 더 정확히는 별의 대기에 포함된 원소마다 다르다. 수소는 수소만의 줄무늬 패턴을, 헬륨은 헬륨만의 패턴을, 나트륨은 나트륨만의 패턴을 만든다. 마치 모든 원소가 고유한 지문을 가진 것과 같다.

놀라운 것은 이것이다: 천문학자들은 수십억 광년 떨어진 은하의 빛에서도 이 줄무늬를 읽어낸다. 빛의 바코드를 해독하면, 별을 직접 가지 않고도 그 별이 무엇으로 이루어져 있는지 알 수 있다. 우리가 우주의 화학 성분을 아는 것은, 전적으로 이 "스펙트럼선" 덕분이다.

그런데 왜 원자는 특정한 색의 빛만 내보내고 흡수하는 걸까? 왜 모든 색이 아니라, 딱 정해진 몇 가지 색만? 이 질문의 답은, 이전 절에서 배운 양자수와 에너지 준위에 숨어 있다.