제6권 · Chapter 3 · 2절
2-2. 파울리 배타원리 — 같은 자리에 두 전자는 없다
원자가 무너지지 않는 이유
자, 한 가지 불편한 질문을 던져보자.
원자 속 전자는 에너지가 낮을수록 안정적이다. 이것은 이미 배운 사실이다. 그렇다면 모든 전자가 가장 낮은 에너지 준위()에 모여 있으면 되지 않을까? 에너지를 최소로 만들려면 그래야 하는 것 아닌가?
만약 그렇다면, 탄소 원자의 전자 6개도, 철 원자의 전자 26개도, 우라늄 원자의 전자 92개도 — 전부 가장 낮은 바닥층에 쌓여 있을 것이다. 그러면 모든 원자의 크기는 거의 같을 것이고, 모든 원자의 화학적 성질도 거의 같을 것이다.
그런데 현실은 완전히 다르다.
수소(H)는 다른 원자 하나와만 결합한다. 산소(O)는 두 개와 결합한다. 탄소(C)는 네 개와 결합한다. 네온(Ne)은 아무것과도 결합하지 않는다. 원소마다 성질이 극적으로 다르고, 그 패턴은 주기율표라는 아름다운 규칙을 따른다.
도대체 무엇이 전자들이 한 자리에 모이는 것을 막고, 원소마다 다른 성질을 만들어내는가?
핵심 질문: 전자들이 모두 가장 낮은 자리로 떨어지는 것을 막는 법칙은 무엇인가?