중력이란 무엇일까?? (2013년 KGB 연작1 -서론)

 

영화 ‘Upside Down’ 보셨나요? 이 영화의 설정 중 기억에 남는 것은 두 개의 중력이 존재하는 세상에 대한 것 입니다.

그리고 이 영화를 보면서 '과연 이런 세상이 정말로 존재할 수 있을까?' 라는 엉뚱한(?)  상상을 하기도 했습니다.

과학을 공부한 사람으로서 기발한 아이디어로 우리의 상상력을 자극하는  영화를 볼 때마다 많은 생각을 하게 됩니다.

이러한 생각들을 글로서 하나하나 나열하고 설명하기에는 한계가 있어 아쉽습니다.

아무튼 영화가 보여주는 다양한 상상력은 시간이 흐르고 누군가에게 하나의 영감이 되어 결국 과학의 발전으로 이어지게 된다고 생각합니다.

그래서 저는 개인적으로 이런 창의적 발상의 영화들이 계속 나왔으면 하는 개인적인 바램도 가지고 있습니다.

그리고 아쉽게도 대부분의 이런 과학적 상상력이 가득한 영화는 해외에서 많이 출시되는데요. 우리 영화계도 조금 더 노력해서 어느 누가 봐도 기발한 상상력이 가득한 그래서 관객들의 지적 호기심과 무한 상상력을 자극하는 그런 류의 영화들이 끊임없이 만들어 졌으면 좋겠습니다.

제가 이런 말씀을 드리는 것은 앞으로 오랜 시간 전개될 이후의 글들이 창의성 넘치는 시나리오를 가진 영화가 제작되는데 하나의 밑거름이 되면 좋겠다는 생각을 합니다.

제가 조금은 반복적이면서 계속해서 이 영화의 상상력과 창의적 아이디어들이 기발하다고 언급 하시는지 혹시 눈치 채셨나요? 눈치채지 못하신 분들을 위해 이야기를 풀어나가 보겠습니다. 이 영화에서 자연계(우리가 살고 잇는 지구)는 두 개의 중력이 작용하는 세상인데요. 위의 세상은 중력이 위로 향하고 아래 세상은 중력이 아래로 작용합니다. 그런 이유로 아래 세상의 (인간을 포함한)모든 물질은 중력이 밑으로 작용하고 위 세상은 중력이 위로 작용하여 위의 사진과 같은 형태가 될 것입니다. 그런데 정말 이런 일들이 현실에서 일어날 수 있을까요? 

모르긴 몰라도 현대과학에선 이건 말도 안되는 그냥 영화적 상상일뿐 입니다.

물론 모르죠. 우주는 우리가 가늠하기 어려울 정도로 넓고 넓기 때문에 어딘가에 물리 법칙이 이상하게 작용하는 세상이 있을지도 모르죠. 어쨋든 우리 세계에서는 절대 불가능한 일이죠.

하지만 왜 우리 세상에서는 이것이 불가능할까요? (물리학이 말하는)우리의 자연계에서 중력은 예외 없이 무거운 물체쪽으로 작용합니다. 지구라고 하는 행성은 항상 우리를 잡아 당기고 있어서 사실 30cm이상 뛰는 것이 매우 힘듭니다.

  

여기서 문제 : 이 문제는 실제 제가 대학교 1학년때 물리 교수님이 교양 수업에서 내신 문제-우리가 음식을 먹고 소화시키고 배출때까지 쓰이는 우주의 4대힘은 무엇인가 논하시오?

(답은 댓글 부탁 드립니다. 그리고 정답 및 해설은 번개 세미나때 하겠습니다.)

 

우리가 직접 느끼는 이 중력은 매우 거대한 힘이고 거스를 수 없을 만큼 대단하다고 느끼지만 사실 중력은 우리가 속한 자연계에서 가장 큰 힘이 아닙니다. 오히려 알고보면 우주가 가지고 있는 4대 힘 중에서 가장 보잘 것 없는 힘에 불과하죠. 더군다나 중력은 강한 상호작용(강핵력), 약한 상호작용(약핵력)과함께 우주의 기본 4대힘 중 하나인 전자기력에 비해서도 턱없이 약한 존재의 힘입니다.*

* 이것의 예로 자기부상 열차에서 열차가 떠 있을 수 있는 것은 같은 조건일 때 중력은 아주 아주 약하기 때문입니다. 간단하게 비교하자면 가장 강한 힘 강핵력을 1이라 했을 때 >전자기력(1/100)>약핵력(1/100000)>중력(10^-39) 정도의 차이입니다.

 

이러한 이유로 일부 과학자는 중력은 힘이 아니라 다른 힘(전자기력)의 투영된 2차적 힘이라고 하는 사람도 있습니다. 이유를 알기 위해 더 깊게 들어가면 어려워지기 때문에 간단히 설명드린다면 다른 힘에 비해 중력자는 힘을 일으키는 매개체(중력자)도 명확하게 밝혀진 것이 없습니다. 각각의 힘들은 그 힘을 일으키는 매개체가 존재한다고 증명되었지만 재미있게도 중력자만이 미심적은 면이 많습니다. 그 이유는 중력은 당기는 힘. 즉, 인력은 존재하지만 미는 힘 척력은 존재하지 않기 때문이라는 겁니다. 예를 들어서 전자기력은 (+),(-) 가 있어 같은 극끼리는 척력이 발생하고 다른 극끼린 인력이 발생하게 됩니다.

바로 이 점이 중력의 미스테리한 부분입니다. 그렇다면 과연 중력이란 것이 멀까요? 

우리가 흔히 생각하는 대로 정말 힘일까요?

학교에서 가장 중요하게 배우는 중력에 대해 '과연 어떤 존재일까?' 라는 진지한 질문을 던질만 하죠?

이것에 대한 자세한 증명과 설명은 많은 설명이 필요하기 때문에 다음 글부터 진행하는 우주론에서 차례로 만나게 될 것입니다.

올해 저는 KSG 활동을 하면서 우주론을 전체적으로 다루겠습니다.

이 보다 더 깊은 주제나 이야기는 관측부 정기 세미나 그리고 번개 세미나를 통해 여러분들과 소통 하도록 하겠습니다.

지금까지 긴 여정을 앞둔 저의 서문이 었습니다. 앞으로도 많은 관심과 구독 부탁드립니다.

작성: 곽현욱 관측부장 (2013-02-07)

편집: 박종현 정보부장 (2013-02-08)