인력과 척력이 존재하는 이유가 무엇인가요?
같은 전하끼리는 밀어내고(척력) 다른 전하끼리는 끌어당기는데(인력) 이런 현상이 왜 생기는 건가요?
그리고 중력에서는 왜 인력만 작용하는 건가요?
안녕하세요. 박정철 과학전문가입니다.
전하 간의 상호작용은 쿨롱의 법칙에 따라 설명됩니다. 쿨롱의 법칙은 전하된 두 물체 사이의 힘을 설명하는 물리학적 원칙으로, 같은 종류의 전하는 서로 밀어내고(척력), 다른 종류의 전하는 서로 끌어당긴다(인력)고 말합니다. 이 원리는 양성과 음성이라는 전하가 있는데 기반을 두고 있습니다. 양성과 양성, 음성과 음성 사이에는 척력이 작용하며, 양성과 음성 사이에는 인력이 작용합니다.
그러나 이것이 왜 그렇게 일어나는지를 완전히 설명하는 것은 깊은 수준에서의 질문입니다. 이러한 현상은 우리가 관찰한 자연 세계에서 일관되게 나타나므로 우리는 그것을 기본적인 원칙으로 받아들입니다. 즉, "왜"라는 질문에 대한 근본적인 답변을 찾기 위해서는 아마도 표준 모델 같은 아주 깊은 수준의 물리학 이론까지 들어가야 할 것입니다.
그럼 중력에 대해 생각해봅시다. 중력 역시 마찬가지로 모든 질량을 가진 객체 사이에 인력으로 작용하는 기본적인 힘입니다. 하지만 중력과 전자기력(전기와 자기를 포함) 사이에 큰 차이점 한 가지가 있습니다: 중력은 항상 인력만 있으며 척력 없습니다.
왜 그럴까요? 이것 역시 고등 수준에서 복잡한 질문입니다. 현재까지 알려진 바로서, 중력은 공간-시간 구조를 왜곡하는 객체들 간에 작용합니다. 이러한 왜곡된 공간-시간 속에서 객체들은 자연스럽게 서로를 향해 "떨어집니다". 따라서 중심부를 향해 항상 '끌려당기는' 형태만 나타납니다.
하지만 이러한 설명도 우리가 현재까지 알고 있는 자연의 원리에 기반을 두고 있으며, 왜 그런 원리가 존재하는지에 대해서는 아직 명확한 답변이 없습니다. 물리학은 이러한 근본적인 질문들을 계속해서 탐구하며 우주의 비밀을 밝혀내려는 학문입니다.