우주에 존재하는 4가지 기본적인 힘

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우주에 존재하는 4가지 기본적인 힘

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우주에 존재하는 4가지 기본적인 힘은 현재 알려진 힘은 4종류가 있다.
중력(인력), 전자기력, 약력, 강력 이렇게 4종류가 있다.
그럼 어느 힘이 더 쎌까? 먼저 중력에 의해 인간이 지구 중심방향으로 끌려 들어가지 않는 것은 지표면에 작용하는 수직항력 때문이다. 수직항력은 땅이 인간을 밀어내는 힘이다.
그런데, 인간이 아무리 높은곳에서 떨어진다 해도 땅의 성분이 바뀌진 않습니다. 그 얘기는 원자 구조가 일정하다란 얘기이다. 원자는 원자핵과 전자로 이루어져 있는데, 전기적인 성질이 중성이다. 이때, 분자 형태를 띄면서 최외각 전자가 다른 원자핵과 맞물리는 힘, 바로 전자기력이다. 웬만한 중력 갖고는 전자기력을 분해할 수 없다. 실제로 전자기력은 원자핵이나 전자가 가진 만유인력의 10^40배 정도 강하다고 한다. 중력으로 부서뜨리는것이 아니라 화학반응이나 촉매등으로 변화 시킬 순 있지만, 중력의 힘으로 그 결속력을 끊기란 대단히 어렵다.
그럼, 강력은 무엇일까? 강력은 원자핵을 하나로 뭉쳐주는 힘이다. 헬륨이상의 원소에는 원소번호만큼의 양성자수가 들어 있다. 그 수 만큼의 중성자(전기적 성질이 없는 입자)도 있다. 그런데, 두개 이상의 양성자가 들어 있다면 둘다 +극이니까 반발력이 생길텐데, 원소번호가 높은 원소들은 그 많은 양성자가 들어 있으면서 어떻게 해서 반발력으로 멀어지지 않는 걸까?
전자기력을 무시하고 한데 뭉쳐주는 이 힘을 강력이라고 한다. 그리고, 마지막으로 약력은
지금 가장 연구가 활발히 진행되는 힘으로, 입자가속기 세상이라고보면 될듯하다.
쉽게 말해 중성자 하나를 입자가속기에 넣고 강한 충격을 주니까, 양성자와 반전자(+극을 가진전자)가 나다. 이건 어떻게 해석해야 될까?
기존에 우리가 알고 있던, 중력, 전자기력, 강력으로는 설명이 안되는 힘이다. 이런 현상을 쌍생성, 쌍소멸등으로 부른다. 약력은 하드론보다는 대체로 렙톤과 쿼크에서 일어난다
주: 하드론- 입자 중에 비교적 질량과 크기가 큰 입자.) 이 힘은 가까운곳에서는 전자기력과 비슷한 힘을 가지지만, 거리가 멀어지면, 전자기력보다도 약한 힘을 낸다
즉, 강력(핵력)이 가장 세고, 그 다음 전자기력과 약력이 동일하고, 중력이 가장 약하다고 알려져 있다.
그러면, 중성자 스크럼은 무엇이냐하면 중성자들끼리 계속해서 서로 가까워 지면, 마치 공이 눌려서 팅겨져 나가려는 힘이 발생하는데, 그런 힘을 중성자 스크럼이라고 부릅니다.
결국 블랙홀은 중성자 스크럼은 이겨내면서 블랙홀이 생성되므로, 거의 강력과 비슷하거나 강할것으로 예상된다.
그러면, 자전방향에서는 강력을 뛰어넘으므로, 모든 물질을 흡수하지만, 자전축 방향에 대해서는 제트도 뿜어져 나오는 것이 관측되는 것으로 보아 강력보다 약할 수도 있다는 결론에 도달한다.
또, 블랙홀에 가까워질수록 모든 입자는 이온화 되는데, 여기서 이온화란, 그냥 +극과 -극이 생긴다기 보다는 모든 입자 알갱이들이 분해 된다. 이 때, 블랙홀 표면에서는 이온화된, 정확하게 말하자면, 플라즈마 상태가 되어 있는 입자들의 충돌이 많이 야기 되는데, 그래서, 블랙홀 표면에서는 강력과 쌍생성으로 인한 입자 방출이 가능하다고 하다.
블랙홀 표면이란것은 슈바르츠실트 반지름 외의 영역정도라고 이해 하면 될것 같습니다.
스티븐 호킹은 이런 양자역학을 이해하고, 이런 이유로 블랙홀은 모두 흡수만 하는 것은 아니라고 한것이다.
블랙홀 경계면에서 튀어 나오는 것은 이런 극미세계의 소립자들만이 가능하고, 또는 소립자들의 파장인 전자기파의 복사 에너지 형태로만 가능하다.
거시적인 세계의 원자로 이루어진 천체가 들어갔다 나오기에는 좀 무리가 있다. 원자로 이루어진 일반적인 천체는 중력밖에 없으므로, 블랙홀의 힘을 이겨내지 못한다.
들어갔다 나오는것은 소립자만 가능하단 얘기다.
지난 2004년 노벨 물리학상은 강한 상호작용(strong interaction) 이론에서의 점근적 자유성(漸近的 自由性, asymptotic freedom) 발견으로 약력(Weak force), 강력(Strong or Color force), 전자기력(Electromagnetic force) 간에 상호작용하는 양자색력학(QCD, Quantum Chromo-Dynamics) 베이스의 통합 표준모델 정립에 공헌한 미국 UC Santa Barbara의 데이비드 그로스(David J. Gross), 캘리포니아 공대(CIT)의 데이비드 폴리쳐(H. David Politzer), 그리고 매사추세츠 공대(MIT)의 프랭크 윌첵(Frank Wilczek)등에게 수여되었다. 이들은 그간의 난제였던 우주에 작용하는 힘의 하나인 강력(强力)의 비밀을 풀어냈다.
강력은 원자핵이 존재할 수 있게 하는 것으로 이 힘이 없으면 우주 만물의 형상도 만들어질 수 없다. 밀가루가 물이 없으면 뭉쳐질 수 없듯이, 물질의 최소 입자중의 하나인 쿼크들이 없으면 물질을 만들 수 없기 때문이다.

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