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상대성 이론 Theory of Relativity |
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기본 상호작용 Fundamental Interaction |
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1. 개요
| 물질이란 무엇인가?[1] |
기본 상호작용( 基 本 相 互 作 用, fundamental interaction)은 표준 모형에서 기본 입자들과 함께 우주에 존재하는 기본적인 네 가지 힘(상호작용)이다. 이들은 게이지 보손에 의해 매개되는 소립자 간의 상호작용이다.
2. 특징
| 상호작용 | 매개체 | 상대적 세기 | 유효거리(m) |
| 강한 상호작용 | 글루온 | 1038 | 10-15 |
| 전자기력 | 광자 | 1036 |
∞ (힘은 r2에 반비례) |
| 약한 상호작용 | W/Z 보손 | 1025[2] | 10-18 |
| 중력 |
중력자 (추측) |
1 |
∞ (힘은 r2에 반비례) |
각각 강한 상호작용 > 전자기력 > 약한 상호작용 > 중력 순으로 강하다.[3][4] 브레인 이론에 따르면 사실은 중력이 제일 강하지만 중력만 다른 브레인까지 퍼져 힘이 상쇄되어 약해보인다고 하는데 검증된 바 없다.
오늘날의 통일장 이론에서는 이러한 상호작용이 게이지 보손의 교환에 의해 발생하는 것으로 여겨지며, 입자의 대칭성에 대한 연구에서는 이러한 상호작용이 높은 에너지 상태에 있어서는 그 차이가 없어진다고 여겨진다. 그래서 전자기력과 약한 상호작용을 합쳐 전자기약력이라 부르기도 하고, 거기에 강력을 합쳐 초강력이라 부르기도 한다.
처음에는 전자기 상호작용과 약한 상호작용이 통일되어 고에너지 물리학 실험에 의해 입증되었다. 그리고 지식이 축적되면서, 중력을 제외한 세 가지 상호작용을 통일하는 대통일 이론이 연구되고 있으며, 여기에 중력까지 아우르는 모든 것의 이론 역시 연구되고 있다. 모든 것의 이론의 유력한 후보는 초끈이론, 루프 양자 중력 이론이 있다.
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| "이 네 가지 중에 우리가 아직 제대로 이해하지 못하는 게 하나 있어." "약력이나 강력이겠..." "중력이야."[5] |
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xkcd
1489화 뒤로 갈수록 설명을 못한다(...) |
3. 다섯번째 상호작용?
2015년에 저 위의 4개의 힘 이외에 제5의 힘이 존재한다는 매우 유력한 이론이 발표되었는데, 헝가리의 연구진들이 베릴륨 동위원소의 붕괴를 관측하는 실험을 하던 중에 해당 동위원소의 붕괴 과정에서 방출되는 전자와 양전자의 각도가 140도를 이루는 것을 발견하여 화제를 모았다. 기존 예측대로면 붕괴 시에 180도가 나와야 되는데, 이렇게 나오는 것에 대해 물리학계에서 격렬한 논쟁이 일어났다. 그러다가, 헬륨의 동위원소의 붕괴 과정에서 방출되는 전자와 양전자의 각도가 115도인 것이 관측되면서, 이런 현상을 유발하는 입자를 임시로 X17라고 이름붙였다. 이 입자가 실존하는 게 맞을 경우, 제5의 힘이 실존한다는 것을 입증할 수 있게 된다.2021년 있었던 뮤온 g-2 실험으로 새로운 입자나 힘을 발견할 가능성이 생겼다.
4. 창작물에서
웬만해선 잘 나오지 않는 능력이다. 대부분 하위 능력들만 나온다. 중력 조작이라든지.- 도타 2의 영웅인 에니그마(도타 2), 혼돈 기사, 빛의 수호자, 이오(도타 2)는 기본 상호작용을 모티브로 만들어졌다는 추측이 있다. 블랙홀을 다루는 에니그마는 중력, 분신술을 쓰는 혼돈 기사는 약한 상호작용, 빛을 다루는 빛의 수호자는 전자기력, 영웅과 자신을 잇는 능력을 지닌 이오는 강한 상호작용을 모티브로 했다고 추정된다.
- 네이버 웹툰 갓 오브 하이스쿨에서 옥황이 사용하는 힘이다. 중력, 전자기력, 강력, 약력 이 자연계 4대 에너지를 기본으로 관성, 마찰력, 인력, 가속력 등 우주의 모든 '힘'을 마음대로 사용할 수 있다.
-
카카오 웹툰
블랙 베히모스에서 나오는 이리스타의
그랜드마스터
에어베어의 검술 사진사태는 검술로 포장한 자연계의 네 가지 기본 상호작용으로 각각
강한 상호작용,
전자기력,
약한 상호작용,
중력이다.
[1]
쿠르츠게작트의 영상
[2]
사실 힘 자체는 전자기력보다 강하지만, 매개하는 입자가 매우 무겁다보니(W/Z보손의 질량은 양성자 질량의 37~39배 정도이다.), 상호작용 거리가 짧아지는 바람에 실질적으로는 전자기력보다 약해진다.(약한 상호작용의 힘 자체는 강력의 2.7% 정도이다. 전자기력은 0.95% 정도)
[3]
실감이 안난다면, 유리병이 떨어져서 깨지는걸 상상해보자.
유리병을 구성하는 규소와 산소는 유리병 상태이든, 유리조각 파편상태이든, 유리가루 상태이든 공유결합 되어있다. 즉, 중력이 전자기력보다 강하다면 깨지는 순간 유리를 구성하는 규소 원자와 산소 원자가 분리될 것이며, 아울러 중력이 강력보다 강하다면 깨지는 순간 규소와 산소 원자 핵 자체가 분해되어 버릴것이다.
[4]
참고로 이 세기는 한 상호작용이 어떠한 조건에서도 다른 상호작용보다 강하다 하는 것은 아니다. 예를 들어 전자기력이 중력보다 무조건적으로 강하다면, 아무리 높은 높이에서 유리병을 떨어뜨리더라도 절대 깨지지 않을 것이다. 하지만 실상은 그렇지 않다.멀리 갈것도 없이 블랙홀에선 제일 약한 중력이 제일 강한 강력과 나머지 힘마저 전부 압도한다.
[5]
아래 링크에 가면 있는 원본 이미지에다 커서를 올리면 확인할 수 있는 글이 있는데, 그 내용을 번역한 것이다. 원문은 다음과 같다. "Of these four forces, there's one we don't really understand." "Is it the weak force or the strong--" "It's gravity."