네 힘이 세계를 묶는다 – 月刊 청의시대 • 김현청 홈페이지

원자 속 매듭, 빛의 손, 입자의 변신, 흔들리는 시공간을 한눈에 읽는 우주 사용설명서

책상을 톡 치면 연필이 굴러간다. 창밖에선 햇빛이 식물을 키우고, 냉장고의 자석은 메모지를 붙잡는다. 교과서 속 문장 같지만, 이 모든 장면 뒤에는 네 가지 힘이 동시에 일한다. 강력, 약력, 전자기력, 중력. 이름은 낯설어도 역할은 일상 깊숙이 스며 있다. 물건이 떨어지는 건 중력, 불꽃과 번개는 전자기력, 태양이 타오르는 원자융합은 약력의 관문을 통과해야 가능하고, 원자핵이 흩어지지 않는 이유는 강력이 핵심을 묶어두기 때문이다.

강력은 가장 가까이에서 가장 세게 작용하는 힘이다. 원자핵 안쪽, 더 작게는 쿼크 사이를 꿰매는 접착제. 글루온이라는 전달자가 쿼크들을 묶는데, 이 글루온들은 서로도 끌어당긴다. 그래서 줄을 당길수록 더 팽팽해지는 고무밴드처럼, 쿼크는 홀로 떨어져 나올 수 없다. 우리가 실험에서 보는 ‘핵력’은 사실 이 강력의 바깥으로 스며든 잔향에 가깝다. 핵이 단단한 이유, 여기서 나온다.

약력은 이름처럼 약해서 붙은 게 아니다. 작용하는 거리가 극도로 짧기 때문이다. 이 힘은 입자의 ‘신분’을 바꾼다. 중성자가 전자를 내보내며 양성자로 바뀌는 베타붕괴, 태양 중심에서 수소가 헬륨으로 합쳐질 때의 첫 관문—이런 변신의 문을 여는 열쇠가 약력이다. 문지기는 W와 Z라는 무거운 보손들. 너무 무거워서 멀리까지 힘을 전하지 못하니, 약력은 극히 가까운 곳에서만 일을 마친다.

전자기력은 빛과 전기의 한 가족이다. 플러스와 마이너스 전하가 서로 끌고 밀며, 그 사이를 광자(빛의 알갱이)가 달려간다. 이 힘은 범위가 끝이 없다. 그래서 화학 결합, 자석의 힘, 전기회로, 무지개의 색, 몸의 신경 신호까지—대부분의 ‘일상 물리’는 전자기력의 무대다. 우리가 만지고, 보고, 듣는 거의 모든 감각의 배후에 이 힘이 있다.

중력은 네 힘 중 가장 약하지만, 가장 멀리까지 미친다. 질량과 에너지가 있는 것은 모두 서로를 끌어당긴다. 뉴턴의 만유인력이 문을 열었고, 아인슈타인은 아예 시공간이 휘어진다고 설명했다. 약한 대신 끊임없고 보편적이라, 행성의 궤도, 별의 탄생과 죽음, 은하의 춤, 우주의 팽창에 이르기까지 거대한 구조를 설계한다. 사소한 일상을 넘어, 규모가 커질수록 중력의 목소리는 깊어진다.

네 힘의 세기는 대략 이렇게 기억하면 쉽다. 아주 가까운 거리에서는 강력이 압도적이다. 그 바깥의 생활 세상은 전자기력이 지배한다. 약력은 보이지 않는 내부 변신을 주관한다. 우주의 먼 길에서는 결국 중력이 질서를 만든다. 이 네 힘을 하나의 이야기로 엮으려는 시도도 이어졌다. 전자기력과 약력은 고온의 우주에서 한몸이었던 ‘전자기약력’으로 통일된다. 강력까지 묶으려는 대통일 가설은 아직 길 위에 있다. 중력까지 품는 ‘모든 것의 이론’은 인류가 아직 쓰지 못한 마지막 장. 하지만 그 빈칸이 있어도 세계는 작동한다. 작은 원자핵의 결속에서 은하의 회전에 이르기까지, 네 힘은 서로 다른 악기처럼 주어진 음역에서 정확히 연주한다.

우리는 네 손이 만든 세계에 산다. 가까이에선 강력이 매듭을, 내부에선 약력이 변신을, 생활에선 전자기력이 감각을, 우주에선 중력이 길을 놓는다. 한 가지 힘으로는 설명할 수 없는 풍경이, 네 가지의 합주로는 또렷해진다. 물건을 집어 들 때, 불을 켤 때, 밤하늘을 올려다볼 때—보이지 않는 손들의 합을 떠올려 보라. 이해는 경외로, 경외는 질문으로 이어진다. 그 질문이 다시 공부의 길을 연다.

강력은 핵을 묶고, 약력은 입자를 바꾸며, 전자기력은 일상을 만들고, 중력은 우주를 설계한다. 가까이는 강력, 생활은 전자기력, 변신은 약력, 거대한 질서는 중력—네 손이 한 세계를 완성한다. 보이지 않는 힘을 알면, 보이던 풍경이 새로워진다. 이해는 경외를 낳고, 경외는 다시 질문이 된다.