힘 장

힘의 작용

공을 던지거나 야구 방망이로 치는 것처럼 물체에 힘을 가하면 운동 상태가 바뀐다. 바람의 힘이나 마찰력, 자기력 등 어떤 종류의 힘이든 마찬가지이다. 나무에 바람이 부딪치면 잎이 살랑거리고, 거칠거칠한 지면에 공을 굴리면 공이 굴러가다가 멈춘다.

서로 떨어져 작용하는 힘

자기력이나 중력 같은 힘은 물체끼리 떨어져 있어도 작용한다. 어떻게 보면 마치 염력처럼 신비롭다. 이와 달리 야구 방망이와 공은 직접 접촉해서 힘이 작용함으로 직감적으로 알기 쉽다. 그런데 이런 힘 역시 원자 수준에서 보면 사실은 살짝 떨어져서 작용하고 있다. 이 세상에 존재하는 힘은 모두 떨어진 상태에서 작용한다.

힘이 영향을 미치는 공간, 장

19세기 영국의 물리학자 마이클 패러데이는 이 같은 힘의 신비를 밝히기 위해 ‘장’이라는 개념을 고안했다. 장이란 일종의 기와 같은 것으로, 이것이 주변으로 퍼져서 떨어져 있는 물제 사이에 힘이 작용한다는 설명이다.
자기장

• 자석이 놓인 주변 공간에 자기장이 퍼진다. 자기장이 퍼진 공간에 나침반을 놓으면 자기력을 받아 바늘이 움직인다.

마찬가지로 전기력이 작용하는 전기장, 중력이 작용하는 중력장 등 힘의 종류별로 각기 다른 장이 존재한다.

장의 정체

장이 무엇인지는 원자나 분자보다 더 작은 소립자 수준에서 살펴보면 그 정체를 알 수 있다.
입자가 장을 만든다

• 서로 힘을 주고받는 두 개의 소립자는 마치 캐치볼을 하는 것처럼 ‘매개 입자’ 또는 ‘게이지 입자’라고 부르는 특별한 종류의 소립자를 주고 받는다. 이 캐치볼을 통해 서로 잡아당겼다가 밀어냈다가 하는 것이다.

매개 입자가 어지러이 날아다니는 공간, 그것이 바로 장이다. 소립자간의 캐치볼이 모든 힘의 원천이다.