특별한 힘
중력은 세상에 존재하는 네 가지 기본 힘 중 하나다. 그런데 다른 힘과는 차이점이 있다. 중력의 특별한 성질 가운데 하나는 질량을 가진 모든 물체 사이에 작용한다는 점이다. 철과 같이 특정 물질에만 작용하는 자기력과는 이런 점에서 크게 다르다. 예컨대 나무에 열린 사과는 지구와 서로 끌어당기고 있을 뿐만 아니라 옆에 있는 다른 사과와도 서로 당기고 있다. 그러나 나무에 열린 사과들이 서로 당기는 힘은 지구가 당기는 힘과 비교하면 너무나 약해서 아무런 영향도 미치지 못한다.
중력의 크기는 물체의 질량과 물체 간 거리에 따라 달라진다. 질량이 크고 거리가 가까울수록 중력이 크게 작용하고, 질량이 작고 거리가 멀수록 중력은 작아진다. 수학적으로 표현하면, 중력의 세기는 물체의 질량에 비례하고, 물체 간 거리의 제곱에 반비례한다. 이사실을 밝혀낸 사람이 17세기 영국의 물리학자 아이작 뉴턴이다.
중력의 또 한 가지 특별한 성질은 오로지 끌어당기기만 한다는 점이다. 자석은 서로 끌어당기기도, 밀어내기도 한다. 따라서 자석을 한데 많이 모아 두더라도 서로서로 끌어당기는 힘과 밀어내는 힘이 작용해서 자기력 자체가 그리 커지지는 않는다. 그러나 중력은 끌어당기는 힘만 작용하므로 물체를 한데 많이 모을수록 그만큼 힘이 커진다. 지구나 별처럼 질량이 큰 물체의 중력이 강한 이유가 바로 이 때문이다.
상대성 이론과 중력
아인슈타인은 중력에 의해 공간이 휘어진다고 생각했다. 우주 전체에 그물처럼 빽빽하게 고무줄이 둘러쳐진 이미지의 공간에 별이 있으면 별에서 멀리 떨어진 고무줄은 거의 반듯한 상태를 유지하지만, 별 가까이에 있는 고무줄은 제법 크게 휘어진다.
이곳에 우주선이 찾아온다면 우주선에 다른 힘을 가하지 않는 이상 우주선은 고무줄을 따라 나아간다. 그런데 별 근처에는 고무줄이 휘어져 있으므로 우주선은 점점 별에 가까워진다. 마치 어떤 힘에 의해 별 쪽으로 끌려가는 것 같다. 아인슈타인은 이 힘이 중력이라고 생각했다.
별의 질량이 크면 클수록 멀리 있는 고무줄까지 휘어진다. 태양은 질량이 제법 커서 태양계 전체의 공간이 일그러져 있다. 이와 달리 지구 중력에 의해 휘어진 공간은 고작 달이 지구 주위를 도는 범위 정도에 불과하다. 이렇듯 중력에 의해 공간이 휘어지는 이미지가 바로 아인슈타인의 '일반 상대성 이론'의 핵심이다.
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