중력

위키백과, 우리 모두의 백과사전.
이동: 둘러보기, 검색

중력(重力, 영어: gravity)은 질량을 가진 두 물체 사이에 작용하는 힘이다. 현재 알려진 자연계의 네 가지 중 가장 약하며, 유일하게 인력만이 작용한다.

고전 물리학의 중력 - 뉴턴의 중력 이론[편집]

아이작 뉴턴은 다음과 같은 중력 이론을 제시하였다. 질량을 가지는 두 물체 간의 거리가 r일 때, 두 물체 사이에 작용하는 중력의 세기는 다음과 같다.

F = G {m_1 m_2 \over r^2}

질량으로부터 거리만큼 떨어진 질량에 의한 인력으로 인하여 에 나타나는 가속도는 두 물체 사이에 작용하는 힘을 제곱미터로 나누어 주면 되고, 이때 m_1을 지구의 질량 , r을 지구의 반경으로 바꾸면 가속도는 지구의 인력에 의한 중력이 된다.

여기서 G는 중력상수다.아이작 뉴턴은 《프린키피아》에 이와같은 중력 이론을 소개했다. 이는 천체의 운동 물리학운동과 지표면의 낙하 운동을 통합한, 통일 이론이다. 이는 케플러의 제3법칙을 설명할 수 있는 이론이다.

만유인력 에너지는 중력 위치 에너지의 확장형으로서 만유인력으로 인하여 가지는 에너지를 말하는데,

W = Fs 을 기초로 적분을 이용하여
U = -G {m_1 m_2 \over r} 로 표현할 수 있다.

이 때 붙는 (-) 기호는 두 가지 설명이 가능한데

하나는 무한원을 원점으로 삼아 내려오는 것이기 때문에 그렇다는 것과, (위의 만유인력 에너지 식에서 r에 무한대를 대입하면 값은 0이 된다.)

무한대에서 지표로 적분하였기 때문에 (-) 가 추가되었다는 것이다.

현대 물리학의 중력 - 아인슈타인의 일반 상대론[편집]

현대 물리학에서의 중력은 아인슈타인일반 상대론으로 기술된다. 이는 관성 질량중력 질량이 같다는 관찰인 등가 원리에서 출발한다. 일반상대론에서는 중력을 시공곡률로 인한 현상으로 간주한다. 약한 중력장의 경우, 일반상대론은 뉴턴의 중력 이론으로 수렴한다.

양자 중력을 향하여[편집]

양자장론에서는 모든 힘을 어떤 매개하는 입자(보존)로 설명한다. 여기서, 중력은 스핀이 2인 입자인 중력자가 매개하게 된다. 중력자스핀이 짝수이기 때문에 중력은 인력만 존재하고, 척력은 존재하지 않는다. 또 중력자는 질량을 가지지 않아서, 중력은 그 영향 거리가 무한하다. 그러나 일반상대론을 양자화하여 얻어지는 이론은 재규격화할 수 없어서, 단지 효과적 장론(effective field theory)으로서의 가치를 가진다.

오늘날 중력을 양자론으로 설명하려는 여러 양자 중력 이론이 있는데, 고리 양자 중력(LQG)과 끈 이론이 그 대표적인 예이다.

같이 보기[편집]

바깥 고리[편집]