강한 핵력(strong nuclear force)과 약한 핵력(weak nuclear force)

자연에는 단 네 개의 기본 힘 밖에 존재하지 않는다고 알려져 있다. 현재까지 그렇다. 현재까지 물리학에서 다루는 힘은 중력(gravity)과 전자기력(electromagnetic) 그리고 강한 핵력(strong nuclear force)과 약한 핵력(weak nuclear force)이 있다. 물리학자에게 힘이란 물체를 밀거나 당기는 힘일 뿐이다. 더 정확하게는 힘은 물체의 속도를 변화시키는 것, 다른 말로 가속시키는 것이다.

강한 핵력(strong nuclear force)은 가장 강한 자연의 힘으로 원자의 핵을 붙들고 있다. 모든 원자핵은 양성자(proton)와 양성자와 질량은 거의 같고, 전자의 과잉 혹은 부족으로 생기는 물질이 가지고 있는 고유한 전기적 성질을 뜻하는 전하(electric charge)는 중성인 입자인 중성자(neutron)로 이루어져 있다.

만약 강한 핵력(strong nuclear force)이 이들을 묶어주지 않으면 양의 전하를 가지는 양성자들의 서로 밀어내는 전기력 때문에 원자핵이 쪼개져버릴 것이다. 강한 핵력과 관련된 힘이 바로 원자폭탄에서 방출되는 에너지다. 하지만 강한 핵력은 우주론에서 보기에는 너무나 작은 원자핵 안에서만 작용한다.

약한 핵력(weak nuclear force)은 강한 핵력(strong nuclear force)보다 수십억 배 약한 이 힘은 특정한 형태의 방사성 붕괴를 관장한다. 특별히 무거운 수소인 상중수소는 방사성이 있고, 붕괴하면 헬륨이 된다. 이때 붕괴 비율은 약한 핵력(weak nuclear force)으로 결정된다. 하지만 강한 핵력(strong nuclear force)과 마찬가지로 약한 핵력도 우주론 규모에서는 중요하지 않은 원자핵 안에서만 작용한다.

전기력(electric force)과 자기력(magnetic force)은 사실 하나의 힘인 전자기력(electromagnetic force)의 두 측면으로 일상생활에서 가장 중요한 힘이다. 이 힘은 모든 화학 반응을 비롯해 토스터 스마트폰에서 오늘날 우리가 당연하게 여기는 모든 것까지, 전기를 필요로 하는 모든 기기에서 작용된다. 전자기력(electromagnetic force)을 만들기 위해서는 전기를 지녀야 한다. 행성과 같은 천체들은 전기적으로 중성이기 때문에 서로에게 전기력이나 자기력을 미치지 않는다.

모든 물체는 서로를 중력으로 당긴다. 그런데 중력은 상상하기 힘들 정도로 약하다. 지구 전체가 당기는 힘이 냉장고에서 자석을 떼어내지 못하는 것을 보면 중력이 전자기력에 비해 얼마나 약한지 알 수 있다.

핵력은 원자핵 안에서만 작용하고, 천체들은 전기적으로 중성이기 때문에 가장 약한 힘인 중력이 우주의 운명을 결정하는 힘이 된다.