상호작용

상호작용(Interaction)은 물리학에서 물체가 서로 밀거나 끌어당기는 것과 같이 자연에 존재하는 물질들이 서로 움직임에 영향을 주고받는 과정을 말한다. 특히 기본 상호작용(fundamental interaction) 또는 기본적인 네 가지 힘은 기본입자 사이에서 일어나는 작용이다. 이 상호작용은 물리적 장(마당,field)으로 기술되며, 기본입자들 사이의 게이지 보존의 교환에 의해 매개된다. 예를 들면, 전하를 띤 입자들 사이의 상호작용은 전기장의 매개를 통해서 일어난다. 반면에 베타 붕괴는 약한 상호작용에 의해 매개된다. 자연계에는 네 가지 기본 상호작용이 알려져 있다.(강한 상호작용,전자기 상호작용,약한 상호작용,중력) 전자기 상호작용과 약한 상호작용은 약전자기력 이론에 의해 통합되었고, 이것은 표준 모형에 의해서 강한 상호작용과도 통합되었다.

상세

자연의 4가지 기본 상호작용

표준모형이 설명하는 자연의 기본입자

질량이 큰 물체에 의한 시공간의 휘어짐.

자연계에는 네 가지의 기본적인 상호작용이 있는데, 전자기력, 약한 상호작용, 강한 상호작용, 중력이 그것이다. 물리학에서는 이 네 가지 기본 상호작용으로 물리학적인 변화과정을 설명한다. 예를 들어, 대전된 입자의 상호 작용은 전자기력을 통해 일어나고 베타 붕괴는 약한 상호 작용에 의해 일어난다고 설명한다.

좀 더 구체적으로 기본 입자에 대한 현대 물리학 이론인 표준 모델은 기본 상호작용을 다음과 같이 기술한다. 강한 상호작용은 글루온(gluon)이라고 불리는 입자에 의해 전달되며, 기본입자인 쿼크(quark)들이 결합하여 양성자와 중성자와 같은 하드론 (hadron)을 형성하는 힘에 해당한다. 약한 상호 작용은 W 및 Z 보손 (boson)이라고 불리는 입자에 의해 전달되며 원자의 핵의 방사성 붕괴와 같은 과정에 관련된 상호작용이다.

전자기력은 전자와 원자핵의 상호작용, 화학 결합, 전자기파에 관련되어 있기 때문에 현대 전자기기와 신소재 문명과 밀접한 관계가 있는 상호작용이다. 마지막으로 중력은 모든 질량이 있는 물체 사이에 작용하는 상호 작용으로 현대에는 힘의 개념 보다는 아인슈타인의 상대성 이론에 의하여 시공간의 기하학에 의하여 설명되기도 한다.

현대 이론 물리학에서는 네 가지 기본적인 힘은 매우 높은 에너지 (또는 작은 공간 스케일) 에서 단 하나의 힘으로 결합되어질 것으로 믿어지고 있다. 따라서 이러한 기본 상호작용 간의 관계를 설명하는 통합된 이론을 고안하려는 노력이 계속 되고 있다. 예를 들어, 약한 상호작용과 전자기력은 글라쇼(Sheldon Glashow), 살람(Abdus Salam), 와인버그(Steven Weinberg)에 의해 통일된 전자기약력의 이론(electroweak theory)으로 통일되었으며 이 공로로 이 세 명의 물리학자들은 1979년 노벨상을 수상하였다. 여기에 추가로 강한 상호 작용을 통합하려는 대통일 이론(Grand Unified Theory)의 후보가 몇 가지 제안 되었으나 아직 확립되지는 않았다. 더 나아가, 이론 물리학자들은 중력을 양자화 하는 방법을 찾아 다른 세 가지 상호작용과 중력을 결합시키는 양자 중력(quantum gravity) 이론을 얻기 위해 노력하고 있다. 지금까지 제안된 양자 중력의 이론들 중 특히 끈 이론 (string theory)은 네 가지 기본적인 상호 작용을 하나의 통일된 이론으로 기술할 수 있어 양자 중력의 좋은 후보로 여겨지고 있다.

참고자료

• 〈상호작용〉, 《물리학백과》
• 〈상호작용〉, 《위키백과》

같이 보기

• 작용
• 반작용
• 기본입자
• 전자기력
• 중력
• 약한 상호작용
• 강한 상호작용

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