인력(引力, Attractive force)은 서로 당기는 힘을 의미하며 질량을 가진 두 물체 사이의 중력, 전하 부호가 다른 전하를 가진 두 입자 사이의 전자기력 등이 이에 해당한다. 이와 반대로 서로 미는 힘은 척력이라하고 전하 부호가 같은 전하를 가진 두 입자 사이의 전자기력 등이 이에 해당한다.
개요
두 물체가 서로 끌어당기는 힘을 말하며, 척력의 반대 개념이다. 자석을 쇠붙이에 가까이 가져가면 서로 당기는 힘을 느낄 수 있다. 빗방울이 하늘에서 떨어지는 것은 지구가 빗방울을 당기기 때문이다. 이와 같이 자연에는 여러 종류의 인력이 존재한다. 대표적인 예로 모든 물체 사이에 보편적으로 작용하는 만유인력이 있으며, 지구와 물체 사이에 작용하는 중력은 만유인력의 일종이다. 양전하와 음전하 사이의 전기력과 자석의 S극과 N극 사이의 자기력 역시 인력이다. 그리고 원자핵 속에서 양성자와 중성자를 결합시키고 있는 핵력(核力), 전기적으로 중성인 분자 사이의 판데르발스힘도 인력이다.
인력의 크기는 두 물체 사이의 거리와 관계 있는데 보통 멀어질수록 힘의 크기가 약해진다. 만유인력, 전기력, 자기력 등은 거리의 제곱에 반비례하고 판데르발스 힘은 거의 6제곱에 반비례한다. 따라서 매우 멀리 있는 두 물체 사이에 작용하는 인력은 거의 느껴지지 않을 정도로 작다. 두 개의 자석을 가까운 곳에 두면 서로 잡아당겨 붙지만, 멀리 떨어뜨려 놓으면 인력의 크기가 작아 서로 가까워지지 않는 것도 같은 이유 때문이다.
고전 역학
가령, 두 물체의 전기력 또는 자기력을 생각할 때, 같은 극의 전하를 가진 물체들은 서로 밀어내고, 다른 극은 끌어당긴다. 고전역학의 쿨롱의 법칙에서 이를 기술할 수는 있다. 마찬가지로 뉴턴의 중력의 법칙도 똑같은 방식으로 식을 기술하지만, 중력은 이의 전하인 질량이 언제나 양의 값을 가지기 때문에, 같은 극은 서로 당기는 것으로 볼 수 있다.(++는 밀어내고 +-는 잡아당김)
양자 마당 이론
고전역학에서는 이를 기술할 수는 있지만 정말로 힘이 왜 밀고 당기는지를 설명할 수 없다. 양자 마당 이론은 이를 설명할 수 있는데, 힘을 양자화하여 기본입자가 매개하는 것으로 볼 수 있기 때문이다. 양자역학의 계산은 다음과 같은 결과를 준다. 전하가 같을 때, 스핀값이 짝수인 힘의 매개자는 스칼라(스핀 0), 중력자(스핀 2)가 있는데 이들은 언제나 당기는 힘을 매개한다. 스핀값이 홀수인 힘의 매개자는 벡터 보존(스핀 1)인데 이 힘은 같은 전하를 가진 물체가 서로 밀어내는 힘이다.
기본 힘
현재 알려진 자연의 기본 힘중, 중력만이 끌어당기는 힘으로 스핀 2인 중력자로 기술되며, 나머지 전자기력, 강한 상호작용, 약한 상호작용은 모두 스핀 1인 벡터 보존으로 기술되는 밀고 당기는 힘이다.
와인버그-위튼 정리
와인버그-위튼 정리에 의하면, 4차원에서 힘을 매개하는 입자는 스핀 0,1,2인 입자뿐이다. 전하를 띤 입자가 전류로 표시되면 매개힘의 스핀값 1이 최대이지만, 에너지-운동량 텐서로 기술되면 매개힘의 스핀값 2가 최대이다.
참고자료
같이 보기
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