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왜 얼음은 압력이 가해지면 녹는 겁니까? 이 질문은 얼음의 물리적 성질로 이어지고, 결국에는 물이 얼 때 부피가 늘어나기 때문이라는 답을 얻게 됩니다.
그럼 또 묻겠죠. 왜 물은 얼 때 부피가 늘어나고 다른 물질은 그렇지 않죠? 여기까지 왔다면 우리는 자연의 근본적인 법칙에 도달한 겁니다. 이쯤 되면 더 이상의 와인은 답하기 어렵게 느껴질 겁니다.
자, 이제 다시 자석 이야기로 들어가 봅시다. 여러분은 묻고 싶을 겁니다. 왜 자석은 서로 밀어내거나 끌어당기는 걸까요? 좋은 질문입니다. 하지만 이 질문은 사실 여러 수준에서 답변할 수 있어요. 그 수준은 여러분이 물리학에 대해 얼마나 알고 있느냐에 따라 달라집니다.
예를 들어, 물리학을 전혀 모르는 분께는 이렇게 말할 수 있습니다. 자석 사이에는 자기력이라는 힘이 존재해서 서로 밀어내거나 끌어당깁니다.
그러면 이런 대답은 또 다른 질문으로 이어질 수 있죠. 왜 자기력 같은 힘이 존재하죠? 왜 자석을 뒤집으면 끌어 당기다가 밀어냅니다? 이 단계에서 우리는 이런 힘이 얼마나 보편적이고 중요한지 이해하게 됩니다.
사실 우리가 매일 경험하는 모든 것, 예를 들어 여러분이 손을 의자 위에 얹었을 때 의자가 여러분의 손을 밀어내는 힘도 결국에는 전자기력의 일종입니다. 여러분은 왜 손이 의자를 통과하지 않죠라고 질문할 수 있습니다.
이 질문을 들여다 보면 사실 의자와 손 사이에 작용하는 전자기적 반발력 때문입니다. 모든 물질은 원자로 이루어져 있고, 원자 안의 전자들이 서로 밀어내기 때문에 손이 의자를 통과하지 못하는 거죠.
자석의 경우에는 이 힘이 조금 더 큰 범위에서 작용합니다. 그 이유는 철 같은 물줄 안에서는 전자들이 모두 같은 방향으로 회전하며 정렬되기 때문입니다. 그 정렬이 자기장을 만들어 자석 사이에 힘이 더 강하게 느껴지는 겁니다.
결국 여러분은 이렇게 묻고 싶을지 모릅니다. 그렇다면 자기력은 왜 존재하는 건가요? 이 질문에 저는 이렇게 답해야 할 겁니다. 그건 설명할 수 있는 것이 아니라 우리가 그냥 받아들여야 하는 자연의 기본 원리 중 하나입니다.
자연에는 여러 가지 근본적인 힘이 있어요. 중력, 전자기력, 강한 행력, 약한 행력 같은 것들 말이죠. 이런 힘들은 더 이상 다른 것으로 설명되지 않습니다.
만약 여러분이 더 깊이 들어가고 싶다면, 저는 전자기력과 자기력이 얼마나 긴밀하게 연결되어 있는지를 설명할 수 있습니다. 하지만 여기서도 결국 한계에 도달하게 됩니다. 왜냐하면 그 연결성 역시 우리가 세상에 대해 받아들이는 기본 요소 중 하나이기 때문입니다.
만약 제가 자석이 서로 끌어당기는 이유는 고무줄로 연결되어 있기 때문입니다라고 설명한다면, 그건 잘못된 비유일 겁니다. 왜냐하면 고무줄의 성질을 설명하려면 다시 전자기력으로 돌아가야 하니까요. 그렇게 되면 비유 자체가 아무 의미가 없게 됩니다.
결국 제가 여러분께 말할 수 있는 건 간단합니다. 자석은 서로 밀어내거나 끌어당깁니다. 그리고 그건 우리가 자연에 존재한다고 받아들여야 하는 기본적인 힘 중 하나입니다.