중력
중력의 정의
중력은 질량을 가진 모든 물체 사이에 작용하는 인력으로, 우주에서 가장 기본적인 힘 중 하나다. 지구 위에서 우리가 땅에 발을 디딜 수 있고, 사과가 나무에서 떨어지는 현상도 모두 중력의 영향이다. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면, 두 물체 사이의 중력은 질량의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다. 이 개념은 현대 물리학의 중요한 기반이 되었으며, 이후 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 통해 더욱 정교하게 설명되었다.
지구 중력
지구의 중력은 지구 중심을 향해 모든 것을 끌어당기는 힘으로, 우리가 일상에서 경험하는 대표적인 중력이다. 지구의 평균 중력 가속도는 약 9.8m/s²로, 이는 물체가 자유 낙하할 때 매초 9.8미터씩 속도가 증가한다는 의미다. 하지만 지구는 완전한 구형이 아니고 자전도 하고 있기 때문에, 적도 근처에서는 극지방보다 중력이 약간 작다. 또한 고도가 높아질수록 중력은 미세하게 감소한다.
우주에서의 중력
중력은 우주에서도 핵심적인 역할을 한다. 별, 행성, 은하가 형성되는 과정부터 블랙홀의 생성까지 모두 중력의 영향 아래 이루어진다. 지구가 태양 주위를 공전하고, 달이 지구 주위를 도는 것 역시 중력 때문이다. 심지어 우주의 구조와 팽창 속도까지 중력의 법칙에 의해 결정된다. 국제우주정거장(ISS)처럼 궤도에 있는 우주선 안에서 무중력처럼 느껴지는 상태도 사실은 ‘자유 낙하 상태’로 중력이 존재하되 항력과 균형을 이루는 결과다.
중력과 시간
아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 중력은 시공간을 휘게 만든다. 질량이 큰 천체 근처에서는 시공간이 휘어져 시간의 흐름이 느려진다. 이를 '중력 시간 지연'이라고 한다. 이 개념은 GPS 위성 기술에 실질적으로 적용된다. 위성은 지표보다 높은 고도에서 더 약한 중력장에 있기 때문에, 시간이 조금 더 빨리 흐르며, 이를 보정하지 않으면 위치 정보에 큰 오차가 발생한다.
중력 실험과 관측
중력은 눈에 보이지 않지만 다양한 실험과 관측을 통해 그 존재를 확인할 수 있다. 갈릴레오는 피사의 사탑에서 다른 질량의 물체를 동시에 떨어뜨려 같은 속도로 떨어짐을 보여주었고, 뉴턴은 사과가 떨어지는 현상을 통해 만유인력 개념을 정립했다. 현대에는 중력파 탐지기(LIGO 등)를 통해 블랙홀 충돌이나 중성자별 병합에서 발생하는 중력파를 관측함으로써, 중력에 대한 이해를 더욱 확장하고 있다.