남자와 여자는 왜 서로에게 자석처럼 끌릴까? 전기의 지독한 로맨스 원리, '쿨롱의 법칙'

서론: 서로 끌어당기는 치명적인 매력

겨울철 스웨터를 벗을 때 머리카락이 스웨터 쪽으로 쭈뼛쭈뼛 솟아오르며 달라붙으려고 발악하는 것을 본 적 있나요? 또는 어릴 적 가지고 놀던 막대자석의 N극과 S극이 가까이 다가가자마자 찰싹! 하고 들러붙는 마술 같은 힘. 이 힘은 도대체 어디서 튀어나오는 걸까요? 1785년, 프랑스의 천재 과학자 샤를 오귀스탱 드 쿨롱(Coulomb)은 비틀림 저울이라는 기막힌 장치를 발명해 이 서로를 미친 듯이 당기고 밀어내는 '보이지 않는 유령 같은 힘'의 완벽한 수학 공식을 찾아냅니다. 이것이 바로 전자기학의 가장 위대한 기초, **'쿨롱의 법칙(Coulomb's Law)'**입니다.

본론: 극과 극은 통하고, 같은 극은 밀어낸다

쿨롱의 법칙을 아주 쉽게 한 줄로 요약하면 다음과 같습니다. "서로 성질이 다른 두 전기는 자석처럼 미친 듯이 서로를 껴안으려 하고(인력), 성질이 똑같은 두 전기는 소름 끼치도록 서로를 밀어낸다(척력)."

1. 양전하(+)와 음전하(-): 우주의 완벽한 짝꿍

우주를 이루는 모든 물체의 뱃속에는 두 가지 종류의 전기가 들어있습니다.

• 원자핵이 뿜어내는 뚱뚱하고 듬직한 양(+) 전하
• 그 주변을 미친 듯이 뱅글뱅글 도는 날파리 같은 가벼운 음(-) 전하(전자) 우주의 진리는 이 (+)와 (-)가 서로 떨어져 있는 것을 극도로 혐오한다는 것입니다. 어떻게든 둘이 찰싹 붙어서 0(중성)의 평화로운 상태로 돌아가려는 강력한 욕망(인력)을 뿜어냅니다. 건전지에 꼬마전구를 연결하면 불이 들어오는 이유도, 건전지 마이너스극에 잔뜩 고여 있던 (-) 전자들이 플러스극(+) 냄새를 맡고 미친 듯이 그쪽으로 뛰어가려고 전선(길)을 뚫고 지나가면서 필라멘트를 마찰시켜 빚을 내는(방전) 현상입니다.

2. 거리가 멀어지면 마음도 급격히 식는다

쿨롱이 찾아낸 소름 돋는 두 번째 비밀은 **'거리의 제곱에 반비례한다'**는 무자비한 팩트입니다.

• (+)와 (-)가 가까이 있을 때는 죽고 못 사는 연인처럼 엄청난 괴력으로 끌어당깁니다.
• 하지만 둘 사이의 거리가 2배 멀어지면? 당기는 힘은 절반으로 줄어드는 게 아니라, 4분의 1(2의 제곱)로 확 쪼그라들어 식어버립니다.
• 거리가 3배 멀어지면 힘은 9분의 1로, 10배 멀어지면 힘은 100분의 1로 먼지처럼 사라져 버립니다.

3. 같은 극의 지독한 혐오 (척력)

반대로 (+)와 (+)끼리, 혹은 (-)와 (-)끼리 억지로 가까이 붙여 놓으면 어떻게 될까요? 이들은 서로를 죽일 듯이 혐오하며 완벽하게 반대 방향으로 밀어내버립니다. 당신이 벽을 손바닥으로 밀 때, 손이 벽을 뚫고 쑥 들어가지 않고 턱! 하고 막히는 이유가 뼈나 살이 단단해서가 아닙니다. 당신의 손바닥 껍질을 이루는 원자의 (-) 전자들과 벽면을 이루는 원자의 (-) 전자들이 만나 서로 "징그럽게 닿지 마!"라며 엄청난 쿨롱의 힘(척력)으로 밀어내고 있기 때문입니다. 우리가 물건을 쥐고 만지는 '촉각' 자체가 사실은 이 쿨롱의 반발력이 뇌로 전달되는 찌릿한 전기 신호일 뿐입니다.

결론: 우주의 뼈대를 지탱하는 끈끈한 접착제

이 쿨롱의 법칙(전기력)은 중력보다 무려 10의 36승 배(1 뒤에 0이 36개)나 훨씬 미치도록 셉니다. 만약 지구의 중력이 전기력과 맞먹을 정도로 강했다면, 당신은 당장 블랙홀처럼 짜부라져 죽었을 것입니다.

세상의 모든 것이 산산조각 나 먼지가 되지 않고, 내 손등의 살갗이 튼튼하게 붙어있고, 딱딱한 강철 덩어리가 형태를 유지할 수 있는 이유는 이 쿨롱의 법칙 때문입니다. 수조 개의 (+)와 (-) 입자들이 이 찰나의 순간에도 미친 듯이 서로를 끌어안고 놓아주지 않는 지독한 로맨스가 바로 이 우주의 뼈대를 단단하게 지탱해 주는 완벽한 접착제입니다.