중력

중력(重力) ・ 만유인력(萬有引力)｜Gravity[주1] ・ Gravitation[주2]
'''중력'''은 자연계에 존재하는 기본적인 네 가지 힘(기본 상호작용) 가운데 하나로, 어떤 공간상의 두 질점 사이에 작용하는 인력을 의미한다. 쉽게 말해, 질량이 있는 서로 다른 물체가 서로 끌어당기는 힘을 중력이라 한다. 중력은 기본적으로 끌어당기는 인력만 존재하며, 반대로 밀어내는 척력은 아직까지 검증되지 않았지만 반중력이라고 부른다. 나머지 세 가지 기본 힘들은 인력과 척력이 모두 있다는 것에 비해 특이한 점이다.
'''만유인력'''이라는 표현은 본래 중력과 같은 뜻이나, 굳이 중력과 구분해서 쓰일 때는 '만유인력' 쪽이 '기본 상호작용으로서의 중력'을, '중력'이 '거시세계에서 관측되는 힘'을 의미할 때가 있다. "천체의 중력은 천체와 그 간섭을 받는 물체 간의 만유인력과 원심력의 합력으로 나타낸다."고 쓰는 용례 등이 그렇다. 이것은 영국의 물리학자 아이작 뉴턴이 저서 《자연철학의 수학적 원리(프린키피아)》를 저술할 때 사용한 'law of universal gravity(만유인력의 법칙)'를 근대 일본인 학자들이 한문으로 번역한 산물인데, 오늘날에는 이 만유인력이라는 표현이 학습자에게 혼동을 주기 쉽고[1] 직관적이지 않다는 비판을 받고 있다. 일각에서는 '''보편 중력'''으로 번역하는 경우도 있다.
이 문서에서는 고전역학적인 중력을 서술하는 데 중점을 뒀다.

2. 중력 법칙

이러한 중력을 가장 먼저 수식화한 것은 아이작 뉴턴으로, 그는 1687년 발표한 논문 《프린키피아》를 통해 아래와 같이 두 질점[2] $$m_{1}$$, $$m_{2}$$이 있고, 두 질점이 $$r$$만큼 떨어져있을 때, 작용하는 중력의 크기는

$$\displaystyle F=G \frac{m_{1}m_{2}}{r^{2}} $$

[주1] 보통 지구의 중력을 논의할 때.[주2] 중력 개념 자체를 논의할 때.[1] 참조[2] 질량만 존재하고, 크기는 존재하지 않는 물체.

라고 했다. 위 식에서 $$G$$는 중력 상수로, 실험적으로 측정된다.[3] 그 값은

$$ G = 6.674\ 30\ (15) \times 10^{ -11 }\ \mathrm{N \cdot m^{ 2 } \cdot kg^{ -2 }} $$

[3] 이 값을 처음 측정한 것은 영국의 물리학자 헨리 캐번디시이며, 캐번디시는 비틀림 저울을 이용하여 중력 상수를 측정하였다. 자세한 내용은 이곳(영어)을 참고할 것.

이다.[4]

2.1. 벡터 표현

위의 식은 중력의 정확한 크기를 나타낸다. 그러나 중력은 힘이다. 힘은 곧 벡터로, 크기와 방향을 모두 가지는 양이다. 위의 상황에서 방향을 구하기 위해, 아래와 같이 질량 $$m_{1}$$, $$m_{2}$$의 위치 벡터를 각각 $$\mathbf{r}_{1}$$, $$\mathbf{r}_{2}$$라 하자.
[image]
이때, $$m_{1}$$이 $$m_{2}$$에 가하는 중력[5] $$\mathbf{F}_{12}$$는 다음과 같이 쓸 수 있다.

$$\displaystyle \mathbf{F}_{12}=-G \frac{m_{1}m_{2} (\mathbf{r}_{2}-\mathbf{r}_{1}) }{|\mathbf{r}_{2}-\mathbf{r}_{1}|^{3}} $$

[4] 최근에는 행성 운동이나 수십억 광년 밖에서 벌어진 초신성 폭발을 관측한 자료를 기반으로, 이 '''중력 상수 자체도 우주의 시간의 흐름에 따라 변화하고 있는 것은 아닌가''' 하는 충격적인 가설이 제기되고 있다.[5] 즉, $$m_{2}$$가 $$m_{1}$$에 의해 받는 중력.

대칭성에 의해 $$m_{2}$$가 $$m_{1}$$에 가하는 중력 $$\mathbf{F}_{21}$$은

$$\displaystyle \mathbf{F}_{21}=-G \frac{m_{1}m_{2} (\mathbf{r}_{1}-\mathbf{r}_{2}) }{|\mathbf{r}_{1}-\mathbf{r}_{2}|^{3}}=-\mathbf{F}_{12} $$

임을 알 수 있다.

3. 중력장

위에서 중력은 벡터로 표기했다. 그런데, 이 벡터는 공간 상에 존재하게 되고, 이것은 곧 벡터 함수를 의미하게 되는데, 벡터 함수는 공간 상에 장(Field)을 형성하게 된다. 단위 질량당 받는 어떤 계의 중력의 장을 '''중력장(Gravitational field)'''이라 한다. 즉, 어떤 계에 의한 중력 $$\mathbf{F}$$을 받는 질량 $$m$$에 대해

$$\displaystyle \mathbf{g} \equiv \frac{\mathbf{F}}{m} $$

을 중력장이라 한다.
이제부터 전자기학과 유사하게, 원천 지점(Source point)을 나타내는 위치 벡터 $$\mathbf{r'}$$과 중력장의 측정 지점을 나타내는 위치 벡터 $$\mathbf{r}$$를 정의하고자 한다.
[image]
따라서 질점 $$M$$이 $$\mathbf{r'}$$에 위치할 때, $$\mathbf{r}$$ 위치의 중력장을 측정하면,

$$\displaystyle \mathbf{g(r)}=- \frac{GM(\mathbf{r-r'})}{|\mathbf{r-r'}|^{3}} $$

분리 벡터 $$\boldsymbol{\xi} \equiv \mathbf{r-r'} $$ 표현을 쓰면,

$$\displaystyle \mathbf{g(r)}=-G \frac{M}{\xi^{2}} \hat{\boldsymbol{\xi}} $$

으로 쓸 수 있다.

3.1. 질점계와 연속계

만약 질점이 유한하게 분포하는 계에 의한 중력장을 측정한다고 해보자. $$N$$개의 질점 $$M_{i}\,(i=1,\,2,\,3,\, \cdots,\,N)$$이 있다고 할 때, 이 계에 의한 중력은 각 질점에 의한 중력을 모두 합하면 될 것이다. 각 질점까지의 원천 벡터를 $$\mathbf{r'}_{i}$$라 놓으면,

$$\displaystyle \mathbf{g(r)}=- \sum_{i=1}^{N} \frac{GM_{i}(\mathbf{r}-\mathbf{r'}_{i})}{|\mathbf{r}-\mathbf{r'}_{i}|^{3}} $$

이 될 것이다.
강체같은 무한한 질점이 모인 계는 연속계로 취급할 수 있어 밀도의 개념을 사용하면 된다. 어떤 질점계의 밀도를 $$\rho(\mathbf{r'}) $$라 놓으면, 각 계의 미소 질량은

$$\displaystyle dM=\rho(\mathbf{r'})\,dV' $$

프라임은 원천 지점에 대한 물리량임을 강조하기 위해 표시했다. 따라서 이 미소 질량에 의한 미소 중력장은

$$\displaystyle d \mathbf{g(r)}=- \frac{G(\mathbf{r-r'})}{|\mathbf{r-r'}|^{3}}\,dM=- \frac{G\rho(\mathbf{r'})(\mathbf{r-r'})}{|\mathbf{r-r'}|^{3}}\,dV' $$

따라서 계가 어떤 부피 영역 $$V$$에 분포한다면, 이 영역에서 적분하면 중력장이 구해진다. 다만, 적분이 원천 영역을 기준으로 한다는 것에 유의하라.

$$\displaystyle \mathbf{g(r)}=- \iiint_{V} \frac{G\rho(\mathbf{r'})(\mathbf{r-r'})}{|\mathbf{r-r'}|^{3}}\,dV' $$

물론, 위는 질량이 부피 영역에 분포할 때이고, 만약, 질량이 면적이나 선 영역에 분포한다면, 각각 표면 질량 밀도[6] $$\sigma(\mathbf{r'})$$, 선 질량 밀도[7] $$\lambda(\mathbf{r'})$$를 사용하여,

$$\displaystyle \begin{aligned} \mathbf{g(r)}&=- \iint \frac{G\sigma(\mathbf{r'})(\mathbf{r-r'})}{|\mathbf{r-r'}|^{3}}\,da' \\ \mathbf{g(r)}&=- \int \frac{G\lambda(\mathbf{r'})(\mathbf{r-r'})}{|\mathbf{r-r'}|^{3}}\,dl' \end{aligned}$$

[6] 단위 면적당 질량.[7] 단위 길이당 질량.

로 쓸 수 있다.

3.2. 중력장의 역선

전기장에 대해 전기력선을 도입했듯, 중력장 자체도 장이므로 역선(Line of force)의 개념을 통해 시각화 할 수 있다.
이 역선은 결국 어떤 질점 혹은 질점계가 있고, 해당 계에 의해 측정 지점에 놓인 단위 질량이 받는 중력의 방향을 연속적으로 연결한 선이 된다.
아래는 한 질점에 대한 역선으로써, 방사적임을 알 수 있다.[8]
[image]
아래는 질량이 같은 두 질점에 대한 역선이다. 사실 형태적으로만 보면, 같은 전하량의 두 음전하가 만드는 전기력선과 같다.
[image]

4. 중력 퍼텐셜

기본적으로 중력은 보존력이기 때문에 다음과 같은 스칼라 퍼텐셜 $$\Phi$$을 도입할 수 있다.

$$\displaystyle \mathbf{g(r)} =-\boldsymbol{\nabla}\Phi\mathbf{(r)} $$

[8] 구대칭에 의해서 반드시 방사적으로 존재할 수밖에 없다.

여기서 나온 스칼라 퍼텐셜 $$\Phi$$을 중력 퍼텐셜이라 한다.
다음을 이용하면,

$$\displaystyle \boldsymbol{\nabla} \left( \frac{1}{|\mathbf{r-r'}|} \right)=-\frac{\mathbf{r-r'}}{|\mathbf{r-r'}|^{3}} $$

중력 퍼텐셜을

$$\displaystyle \Phi\mathbf{(r)}=-\frac{GM}{|\mathbf{r-r'}|} $$

으로 쓸 수 있음을 얻는다.
$$N$$개의 질점계에서는 마찬가지 논법으로,

$$\displaystyle \Phi\mathbf{(r)}=- \sum_{i=1}^{N} \frac{GM}{|\mathbf{r}-\mathbf{r'}_{i}|} $$

연속계는

$$\displaystyle \Phi \mathbf{(r)}=- \iiint_{V} \frac{G\rho(\mathbf{r'})}{|\mathbf{r-r'}|}\,dV' $$

으로 쓸 수 있다.
물론, 위는 관측점에 있는 단위 질량이 관측하는 퍼텐셜임에 유의해야 한다. 만약, 관측점에 질량 $$m$$이 관측하는 퍼텐셜 에너지 $$U$$을 구하려면,

$$\displaystyle U\mathbf{(r)}=m \Phi\mathbf{(r)} $$

으로 계산해야 한다.

5. 중력장에 대한 가우스 법칙

중력장은 곧 장의 일종이므로 전기장과 같이 이제 선속(Flux)의 개념을 도입할 수 있다. 어떤 폐곡면 $$S$$을 생각하도록 하자. 이 폐곡면은 부피영역 $$V$$를 감싼다. $$S$$ 표면을 통해 유출되는 중력 선속 $$F_{g}$$은 다음과 같이 구할 수 있다.

$$\displaystyle F_{g}=\oiint_{S} \mathbf{g} \cdot d \mathbf{a'} $$

$$d \mathbf{a'}$$는 폐곡면 $$S$$의 미소 면적 벡터이며, 방향은 폐곡면을 수직으로 뚫고 나오는 방향이다. 윗 문단들의 내용을 참고하면,

$$\displaystyle F_{g}=\oiint_{S} \left[ - \iiint_{V} \frac{G\rho(\mathbf{r-r'})}{|\mathbf{r-r'}|^{3}}\,dV' \right] \cdot d \mathbf{a'} $$

으로 쓸 수 있다. 그런데, $$S$$와 $$V$$에 대한 적분은 독립적이기 때문에

$$\displaystyle F_{g}=-G\oiint_{S} \frac{(\mathbf{r-r'}) \cdot d\mathbf{a'}}{|\mathbf{r-r'}|^{3}} \iiint_{V} \rho \,dV' $$

형태로 쓸 수 있다. $$S$$에 대한 적분은 결국 입체각 적분으로, 한 폐곡면을 대상으로 한다면, 그 값은 $$4 \pi$$가 된다. $$V$$에 대한 적분은 $$S$$안에 든 총 질량이므로 이것을 $$M$$이라 놓으면,

$$\displaystyle F_{g}=-4 \pi G M $$

따라서 가우스 법칙과 유사하게

$$\displaystyle \oiint_{S} \mathbf{g} \cdot d \mathbf{a'}=-4 \pi G M $$

를 얻는다. $$M$$은 폐곡면 $$S$$ 안에 든 총 질량임에 유의한다.
발산 정리를 사용하면,

$$\displaystyle \oiint_{S} \mathbf{g} \cdot d \mathbf{a'}=\iiint_{V} (\boldsymbol{\nabla} \cdot \mathbf{g}) \,dV' $$

위의 내용을 사용하면,

$$\displaystyle \iiint_{V} (\boldsymbol{\nabla} \cdot \mathbf{g}) \,dV'=-4 \pi G \iiint_{V} \rho \,dV' $$

을 얻는다. 그런데 잡은 영역은 임의로 잡은 것이므로

$$\displaystyle \boldsymbol{\nabla} \cdot \mathbf{g}=-4 \pi G \rho $$

을 얻는다. 즉, 중력장의 근원은 질량임을 나타낸다.[9] 중력 퍼텐셜과 중력장 사이의 관계에 의해 위 식은 아래와 같이 바꿀 수도 있다.

$$\displaystyle \nabla^{2} \Phi=4 \pi G \rho $$

[9] 발산 연산에서 나오는 항은 해당 장을 만드는 原으로 해석한다.

이 편미분 방정식은 푸아송 방정식으로, 이 방정식을 풂으로써 중력 퍼텐셜과 중력장을 구할 수 있다.

6. 응용

6.1. 중력 법칙을 이용한 케플러 3법칙의 유도

질량 $$M$$의 항성을 한 초점으로 하여, 질량 $$m$$이 공전한다고 가정하고, 공전 궤도의 긴 반지름은 $$a$$라 놓자. 단, 이 긴 반지름은 질점 사이의 간격임에 유의하라.
태양계 행성들은 모두 이심률이 작기 때문에 근사적으로 원운동으로 간주할 수 있다. 따라서, 행성이 반지름 $$a$$인 등속 원운동을 한다고 가정해도 무리가 없다.[10] 행성의 구심력은 곧 행성과 항성 사이에 작용하는 중력과 같다.

$$\displaystyle \frac{mv^{2}}{a}=\frac{GMm}{a^{2}} $$

[10] 더 엄밀한 유도는 고전역학을 배우면 알 수 있다.

그런데 행성의 공전 주기가 $$T$$라면,

$$\displaystyle v=\frac{2 \pi a}{T} $$

로 놓을 수 있다. 이것을 첫 번째 식에 대입하고 정리하면,

$$\displaystyle \frac{4 \pi^{2} a}{T^{2}}=\frac{GM}{a^{2}} $$

따라서 다음과 같은 케플러 3법칙을 얻는다.

$$\displaystyle T^{2}=\frac{4 \pi^{2} }{GM} a^{3} $$

즉,

$$\displaystyle T^{2} \propto a^{3} $$

임을 알 수 있다.
타원 궤도일 때 증명한 것은 중심력 문서 혹은 케플러 법칙 문서를 참조하라.

6.2. 구각 정리

이 문제는 고전역학에서 중력장을 배우는 이상 벗어날 수 없는 유명한 문제다.
아래와 같은 균일한 밀도를 가지는 구각(Spherical shell) 내·외부의 중력장의 크기가 어떻게 되는 지 구하는 문제이다.
[image]
자세한 내용은 구각 정리 문서를 참조한다.

6.3. 지구 표면의 중력

지구 표면의 중력을 측정할 때에는 보통 중력 그 자체를 측정할 수 없기 때문에 중력 가속도를 측정한다. 지구의 중력 가속도는 위치에 따라 다르지만, 보통은 약 $$9.8\,\mathrm{m/s^{2}}$$이다. 그런데, 지구는 회전[11]을 하기 때문에 지구의 좌표계는 관성 좌표계가 아니다. 따라서 원심력이 나타남으로써 지구 위의 좌표계에서 측정되는 중력 가속도는 위도에 따라 차이가 난다.
자세한 것은 이 문서를 참고할 것.

7. 여담

7.1. 일반 상대성 이론

그 뒤 알베르트 아인슈타인의 등장과 함께 중력의 개념에 대한 대대적인 수정이 이루어졌다. 매우 단순하게 말하면 중력은 관성력과 '''거의'''[12] 구분할 수 없다는 것.
상대성 이론에서 관성력이 가해지는 상황에서는 즉, 가속이 이루어지는 상황에서는 시간의 흐름이 느려지므로, 중력이 강한 곳에서는 시간의 흐름이 느려지기도 한다.[13]
상대성 이론에서의 중력이 기존의 중력과 결정적으로 다른 점은 질량이 없는 것들에게도 작용한다는 점이다. 그 예시가 빛으로, 빛은 질량이 0이므로 고전역학에 따르면 중력의 간섭을 받지 않아야 하지만 실제로는 빛도 중력에 의해 휘어짐이 증명되었다.[14] 또한 상대성 이론에서는 중력을 '공간의 휘어짐'에 따른 결과로 설명한다는 점에서도 고전 역학과 차이가 있다. 그리고 (물질에 의한) 공간의 휘어짐조차 상대성 원리를 일반화하면 필연적으로 생겨야 한다는 것도 설명이 된다. 즉, '''왜 물질이 중력을 만드는지 설명이 가능해진다'''. 공간이 휘어진다는 게 시공간의 4차원에서 발생하는 일이라 상상하기 어렵지만, 이를 한 차원 낮추어 인간이 느낄 수 있는 3차원으로 바꾸어 보면,[15] 쭉쭉 늘어나는 얇은 나일론 스타킹에 무거운 쇠구슬을 올려놓았을 때의 현상이 4차원에서 일어나고 있는 거라고 보면 된다.#[16] 자세한 내용은 상대성 이론 문서를 참고할 것.

7.2. 중력파

시공간의 뒤틀림으로 발생한 요동이 파동으로서 전달되어, 움직이는 물체 또는 계로부터 바깥쪽으로 이동하는 것을 말한다. 이것은 일반 상대성 이론을 통해 예측되었었다.
LIGO 팀은 EST 2016년 2월 11일 오전 10:30에 중력파 검출 성공을 발표하였다.
자세한 설명은 중력파 문서를 참고할 것.

7.3. 관성력과 중력

인간이 지구상에서 중력 자체를 변화시킬 수는 없지만, 자유낙하나 원심 가속기 등을 통하여 중력이 변한 상황을 체험할 수는 있다. 정확히는 중력을 바꾸는 것이 아니라 몸에 미치는 가속도를 바꾸는 것이지만, 사실 상대성 이론에 따르면 중력이 곧 가속도니까 실질적으로 다르지 않다.
반대로 인간이 가짜 중력을 만들어낼 수도 있는데, 이를 인공중력(Artificial gravity; Paragravity)이라고 한다. 자세한 것은 해당 문서를 참고할 것.
인간은 최대 약 9G까지 견딜 수 있다. 참고로 고성능 전투기가 선회할 때 받는 중력가속도가 대략 9G이다. 참고로 최신 전투기는 9G 이상의 중력가속도를 견딜 수 있는데 이는 안전계수라는 것이 존재하기 때문이다. 최대 9G에서 움직이기로 설계된 비행기의 안전계수가 1.2라고 하면 11G로 선회해도 부서지지 않을 정도로 튼튼하게 만든다. 대부분 비행기가 9G이상으로 기동하지 않는 것은 인간이 버틸 수 있는 한계를 대략 9G 정도로 보고있기 때문이다.
과거 존 폴 스탭 박사가 322km으로 달리는 썰매를 급정거시키며 감속력으로 G를 재현하는 실험을 한 적이 있는데, 대략 1~2초간의 짧은 순간이긴 하지만 46.2G를 견뎌냈다고 한다. 1~2초 정도라면 인간은 46.2G에도 터져죽지 않고 버틸 수 있다는 것. 물론 이건 1954년이니까 가능했던 실험이고, 지금 이따위 인간을 모르모트로 하는 실험을 했다간...
일반인 기준 보통 5~6G에서 의식을 상실하며, 고도로 훈련된 전투기 조종사들은 대략 8~9G 정도까지 버틸 수 있다고 한다.

7.4. 빅뱅 우주론

'''우주 최초의 힘'''(force)이다. 빅뱅 직후 10^-43초에 4가지 기초 상호작용 중 제일 먼저 생겨났으며 그 전에는 시간이 존재하지 않았었기 때문에 중력의 나이는 우주의 나이라고 할 수 있다.

7.5. 기타

저명한 물리학자 리처드 필립스 파인만이 본인의 강의 중에

> 중력은 약하다. 괘씸할 정도로 지독하게 약하다.
라고 언급했을 정도로 4가지 중에서는 가장 약한 힘으로, 글루온에 의해 색소 전하(colour charge)를 지니는 강입자(Hadron) 사이에서 매개되는 강력에 비해 $$10^{-38}$$배이다. 임팩트는 살짝 떨어지지만 중력을 제외한 가장 약한 힘인 약력에 비해 $$10^{-27}$$배이다.[17] 나머지 3개의 기본힘에 비하면 이상할 정도로 힘이 약하다보니, 심지어는 다른 차원으로 힘이 새어나가는 거 아닌가 하는 이론까지 있다.[18] 중력이 얼마나 약한지 느낄 수 있는 간단한 실험이 있는데, 바로 초등학생 때 누구나 한 번쯤 해본 정전기 실험이다. 책받침을 옷에 몇 번 문지른 다음 바닥에 뿌려놓은 종이조각에 가까이 가져가면 종이가 책받침에 달라붙는 것을 볼 수 있는데, 대수롭지 않아 보이지만 실험의 결과를 조금 더 들여다 보면 고작 책받침과 옷으로 일으킨 미약한 정전기가 지구라는 천체가 발생시킨 중력을 간단히 이겨버린 것이다.

중력을 매개하는 개념적 단위를 중력자라 부른다. 중력자는 실존하는지 아직 알려져있지 않으며, 자세한 것은 중력자를 문서 참고할 것.
이런저런 이유로 테라포밍을 할 때 최종관문으로 꼽히는 부분이기도 하다. 물, 공기같이 행성 표면에 있는 건 어찌 할 수 있어도 중력을 조절하는 건 행성 자체를 개조하는 거와 다를 게 없기 때문. 방법으로만 치면 행성의 질량은 그대로 두고 행성의 직경을 변화시키면 행성 표면에서의 중력을 조절할 수 있다. 예를 들어 행성의 토사를 고도로 압축해 행성 직경을 축소하면 표면중력을 높일 수 있고, 행성 표면에 거대한 지지대를 무수히 건축하고 그 위에 서로 연결된 판을 얹어 제2의 표면을 만든다면 그 표면에서의 중력은 원래보다 낮다. 그야말로 행성 개조의 레벨로, 도저히 실용적인 방법이라고는 할 수 없다.
중력과 같은 힘이지만, 움직이는 질량에 의한 힘을 동중력이라 부르며, 자세한 것은 동중력 문서 참고할 것.
우리가 흔히 무중력이라 부르는 상태는 실제로 중력이 없는 상태가 아니다. 자세한 내용은 무중력을 참고하자.
창작물에 흔히 등장하는 반중력은 실존하지 않으며 물리학적으로 불가능하다는 것이 정설이다.
중력이라는 힘이 존재하지 않는다는 유사과학이 있다. 지구 평면설 신봉자들 중 일부가 이 유사과학을 주장한다. 해당 문서의 3.2.1. 문단 참조.
'만유인력'을 [말:류일력]으로 발음하는 사람이 있으나, 표준 발음은 [마:뉴일력]이다.

7.6. 창작물에서

중력은 실제로는 엄청나게 약한 힘임에도, 창작물에서는 전자기력 [19]
다만 이쪽은 어떤 것을 다루는지에 따라 달라진다. 전기나 자기력은 그냥저냥 평범하게 묘사되는 경우도 있지만 빛의 경우 답없는 먼치킨으로 묘사되는 경우가 대부분.
과 맞먹거나 혹은 그 이상인 최상위급의 위력을 갖는 힘으로 묘사되는 경우가 대부분이다. 배틀물이나 거대로봇물 등에서는 최종보스급 캐릭터들이 중력을 기반으로 하는 능력을 사용하는 경우가 많으며,[20]
강식장갑 가이버라는 SF 만화에서는 1부 최종보스인 리하르트 규오라는 캐릭터가 중력을 조작하는 각종 공격을 하며, 슈퍼로봇대전 시리즈에는 카리스마 악당으로 세계관 최강자 중 하나인 슈우 시라카와라는 과학자가 중력자를 무기로 사용하는 거대 로봇에 타고 덤벼든다. 전설거신 이데온이라는 SF 로봇 아니메에 등장하는 이데온이란 거대 로봇은 고대 외계인이 만들어낸 절멸무기인데 배에서 마이크로 블랙홀을 만들어내 이를 무기로 사용한다.
높은 중력을 극복하는 것이 뭔가 초인적인 노력이나 수련을 상징하는 것으로 묘사되기도 한다. 비록 약한 힘이지만, 질량이 어머어마하면 초신성을 일으키고, 중성자별이나 블랙홀 같은 천체를 만드는 힘이라는 점이 큰 인상을 준 듯 하다. 물리학 관련 학습만화가 아닌 한 강력과 글루온이나 약력과 위크 보손 등 나머지 기본 상호작용을 다루는 능력은 보여주기도, 설명하기도 어렵고.
중력을 자의적으로 조작하는 이능력인 중력 조작은 속성 제어능력과 함께 대표적인 이능력 배틀물 단골 출현 능력. 독자적인 속성으로 나오는 경우도 많지만, 땅과 금속의 하위 속성으로 나오는 경우도 종종 있다. 보통 일정 범위 내의 중력을 조절하는 능력으로만 나오면 약체 취급을 면하기 힘들지만, 염동력에 가깝게 묘사되는 경우는 굉장히 강하게 나오는게 보통이다. 주로 중력을 조작 무게를 늘리거나 날아다니거나 방어하거나 하는 등이 대표적인 연출. 자세한 건 중력 조작 참조.
개인이 가진 능력이 아니라 기계 등의 특수한 요인으로 일정 지역만 중력이 이상이 있는 경우도 있다. 대표적으로 드래곤볼에서 오공은 심심하면 높은 중력조건하에서 수련한다. 고중력 행성의 생물이 저중력 생물보다 강하다는 것도 상당히 흔한 클리셰.[21]
사이어인의 행성인 베지터 행성도 고중력이었고 슈퍼맨의 초인적인 힘은 고향별인 크립톤과 지구 사이의 중력차에 의해서 나온다.
하지만 현실적으로 생각하면 이미 성장이 거의 끝난 성인이 괜히 고중력을 통해 몸에 부하를 걸면 그대로 사망. 인간이 견딜 수 있는 중력은 위에도 상술했듯 9G이다.
영/유아기 때부터 고중력하에서 자라 이후 생장을 고중력에 맞추어 한다면 육체가 이에 적응해 괜찮을 가능성이 높다는 가설이 있지만 지금 기술로는 검증할 방법도 없고, 직접 실험하자니 심각한 윤리 문제도 발생해서 쭉 가설의 영역에 있게 될 듯하다.
반대의 경우로 중력이 낮은 곳에서는 지구인도 강해지지 않을까 하는 생각을 하게 되지만[22]
창작물에서 이 방면의 원조격이라 할 수 있는 존재가 존 카터다. 보통 존 카터하면 2012년에 대차게 망한 영화만 떠올리지만 본래 이 영화의 원작은 100년도 더 전인 1912년에 나온 소설 "화성의 공주"다. 여기에서 주인공 존 카터는 지구보다 중력이 약한 화성에 가게 되면서 엄청난 초인이 된다. 아래에 서술된 슈퍼맨의 원조격이며 슈퍼맨과 마찬가지로 저중력에 적응해 약해지는 모습은 나오지 않았다.
어차피 잠깐 강한 상태가 유지될 뿐이고 인체의 상태는 환경에 따라 변하기 때문에 저중력하에서 계속 생활하면 혈압과 골밀도에 서서히 이상이 오고 신체가 저중력에 맞춰 약화된다.[23]
국제우주정거장에서 생활하는 사람들이 어떤지 생각해보면 쉽게 알 수 있다.
대신 오래 있으면 키가 커진다. 하지만 골밀도를 줄이고 키를 늘리는 중력의 장난이므로 큰 기대는 하지 말자. 한마디로 키가 커지는 대신 뼈 안쪽은 텅텅 비어서 이전보다 몇 배는 더 부러지기 쉬운 뼈가 되는 것이다. 그 상태로 원래의 중력으로 돌아가면 와장창. 마찬가지로 슈퍼맨 역시 지구에 오래 살아왔기에 지구의 저중력에 적응. 자연히 힘이 약화되어야 하지만 작중에선 전혀 영향이 없다.
반대되는 개념을 반중력이라고 하며, 당연하지만 아직 발견되지 않았고 아마도 존재하지 않는 것으로 추정된다. 문서 참조.
어쌔신 크리드 브라더후드에선 그 누구도 자신을 죽일수 없다고 외치는 최종보스의 죽음을 이끌어내어 유저들에게 큰웃음을 주었다.
우주로 진출한 인류가 지구에 남은 기득권층과 대립하는 기동전사 건담에서는 단순한 물리적인 힘에서 나아가 철학적인 해석이 덧붙여진다. 샤아 아즈나블에 따르면 중력은 인간의 혼을 사로잡고 있는 힘으로, 그는 전 인류의 우주 진출에 의한 변혁을 추구하였다. 단, 외우주 콜로니 내부에서도 정상적인 중력이 적용되고 있다.
하쿠레이 레이무와 체셔 캣은 이 힘을 무시한다.
중력이라는 개념이 없는 고전 게임에다가 중력을 적용하면 기괴한 풍경이 펼쳐지게 된다. 대표적인 예가 Not Pacman과 Not Tetris 2.
일반 상대성 이론의 매력 때문에 다양한 SF에서 소재로 등장한다. 특히 워프나 블랙홀 등이 등장하는 작품과 땔래야 땔 수 없는 관계에 있다. 별의 목소리, 톱을 노려라, 인터스텔라 등의 SF 관련 창작물에서 스토리텔링의 주 요소로 사용되는 시간 지연도 마찬가지.
음악 분야의 경우, NELL의 중력 3부작 앨범이 있다.
죠죠의 기묘한 모험에서도 6부부터 중요한 소재로 등장하기 시작했다. 엔리코 푸치의 스탠드 화이트스네이크는 푸치 신부가 녹색의 아기와 결합하면서 그린 그린 그래스 오브 홈의 제논의 역설스러운 능력과 결합한 여파로 중력을 밀어내는 C-MOON으로 진화했고, 이후 얻게 된 메이드 인 헤븐은 C-MOON의 중력 조작 능력이 강화되어 시간을 밀어내는 것으로 발전한 것이라 한다. 이 외에도 푸치 신부 본인이 사람과 사람의 만남을 중력이라고 하는 등 수차례 언급한다.

이 외에도 7부의 퍼니 밸런타인의 D4C는 차원을 이동하는 능력이 중력과 연관이 있다는 듯한 묘사가 나오고, 8부의 야기야마 요츠유의 아이 엠 어 록 또한 능력에 걸린 대상에게 인공적인 중력이 생기게 만들어 요츠유가 지정한 물체가 그 인공적인 중력에 이끌려 대상자를 향해 모이도록 하는 능력이다.

8. 관련 문서

[11] 자전과 공전.[12] '거의'라는 표현을 붙인 이유는 상대성 이론 문서를 참고할 것.[13] 그래서 인공위성은 수시로 지상의 시간에 맞춰 동기화시킨다. 지상보다 중력이 상대적으로 약한 곳에 위치하여 시간의 흐름이 지상에서보다 미세하게나마 빠르기 때문.[14] 아인슈타인에 따르면, 빛이 '''휘어진 시공간을 따라서 진행'''하기 때문이다.[15] 인간이 느낄 수 있는 최대의 공간차원은 3차원 공간까지다. 2차원(면)과 1차원(선), 0차원(점)은 보고 상상할 수 있지만 4차원은 그럴 수 없다. 차원 문서 참조. 이걸 굉장히 잘 설명해준 소설과 애니메이션이 있는데, 바로 플랫랜드이다. 소설보다는 2007년에 나온 단편 애니메이션인 플랫랜드: 더 무비를 시청하는 게 빠른 이해를 위해서는 더 좋을 것이다.[16] 2차원 세계에서의 중력을 시각화 한 것이다. 2차원 세계에선 위아래의 개념이 없으므로 아무리 무거운 구슬이 공간을 휘게 만들어도 직접 시각적으로 확인할 방법은 없다. 하지만 그 주변을 지나는 물체가 강하게 끌려들어가는 것으로부터 중력이 작용하고 있음을 알 수 있을 것이다. 그 공간의 휘어짐은 한차원 높은 3차원에서만 볼 수 있다. 우리의 세계는 3차원이므로 4차원 공간의 휘어짐을 이로부터 상상해 볼 수 있다.[17] 전자기력은 강력보다 약 200배 정도 약하다.[18] 초끈이론에서는 입자들의 안에 끈이 있다고 생각하는데, 중력자는 닫힌 끈이기 때문에 우리 시공간에 달라붙지 않아 다른 차원으로 새어나가기 때문에 중력이 작다고 설명한다.[19] 다만 이쪽은 어떤 것을 다루는지에 따라 달라진다. 전기나 자기력은 그냥저냥 평범하게 묘사되는 경우도 있지만 빛의 경우 답없는 먼치킨으로 묘사되는 경우가 대부분.[20] 강식장갑 가이버라는 SF 만화에서는 1부 최종보스인 리하르트 규오라는 캐릭터가 중력을 조작하는 각종 공격을 하며, 슈퍼로봇대전 시리즈에는 카리스마 악당으로 세계관 최강자 중 하나인 슈우 시라카와라는 과학자가 중력자를 무기로 사용하는 거대 로봇에 타고 덤벼든다. 전설거신 이데온이라는 SF 로봇 아니메에 등장하는 이데온이란 거대 로봇은 고대 외계인이 만들어낸 절멸무기인데 배에서 마이크로 블랙홀을 만들어내 이를 무기로 사용한다.[21] 사이어인의 행성인 베지터 행성도 고중력이었고 슈퍼맨의 초인적인 힘은 고향별인 크립톤과 지구 사이의 중력차에 의해서 나온다.[22] 창작물에서 이 방면의 원조격이라 할 수 있는 존재가 존 카터다. 보통 존 카터하면 2012년에 대차게 망한 영화만 떠올리지만 본래 이 영화의 원작은 100년도 더 전인 1912년에 나온 소설 "화성의 공주"다. 여기에서 주인공 존 카터는 지구보다 중력이 약한 화성에 가게 되면서 엄청난 초인이 된다. 아래에 서술된 슈퍼맨의 원조격이며 슈퍼맨과 마찬가지로 저중력에 적응해 약해지는 모습은 나오지 않았다.[23] 국제우주정거장에서 생활하는 사람들이 어떤지 생각해보면 쉽게 알 수 있다.