힘이란 무엇인가?

힘은 운동의 원인이다

구조는 힘의 구조다. 힘은 전달에는 일정한 방향과 순서가 있다. 힘의 전달 구조를 아는 것이 구조를 아는 것이다.

힘은 평형계 안에서 동력원≫동력발생≫동력제어≫동력전달≫동력효과 순으로 전달된다. 이것으로 일의 1사이클이 완성된다.

힘은 심층구조의 집적단계에 따라 정보를 가지며 이상과 같은 힘의 전달과정에서 정보손실이 일어난다.

힘의 전달과정에서 손실된 정보를 보충할 수 없기 때문에 힘의 전달은 언제나 일방향적으로 진행되며 그 역방향의 진행은 없다.

열역학 제 1법칙은 이러한 힘의 전달원리를 설명하고 있고 열역학 제 2법칙은 힘의 전달에 있어서의 비가역성을 해명하고 있다.

● 열역학 1법칙 - 힘은 위치에너지에서 운동에너지로 형태를 바꿀 수 있다.
● 열역학 2법칙 - 힘의 형태변환은 일방향적으로 진행된다.

힘은 대칭구조의 평형을 이루고 있는 힘이다. 모든 존재는 계를 중심으로 안정된 상태에 이르러 있으며 그 안정은 대칭구조의 평형이다.

외력이 계에 작용하여 안정이 깨지고 평형이탈이 일어날 때 새로운 평형에 도달할 때 까지 운동이 일어난다.

운동을 중심으로 계 안에서 일어나는 변화의 전체과정이 일이다. 그 일을 할 수 있도록 준비된 가능성이 힘이다.

● 계의 변화가 있다.
● 계의 변화는 운동으로 확인된다.
● 운동을 중심으로 변화의 전체과정이 일이다.
● 운동을 유발하는 것은 계 내에서 대칭구조의 평형이다.
● 평형이 무너질 때 정보가 손실되므로 일의 진행에는 일정한 질서가 있다.

힘은 운동의 원인이다. 힘은 운동을 일으킬 수 있는 구조의 평형이다. 대칭구조의 평형상태가 무너질 때 그 무너진 크기 만큼 에너지가 성립한다.

다섯가지 힘

자연계에서는 네 가지 근본적인 힘의 존재가 알려져 있다. 중력, 강한 핵력, 약한 핵력, 전자기력이 있다. 마찰력 등 다른 힘들은 여기서 연역된 것이다.

통일장이론에 의해 네가지 힘은 다시 하나의 힘으로 환원된다. 환원될 수 있다는 것은 이 힘들이 구조적으로 성립하고 있다는 의미다.

구조론에 따르면 알려진 네가지 힘에 제 5의 힘이 추가된다. 자연계에는 다섯가지 힘이 있다. 이 다섯은 근본 하나의 힘에서 나왔다.

열에너지, 전기에너지, 빛에너지 등 많은 힘들이 있을 수 있지만 이들은 힘을 담고 있는 용기(容器)의 이름들에 불과하다.

강력, 약력, 전자기력 등은 분자 단위에서 성립하므로 쉽게 관찰할 수 없다. 그러므로 이를 위치에너지, 운동에너지 등으로 바꾸어 표현할 수 있다.

열역학이나 유체역학은 힘의 구조를 파악할 수 있게 한다. 위치에너지는 열역학 제 1법칙에 대응하고 운동에너지는 열역학 제 2법칙에 대응한다.

자연계에는 본래 하나의 힘이 존재할 뿐이며 그것은 평형의 힘이다. 힘을 평형의 그릇에 담으면 위치에너지가 되고 도로 꺼내면 운동에너지가 된다.

● 제 1의 힘 - 중력.. 만유인력을 설명한다.
● 제 2의 힘 - 강력.. 핵의 구조를 설명한다.
● 제 3의 힘 - 약력.. 입자의 붕괴를 설명한다.
● 제 4의 힘 - 전자기력.. 맥스웰의 전자기법칙을 설명한다.
● 제 5의 힘 - 정보.. 물질적 존재 그 자체다.

강력, 약력, 전자기력으로 열역학 1 법칙과 2법칙을 설명하기 어렵다. 열역학적 관점에서는 위치에너지와 운동에너지 등으로 설명해야 한다.  

● 제 1의 힘 - 평형에너지 (중력)
● 제 2의 힘 - 위치에너지 (강력)
● 제 3의 힘 - 팽창에너지 (약력)
● 제 4의 힘 - 운동에너지 (전자기력)
● 제 5의 힘 - 정보에너지 (제 5의 힘)

이 힘들은 근본 하나의 힘에서 연역된 것이다. 그것은 계 내에서 구조적 평형이다. 모든 힘들은 평형이 붕괴하는 과정에서 성립한다.

구조는 다섯가지 갈피를 가지므로 계 내에는 다섯가지 패턴의 평형이 있다. 그러므로 자연계에는 다섯가지 힘이 있다.

다섯가지 힘이 하나의 힘으로 환원된다. 이 원리를 활(弓)의 원리에 빗대어 설명할 수 있다. 활은 시위에 화살이 매겨져서 팽팽하게 당겨져 있다.

● 평형에너지 - 활을 당기는 힘.. 구조를 제공한다.
● 위치에너지 - 활몸의 힘.. 구조의 평형을 유지한다.
● 팽창에너지 - 할시위의 힘.. 평형이 붕괴하여 운동을 촉발한다.
● 운동에너지 - 화살의 힘.. 운동하여 공간을 진행한다.
● 정보에너지 - 화살촉의 힘.. 운동을 멈춘다.

활의 힘이 위치에너지라면 화살의 힘은 운동에너지다. 두 힘의 출처는 같다. 근본 사수(射手)의 팔에서 나온 힘이 활을 거쳐 화살로 옮겨졌을 뿐이다.

활이 가진 에너지의 총합과 화살이 가진 에너지의 총합은 같다. 다만 힘의 형태가 바뀔 뿐이다. 이러한 성질이 열역학 제 1법칙을 성립시킨다.

화살이 날아가면서 운동거리를 지시한다. 열역학 제 1법칙에 따라 활의 힘은 화살의 힘에 보존되지만 화살은 100미터나 멀리 날아가 있다.

이때 에너지의 추가적인 투입없이 화살을 원위치 시킬 수 없다. 질량보존의 법칙에 따라 힘의 크기는 보존되지만 공간적 위치는 크게 달라진다.

100터 날아간 화살에 힘의 크기는 보존되지만 100미터라는 물리적 이격(離隔)거리는 절대로 회수할 없다는 것이 열역학 제 2 법칙이다.

● 열역학 제 1법칙 - 힘의 크기는 보존된다.
● 열역학 제 2법칙 - 운동거리는 환원되지 않는다.

이렇게 힘이 하나의 평형계 안에서는 다시 회수될 수 없는 상태로 변하여 있는 것이 우리가 보고 만지는 물질이다.

산과 들과 바위와 물과 공기의 물질적 존재가 다 힘이다. 단지 사용할 수 없는 형태로 변해 있을 뿐이다. 그것이 제 5의 힘이다.

날아가는 화살은 100미터라는 정보를 생산한다. 그 만큼 계 안에서 정보의 순손실이 일어났으므로 질량보존의 법칙에도 불구하고 질서는 환원되지 않는다.

우리는 눈으로 보고 손으로 만져서 지식을 획득한다. 자연에서 정보를 얻는다. 화살이 날아가면서 만들어낸 정보를 인간이 획득하는 것이다.

정보획득을 가능케 하는 힘이 존재한다. 알려지지 않았던 제 5의 힘이다. 다시 사용할 수 없으므로 힘이 아닌 것처럼 보여지지만 구조로 보면 힘이다.

위치에너지와 운동에너지

일반적으로 힘이라고 말함은 이용가능한 힘을 말한다. 이용가능하다는 것은 열역학 제 1법칙을 이용하여 에너지의 형태를 변화시킬 수 있다는 말이다.

인간이 힘을 사용함은 자연에 존재하는 A라는 힘을 인간의 목적에 맞는 B라는 힘으로 용도변경시켜 사용하는 것이다.

이를 위한 에너지의 형태변환은 위치에너지에서 운동에너지로 진행된다. 그 사이에 팽창에너지가 있다. 모든 운동은 팽창이라는 절차를 반드시 거친다.

● 위치에너지 .. 힘을 용기에 저장한다.
● 팽창에너지 .. 저장된 힘을 용기 밖으로 꺼낸다.
● 운동에너지 .. 힘을 전달하여 이용한다.

위치에너지는 용기에 저장되어 있다. 그 자체로는 사용할 수 없기 때문에 열역학 1법칙에 따라 운동에너지로 형태변환을 거쳐야 한다.

피스톤을 밀어내는 팽창에너지 역시 실린더에 가두어야 사용할 수 있다. 이렇듯 힘의 사용에는 일정한 조건의 제약이 붙기 때문에 열역학 2법칙이 있다.

인간이 직접 이용할 수 있는 에너지는 운동에너지 하나 뿐이다. 운동에너지가 제 5의 힘으로 변화되면 열역학 2법칙에 따라 역시 사용할 수 없게 된다.

● 위치에너지 .. 저장할 수 있는 모든 힘.
● 팽창에너지 .. 통제할 수 있는 모든 힘.
● 운동에너지 .. 이용할 수 있는 모든 힘.

위치에너지와 팽창에너지도 사용할 수 있지만 운동에너지로 형태변환의 절차를 거쳐야 하므로 간접 사용이다. 직접 이용은 운동에너지만 가능하다.

움직이는 장난감 자동차는 건전지≫모터≫바퀴 순으로 동력을 전달한다. 건전지의 힘은 위치에너지다. 모터를 돌리는 힘은 팽창에너지다.

모터에 의해 돌아가는 바퀴는 운동에너지다. 이 세가지 힘은 본래 하나의 힘에서 비롯한다. 그 힘은 무엇인가? 전기다. 전기가 제 1의 힘이다.

전기는 건전지 안에서 플러스와 마이너스의 전기적 평형을 이루고 있다. 플러스극과 마이너스극을 도체로 연결하면 전하가 이동하므로 평형이 깨진다.

평형이 깨지면 반드시 흐름이 생긴다. 그 흐름에 옆으로 빠지는 샛길을 만들어주면 그 틈으로 새나오는 것이 바로 우리가 사용하는 전기에너지다.

● 평형에너지 - 전기 (동력원)
● 위치에너지 - 건전지 (동력발생)
● 팽창에너지 - 모터 (동력제어)
● 운동에너지 - 바퀴 (동력전달)
● 정보에너지 - 운동거리 (동력효과)

전구는 빛을 낸다. 그 빛을 우리는 사용한다. 사용된 빛을 다시 전구로 되돌려 보낼 수는 없다. 다시 사용할 수 없으므로 힘이 아닌 것처럼 보인다.

그러나 0이 크기가 없지만 숫자로 치듯이 정보에너지도 힘의 구조를 설명하기 위해서는 빼놓을 수 없는 부분이다.

언뜻 사용되지 않는 것처럼 보이지만 정확하게 보면 정보에너지도 사용된다. 우리가 자연을 관찰하여 정보를 획득하는 것이 정보에너지의 사용이다.

자연도 정보에너지를 사용한다. 화살을 날려보내는 것은 운동에너지이나 거기에 100미터라는 이격거리를 부여하는 것은 정보에너지다.  

정보에너지는 점(點) 단위로 해체되어 사물에 침투하는 성질을 가진다. 침투한 것을 다시 빼낼 수 없고 모을 수 없다. 그러나 해체된 채로 존재한다.

닫힌계에서 정보에너지를 환원할 수 없지만 열린계에서는 가능하다. 외부에서 추가로 일을 투입하면 정보에너지를 모아 운동에너지를 만들 수 있다.

정보에너지 역시 열역학 제 1법칙을 충족하므로 위치에너지, 운동에너지와 같은 에너지의 한가지 형태다. 다만 집적되어 있지 않고 해체되어 있을 뿐이다.

힘을 만드는 평형에너지

우리가 보통 힘이라고 말하는 것은 그 힘을 사용할 수 있기 때문이다. 힘의 사용에는 3가지 방법이 있다. 저장과 제어와 이용이 그것이다.

위치에너지는 저장할 수 있고 팽창에너지는 제어할 수 있고 운동에너지는 이용할 수 있다. 그렇다면 제 1의 힘은? 힘을 만들 수 있다.

제 1의 힘은 평형에너지다. 평형에너지는 힘을 조직할 수 있는 힘이다. 힘을 만드는 방법은 간단하다. 계에 밀도를 걸어주면 된다.

● 평형에너지 - 힘을 조직할 수 있다.
● 위치에너지 - 힘을 저장할 수 있다.
● 팽창에너지 - 힘을 제어할 수 있다.
● 운동에너지 - 힘을 이용할 수 있다.  
● 정보에너지 - 힘을 인식할 수 있다.

두유를 주걱으로 저어주면 두부가 응고된다. 우유가 든 부대를 흔들어주면 치즈가 생겨난다. 고열과 고압 속에서 다이아몬드가 형성된다.

유체에 심을 넣고 밀도를 걸어주면 입자가 만들어진다. 평형에너지는 위치에너지를 만들 수 있다. 유체나 기체를 통하여 관찰할 수 있다.

수압, 기압, 유압 등은 모두 평형에너지다. 계에 밀도를 걸어준 것이다. 압력의 높고 낮음에 따라 평형이 성립하면 그것이 곧 평형에너지다.

간단히 힘을 만들 수 있다. 힘으로 물체를 눌러 압력을 걸어주면 된다. 단지 이 경우 계가 특정되지 않으므로 관찰되지 않을 뿐이다.

힘이 만들어지는 과정을 관찰하려면 계를 외부로부터 격리하는 용기(容器)가 필요하다. 물을 솥에 담고 끓이면 700배로 부피가 늘어나서 증기압이 성립한다.

핵심적 조건은 계의 성립이다. 압력이 빠져나가지 않게 사방을 봉쇄하지 않으면 평형에너지는 관찰되지 않는다. 솥과 솥뚜껑이 필요한 것이다.

만유인력은 공간 그 자체가 압력이 빠져나가지 않게 봉쇄된 상태에서 밀도를 걸어준 것이다. 우주공간에는 극도로 높은 압력이 걸려있다.

인간이 사용하는 모든 힘에는 반드시 압력이 걸려있다. 밀도가 걸려있지 않은 힘은 없다. 전기에는 전압이 걸려있고 수력발전소에는 수압이 걸려있다.

만약 수압이 걸려있지 않다면 댐의 물은 발전소 쪽으로 이동하지 않는다. 그러므로 터빈을 돌릴 수 없다. 그러므로 발전할 수 없다.

총알의 발사, 피스톤의 운동, 투수가 던진 공, 건전지의 전기에는 모두 압력이 걸려있다. 계에 밀도를 걸어주는 방법으로 힘을 조직할 수 있다.

제 5의 힘

제 1의 힘은 힘을 조직할 수 있고, 제 2의 힘은 힘을 가둘 수 있고, 제 3의 힘은 힘을 제어할 수 있고 제 4의 힘은 힘을 직접 이용할 수 있다.

제 5의 힘은 인식할 수 있다. 빛의 밝기로 전기의 존재를 인식할 수 있다. 소리의 크기로 파동의 존재를 인식할 수 있다. 제 5의 힘은 정보를 전달한다.

흘러간 물은 물레방아를 돌릴 수 있고 날아간 화살은 활로 되돌아갈 수 없다. 힘의 사용과정에 정보손실이 있기 때문이다.

제 5의 힘은 침투한다. 힘이 사물에 침투해 버렸기 때문에 도로 꺼낼 수 없다. 100미터 날아간 화살은 대신 100미터라는 정보를 생산한다.

제 5의 힘이 만들어낸 정보는 계의 바깥에서 사물에 침투해 있다. 밖에서 생산된 정보의 크기만큼 계 내에서 정보가 소모된다.

계 내에서는 정보에너지의 순손실이 일어났기 때문에 열역학 2법칙에 따라 이 힘을 평형계 안에서는 다시 사용할 수 없다.

그러므로 영구기관은 만들어질 수 없다. 힘은 정보를 생산하며 정보와 교환되어 완전히 사라진다. 힘의 크기는 보존되지만 형태는 보존되지 않는다.

제 5의 힘은 정보의 힘이다. 정보 자체는 힘이 없으나 정보의 침투하는 성질로 인하여 열린 계에서 상위 단계의 개입을 요청할 수 있다.

계 안에서 양질전환은 없으나 계 밖에서 양질전환과 같은 효과는 있다. 양의 한도가 찼을 때 정보는 상위단계 질의 개입을 요청할 수 있다.

제 5의 힘은 교육의 힘, 의사소통의 힘이다. 공명(共鳴)의 힘, 울림과 떨림의 힘이다. 정신력의 힘이다. 상위단계의 개입을 요청하는 힘이다.

스스로는 힘이 없으나 힘과 힘이 복잡하게 맞물린 심층구조 안에서 외부의 힘을 불러올 수 있다. 이에 따라 하나의 운동이 연쇄적인 운동을 낳는다.

핵분열과 같은 연쇄폭발은 정보에너지의 힘이다. 도미노가 연속적으로 쓰러지는 것도 마찬가지다. 특수한 조건 하에서 정보에너지는 거대한 힘을 발휘한다.

● 제 1의 힘 - 질.. 결합한다. (결합력)
● 제 2의 힘 - 입자.. 독립한다. (독립력)
● 제 3의 힘 - 힘.. 교섭한다. (교섭력)
● 제 4의 힘 - 운동.. 변화한다. (변화력)
● 제 5의 힘 - 량.. 침투한다. (침투력)

심층구조에서 양은 침투하는 성질을 갖는다. 정보는 사물에 침투해 버리므로 그것을 분리해 내는 데는 몇 배의 힘이 든다. 그러므로 다시 사용할 수 없다.

대신 정보에너지의 침투력을 이용하여 외부에 정보를 전달하고 그 방법으로 계 바깥의 힘을 불러들일 수 있다. 이 과정은 질적인 비약처럼 보인다.

자연에서 관찰되는 힘

강력과 약력, 전자기력은 소립자 단위에서 파악된다. 패턴의 원리에 따라 동일한 구조의 힘이 자연에서 일반적으로 관찰되어야 한다.

건물을 이루는 벽돌 한 장의 구조나 건물 전체의 구조는 닮은 꼴이다. 자전거나 자동차나 동력전달의 기본 얼개는 같다.    

중력은 공간의 밀도다. 중력은 제 1의 힘이며 수압, 기압, 등의 형태로 자연계에 널리 존재한다. 발전기의 터빈을 돌리는 수력도 수압에서 유되된다.

● 중력≫강한 핵력≫약한 핵력≫전자기력≫제 5의 힘
● 수압≫위치에너지≫자유낙하에 의한 가속도≫운동에너지≫터빈의 발전

자연계의 모든 힘이 강력, 약력, 전자기력 등 4가지 힘으로 환원될 수 있는 것은 그 힘을 담은 용기의 형태가 다를 뿐 본질에서는 같기 때문이다.

● 제 1의 힘 평형에너지 - 밀도에 의한 수압, 기압, 유압, 질량.
● 제 2의 힘 위치에너지 - 응집력, 물질의 경도(硬度)와 강도(强度).
● 제 3의 힘 팽창에너지 - 폭발력, 파괴력, 열, 마찰력, 가속도.
● 제 4의 힘 운동에너지 - 속도, 운동거리에 비례하는 힘.
● 제 5의 힘 정보에너지 - 정보, 양, 크기, 색깔, 소리.

우리가 일반적으로 힘이라고 말할 때의 힘은 제 3의 힘인 때가 많다. 즉 파괴력, 폭발력, 열에너지, 마찰력, 가속도 따위가 힘다운 힘이다.

이는 곧 사용할 수 있는 힘이다. 사용할 수 있다는 것은 힘을 제어할 수 있다는 것이다. 힘의 크기와 방향과 촉발시점을 얼마든지 통제할 수 있다.

그러나 통제할 수 있을 뿐 그대로 이용할 수는 없다. 힘은 운동의 원인이고 운동이 그 힘을 사용하는 목적이다. 운동에너지는 곧바로 이용된다.

인간이 힘을 사용하는 것은 변화를 위해서다. 모든 변화는 공간에서 성립하며 공간적 거리의 이격(離隔)을 절대로 필요로 한다.

음식이 부패할 때 그 부패의 진행은 제자리에서 일어나는 것처럼 보이지만 실제로는 바이러스와 효모균이 맹렬하게 운동하고 있다.

구조론으로 볼 때 자연에서 물리적 거리의 이격이 전혀 없는 변화는 성립할 수 없다. 그것을 실제로 가능케 하는 힘은 운동에너지 뿐이다.

● 제 1의 힘 - 평형에너지.. 계의 평형을 이루어 힘을 조직하는 힘.
● 제 2의 힘 - 위치에너지.. 외부작용으로부터 자신을 보존하는 힘.
● 제 3의 힘 - 팽창에너지.. 운동을 촉발하므로 통제할 수 있는 힘.
● 제 4의 힘 - 운동에너지.. 운동을 진행하므로 직접 이용하는 힘.
● 제 5의 힘 - 정보에너지.. 사물에 침투하는 형태로 사용된 힘.

운동에너지는 진행방향만 바꿀 수 있을 뿐 전반적으로 제어할 수 없다. 운동에너지를 무리하게 제어하려고 하면 달리는 자동차의 시동이 꺼져버린다.  

운동에너지는 저장되지 않으므로 신호등 앞에서 자동차를 잠시 멈추려 할 때 엔진을 꺼둘 수 없다. 차는 멈추어도 엔진은 계속 구동시켜야 한다.

성능이 좋은 자동차라도 정지상태에서 시속 100키로로 가속하는 데는 7~8초가 걸린다. 이 숫자를 0으로 만들 수는 없다.

자동차의 제로백이 0에 도달할 수 없는 이유는 운동에너지는 제어할 수 없기 때문이다. 단지 힘의 전달과정에서 꺾이는 각도만 바꿀 수 있을 뿐이다.

TNT의 폭속은 7028m/초다. 흑색화약은 1초에 400여미터 속도로 힘이 전달된다. 빛의 속도도 유한하다. 모든 운동의 속도는 유한할 수 밖에 없다.

운동에너지의 활동은 반드시 평형에너지≫위치에너지≫팽창에너지≫의 단계를 거치는 사전절차를 필요로 하기 때문이다.

시간과 공간

팽창에너지가 운동에너지를 촉발하다. 이때 평형계가 해체되면서 평형계의 정보가 운동에너지에 실려진다. 그 과정에서 시간이 걸린다.

운동에너지가 정보에너지로 변환되면서 역시 정보를 옮겨싣는다. 정보에너지가 사물에 침투하면서 역시 정보를 옮겨싣는다.

자연계에 존재하는 모든 시간은 이렇듯 정보를 옮겨싣는 시간이다. 시간의 진행은 정보의 생성과 손실을 동시에 유발하므로 시간을 되돌릴 수는 없다.

타임머신 개념은 열역학 1법칙과 관계가 있다. 시간이 흐를수록 정보는 증가한다. 시간을 되돌리려 해도 그 과정에서 역시 정보는 증가한다.

정보의 증가 문제를 해소할 수 없으므로 시간여행은 불능이다. 자연에서 정보는 생성과 손실이 동시에 일어나지만 정보총량은 나이테처럼 계속 증가한다.

자연계에 존재하는 모든 공간은 평형계의 조직공간이다. 평형에너지가 힘을 조직하므로 일정한 비례로 공간이 조직되는 것이다.

평형은 대칭구조의 평형이므로 복수의 비례로 공간은 지속적으로 증가한다. 공간이 증가하므로 공간 그 자체의 밀도가 역시 증가한다.

공간의 밀도가 증가하므로 평형에너지가 위치에너지로 변하여 물질이 만들어진다. 질의 결합성질이 입자의 독립성질로 변환된 것이다.

시간과 공간의 존재가 구조론의 기반 위에 성립하므로 시간과 공간 상에서 일어나는 자연계의 모든 변화 역시 구조론의 원리에 의존하지 않을 수 없다.

질을 양으로 바꿀 수 있고 입자를 힘으로 바꿀 수 있고 힘을 운동으로 바꿀 수 있지만 그 과정에서 정보는 순증가하여 밀도의 변화가 촉발된다.

자연계의 모든 변화는 평형계의 붕괴 형태로 일어난다. 그 과정에서 흐름이 만들어지며 흐름에는 압력이 걸려있으므로 누구도 그 흐름에서 벗어날 수 없다.