사회에서 돈을 주고받음으로써 경제활동이 일어난다. 자연에서는 무엇을 주고받음으로써 자연의 변화, 활동, 여러 현상들이 일어나는 것일까? 거시적인 관점에서 자연 현상의 변화는 높은 곳에서 떨어지거나 천체의 공전과 자전, 물의 흐름 등과 같은 물리적 현상과 껍질을 벗긴 사과의 색이 바래지거나 고온에서 물질이 타는 연소 등과 같은 화학적 현상 그리고 생명체 내부에서 일어나는 여러 물질 대사와 생명체와 미생물의 생화학적 상호작용 등과 같은 생물학적 현상들이 있고 하루 중 시간에 따라 변하는 하늘의 색과 눈에 보이지 않지만 여러 영역에서 작용하는 빛이 자극하는 자연의 변화 등 빛이 자아내는 여러 현상이 있다. 거시적으로는 다 헤아릴 수도 분류하기도 힘들 정도로 복합적으로 작용하는 여러 자연 현상들이 있지만, 물체를 더 작은 단위로 내려가면 주인공들이 물질에서 분자, 원자, 아원자 입자들로 작아지면서 자연 현상들도 거시적인 현상과 다른 모습을 보인다. 거시적으로 보는 현상들은 이러한 미시적인 현상들이 생체 감각으로 자극할 수 있을 정도로, 미시세계의 주인공들 다수가 일관된 행태(방향, 주기, 운동, 구조 등)를 보이기 때문이다.
화학적 변화 혹은 생물학적 변화는 대개가 분자 수준에서 일어나는 변화이며, 원자 혹은 분자 수준에서 일어나는 변화는 원자나 분자의 제일 바깥에 있는 전자의 이동에 따라서 발생하는 것이다. 통상적으로 화학변화는 산화-환원으로 표현하기도 하는데, 산화는 전자를 빼앗기는 과정이며 환원은 전자를 얻는 과정으로 볼 수 있다. 거시적인 물체의 운동과 빛에 의한 여러 현상 외에 우리가 감각 하는 많은 현상과 경험 그리고 세상의 면면들은 미시적으로 전자를 주고받는 일들이 통계적으로 유의미할 정도의 거시적으로 돋아난 것이다. 거시적으로는 중력과 전자기력이 지배하는 세상이지만, 더 미시적이고 근본적인 수준에서 자연을 구성하고 자연을 변화시키는 힘은 강력과 약력이 있다. 미시세계에서 중력은 너무나 크기가 작아서 직접적인 영향력을 발휘하지 않기 때문에, 자연을 변화시키는 힘은 중력 외의 나머지 세 힘인 전자기력과 강력 그리고 약력의 세 힘만 고려한다. 이 세 힘들에 대해서는 물리학자들이 꽤 깊숙이 이해하고 있으며, 관찰과 이해의 영토가 넓어짐에 따라서 매끄럽게 설명하지 못하는 몇몇 현상과 더 근본적인 의문들도 남아있다. 그러나 현대물리학이 개척된 방대한 영토와 그 영토에서 수확하고 있는 멋진 결실들을 보게 되면, 채워지지 않지만 버리기 힘든 이론과 실험결과 그리고 이를 이용한 현대문명의 이기들이 있다. 근본적인 세 힘은 양자장론이라는 하나의 이론 틀에서 설명되고 있으며, 세 힘은 하나의 이론 틀에서 각각 세 종류의 게이지 이론이 결합된 것이다. 여기서 게이지는 힘을 매개하는 입자를 말한다. 전자기력을 매개하는 입자는 빛 혹은 광자로써, 전하를 가진 입자들은 빛을 주고받으며 힘을 드러내기 때문에 일상의 전자기력 표현은 미시세계에서는 ‘전자기 상호작용(electromagnetic interaction)’이라는 표현을 쓴다.
마찬가지로 강력은 글루온이라고 하는 게이지 입자를 주고받으며 ‘강한 상호작용’으로 불리고, 약력은 W+, W-와 Z0 게이지 입자를 주고받으며 ‘약한 상호작용’으로 불린다. 세 개의 기본힘 외에 중력을 상호작용하는 게이지 입자는 아직 실험적으로 발견되지 않았으며 이론적으로도 중력은 다른 세 개의 힘과 매끄럽게 연결되지 않고 있다. 중력은 아인슈타인의 상대성 이론에 따르면, 물질보다는 물질이 뛰놀고 다른 힘들이 펼쳐지는 배경인 시공간에 대한 이론이기 때문에, 다른 세 개의 힘과 연결되지 못하는 것이 아닌가 싶다. 세 개의 힘은 하나의 이론틀에서 기술되며 발견된 기본입자들은 이 이론의 틀에서 서술되고 힉스 입자를 마지막으로 모두 발견되었다. 이 이론은 물리학 혹은 입자물리학의 표준모형(standard model)이라고 불리며, 세상을 이루는 가장 기본적인 입자들의 존재를 기술하고 기본입자들이 느끼는 가장 기본적인 힘들 세 개도 기술하고 있다. 근본 힘은 이 이론의 틀에서 기술되는 게이지 입자들이 물질의 기본입자들 사이에서 상호작용하면서 자연의 다양한 변화를 만들어내고 우주적으로 보편적인 생명체가 생명 활동을 할 수 있도록 한다. 자연의 가장 아래 수준에서부터 발현되는 힘, 상호작용은 게이지 입자(빛, 글루온 등)들을 주고받으며 시작되어 기본입자(여러 종류의 쿼크들, 전자 등)들이 결합하며 더 복잡한 복합입자들(양성자 중성자, 원자핵, 원자 등)을 만든다. 대개의 물질은 분자라는 물질의 기본단위로 하여 구성되면서, 물질의 화학적 특성은 다양하고 세상은 다채로운 물질들로 넘쳐난다.
