아인슈타인 중력파 드디어 발견한 노벨 물리학상 수상자들

 2017년 노벨 물리학상 수상자가 지난 10월 3일 발표 되었다. 이번 노벨 물리학상은 아인슈타인 중력파 확인하며 받았습니다. 이번 노벨 물리학상 수상자는 독일출신 매사추세츠공과대학(MIT) 명예교수 라이너 바이스(85), 미국출신 캘리포니아공과대학(캘텍) 교수 배리 배리시(81), 미국출신 캘리포니아공과대학(캘텍) 명예교수 킵 손(77)입니다. 이분들은 LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)라는 레이저 간섭계 중력파 관측소 검출기 구측에 결정적으로 기여 하였고 수상 공로는 라이너 바이스 교수가 절반, 나머지 절반은 배리 배리시 교수와, 킵 손 교수에게 돌아갔습니다. LIGO(이하 라이고)는 100년전 아인슈타인의 중력파를 검증하기 위한 관측소입니다. 아인슈타인은 중력파를 실제로 관측할 수 없다고 했지만 그들은 40년동안 그것을 해냈고 물리 역사에 새로운 시작을 알리게 되었습니다.

중력파

 아인슈타인의 상대성이론을 보면 속도는 빛의 속도에 한정을 짓고 시간과 공간이 유동적으로 움직인다고 했습니다. 상대성이론에서 중력은 질량을 가진 물체가 잡아당기는 것이 아니라 질량을 가진물체는 공간을 휘게 만들어서 연속적으로 떨어지는 현상이라고 했습니다. 우리가 중력이 없는 우주에서 엘레베이터를 타고 올라갈때를 생각해보면 밑으로 중력이 작용하는 것처럼 느껴집니다. 만약 내려간다면 위로 중력이 작용하게 되는것처럼 느껴집니다. 이처럼 질량을 가진 물체는 공간의 휘어짐을 통해서 중력을 만듭니다. 만약 물에다가 돌을 던지면 둥글게 파장이 되어 나아갑니다. 그리고 종이배를 띠운다고 생각해봅시다. 종이배를 처음 띠울때는 파장이 퍼져 나갑니다. 그리고 종이배를 가만히 두면 더이상 파장은 일어나지 않는것을 확인 할 수 있습니다. 그러나 종이배에다가 지우개나 구슬등을 올리면 종이배 주변으로 파장이 일렁이는 것을 볼 수 있습니다. 태양과 지구등도 질량의 변화가 거의 없기 때문에 시공간의 변화가 거의 없습니다. 그러나 항성(별)이 폭발하거나 하면 질량이 급변하여 그 주변의 시공간은 엄청나게 휘어짐이 변하게 됩니다. 그러면서 물의 물결처럼 파장이 빛의 속도로 퍼져 나가는데 이것이 바로 중력파 입니다. 별의 폭발로 인해서 물의 파장이 일렁이듯 공간이 흔들리면서 중력파가 퍼져나갑니다. 이것을 아인슈타인은 1916년 예측을 하였습니다. 정말 아인슈타인은 대단한 분인거 같습니다. 그리고 100년동안 발견되지 않다가 이번 노벨물리학상을 받은 세분의 큰 공로로 중력파가 발견 되었습니다. 물론 그곳에서 함께 하신 1000여면의 과학자분들 모두 고생하셨습니다.

라이고(LIGO)의 중력파 검출

 라이고의 중력파 검출은 L자 모형으로 4km의 긴관을 지각으로 만들어서 각 관 끝에 거울을 향해 레이저를 쏘아서 갔다가 돌아오며 모이게 되면 간섭을 일으키게 됩니다. 간섭무늬의 변화를 관측하여 중력파의 존재를 확인하게 됩니다. 중력파는 질량변화에 따른 시공간의 흔들림이기 때문에 중력파가 지나가게 된다면 빛의 휘어짐이 생길 수 있습니다. 중력파가 레이저를 통과 해간다면 레이저의 파장이 달라지게 되기 때문에 간섭무늬의 변화로 중력파를 관측 할 수 있게 됩니다. 이것이 가능한 것은 빛은 질량을 가진 물체가 휘어지게 만들수 있습니다. 태양도 중력으로 그 주변을 지나가는 빛을 휘어지게 만들 수 있습니다. 중력이 빛을 휘어지게 만들 수 있기 때문에 중력파가 일렁이면 빛 또한 영향을 받기 때문에 라이고의 관측이 가능한 것입니다.

중력파의 영향

 중력파의 발견은 앞으로 천문학계와 나아가 모든 과학계에서 큰 영향을 미칠것입니다. 우주를 관측할 때, 빛을 이용해서 관측 하였습니다. 빛의 파장을 이용해서 관측을 하기 때문에 블랙홀은 빛까지 흡수하기 하여 내부까지 관측을 할 수 없었으며, 중성자별만 해도 지금이 20km정도의 크기에 태양의 두배의 질량을 담고 있는데 평소에 빛이 거의 나오지 않기 때문에 빛으로는 관측이 어려웠지만 중성자별 충돌등에 의해서 나오는 중력파로 중성자에 대해 구체적으로 연구 할 수 있습니다. 빛으로 파악하기 어려웠던 우주의 일부를 중력파를 통해서 볼 수 있게 되었습니다. 입자물리학에서도 자연계에 존재하는 힘은 네가지가 있는데 강한 핵력과 약한 핵력, 전자기력, 중력이 있습니다. 이 네가지 힘의 형태와 상호관계를 하나의 통일된 이론으로 설명하려는 통일장이론이 있습니다. 중력파를 이용하여 우주의 많은 부분을 연구한다면 통일장이론에도 많은 영향을 줄것으로 기대 해 봅니다. 더 나아가 중력파 연구가 더 이루어진다면 중력을 마음대로 조절할 수 있는 날이 오지 않을까요? 그러면 반중력 물질 개발도 가능해 질수도 있고, 더 빠른 교통수단이 생길수도 있습니다. 시공간 개념까지 넘볼 수 있는 날이 오지 않을까 상상해 봅니다. 감사합니다.