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천문학

시공간이 뒤틀리면 어떻게 될까?

모두의동네친구 2020. 10. 2. 14:35

아이슈타인은 시공간과 질량에 대한 자신의 주장을 발견시켜나간 위대한 과학자였죠. 만약 질량이 있는 물체가 시공간이라는 면을 휘어 중력을 만들어내는 것이라면 커다란 질량을 가진 두 물체가 그 면 위에서 급격하게 움직이며 엄청난 물결을 만들어낼 때 그 물결은 시공간이라는 면을 따라 쭉 퍼져나가지 않을까요? 아이슈타인은 상대성이론으로 중력파의 존재를 정확히 예견했고 100년이 지난 지금 우리는 드디어 중력파의 존재를 입증해냈습니다. 지난 2015년 LIGO팀이 처음으로 발견한 중력파는 13억 광년 떨어진 두 개의 거대한 블랙홀이 서로를 향해 빠르게 공전하다가 합쳐지는 순간 시공간을 비틀며 만들어낸 중력파입니다. 다시 말해 지금 지구에 도달한 이 중력파가 13억 년 전 두 개의 블랙홀이 만들어낸 중력파라는 것입니다. 이 두개의 블랙홀 중 하나는 태양 29개의 질량과 같은 크기였고, 다른 하나는 태양 36개의 질량과 같은 크기였습니다. 그들이 하나의 블랙홀로 합쳐지며 중력파라는 물결을 만들어낸 것입니다. 인간의 질량을 재는 단위는 kg이지만 블랙홀의 질량을 재는 단위는 태양입니다. 연구팀은 그렇다면 이 중력파를 어떻게 관측해낸 것일까요. 중력파가 지구에 도달하면, 시공간의 출렁임으로 인해 지구 위의 공간 또한 줄어들고 늘어나는 변형이 일어납니다. 따라서 중력파가 지나갈 때 서로 다른 방향으로 뻗어있는 두 공간의 거리의 상대적 변화를 관측하면 되는데 그동안 이것을 관측하기가 그토록 힘들었던 이유는 이 거리의 변화가 원자의 지름도 되지 않는 아주 작은 미세한 변화였기 때문입니다. 우리는 이 변화를 관측할 수 있는 장치를 성공적으로 만들어내는 데 100년이 걸렸습니다. 현재 미국 워싱턴 주와 루지애나 주에 있는 LIGO는 넓은 평지 위에 4km 짜리 진공터널 두 개가 정확히 90도의 각도로 뻗어있고 그 긴 터널 안에는 터널을 쭉 뻗어 나가는 레이저 빛이 있습니다. 우주에서 빛의 속도는 언제나 일정하고 긴 터널을 뻗은 두 갈래 및의 위상 또한 항상 일정해야하지만 아주 특별한 조건이 충족되면 이 위상이 어긋날 수 있습니다. 

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