중력파란 무엇일까?
2015년 한 과학자 그룹이 처음으로 중력파를 감지했다고 발표하면서 헤드라인을 장식했습니다. 중력파를 감지하는 것은 그 자체로 기술적 위업이지만, 중력파 감지는 과학자들에게 우주를 보는 완전히 새로운 방법을 제공했습니다. 중력파란 무엇이며 어떻게 생성될까요?
중력이란?
공간은 질량을 가진 물체에 의해 휘어질 수 있는 직물과 같습니다.
중력파에 대한 모든 논의에는 중력에 대한 설명이 포함되어야 합니다. 우리 대부분은 중력이 질량을 가진 물체 사이의 힘이라는 것을 알고 있을 것입니다. 중력의 강도는 물체의 무게에 따라 다릅니다. 중력은 우주에서 가장 약한 힘이지만 가장 큰 규모로 작용하기 때문에 우주에서 가장 중요한 힘이다. 아이작 뉴턴은 중력의 법칙을 설명한 최초의 과학자로, 인간이 우주에 대해 생각하는 방식을 영원히 바꾸어 놓았습니다. 아이작 뉴턴은 어떤 질량의 물체도 중력을 가지고 있으며 중력의 세기는 물체의 질량과 직접적으로 관련되어 있음을 보여주었습니다. 뉴턴은 사과가 지구로 떨어지는 이유, 달이 지구 주위를 도는 이유, 모든 행성이 태양 주위를 도는 이유를 설명했습니다. 하지만 뉴턴은 중력이 무엇인지 제대로 설명하지 못했습니다. 그것은 물체 사이의 힘이지만 물체가 중력적으로 당기는 원인은 무엇일까요? 뉴턴 자신도 중력이 실제로 정의될 수 없다는 것을 인정했습니다.
중력의 실체는 아인슈타인이 1916년에 일반 상대성 이론을 발표할 때까지 알려지지 않았습니다. 아인슈타인은 중력이 무엇이며 어떻게 발생하는지 정확히 설명하기 위해 뉴턴의 중력 설명을 기반으로 했습니다. 일반 상대성 이론에 따르면 공간 자체는 역동적입니다. 공간은 정적인 장소가 아니라 천처럼 질량을 가진 물체를 중심으로 휘어집니다. 중력은 공간의 왜곡입니다. 예를 들어, 태양은 공간을 왜곡합니다. 그것은 공간의 구조에 움푹 들어간 곳을 넣는 것과 같습니다. 행성은 뒤틀린 공간을 여행하며 태양 주위를 공전합니다. 물체가 무거울수록 우주 구조를 더 강하게 휘게 만듭니다. 일반 상대성 이론은 중력이 무엇이며 어떻게 발생하는지 설명하면서 중력파의 존재를 예측합니다.
파도가 생성되는 방법
중력파의 과정은 바다의 파도와 바람의 파도와 유사합니다. 유체가 평형 상태에 있을 때 파동이 생성됩니다. 유체가 평형을 회복하려고 할 때 파동이 생성됩니다. 우주 공간에서 공간은 유체처럼 행동하며 공간 구조를 왜곡하는 물체는 유체를 평형 상태로 만들 수 있습니다. 중력파는 우주가 균형을 회복하려고 할 때 생성됩니다. 공간을 왜곡하는 질량을 가진 물체는 중력파를 생성할 수 있지만 대부분은 현재 기술로 감지하기에는 너무 약합니다. 지금까지 과학자들은 충돌하는 블랙홀이나 중성자별과 같이 우주에서 가장 극단적인 사건 중 일부에서만 중력파를 감지할 수 있었습니다. 2015년 과학자들은 LIGO 중력파 관측소를 사용하여 두 개의 블랙홀의 충돌에서 중력파를 감지할 수 있었습니다. 두 개의 블랙홀이 충돌하면 엄청난 양의 에너지가 우주 구조를 통해 물결치며 중력파로 내보내집니다. 흥미롭게도 중력파는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 제안한 빛의 속도로 이동합니다. 뉴턴은 중력이 순간적이라고 믿었습니다. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면 태양이 갑자기 사라지면 모든 행성은 즉시 공전을 멈출 것입니다. 그러나 아인슈타인에 따르면 중력을 포함하여 빛보다 빠른 것은 없습니다. 빛이 태양에서 지구에 도달하는 데 약 8분이 걸리므로 태양이 갑자기 사라지면 지구가 태양을 공전하는 것을 멈추는 데 8분이 걸립니다. 따라서 중력파는 빛의 속도로 이동합니다.
우주를 보는 또 다른 방법
인류 역사를 통틀어 우주는 빛으로만 관찰할 수 있습니다. 물체에 의해 반사되거나 방출되는 빛은 결국 우리의 눈에 도달하여 우리의 뇌가 우리가 보는 이미지를 생성할 수 있게 합니다. 빛은 눈에서 뇌로 전달되는 정보입니다. 중력파는 우리에게 우주를 보는 잠재적으로 새로운 방법을 제공합니다. 과학자들은 중력파를 사용하여 중력파를 생성하는 사진을 만들어 완전히 새로운 방식으로 우주를 볼 수 있습니다. 지금까지 기술은 대규모 중력파를 감지할 만큼 민감하지 않았지만 기술이 향상되면 언젠가는 중력파에서 우주를 볼 수 있을지도 모릅니다.
