중력이란 무엇일까요?
중력은 물리학의 네 가지 힘 중 하나이며 아마도 우리에게 가장 친숙한 힘일 것입니다. 중력은 우주에서 가장 약한 힘이지만 동시에 가장 큰 힘입니다. 그것은 우리의 발을 지구에 붙이고 지구를 태양 주위의 궤도에 둡니다. 중력은 물질을 하나로 묶고 중력 없이는 별, 은하 또는 행성이 없을 것입니다. 우리는 중력을 질량이 있는 물체를 서로 끌어당기는 중력이라고 생각합니다. 중력은 1687년 아이작 뉴턴에 의해 처음 기술되었으며 우리가 우주를 보고 기술하는 방식을 근본적으로 변화시켰습니다. 그러나 뉴턴 중력의 성공에도 불구하고, 아이작 뉴턴조차도 중력이 존재하게 된 원인을 정의할 수 없었습니다. 그것이 질량에 의해 발생한다는 것을 알고 있었지만 질량은 정확히 어떻게 중력장을 만들었을까요?
아인슈타인과 중력
뉴턴의 중력은 우주의 여러 측면을 설명하는데 매우 성공적이었지만 몇 가지 문제도 있습니다. 가장 주목할만한 문제 중 하나는 수성의 정확한 궤도를 예측하는데 사용할 수 없다는 것입니다. 뉴턴 수학을 사용하여 수성의 궤도를 예측하려는 모든 노력에도 불구하고 수성의 실제 궤도는 항상 약간의 오차가 있습니다. 이 차이를 설명하기 위해 과학자들은 수성과 태양 사이에 다른 행성의 존재를 최초로 제안했습니다. 행성의 이름은 벌컨이었지만 그것을 찾으려는 모든 시도는 헛수고였습니다. 벌컨은 아직 발견되지 않았지만 수성의 비정상적인 궤도를 설명하기 위해 벌컨의 존재가 유추되었습니다. 그러나 나중에 뉴턴의 중력이 전혀 완벽하지 않다는 것이 밝혀졌습니다.
1915년 알베르트 아인슈타인은 일반 상대성 이론을 발표했습니다. 그 책에서 그는 뉴턴 물리학을 개선하고 중력이 어떻게 작용하는지에 대한 대안적인 설명을 제공했습니다. 아인슈타인은 중력이 물체 사이의 보이지 않는 인력이 아니라 질량의 존재로 인한 공간 구조의 왜곡임을 깨달았습니다. 뉴턴 물리학에서 공간은 정적이며 변하지 않는 것으로 간주됩니다. 아인슈타인은 공간을 역동적이고 변화하는 것으로 설명하는 대신 이 개념을 뒤집었습니다. 아인슈타인은 거대한 물체가 주변 공간을 왜곡하여 공간 구조에 일종의 3차원 움푹 들어간 곳을 만들 때 중력이 발생한다고 믿었습니다. 중력은 물체가 곡선 공간을 따라 이동할 때 간단히 생성됩니다. 예를 들어, 태양의 질량은 주위의 공간을 휘게 만들고 모든 행성은 궤도에서 공간의 곡률을 따릅니다. 아인슈타인의 새로운 중력 이론이 옳았다는 첫 번째 힌트 중 하나는 수성의 궤도를 정확하게 예측하고 벌컨의 존재를 반증할 수 있다는 것이었습니다.
중력은 여전히 미스터리
아인슈타인의 일반 상대성 이론의 성공에도 불구하고 중력에 대한 우리의 이해는 여전히 불완전합니다. 아인슈타인은 질량이 공간의 뒤틀림을 통해 중력을 생성하는 방법을 정의할 수 있었지만 중력을 자연의 다른 힘과 결합할 수는 없었습니다. 물리학에서 알려진 네 가지 힘은 전자기력, 약한 핵력, 강한 핵력 및 중력입니다. 처음 세 가지 힘은 문제 없이 함께 설명될 수 있지만 중력은 이상값입니다. 큰 규모에서 가장 두드러진 힘임에도 불구하고 물리학은 중력을 자연의 다른 힘과 결합할 수 없습니다. 중력이 무엇인지 진정으로 이해하려면 다음 아인슈타인을 기다려야 할 수도 있습니다.
