빛의 속도로 움직인다는 중력파의 존재는 아이슈타인에의해 예상되었습니다.
이 중력파의 설명이 뉴턴의 고전역학이 가지고있던 중력에대한 이해를 바꿔놓게 됩니다.
이를통해 지금 우주를 바라보는 기본개념인 4차원이 만들어지게 되죠.
아이슈타인 상대성이론의 기본 가설이되는 중력파의 발견은 학술상 의미에서 이만큼 중요한 것입니다.
물론 단지 중력파가 이런 의미적인 중요성만 가지는건 아닙니다.
인간이 우주를 관측하는 기술은 단순 눈으로 보는 시각적 차원에서 현재 전자기파를 이용하고 있습니다.
전자기파를 통해 우주를 관측하면서 빅뱅순간부터 수십억년 떨어진 외부 은하까지 관측이 가능해졌지만 전자기파를 통한 관측은 한계가 있습니다.
그 이유는 전자기파는 물질과 쉽게 반응하기때문이죠.
따라서 전자기파를 이용하면 물질 외부 표면수준밖에 관측이 불가능합니다.
물질의 내부를 관측하거나 블랙홀 내부에서 일어나는 일들을 관측할수가 없죠.
하지만 중력파의 경우 물질과 반응하지 않고 그냥 통과해 버립니다.
우주에는 전자기파와 같이 중력파가 무수히 존재하지만 지금까지 중력파를 관측할수 없었던 이유입니다.
이론상 항상 우리 옆에있지만 우리가 계량할수없어서 이용할수 없었던 존재죠.
쉽게 전자기파는 관측이 쉽지만 수박 겉핥기 수준의 관측이었고 중력파는 관측기술이 없어 이용할수 없지만 중력파를 이용하면 수박 내부의 모습까지 볼수있는 거예요.
우리가 밤에 눈으로 볼수없는 캄캄한 어둠속에 적외선으로 보면 전혀 다른 세상을 볼 수있죠.
이제 중력파를 이용하면 우리가 전자기파로 볼수없었던 우주의 모습들을 볼수있을것이고 특히 블랙홀 내부의 모습이나 중성자별의 내부모습, 빅뱅이전 상황까지도 알수있게 될지 모릅니다.
우리가 전자기파를통해 우주복사를 관측해 빅뱅의 순간을 알게된것처럼 이제 새로운 관측기술인 중력파를 이용한 빅뱅이전의 순간을 볼수있게 될지도 모릅니다.
아무튼 인간이 우주를 바라보는 새로운 방법을 얻게된것이며 이를통해 우주에대한 수많은 새로운 사실을 알게될게 분명합니다.
현재 물리학에서 가장 이슈가되는건 초대칭을 찾는것입니다.
이론물리학에서는 모든 입자에는 반대의 성질을 가진 반입자가 존재한다고 합니다.
하지만 이 반입자는 지금의 입자가속기로는 검출할수없었습니다.
이론물리학에서 반입자의 중요성은 중력파를 예상했던 아이슈타인의 경우와 같습니다.
반입자가 존재해야 방정식에 모순되지 않기때문에 현재 이론물리학이 올바른 방향으로 가고있다는 증거가 됩니다.
따라서 중력파 검출을 통해 이 반입자를 관측한다면 현재 인류가 올바른 방향으로 과학적 사고를 하고있다는걸 확인할수도있고 만약 틀렸다면 지금이라도 바른 길로 갈수있을겁니다.
또한 아주 중요한 양자역학과 상대성이론을 하나로 통합시켜줄 열쇠가 되어줄수도 있습니다.
우주를 2가지로 나눠서 설명해야한다는 현대물리학의 치명적인 약점을 해결하는거죠.
양자역학에서 말하는 양자의 요동과 빅뱅초기 인플레이션의 상황을 중력파를 통해 관측하고 설명하게 될수도 있습니다.
빅뱅초기 하나로 묶여있던 힘들이 어떻게 4가지 힘으로 분리되었는지 알게될수도있고 이렇게 된다면 양자역학과 상대성이론을 하나로 통합하려던 아이슈타인의 꿈을 이룰수도있습니다.
사실 중력파 검출기술이 가능하다면 현재 대부분 과학분야에 다 이용할수있습니다.
예를 들어 현재 물리학에서 골치거리중하나인 중력이 약한 이유를 설명할수도있습니다.
중력은 다른힘에비해 터무니없이 약한데 중력자가 다른차원으로 빠져나간다는 설명부터 여러 가설이 있습니다.
만약 중력파를 관측할수있다면 왜 중력이 약한지, 정말로 다른차원으로 중력이 빠져나가는지 알수있게 될수도 있습니다.
또한 반대로 중력파를 통해 다른 차원과 교신을 할수있게될지도 모릅니다.
이렇게된다면 다른차원의 생명체들과 교신을 할수도 있을지 모르죠.
사실 그보다 더 중요한건 우리가 살고있는 우주 너머 다른 차원이 존재한다는 평행우주 다중우주론과 연결될수도 있습니다.
그만큼 눈으로 우주를 보던것에서 전자기파를 통해 우주를 바라보게된 혁신적인 변화가 이제 중력파 관측기술을 통해 더 획기적인 변화로 발전하게 되는거죠.
만약 우리 우주에 아주 고도로 발전된 문명이있고 이 문명이 중력파를 이용한다면 그들과 교신을 할수있을지도 모릅니다.
사실 우주에서 전자기파를 통한 통신은 어찌보면 과거 연기나 불을 피워 소식을 전하던 봉화기술 수준이라고 말할수있습니다.
전자기파를 통한 교신은 그만큼 여러 힘에의해 간섭을 받고 그 범위에서 한계가 있습니다.
중력파의 이용은 이제 잡음없이 언제어디서든 쉽게 통신을할수있는 휴대폰과 같은 기술이라고 할수있습니다.
그만큼 혁신적인 인류의 발전이고 우리보다 휠씬 발달된 문명이 중력파를 통해 교신하고있었다면 우리도 이제 그들과 교신할수도 있게되는거죠.
참고로 중력파가 타임머신과 관계된다는 이상한 소리가 있는데 현재로선 전혀 관계없습니다.
중력이나 빛의속도의 개념으로 타임머신이 가능해진다면 오히려 상대성이론이 깨지게 됩니다.
그렇기때문에 아이슈타인도 직접 타임머신을 만들수없다고 언급했습니다.
타임머신은 중력과 관계된게 아니라 차원과 관계된 문제입니다. 그것도 시간의 차원이 아닌 공간의 차원과 관계된거예요. 타임머신을 설명하면서 빛의속도니 상대성이론이니 이런소리를 한다면 다 거짓이니 무시하시면 됩니다.
중력파에대한 설명은 드렸고 왜 타임머신이 불가능한지 설명은 너무 길어 이렇게만 설명해드릴께요.
아이슈타인의 상대성이론이 왜 타임머신과 상관없는지 설명은 제 다른 답변을 보시면 알게되실꺼예요.
중력파에대한 기본개념은 설명이 길어 따로 추가해드릴께요.
뉴턴이 중력을 계산해 낸 이후 고전 물리학에선 중력은 서로 줄을 묶어 잡아 끄는 힘이라고 생각하게 됩니다. 이런 개념이 아직도 남아서 고등학교수준의 초등물리학에서 아직도 이런식으로 중력을 설명하고 있죠.
이런 일이 생긴건 뉴턴의 고전역학은 중력을 계산해 낼수는 있었지만 중력이 발생하는 이유는 몰랐기 때문입니다. 이때 고전역학의 문제를 해결한게 아이슈타인입니다.
아이슈타인은 빛을 연구하면서 빛이 우주에서 한계속도이며 무엇보다도 빛보다 빠른게 없다는걸 알게됩니다.
하지만 문제는 이러한 사실이 뉴턴의 고전역학과 모순되기때문입니다.
태양이 사라지면 당연히 지구는 공전궤도를 벗어나 우주밖으로 튕겨나갈 거예요.
뉴턴의 고전역학에의하면 태양이 사라지는 순간 중력의 힘이 사라지며 곧바로 지구가 우주 밖으로 튕겨나간다고 설명했습니다.
하지만 우주에서 빛보다 빠른건 없다는 아이슈타인의 설명에의하면 빛이 지구에 도착도 하기전에 지구가 우주 밖으로 튕겨져 나갈수가 없었습니다.
왜냐하면 중력도 하나의 힘으로 아무리 빨리 힘이 미친다해도 절대 빛보다 빠를수없기때문이죠.
아이슈타인은 빛이 지구에 도착하기도 전에 지구가 우주밖으로 튕겨나갈수 없다고 생각하게되고 뉴턴의 중력이론에 반기를 들게 됩니다.
이 문제를 해결하기위해 아이슈타인도 근 10년간 시간이 걸렸고 아이슈타인이 찾아낸 해답이 바로 4차원의 시공간입니다.
4차원이 무조건 3차원공간+1차원시간이라고 말하는 사람들이 많은데 사실 물리학에서 시간과 공간은 전혀 다른 차원입니다.
따라서 우주를 바라보는 상황에서 이야기할때 4차원이 3차원공간+1차원 시간일뿐 대부분 물리학 계산과정에서 시간을 따로 분리하고 4차원공간하면 절대 시간차원이 들어가는게 아닙니다.
아이슈타인은 시간과 공간이 함께 묶여진 4차원 시공간 모델을 제시했고 이게 현재 우주를 바라보는 인간의 기본적인 개념이 됩니다.
이 4차원의 시공간은 우주의 중력에의해 휘어져있는데 이 휘어진 공간때문에 지구가 중력을 느끼게되고 태양주위를 돌게된다는 설명이었습니다.
즉 태양이 줄에 묶인것처럼 잡아끄는게 아니라 중력에의해 왜곡된 시공간때문에 지구가 태양주위를 돌고있는거죠.
따라서 고무판 위에 무거운 태양이 있어 그 고무판이 아래로 깊게 파인형태와 같은거죠.
만약 이때 태양이 사라진다면 그 왜곡된 시공간이 요동을 치게되는거예요.
태양중력에 의해 밑으로 움푹 들어갔던 고무판이 태양이 사라지면서 갑자기 원래상태로 돌아가려고 위로 튕겨오르면서 요동치는것과 같은 현상을 일으키는거죠.
마치 강물에 조약돌을 던지면 물이 출렁이는것처럼 그 힘은 시공간을 요동치게하고 이게 지구에 도착할때쯤 지구가 우주로 튕겨나가는 거예요.
이로서 아이슈타인은 뉴턴과의 문제를 해결하고 중력이 어떻게 작용하지는 설명해냈던거죠.
중력파는 빛의 속도로 움직이고 따라서 태양이 사라진걸 눈으로 보는순간 지구가 밖으로 밀려나가게 되는거예요.
이때 시공간의 요동이 바로 중력파입니다.
댓글