중력파가 뭐길래 이렇게 크게 보도되나

한동안 중력파에 대한 언론보도가 많았는데요. 일반 상식이 부족한 저도 중력파는 ‘중력에 의한 파장’ 정도라고 가늠할 수 있었습니다. 그래서 ‘뭐 그런 걸 갖고 이렇게 시끄럽게 떠드나’ 했죠. 사실 중력파에 대한 개념은 이미 서술한 정의에서 크게 벗어나지 않는 것 같아요. 다만, 우주의 나이 138억 년(현대 천문학이 추정)이 지난 현 시점에서 중력파가 시사하는 점이 있습니다. 하나는 13억 광년이나 멀리 떨어진 곳에서 0.15초 만에 두 블랙홀의 충돌이 발생했다는 것, 그리고 그것을 인간이 감히 감지해 냈다는 것입니다. 

빛의 속도로 13억 년을 가야 하는 거리에서 일어난 우주의 이벤트를 인간이 어떻게 감지할 수 있었던 것일까. 충돌로 인한 강렬한 빛을 감지한 걸까. 빛은 중간에 장애물이 생기면 상쇄되거나 사라집니다. 우주 공간에서 그 빛이 지구에 온전히 도착한다는 건 이론 상 거의 불가능하죠. 그렇습니다. 블랙홀들이 충돌하는 과정에 발생한 중력파가 지구에 도착한 것입니다. 그런데 이 중력파는 아인슈타인도 증명을 포기할 만큼 미세한 힘이라서 과연 이걸 어떻게 인간이 감지했다는 것인가 의문이 듭니다. 무엇보다 중력은 서로 당기는 힘이라고 하는데 어떻게 파장이 생긴 걸까요. 

우리가 통상적으로 알고 있는 중력은 ‘어떤 두 물체들 사이에 작용하는 힘’입니다. 뉴턴의 중력이론은 태양이 지구를, 지구도 태양 또는 달을 당기고 있는 각각 행성들의 인력이라는 것이죠. 우리가 알고 있는 만유인력입니다. 그런데 그 뉴턴의 중력이론에 반하는 새로운 개념이 등장했습니다. 그 주장은 질량을 가진 모든 것은 중력을 갖고 있다는 것이고, 그 중력은 주변의 공간을 휘게 만든다는 것입니다. 

지구의 중력이 공간을 휘게 하고 있는 모습

태양과 행성이 현 위치를 유지하며 공존하고 있는 것은 행성이 서로 끌어 당기고 있는 직접적인 힘이 아니라 태양이 갖고 있는 중력에 의해 주변의 공간이 휘고 휜 공간 때문에 주변의 행성이 태양 주변을 돌고 있다는 것입니다. 다시 말해 태양의 중력이 지구를 직접 당기는 것이 아니라 태양 주변의 공간이 휘어서 어쩔 수 없이 지구가 휘어진 공간에서 미끄러지듯 태양 쪽으로 끌리며 돌고 있다는 것입니다. 이것이 아인슈타인의 상대성이론 핵심 가설입니다. 

앞서 두 블랙홀이 충돌했다고 했는데요. 이 충돌로 인해 두 블랙홀은 하나가 되었습니다. 하나의 블랙홀 공간이 사라졌다는 것이죠. 블랙홀이 사라진 공간은 중력이 사라졌고 그 공간은 원래 상태로 펴지게 됩니다. 공간이 펴지는 과정에서 일종의 출렁거림이 발생하고 그 파장이 우주로 전달되었습니다. 이 중력파는 빛과 달리 우주의 모든 공간을 통과할 수 있다고 합니다. 

중력은 워낙 미약한 파장입니다. 이번에 감지한 파장은 '태양이 원자 크기만큼 진동한 것을 감지한 것'과 같다는 비유도 있습니다. 그렇다면 이 지구 상에 모든 사람, 동물들도 지금 자신의 중력에 의해 주변 공간을 왜곡시키고 있을 것입니다. 이 파장들은 우주의 이벤트로 전달된 중력파보다 훨씬 크게 나타날 것인데 지구에서 이걸 어떻게 감지했다는 것일까요. 

미 루이지애나주 리빙스턴 인근에 설치된 라이고

그건 라이고(LIGO)라는 측정기 덕분입니다. 라이고는 지름 122cm 크기의 진공튜브 두 개를 직각으로 4km의 길이로 설치해 놓고 각각 동시에 레이저 빛을 쏴서 도달하는 시간을 항시적으로 측정하는 것입니다. 중력파가 이 공간을 지나가면서 공간을 휘게 만들고 그 공간을 지나던 레이저 빛은 삐뚤어지면서 도달하는 시간이 달라지는 것이죠. 이 차이를 계산한 것인데, 이 과정에서 지구상에 나타나는 모든 미세한 중력파들을 다 제거하는 작업이 필요합니다. 이 작업에 한국 연구진이 참여했다고 합니다. 

이번 중력파의 발견은 아인슈타인의 중력이론이 더 강화되었다는 점이고, 중력파를 감지할 수 있을 정도로 인간의 미세한 감각 기관이 하나 더 늘어났다는 것입니다. 앞으로 이 감각기관이 우주의 어느 부분을 우리에게 더 확인시켜줄지 기대가 되는군요. 

이 글은 어느 분이 '궁금하면오배건' 코너에 코인을 넣으셨고 500원어치 아티클로 작성되었습니다.

[참고]

아인슈타인의 일반상대성이론 

3분으로 알아보는 중력파

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