천문학자가 들려주는 ‘중력파 이야기’

천문학자가 들려주는 ‘중력파 이야기’

올해는 아인슈타인이 상대성이론을 발표한지 꼭 100년이 되는 해랍니다. 그래서인지 과학의 달을 맞이하는 과천과학관은 다양한 행사와 이벤트로 4월 한달이 가득 채워져 있었는데요. 지난 3월 28일 토요일 과천과학관에서 ‘천문학자가 들려주는 우주이야기’ 강연이 있어 다녀왔습니다. 이번 강연은  여성 천체물리학자인 김정리 박사와 함께 ‘중력파’에 대해 알아보는 시간이었습니다.

2013년 부터 매달 한번씩 천문학 특강이 있어 자주 방문했었는데 올해는 과학관 옥외전시장 및 스포츠 시설이 과학관 개관 시간(9:30~17:30)에 맞춰 무료로 개방되어 과학관전시장을 통과하지 않고 바로 천체투영관으로 갈수 있었습니다. 과학관의 모든 행사는 사전 인터넷 예약으로 이름만 확인하고 바로 들어갈 수 있어요.

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오후 5시에 시작된 첫 강연은 아인슈타인의 상대성이론이었습니다.

아인슈타인은 지금으로 부터 100년 전, 우주의 구조를 설명할 수 있는 중력장 이론인 ‘상대성이론’을 발표하였다. 그의 이론적 예언 중 하나는 질량을 가진 물체가 가속하면 시공간에 왜곡이 생기며, 이 왜곡은 빛의 속력으로 ‘물결’처럼 바깥으로 퍼져나간다는 것이다. 과학자들은 이것을 ‘중력파(gravitional waves)’라고 부른다.

 

 중력파의 영향 : 중력파가 지나가면 시공간이 늘어났다 줄어들며 그것이 ‘진동’ 처럼 퍼져나간다.

중력파가 지나가는 길에 줄자를 놓아둔다면?

중력파가 지나가는 길에 시계를 놓아둔다면? 

강연 내용의 커다란 질문은 위의 두 가지로 요약할 수 있어요.

"중력파가 지나가는 길에 줄자를 놓아둔다면 길이가 더 길게 느껴지고 시계를 놓아둔다면 시간이 느리게 가는 것을 확인할 수 있다"고 합니다.  강연은 기대했던 것처럼 블랙홀이나 웜홀 같은 영화적 상상력을 자극하는 주제를 다루기 보다는 실제 천문학계에서 중력파에 대한 연구와 중력파를 발견하기 위한 레이저 간섭계에 대한 설명으로 다소 어렵게 느껴졌습니다.

▲ 김정리 박사님은 물리학이라는 어려운 학문을

학생들의 눈높이에 맞추기 위해 다양한 사진과 동영상을 준비해오셨습니다.

▶학생 질문 : 우리 주변에도 중력파가 있나요?   ▶김정리 박사 : 우리가 팔을 휘저으면 그 주위에도 중력파가 일어나요. 하지만 주변에 영향은 없죠. 영향을 주려면 항성처럼 질량이 아주 커야 해요. ▶학생 질문 : ‘인터스텔라’ 영화를 보면 웜홀을 통해 공간에서 공간으로 이동하는데요. 그것이 가능할까요? ▶김정리 박사 : 중력파 간섭계를 통해 분석해보면 중력파의 길이가 옆으로  또는 위 아래로 길게 변하는 것을 볼 수 있어요. 다시 말해서 사람이 웜홀을 통과하면 가로 세로로 길어졌다 줄어들어다 하기 때문에 온전한 형태를 가지고 통과할 수는 없어요. ▶학생 질문 : 블랙홀이 있다는 것을 어떻게 아나요? ▶김정리 박사 : 블랙홀의 강한 중력파로 빛이 휘어지는 것을 확인할 수 있어요. 유난히 별빛이 휘어져 보이는 곳이거나 가스나 우주먼지가 움직이는 곳을 찾아 중력을 계산하는 방법으로 블랙홀의 위치나 크기를 찾을 수 있어요.

▲ 강연 후 개별 질문에 답해주시는 김정리박사님

영화 ‘인터스텔라’에는 호기심을 자극하는 블랙홀이나 웜홀 그리고  외계 행성들이 나옵니다. 많은 학생들이 영화를 보고 감탄하는 것에 그치지 않고 관련 서적, NASA나 허블 사이트를 통해 블랙홀이 실제 존재하는지 확인해보기도 하죠.

‘인터스텔라’에서 다뤄지는 물리학은 이미 책이나 과학 잡지를 통해 많이 소개됐는데요. 영화가 개봉되기 이전인 2013년 9월 EBS다큐멘터리로 방송된 ‘빛의 물리학 6부작’ 을 소개해 드립니다.

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갈릴레오, 뉴턴, 아인슈타인 등 역사 속 위대한 과학자들이 빠져든 ‘빛’을 키워드로 현대 물리학의 양대 축인 상대성이론과 양자역학을 중심으로 6부작 으로 방송되었었는데요. EBS다큐프라임 홈페이지에서 다시보기로 보실 수 있어요.

상대성이론부터 빛의 역사를 재연 형식과  물리학의 실제 본고장 촬영으로 영화보다 더 재미있고 쉽게 물리학을 이해하실 수 있습니다.

▶<다큐프라임> 홈페이지 바로가기  http://home.ebs.co.kr/docuprime/index ▶영화 ‘인터스텔라’의 물리학  내용 보기   http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=20&contents_id=75191&leafId=20

아인슈타인의 상대성이론 발표 100주년과 블랙홀의 인기에 힘입어 세계적인 물리학자 킵쏜 박사가 5월 우리나라에 방문한다고 합니다. SBS스페셜에 출연하신다고 하는데 아직 정확한 일정은 발표되지 않았습니다.