증명을 통해 '아인슈타인의 수수께끼'가 풀리다 [별헤는밤]

1915년, 아인슈타인은 '일반상대성이론'을 세상에 공개했습니다.

당시 중력의 본질과 우주의 구조에 개념을 근본적으로 바꿔 놓을 정도로 파격적이었지만,

아직 실험적 검증이 필요한 상태였는데요.

하지만 '달이 태양을 서서히 품기 시작할 때'

[토비 디트리히 / 포틀랜드 커뮤니티 칼리지 물리학 교수 : (아인슈타인은) 천문학자들에게 (빛이 휘어짐을) 측정해 달라고 요청했습니다.]

'일반상대성이론'의 잠겨있던 수수께끼가 풀리기 시작합니다.
　
　

'개기일식'의 관측에 과학적 경이로움이 있어

얼마 전 북미에서 목격된 '개기일식'은 그 지역에 있는 사람들에게 경이로움을 주었습니다.

1919년 5월 29일에 있었던 '개기일식'은 더욱 특별했는데요.

이날, 사람들의 시선을 끈 것은 단순한 천문 현상이 아니었습니다.

영국의 천문학자 아서 에딩턴(Arthur Eddington)은 이 개기일식을 관측하기 위해 서아프리카 '프린시페 섬'으로 향했습니다.

이는 아인슈타인의 '일반상대성이론'을 증명하는 결정적 순간으로 기록됩니다.

오늘날 '상대성이론'은 GPS 기술을 활용한 내비게이션 등 우리 삶 속에 깊숙이 들어와있습니다.
　
　

아인슈타인의 이론을 증명한 에딩턴

1915년 발표한 아인슈타인의 '일반상대성이론'은 '우주에서 시간과 공간이 절대적이지 않다'고 주장하며,

우주에서 유일한 불변의 값은 '빛의 속도'라고 설명했습니다.

이론에 따르면, 거대한 질량을 가진 천체는 주변의 시공간을 왜곡시킵니다.

[캐롤린 크로포드 / 케임브리지 대학교 천문학 연구소 박사: 빛은 직선으로 이동하지만 구부러진 공간을 통과할 경우 빛은 굴곡된 경로를 따라 흐르기 마련입니다.]

에딩턴은 이 이론을 증명하기 위해 태양 주변의 왜곡된 시공간을 관찰해야 했습니다.

[토비 디트리히 / 포틀랜드 커뮤니티 칼리지 물리학 교수: 1917년 아인슈타인은 빛이 태양 근처를 지나는 빛이 통과할 때 빛이 더 휘어지는 것을 예측한 첫 번째 논문을 발표했습니다.]

동일한 별의 위치를 태양이 가려진 동안과 그렇지 않을 때 관측하여 비교함으로써, 태양 주변의 왜곡된 시공간이 별의 빛을 어떻게 영향을 미치는지 확인할 수 있습니다.

문제는 태양이 너무 밝아 주변의 별을 관측하기 어렵다는 점이었습니다.

하지만 개기일식 중, 태양-달-지구가 완벽하게 일직선을 이룰 때 태양은 달에 의해 완전히 가려져, 그 주변 별들을 관찰할 수 있었습니다.

해답을 찾은 에딩턴의 심정은 어땠을까요?

1919년 5월 에딩턴은 '개기일식' 일어난 아프리카의 작은 섬으로 향했고,

결국, '개기일식'을 통해 '시공간의 뒤틀림' 현상을 관측할 수 있었습니다.

[캐롤린 크로포드 / 케임브리지 대학교 천문학 연구소 박사: 1919년 개기일식이 일어났을 때 에디턴은 개기일식 동안 태양 주변의 별들의 위치를 관찰하고 별들이 기존 있어야 할 곳에서 벗어난 것을 보여줌으로써 아인슈타인의 이론을 입증할 수 있다는 사실을 깨달았습니다.]

에딩턴이 증명한 것은 우주의 근본적인 이해를 변화시켰습니다.

기존 '뉴턴 물리학'에서는 중력을 물리적인 힘으로 설명했지만, 아인슈타인의 '일반상대성이론'에서는 중력을 시공간의 구조적 왜곡으로 설명합니다.
　
　

새로운 우주를 그리는 과학…발견에서 질문까지

오늘날 과학자들은 끊임없이 새로운 우주의 모습을 그려내고 있습니다.

나사의 '아르테미스 프로젝트'는 인간을 또다시 달에 보내고, 그 너머 화성으로의 꿈을 펼칠 계획입니다.

이 광대한 여정은 '상대성이론'과 같은 근본적인 과학의 토대 위에 서 있습니다.

[존 F. 케네디 / 35대 미국 대통령(1962년) : 희망과 두려움의 10년, 지식과 무지의 시대에 우리의 지식이 커지면 커질수록 우리의 무지는 더 크게 드러났습니다. 우리가 얼마나 멀리, 얼마나 빨리 왔는지 완전히 파악할 수 있는 사람은 아무도 없습니다.]

"인간은 아직 모르는 것이 더 많다"는 케네디의 연설은 오랜 세월이 지난 지금도 해당합니다.

그렇기 때문에 과학의 여정은 결코 멈추지 않을 것입니다.

[빌 넬슨 / 나사 국장(2021년) : 천문학은 인류가 가진 주요 질문인 '우리는 혼자인가'와 같은 의문에 답하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.]

그리고 발견과 증명을 통해 과학은 우리에게 새로운 질문을 던집니다.
　
　
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YTN 이형근 (yihan3054@ytn.co.kr)