알아도 그만, 몰라도 그만인 중력파 검출법

안녕하세요?

아인슈타인 하면 그 유명한 이야기인 '일반 상대성 이론'이라는 것이 있습니다. 그의 주장에 따르면, 시간과 공간이 서로 분리되지 않은 하나의 구조이며, 질량을 가진 물체는 이 시공간을 출렁이게 만드는 '중력파'라는 것을 방출한다고 합니다. 이 중력파의 발견이 듣자니 '힉스입자'와 더불어서 21세기 물리학의 최대 업적이라고 합니다.

간단하게 말하자면, 질량이 있는 물체는 중력이 있고, 이 중력이 있으면 중력 역시 파동이 되어서 나아가는데, 문제는 중력의 세기가 전자기력의 10^39억분의 1이라고 할 정도로 가장 약하다고 합니다. 물론 여기서 약하다는 것은 지구에서 우리가 느끼는 중력이 아니라, '우주에 있는 기본적인 힘' 중에 가장 약하다는 것 입니다.

그래서 물리학자들이 발견하고자 하는 '중력파'라는 것은 지구의 중력에 의한 것이 아니라, 우주에 있는 블랙홀 2개가 서로를 끌어당겨서 1개가 되는 순간 나오는 파동을 측정하는 것이라고 합니다. 여기서 어떤 기술이 요구되었느냐 하면, 아주 미세한 신호도 잡아낼 수 있는 기술이 필요했다고 합니다.

'라이고(LIGO)'라고 하는 국제 중력파 관측소가 미국에 1992년에 세워 졌는데, 그 원리는 먼저 위 그림의 묘사와 같이 먼저 레이저를 빛 분배기를 향해 발사합니다. 그러면 레이저는 각각의 거울에 반사가 되어서 다시 빛 분배기로 돌아 오는데, 이번에는 광원인 레이저로 가는 것이 아니라, 빛 검출기로 갑니다.

일단 중력파가 없다면 각각의 레이저 빔-빛은 파장을 이루고 있기에, 같은 파장의 레이저가 겹쳐서 '상쇄'를 일으키기 때문에 어떠한 신호도 검출이 되지 않는다고 합니다. 그러나 중력파가 있다면, 빛을 반사시키는 거울이 움직이고, 그 만큼 2개의 레이져 파동은 서로 '상쇄를 안 일으켜'서 신호가 검출이 된다고 하는 것입니다.

다시 한번 더 말하자면, 저 레이저를 반사 시키는 거울이 '중력파에 의해 움직이면' 더 이상 반사가 되어 오는 레이저의 파동이 상쇄되지 않습니다. 그러면 빛 검출기에서 신호가 잡히는 것이고, 이걸 두고서 '중력파가 검출'이 되었다고 합니다. 다만, 이 거울이 움직인다는 것이 정말로 '미세하게' 움직인다고 합니다.

제가 보기에는 이것이 진짜로 중력파에 의한 것인지 의문이 들고, 그래서 인가요? 이 신호를 분석하는 데만 수개월이 걸렸다고 합니다. OYLA Youth Science의 기사를 읽어 보니, 이것은 글쎄요. 어디까지나 발견이기만 하지, 실생활에 당장 유용한 것은 아니라는 생각이 듭니다. 그리고 검출한 방법도 어느정도 '간접적인' 방법이라는 생각이 듭니다.