모두 사실로 드러난, 100년 전 아인슈타인의 소름돋는 5가지 예측

그립읍니다. 슈타인 형...

 

 

 

 

1. 보편적 속도 제한

 

 

 

 

 

아인슈타인의 유명한 방정식 E= mc2(이는 엠씨 제곱)

 

이 공식에는 진공에서의 빛의 속도를 의미하는 "c"가 들어가 있습니다.

 

빛은 가시광선에서부터 데이터를 전송하는 전파에 이르기까지 매우 많은 종류가 있는데요.

 

하지만 모든 빛들이 가지고 있는 아주 중요한 한 가지의 공통점이 있습니다.

 

아인슈타인은 모든 빛은 초당 약 300,000km의 속도 제한이라는 공통점을 가질 것으로 예측했죠.

 

이는 두 개의 빛 입자가 다른 양의 에너지를 갖더라도, 이동 속도는 항상 동일하다는 것을 의미합니다.

 

이러한 그의 생각은 우주에서 이루어진 실험을 통해 실제로 증명이 되었는데요.

 

2009년 NASA의 페르미 감마선 우주 망원경은, 약 70억 광년을 이동해온 두 개의 광자를 감지했습니다.

 

당시 감지된 두 광자 중 하나는 다른 광자보다 약 백만 배나 더 많은 에너지를 가지고 있었는데요.

 

그럼에도 불구하고 이 두 광자들은 우리에게 거의 같은 순간에 도착하게 되었습니다.

 

이는 빛의 이동 속도가 동일할 것이라는 아인슈타인의 예측이 정확히 입증되는 순간이었습니다.

 

 

 

 

 

 

2. 중력 렌즈 현상

 

 

퀘이사의 더블 이미지

 

 

 

아인슈타인은 질량을 가진 물체가 주변의 시공간을 휘게 만든다고 생각했습니다.

 

그리고 빛이 이 휘어진 시공간을 지나게 되면, 빛도 시공간을 따라서 같이 휘어진다고 생각했죠.

 

아인슈타인은 이것이 마치 무거운 공에 의해 움푹 들어가 있는 얇은 천과 같다고 표현했습니다.

 

이러한 아인슈타인의 시공간에 대한 예측은 생각보다 아주 빨리 입증이 되었는데요.

 

1919년 과학자들은 태양 근처에서 빛나는 별의 위치를 측정해보기로 했습니다.

 

태양이 그곳에 있을 때와 없을 때, 별의 위치가 어떻게 변화되는지를 살펴보기로 한 거죠.

 

만약 아인슈타인의 예측대로 태양이 주변 시공간을 휘게 만들고 있다면, 별의 위치도 변화될 겁니다.

 

정확한 관측을 위해 과학자들은 개기 일식이 일어날 때 태양의 관측 실험을 진행하게 되었는데요.

 

실험 결과는 아인슈타인의 생각이 옳았음을 보여주었습니다.

 

태양이 그곳에 있을 때 와 없을 때의 별의 위치가 미묘하게 달라진다는 사실을 발견하게 된거죠.

 

이것은 태양의 중력이 주변의 시공간을 휘어서, 뒤쪽의 별 빛도 휘게 만들고 있다는 아주 명확한 증거였습니다.

 

 

 

아인슈타인 링

 

 

 

이러한 중력 렌즈 현상은, 단순히 빛을 휘게 만드는 것을 넘어 빛을 확대할 수도 있는데요.

 

태양보가 무거운 천체, 즉 은하나 은하단의 중력은 주변 시공간을 훨씬 더 강하게 휘어놓습니다.

 

이러한 공간의 휘어짐은, 멀리 있는 천체의 빛을 우리의 눈에 더 크게 보이게 만들어주게 되죠.

 

이는 마치 돋보기를 통해서 물체를 확대해 보는 것과 비슷하다고 할 수 있습니다.

 

현대의 과학자들은 매우 멀리 떨어진 천체를 관측하는데, 이러한 중력 렌즈 효과를 이용하고 있습니다.

 

 

 

3. 블랙홀

 

 

 

 

빛조차 빠져나갈 수 없는, 극도로 중력이 높은 천체 블랙홀.

 

아인슈타인은 일반 상대성 이론은 통해서 아주 극단적인 천체의 존재를 예측했습니다.

 

그는 매우 거대한 질량를 갖는 물체는, 우주의 시공간을 더욱 강하게 휘어놓는다고 생각했죠.

 

이 강력한 시공간의 휘어짐은, 그 주변의 물질들 조차 빨려들어가게 만들것이라 생각했습니다.

 

일반 상대성 이론은, 이러한 휘어짐이 어떻게 작동되는지에 대해서 아주 구체적으로 예측하고 있는데요.

 

예를 들어, 이렇게 중력이 높은 괴물의 안쪽에는, 사건의 지평선이라는 것이 있을 것이라고 가정합니다.

 

그리고 사건의 지평선은 그 무엇도, 심지어 빛조차 빠져나올 수 없는 지점이라고 설명하고 있죠.

 

이러한 사건의 지평선은 대략 원형이어야 하고, 예측 가능한 크기이며, 천체의 질량에 따라 달라지게 됩니다.

 

이렇게 아인슈타인은 블랙홀과 같은 극단적인 천체의 존재의 가능성을 수학적으로 분명히 보여주었습니다.

 

하지만 당시에는 블랙홀이라는 용어도 없었고, 개념 자체도 매우 생소했던 시기였는데요.

 

그래서 대부분의 과학자들은 이러한 천체가 실제로 존재할 것이라 믿지 않았습니다. 아인슈타인 본인조차도 말이죠.

 

비록 아인슈타인은 블랙홀에 대한 확신은 없었지만, 그의 이론은 블랙홀의 출발점이 되었습니다.

 

 

 

4. 수성의 이상한 움직임

 

 

 

 

 

태양을 가장 가까운 거리에서 공전하는 행성, 수성.

 

수성은 시간이 지남에 따라 조금씩 변화하는 특이한 궤도를 가지고 있습니다.

 

그래서 태양에 가장 가까워지는 근일점이 계속해서 변화하게 되는데요.

 

과거의 과학자들은 이러한 수성의 움직임을 만유 인력의 법칙으로 설명하려고 노력했었습니다.

 

당시 뉴턴의 만유 인력의 법칙은 태양계 내 천체들의 운동을 매우 정확하게 설명하는 유일한 이론이었죠.

 

하지만 이렇게 막강한 뉴턴의 역학 조차도, 수성의 변화하는 근일점을 제대로 설명할 수 없었습니다.

 

이것은 너무나 이상한 일이었습니다. 결국 과학자들은 수성 안쪽에 다른 행성이 존재할 것이라 예측했는데요.

 

하지만 너무나 당연하게도 수성 궤도 안쪽에서 다른 행성의 존재는 발견되지 않았습니다.

 

당시에 수성의 이상한 궤도는 19세기 후반까지 천문학계가 풀어내지 못한 아주 이상한 미스터리였죠.

 

그러던 중 1915년 아인슈타인이 일반 상대성 이론을 발표하게 되었습니다.

 

아인슈타인은 일반 상대성 이론을 통해서, 태양의 거대한 질량이 주변의 시공간을 휘게 만들고 있다고 설명했는데요.

 

그리고 수성은 이 휘어진 시공간에서 운동하기 때문에, 추가적인 근일점의 이동이 발생된다고 설명했습니다.

 

과학자들은 이 이론을 바탕으로 수성의 움직임을 다시 분석했고, 그 결과 관측 값과 정확히 일치함을 확인했습니다.

 

 

 

 

5. 중력파

 

 

 

 

시공간을 가로지르는 강력한 파장, 중력파.

 

중력파는 아인슈타인이 약 100년 전에 예측했었던 개념이었습니다.

 

당시 아인슈타인은 질량이 있는 물체는 주변의 시공간을 휘게 만든다고 생각했는데요.

 

그런데 시공간을 휘게 만드는 무거운 물체가 만약 가속 운동을 하게 되면 어떻게 될까요?

 

아인슈타인은 그 시공간의 왜곡이 파동처럼 멀리 퍼져나갈 수 있다고 생각했습니다.

 

아인슈타인은 이러한 파동에 대해서 물체가 질량을 방출하는 것이 아니라, 에너지가 시공간의 왜곡 형태로 전달하는 것이라고 설명했죠.

 

이러한 아인슈타인의 생각은 20세기 후반이 되어서야 그 흔적들이 조금씩 나타나기 시작했습니다.

 

그리고 마침내 2015년, 레이저 간섭계 중력파 관측소는 중력파를 직접 감지하는데 성공하게 되었습니다.

 

또한 이 중력파는 약 13억 광년 떨어진 블랙홀의 충돌로 발생되었다는 것까지 알 수 있었는데요.

 

2015년에 감지된 중력파의 존재는, 아인슈타인의 중력파 예측이 무려 100년 만에 증명된 사건이었습니다.

 

중력이 단순히 당기는 힘이 아니라, 시공간의 휘어짐이라는 새로운 시각을 열어주었던 아인슈타인.

 

그의 일반 상대성 이론은 뉴턴 역학의 한계를 극복하여, 우주의 이해 방식을 완전히 바꾸어 놓았습니다.

 

 

 

 

 

2024.11.30 - [과학・ETC] - 역사상 처음으로 관측된 '빛의 입자(광자)'의 실제 모습

역사상 처음으로 관측된 '빛의 입자(광자)'의 실제 모습

2024.11.22 - [자연・우주] - [실제촬영] 역사상 가장 가까이서 촬영된 태양의 표면 사진

[실제촬영] 역사상 가장 가까이서 촬영된 태양의 표면 사진