중력을 뛰어넘기 위한 준비운동
중력장에 들어가며 - 중력을 이기는 식빵고양이
1장 뉴턴의 밧줄과 아인슈타인의 그물망
뉴턴이 말하는 힘과 운동 | 밧줄로 연결된 물체들 |
흔들리는 뉴턴의 밧줄과 떠오르는 아인슈타인의 그물망 | 측지선을 따라가자
2장 그물망에서 일어나는 일들
3차원 공간에서 빛의 이동 경로 | 렌즈가 된 중력과 아인슈타인 고리 | 속보: 수성, 아인슈타인 지지 선언!!
3장 그물망에서 일어난 사건을 표현하는 법
피타고라스 소환술! | 벡터를 활용하자 | 곡면에서의 최단거리를 재 보자
4장 단 하나의 방정식
텐서와 곡률 | 등가원리와 관성기준틀 | 누가 감히 시공간을 휘게 하였는가?
5장 별을 노래하는 마음으로
별로 빛나는 우주 | 우주를 이해하기 위한 눈물 나는 노력 | 뭉쳐야 산다! | 별, 우주의 화학공장
6장 버틸 수 없는 중력의 무거움
그런데 그것이 실제로 일어났습니다 | 시대를 앞서간 천재의 비극 | 초신성, 중성자별, 그리고 중력수축
7장 보이지 않지만 존재하는 것
빛이 퍼져 나가는 모습 | 팽이처럼 회전하는 블랙홀 | 블랙홀과 호킹 복사 | 드디어 실현되는 블랙홀의 관측
8장 파도치는 그물망 ？ 중력파
We did it! | Wanted: 중력파 | 색다른 중력파
9장 옳다는 증거들 vs 불완전한 증거들
아인슈타인의 예측력은 우주 제일! | 빛처럼 빠른 중력파 | 특이점의 세계 | 점점 넌 멀어지나 봐
10장 아인슈타인을 넘어서
두 이론이 손잡아야 하는 이유 | 1+1=? | 끊임없는 이론의 발전
중력장을 빠져나오며 ？ 중력을 이용하는 법
뉴턴의 중력부터 아인슈타인의 중력까지
“중력? 그거 사과나무 아래에 있다가 발견한 거 아니야?”
기억이 섞였는지 아니면 너무 오래돼 왜곡됐는지 모르지만 이제 이런 생각은 과거에 묻고 새롭게 발견된 사실로 업데이트할 때가 됐다. 사과나무 외에도 물체는 보이지 않는 밧줄로 연결되어 있다는 뉴턴의 중력은 인류 문명을 이룩하는 데 큰 공헌을 했다. 만유인력의 법칙을 통해 중력의 존재를 처음 발견한 뉴턴의 위대함은 과학사에 길이 남을 것이지만 인류의 활동 무대가 지구에서 우주로 넓혀진 이때 필요한 것은 뉴턴의 중력이 아닌 아인슈타인의 중력이다.
“뉴턴의 중력은 뭐고 아인슈타인의 중력은 또 뭐야?”
발견자마다 중력이 달라지는 것처럼 느껴질 수 있지만 사실 개념은 똑같다. 다만 어디에서 적용되느냐에 차이가 있을 뿐이다. ‘질량을 가진 물체에 작용하는 힘’이라는 개념으로 쓰이던 지구에서의 중력은 물체가 서로를 잡아당긴다는 뉴턴의 중력으로 충분히 설명할 수 있었다. 하지만 기술이 발달하면서 관측한 우주에서 나타나는 기현상, ① 똑바로 간다고 생각했던 빛이 휘고 ② 도달 거리가 늘어나 도착 시간이 늘어나거나 ③ 관측한 별의 위치와 실제 위치가 조금씩 다르게 나타나는 현상, ④ 그리고 빛도 빨아들인다는 블랙홀의 존재 등 뉴턴의 중력으로는 설명할 수 없는 사례가 나타나자 이것들을 논리적, 과학적으로 설명할 수 있는 이론이 필요해졌다. 이때 나타난 것이 바로 중력을 밧줄이 아닌 그물망에 비유해 설명한 아인슈타인의 중력이다. 우주가 한 개의 시간과 세 개의 공간으로 구성된 4차원 구조의 시공간으로 이루어져 있다는 사실이 발견된 이후 아인슈타인은 이 시공간에 지구나 태양처럼 거대한 질량을 가진 물체가 놓여 있다면 시공간은 비틀어진다고 보았다. 비틀린 시공간을 따라 빛이 움직이고 별에서 나오거나 반사된 빛이 왜곡되어 위치가 달라지는 등 의문들이 하나씩 풀리면서 아인슈타인의 중력은 이제 학계의 대세가 된다.
“원래부터 똑똑한 사람들이니까 생각해 낼 수 있던 거 아닌가?”
