중력파

다른 뜻에 대해서는 중량파 문서를 참고하십시오.

중력파(重力波, 영어: gravitational waves)는 움직이는 물체(질량)에 의하여 시공간 중력장의 곡률(뒤틀림)에 발생한 요동이 광속으로 진행하는 파동을 말한다. '중력복사'(重力輻射)는 이러한 중력파에 의해 전달되는 에너지를 말한다. 중력파를 방출하는 계(system)의 대표적인 예는 백색왜성, 또는 중성자별이나 블랙홀을 포함한 이중성계이다.

1905년에 프랑스 수학자 앙리 푸앵카레가 중력파를 처음 제안하였고 1916년에 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 중력파의 존재가 예측된 이래로 간접적으로만 그 존재가 확인되었으나, 2016년 2월 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)에서 직접적으로 그 존재를 관측하는 데 성공하였다. 중력파를 처음 발견한 3명(라이너 바이스, 배리 배리시, 킵 손)은 2017년 10월 노벨물리학상을 수상하였다.

개요

아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의하면, 중력은 시공간의 곡률(뒤틀림)에 의하여 발생한다. 시공간의 곡률은 질량에 의하여 발생하므로, 질량을 가지는 물체가 시공간에서 이동하면 시공간의 곡률도 변동이 된다. 질량을 가지는 물체가 가속운동을 하면 시공간의 곡률 변동이 파동의 형태로 전파하는데 이를 중력파라고 한다. 중력파의 속도는 빛(전자기파)의 속도와 같다.

반면 아인슈타인의 상대성 이론이 등장하기 전, 물리학계를 지배했던 이른바 뉴턴 물리학(고전 역학)에서는 중력장의 전파에 시간이 걸리지 않으므로, 중력파라는 것이 존재할 수 없다.

음파가 공기를 압축·확장하듯이 중력파는 공간을 수축 및 팽창시키는 것으로 알려져 있다.

관측

간접적 관측

1974년, 1974년 러셀 앨런 헐스와 조지프 후턴 테일러 주니어 펄사의 쌍성계인 PSR B1913+16을 발견하고 그 자전주기와 펄스 방출주기를 정밀하게 측정하여 그 궤도주기가 점차 짧아지고 있음을 밝혀냈다. 쌍성 펄사의 공전주기가 감소하는 현상은 중력파를 통해 에너지가 밖으로 방출되었다고 볼 때, 일반 상대성 이론이 예측하는 값과 오차범위 내에서 일치했다. 이 업적으로 두 사람은 '중력 연구의 새로운 가능성을 여는 신형 쌍성 펄사의 발견'으로 노벨 물리학상(1993년)을 수상하였다.

직접적 관측

워싱턴주 핸포드(좌)와 루지애너주 리빙스톤(우)의 LIGO 검출기에 의한 중력파 측정값과 이론 예측값과의 비교.

일반상대성 이론이 나온지 1세기가 지난 2016년 2월 12일, LIGO에서는 지구로부터 13억 광년 떨어져 있는 2개의 블랙홀이 결합하면서 발생하는 중력파를 직접 검출하였다고 발표하였다.

같이 보기

• 중력파 관측
• 음파

외부 링크

• 네이버 캐스트 - 중력파를 찾아라
• 두산백과 - 중력파
• 우주를 여는 새로운 창 `중력파` - 디지털타임스 심층보도
• 중력파 발견…인간과 과학에 무슨 의미일까? - 서울신문 심층보도