중력파의 발견
생각은 진보한다 and 깨닫는다.
아인슈타인이 다시 언론과 사람들의 관심을 받고 있다. 그 이면을 보면 무려 13억 년 전에 블랙홀의 중력파로 인한 발견 때문이다. 특수상대성 이론 발표에 이어 일반 상대성 이론까지 발표한 아인슈타인의 이론을 자세히 들어가보면 '중력파(重力波)' 가 있다. 빛까지 왜곡할 수 있는 질량의 별에서 발생하는 중력파는 지구나 태양 같은 질량 정도의 항성이나 행성에서는 발생하지 않는다. 상상할 수 없는 에너지를 발생하는 빅뱅이나 블랙홀, 무거운 중성자별 같은 질량의 천체의 주변에는 눈으로는 보이지는 않지만 시공간이 왜곡하는 곳에서 나온 중력파가 서서히 퍼져나간다.
아인슈타인의 일반상대성이론에서 거론된 중력파는 무려 1,000여 명의 연구진이 참여한 '고급 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO) 과학 협력단'이 검출하는 데 성공하였다. 각각 태양의 36배, 29배의 질량을 가지고 있는 블랙홀 두개가 결합하여 태양보다 62배 무거운 블랙홀이 되었다. 중력파의 속도는 빛의 속도와 같다. 무려 13억 광년이라는 시간을 날아온 것을 잡아낸 것이다. 이것의 검출이 가능한 것은 엄청나게 미세한 진동도 잡아낼 수 있는 중력파 관측 설비 LIGO에 의해서이다. 무려 2억 9,200만 달러이니 한국돈으로 3,000억에 달한다.
중력파를 어디에다가 쓸 수 있을까. 우선은 137억 년 전에 터진 빅뱅의 중력파를 잡아낼 수 있다면 우주 탄생의 비밀을 밝혀내고 천체 관측에도 이용할 수도 있다. 중력파는 2016년에야 잡아냈지만 전자기파는 1885년에 하인리히 루돌프 헤르츠가 발견해냈고 그 전자기파 기술은 지금 스마트폰 통신에 응용되어 사용되고 있다. 상대방과 전화를 하면서 앞에 있는 누군가와 이야기하고 있다면 바로 앞에 있는 사람보다 전화를 받는 상대방이 당신의 목소리를 더 먼저 듣는다. 전자기파의 속도는 빛의 속도로 움직이기 때문이다.
태양의 질량을 계산해보면 현재 약 2,000,000,000,000,000,000,000,000,000톤이고 하루에 7,000,000,000,000톤을 수소연료로 소모하고 있다. 이 정도 무게 가지고 유의미한 공간 왜곡은 일어나지 않는다. 따라서 중력파가 발생할 가능성도 적다. 그러나 공간과 시간을 찢어낼 정도로 무거운 중성자별이나 블랙홀의 주변에서는 물결 파동이 일어나듯이 천천히(솔직히 천천히는 아니다. 빛의 속도로 움직이니까) 퍼져나간다. 이때 광양자 잔존물이나 중성미자도 같이 빛의 속도로 움직인다.
이를 100년 전에 발견한 아인슈타인은 어떤 의미에서는 천재이고 어떤 의미에서는 비범한 정도의 사람일지 모른다. 아인슈타인은 통찰력 부분에서는 타의 추종을 불허할 정도의 천재라고 볼 수 있지만 수학적으로는 평범함보다 조금 높은 수준이었다. 그에게 수학을 가르쳤던 헤르만 민코프스키는 이렇게 말하며 그의 수학 실력을 한탄해했다.
"미묘한 이론을 제시한 아인슈타인의 발표는 수학적으로는 정말 짜증 날 정도였다. 나는 취리히에서 아인슈타인에게 수학을 가르쳤기 때문에 충분히 이렇게 말할 자격이 있다고 본다."
지금은 누구인지도 모르는 마르셀 그로스만에게 아인슈타인은 수학적으로 도움을 요청하기도 했다. 그런 아인슈타인은 1919년 11월 10일 '뉴욕 타임스'에 아래와 같은 헤드라인으로 실리며 유명 인사가 되었다.
빛이 하늘에서 빗겨나감 : 온 과학계가 일식 관찰 결과로 술렁거림
즉 직진만 하는 것이 당연하다는 빛이 무거운 질량의 별의 주변 왜곡에 의해 휘어지는 것이며 이는 아인슈타인이 일반상대성 이론을 발표하고 난 다음 해에 발표한 중력파에 대한 것도 같이 공식적으로 인정한 것이다. 다만 확인한 것이 2016년일 뿐이다. 처음에는 극소수의 사람들만이 아인슈타인의 이론을 이해했다. 그렇기에 탁월함에 대한 열망이 아인슈타인의 고유의 이미지로 자리 잡았다.
한국교육계는 천재에 대한 기준을 이상하게 생각하고 있다. IQ가 높아서 수학적으로 계산을 잘하던가 일반인을 넘어선 암기력을 가진 사람을 천재의 기질을 가지고 있다고 착각한다. 천재는 계산이 빠르다던가 원주율을 소수점 이하 수백 자리까지 외우는 것 따위가 아니다.
아인슈타인은 자신에게 쏟아지는 관심과 명성에 대해 이렇게 말했다. '상상력이 만든 재미있는 업적'
탁월함에 대한 열정과 성인이 되어서도 끊이지 않는 상상력이 비범한 발견을 이루어낸다.
