인간은 신의 비밀을 벗기려는가??

 

  오늘 뉴스에 남극의 바이셉2  망원경(미국의 하버드-스미스 소니언 천체물리쎈터)은 우주배경복사를 탐지함으로 100년전의 아인슈타인의 이론에 연유한 빅뱅이론의 가설을 한가닥이라도 확인하는 것이다.

스미소니언 물리센터이 이번 발표는 그간 이론적인 예상치의 우주론에서 사실적인 상당히 놀라운 결과를 가져온 것이다. 이것은 우주창조의 神의 비밀을 인간이 풀수있는 문 고리를 잡은 셈이라고나 할까??

 

  빅뱅이론에서 가모브는 우주가 탄생한 직후 10에 마이너스 33제곱승분의 1초에 인플레이션(팽창)되었다는 계산수치에서 10의 33제곱분의 1초라면 우리단어로는 찰라에 우주는 10의 20제곱승 이상으로 인플레(급팽창) 되어 커졌다는 것이다.(찰라는 우리의 말로 이 수치는 10의 18승분의 1이며 더 작은 수치는 허공, 육덕,,,)

 

  이 우주의 138억년전 빅뱅’(big bang)이라는 대폭발 이후 정말 찰라의 순간 급팽창해 탄생했다는 이른바 ‘인플레이션 이론’이 확실한 정설로 굳어지게 됐다. 이를 뒷받침하는 단서가 발견됐기 때문이다.

스미스 소니언 연구팀은 빅뱅이론의 증거가 된 ‘우주배경복사’(cosmic background radiation) 편광(전기장의 수직진동)에서 중력파의 존재를 확인했다. 초단파의 전자기파 일종인 우주배경복사는 빅뱅당시를 보여주는 일종의 증거물이다.

 

 우주배경복사는 빅뱅초기 극도의 초고온이기에 이 온도는 빛을 차단하여 가두어서 외부로 빛이 발산이 되지않아 보이질 않았지만 38만년인가 이후 온도는 식어가며 3,000K의 저온으로 되며 이 온도에서 빛이 외부로 빠져나가는 것은 전파를 발생하여 지금도 그 전파가 우주공간에 떠도는데 이를 3K배경복사라 하며 이 전파를 잡기위해 과학자들은 지구를 넘어선 우주를 비행하는등(디스커버리호) 무수한 노력을 하였었다.

 

  빅뱅은 특이점(特異點,singularity)에서 대폭발이 이뤄졌다. 특이점은 크기는 제로(없음)이면서 그 안에 밀도, 곡률, 온도가 무한대라는 점에서 말 그대로 도무지 상상하기 어려울 만큼 특이한 그 무엇이다. 우주만물을 탄생시키는 ‘우주 줄기세포’ 같은 모든 것을 갖고 있는 성질이면서 동시에 아무것도 없다.

 

당연히 시공간 개념조차 없어 상식적인 물리법칙이 적용되지 않는 없음의 성질이다. 현대과학으로는 여전히 그 특이점이 어떤 성질의 것인지 모른다. 거꾸로 그 특이점의 성질을 알게 된다면 인류는 상상하지 못할 지적 진보와 과학기술의 고도화를 이룰 전기를 마련하게 될 것으로 보인다. 이제 인류는 빅뱅 이전과 특이점 밖의 세계에 대한 지적 호기심으로 나아가고 있다.

 

우주는 왜 존재하는가??

인류 최대의 명제인 인간은 왜 존재하는가의 해답을 풀 수 있는가??

과연 인간은 특이점이란 神의 비밀을 풀 수 있슬 것인가??

 

  이번 연구팀은 우주에서 날아오는 k3배경복사 당시의 빛의 특정한 편광 성분(‘원형 편광’)을 매우 넓은 우주공간에서 관측해냈다.  이 편광은 중력파로 인해 생기는 것으로 알려졌기에, 연구팀은 이런 편광의 우주 분포와 패턴을 관측하고 원시 중력파의 흔적만을 걸러내 이를 급팽창의 증거로 제시할 수 있었다.

우주 급팽창 이론을 실험적으로 증명하는 데 사용된 남극의 관측장비 '바이셉2'(BICEP2.앞쪽).

사진은 2007년 스티픈 릭터가 촬영해 제공한 것으로 바이셉2 뒤편의 남극 지평선으로 태양이 지고 있다.

 

  쉽게 이야기하자면 138억년 전에 발생한 전자기파를 탐지하는 것이고, 그 속에서 미세한 편광 패턴의 변화까지 읽은 것으로 이때 탐지 장치가 작동하는 온도는 0.25 K다. 즉, 섭씨로 환산하면 영하 272.90도로 이는 이론상 가능한 최저 온도인 절대영도(0 K, 섭씨로는 영하 273.15도)보다 겨우 0.25도 높다.(절대온도 0도는 모든 작용이 제로가 된다)

 

  이러한 중력파'(gravitational wave)의 이론적 근거는 아인슈타인의 일반상대성에서 중력의 정체를 '시간과  공간이 일체가 되어 이루는 물리적 실체인 시공간(spacetime)의 뒤틀림'으로 파악하는 관점에서 일반 상대성이론을 만들었다.

이에 따르면 질량을 가진 물체가 주변 공간에 형성하는 '중력장'은 이 물체 주변의 시공간에 변형이 가해지는것으로 이해된다.

 

따라서 질량을 가진 물체가 움직이거나 새로 생겨나거나 파괴되면 이에 따른 파동이 시공간의 일그러짐이라는 형태로 표현되고, 이 물체의 질량이 매우 크다면 이를 관측하는 것도 가능해야 한다. 이런 중력장의 파동을 가리키는 말이 '중력파'다.

 

 마치 전자가 진동하면 그에 따라 전자기파가 생기는 것과 마찬가지로, 중력장의 요동이 중력파를 만들어 내는 것이다. 중력파는 빛의 속도로 전파된다. 전자기파가 지나가는 공간에 전기장과 자기장의 변화가 생기듯이, 중력파가 지나가는 공간에는 시공간(spacetime)의 변화가 생긴다.

 

중력파의 존재는 아인슈타인의 일반상대성이론에 따라 예측되는 것이어서 이론적으로는 잘 알려져 있으나 직접 실험을 통한 검출은 성공한 적이 없었다.

하버드-스미스소니언 천체물리센터는 이번 연구에 대해 "중력파, 즉 시공간의 물결의 모습을 잡은 첫 사례"라고 소개하고 있다.

연구자들은 우주 전체에 가득한 '우주 마이크로웨이브 배경 복사'(cosmic microwave background radiation)의 편광 분석을 통해 중력파의 패턴을 파악했다.

 

  태초의 우주 형성 과정에서 있었던 '인플레이션(급팽창) 시기'에 중력파가 특징적인 흔적을 남겼으며, 그 흔적이 우주 마이크로웨이브 배경 복사에 남아 있다는 것이 연구자들의 설명이다.다만 이번 실험은 시공간의 뒤틀림을 직접 측정하는 방식은 아니다.

중력파 패턴이란 중력에 따른 파동인 중력파가 퍼져 나가면서 시공간에 뒤틀림을 일으켰고 뒤틀림 때문에 우주 배경 복사에 특별한 패턴이 생기는 걸 탐지했다는 것입니다.

 

"우리는 사상 최초로 우주 인플레이션(cosmic inflation)의 직접 증거를 찾아냈습니다."

간단히 말해서 빅뱅이 일어나고 10E-32 초 까지 일어났을 것이라고 예측되던 우주의 매우 빠른 팽창입니다.

이론으로만 예측되어 오던 이 이론이 확인되기 어려운 가장 큰 이유는 '빛이 없었기' 때문이다.이것은 빅뱅의 첫번째 떨림"을 찾아낸 것이다.

 

 중력파에 의해서 이 '태초의 빛'이 특정한 방향으로 편광되었을 것이라는 생각으로 시작된 바이셉2 프로젝트. 

이들은 '태초의 빛'이라고 불리는 우주배경복사에 숨겨져 있는 중력파의 흔적을 찾아냅니다. 빅뱅이후 아슬아슬하던 균형이 깨지면서 중력이 분리됨과 동시에 발생하는 이 중력파는 "우주의 첫번째 떨림"으로 표현됩니다. 이 중력파의 영향은 38만년 이후에 방출되는 빛에도 영향을 미치게 되는 것이다. 중력장에 의해 왜곡된 경로를 따라 흐르는 빛줄기는 각기 특정한 방향으로 편광됩니다.

 

급팽창 증거’ 원시 중력파 흔적 검출로 이제 '우주탄생 비밀 풀 증거 마침내 찾아었고, 앞으로 급팽창 시기와 규모도, 더 나아가서 그 위치도 규명돼 중력 정밀연구 단서도 줄 듯...이번 3K 배경복사의 떨림의 확인은 일반상대성 이론 발표 100주년 기념이 될만하다.

 

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2016,6,17

 

두번째로 중력파 발견뉴스

 

 

천재 물리학자 알베르트 아인슈타인이 100년 전에 주장한 중력파(Gravitational Wave) 존재가 첫 번째 관측 이후 3개월 만에 다시 확인됐다.

 

첫 번째 발견된 중력파는 2015년 9월 14일 13억광년 떨어진 우주에서 날아온 중력파가 미국 루지애나주에 있는 레이저 중력파 관측소 라이고(LIGO)에 포착되며 인류는 이론상으로만 존재하던 중력파의 실체를 확인하게 된다.

 

그로부터 약 3개월이 지난 2015년 12월 26일 새벽 3시 38분 53초 라이고(LIGO) 연구진을 비롯한 유럽 5개국 과학자들로 이뤄진 비르고(VIRGO) 연구진은 루지애나주 리빙스턴과 워싱턴주 핸포드에 있는 두 곳의 쌍둥이 LIGO 관측소에서 두 번째 중력파 검출에 성공하게 된다.

 

중력파란 큰 별이 폭발하거나 블랙홀이 생성되는 등 중력 변화에 따라 발생하는 파동의 일종으로 잠시 시간과 공간을 일그러뜨리는 것으로 알려졌다. 마치 잔잔한 호수에 돌을 던지면 물결이 생기듯이 중력에 큰 변화가 생기면 인간의 `시공간`에도 파동이 생긴다. 이 때문에 흔히 ‘시공간의 물결’이라고 부르기도 하며 우주 탄생의 비밀을 풀어줄 열쇠로 알려졌다.

 

첫번째 발견된 중력파의 근원지는 마젤란은하 방향 13억광년 떨어진 지점으로 당시 각각 태양의 질량 36배와 29배의 블랙홀 2개가 서로 충돌해 합쳐지면서 방출된 중력파가 지구에 도달한 것이다.

 

두번째로 발견된 중력파 GW151226은 첫 번째와 마찬가지로 두개의 블랙홀이 합쳐지면서 발생된 중력파이다. 각각 태양 질량 14배와 8배의 블랙홀로 첫 번째 중력파 블랙홀들(36배/29배)보다 작은 형태의 블랙홀이다.

 

이번에 발견된 두 번째 중력파 블랙홀들은 관측 결과 충돌 직전 서로 간에 55바퀴를 공전했다. 반면 첫 번째 중력파는 10바퀴 공전했다. 쉽게 말해 질량이 큰 천체들이 합쳐질 때는 질량이 작은 천체보다 더욱 빠르게 합쳐진다는 것이다.

 

미래학자이자 국가과학기술심의회 ICT융합전문위원회 전문위원인 차원용 박사는 “그동안의 우주 관측은 가시광선을 이용한 광학 망원경이 우주를 내다보는 첫 번째 창이었다면 더 멀고 더 오래된 신호를 포착하는 전자기파를 이용한 전파 망원경이 있었다.

 

하지만 전자기파는 다른 물질들과의 상호작용이 활발해서 이를 뚫고 나오기가 어려워 약 30억년 밖에 관측이 어려웠다”고 설명하며, “반면 중력파는 블랙홀끼리 충돌해 더 큰 블랙홀이 생기는 것을 관측하는 데 성공함에 따라 주변 물질과 상호작용이 거의 없는 중력파 망원경을 만든다면 우주 생성 초기까지도 볼 수 있을 것이다. 이러한 인류의 중력파 발견은 앞으로 천문학의 지평을 확장하는 데 엄청난 영향력을 미칠 것”이라고 말했다.

 

이러한 사실은 빅뱅이후 우주 태초의 시기부터 무한히 지속된 항성들의 초신성 폭발, 즉, 우주에는 수없이 많은 블랙홀들이 널려 있다는 뜻으로 앞으로 라이고(LIGO) 활약에 많은 기대해 본다. (참고 인용: 네이버 블로거 분당이웃(lsmnmh25) 포스팅 ‘두 번째 중력파 발견 :: 시공간의 파동’) .