중력파에 관해 알기 쉽게 쓴 과학교양서 <중력파, 아인슈타인의="" 마지막="" 선물="">이 출간됐다.
이 책은 라이고 과학협력단에 참여하며 중력파 검출 실험을 성공적으로 이끄는 데 기여했던 현장의 과학자 오정근 박사가 썼다. 중력파 검출 발표 전후 몇 주간 동안 전 세계를 뜨겁게 달구었던 역사적 발견의 뒷이야기들을 시간에 따라 생생하게 담아낸 기록이다. 지난 55년간의 중력파 검출의 역사와 함께 오늘날 그 과학적 성공을 이뤄내까지의 과정을 그렸다. 그 고단하고 지루한 도전의 시기동안 선구자들의 눈물겨운 이야기들을 전한다. 아인슈타인의 이론을 검증하기 위하여 일련의 과학자들이 어떤 노력과 실패를 했으며, 최종적인 성공에 도달하기까지 100년간의 눈물겨운 도전을 구체적인 사건의 일화와 반전을 소개하고 있다.
중력파와 라이고(LIGO)는 무엇?잔잔한 물 위에 돌을 던지면 물결이 사방으로 퍼져나간다. 이처럼 중력파(重力波, gravitational waves)는 우주에서 별이 폭발하는 등의 커다란 사건에 의해 생겨나 사방으로 퍼져나가는 시공간의 잔물결과 같다. 단, 우주 전역으로 퍼져나가지만 너무 미약하기 때문에 그것을 알아내는 것은 매우 어렵다. 실제 중력파는 시공간이 급격하게 변하는 에너지가 파동의 형태로 전파되며 그 세기는 10의 -21승 정도인데, 이 크기는 태양이 원자 크기만큼 진동한 정도보다도 작다. 따라서 그 신호를 검출하기 위해서는 빅뱅 이후 우주의 급팽창이나 별들의 충돌이나 폭발과 같은 천문학적인 현상을 통해서만 가능할 것으로 생각되었다.
이를 검출하고자 1960년대 이후부터 전 세계적인 실험과 관측이 시작되었고, 미국에서는 2000년대부터 중력파 검출을 위한 라이고(LIGO, Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory: 레이저 간섭계 중력파 관측소)를 건설했다. 결국 아인슈타인의 일반상대성이론 100주년인 2015년 9월 14일에 검출에 성공했고, 여러 단계의 검증을 거쳐 2016년 2월 11일 전 세계에 발표되었다. 100년 전 현대 과학의 패러다임을 바꾸었던 아인슈타인이라는 한 천재에 의해 예견된 마지막 수수께끼를 풀기 위해 인류가 던진 도전장은 마침내 55년 만에 그 결실을 맺게 되었다.13억 년 전, 우주에서 2개의 블랙홀이 던졌던 물결이 21세기 인류에게 새로운 우주를 열어 보여준 것이다.
<중력파, 아인슈타인의="" 마지막="" 선물="">의 각 장별 내용을 보자.
제1장은 중력을 기술하는 뉴턴의 이론과 아인슈타인의 일반상대성이론에 대한 소개와 간략한 고찰을 역사적 사건을 중심으로 기술했다. 그리고 일반상대성이론이 예측한 중력파의 본질과 실험적으로 검출할 수 있는 가능성에 대해 소개했다.
제2장은 중력파 검출 실험을 최초로 시작한 조지프 웨버의 선구자적인 노력과 이와 관련된 역사적 사건들과 함께, 웨버의 ‘바 검출기’로부터 중력파의 검출기가 어떻게 발전되어왔는지를 이야기했다.
제3장은 조지프 웨버 이후의 중력파 검출기의 새로운 대안이자 현재 가장 가능성 있는 대형 프로젝트인 ‘레이저 간섭계’ 중력파 검출기인 ‘라이고(LIGO, Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory)’가 추진되어온 역사에 대해 소개했다.
제4장은 레이저 간섭계가 어떻게 중력파의 직접 검출에 가장 가능성이 있는 프로젝트로 부상했는지에 대해 설명했다. 그리고 본격적으로 라이고가 가동되고 10여 년이 지난 지금까지의 중력파 검출 실험에 대한 현황에 대해 소개했다.
제5장은 어드밴스드 라이고의 관측 시작과 함께 중력파 신호를 발견하면서 과학자들이 수행했던 노력의 과정에 대해 전달하고자 했다. 특히, 라이고 과학협력단이 중력파 신호를 포착하고 중력파 신호임을 확증하기 위해 어떠한 노력들을 수행했고, 어떻게 최종 결론에 도달하게 되었는지를 시간 순서로 구성했다. 중력파 발견의 과정들이 가장 생생하게 담겨 있다.
제6장은 물리학과 천문학적인 관점에서 중력파의 성공적인 검출이 가져다주게 될 혜택과 그 파급효과, 그리고 과학적 가능성에 대해 전망했다. 아울러 현재 지구상에서 진행되고 있거나 계획되고 있는 차세대 중력파 검출기 프로젝트와 그 현황, 한국에서의 중력파 검출 연구의 현황도 소개했다.
본문 중에서북한에서 발생한 인공지진 진동이 리빙스턴에 도달하는 시간은 약 50여 분 뒤인 새벽 2시 20분이었다. 그러나 리빙스턴 검출기는 2시경부터 정비를 목적으로 다운 상태에 들어갔고, 이와 독립적으로 가동 중인 지진계에는 어떠한 이상신호도 검출되지 않았다. 마찬가지로 핸퍼드 검출기 역시 정비 보수를 목적으로 다운 상태였기에 이 북핵 실험의 지진 진동은 어떠한 중력파 채널에서도 감지되지 못했다. 통상 인도네시아, 대만 등 아시아권에서 발생한 이 정도 규모의 지진은 1만 킬로미터 이상 떨어진 중력파 채널에 항상 영향을 주었던 경험에 비추어 볼 때, 만약 정상적인 가동이었다면 분명히 중력파 검출기는 영향을 받았을 것이다. 이 사건으로 당시 미국 플로리다에서 열리고 있었던 미국천문학회에 설치된 어드밴스드 라이고 전시관에서는 라이고 검출기가 북한의 이 핵실험 신호를 포착했는지를 묻는 사람들이 매우 많았다고 한다. (제5장 아인슈타인의 마지막 선물 / 212쪽)
오정근 지음/동아시아/292쪽/16,000원