전설적인 물리학자 알베르트 아인슈타인은 시대를 앞서간 사상가였습니다. 1879년 3월 14일에 태어난 아인슈타인은 오늘날에도 최첨단 망원경으로 관측 가능한 왜소행성 명왕성에 대해 알게 되었습니다. 그는 100여 년 후 현실이 된 우주 비행에 대한 아이디어를 떠올렸습니다.
당시의 기술적 한계에도 불구하고, 아인슈타인은 1915년에 그의 유명한 상대성 이론을 발표하여 100년 전에 이루어진 우주의 본질에 대한 예측을 내놓았습니다.
제임스 웹 우주 망원경이 최초로 심시야 촬영한 수많은 소용돌이 은하와 알베르트 아인슈타인의 초상화.
아인슈타인이 우주의 본질에 대해 옳았다는 것을 증명하는 관찰 결과와 그가 틀렸다는 것을 증명하는 관찰 결과가 있습니다.
1. 블랙홀의 첫 번째 이미지
아인슈타인의 상대성 이론은 중력을 시공간이 휘어지는 결과로 설명합니다. 본질적으로, 물체의 질량이 클수록 시공간이 더 휘어져 더 작은 물체가 그쪽으로 떨어지게 됩니다. 이 이론은 또한 빛조차 빠져나올 수 없을 정도로 시공간을 휘게 하는 거대한 물체인 블랙홀의 존재를 예측합니다.
사건의 지평선 망원경(EHT)을 이용한 연구진이 블랙홀의 첫 번째 이미지를 포착하면서, 아인슈타인이 몇 가지 매우 구체적인 사실들에 대해 옳았음을 증명했습니다. 즉, 모든 블랙홀에는 사건의 지평선이라는 복귀 불능점이 있으며, 이는 대략 원형이고 블랙홀의 질량에 따라 예측되는 크기를 갖는다는 것입니다. EHT의 획기적인 블랙홀 이미지는 이 예측이 절대적으로 옳았음을 보여줍니다.
2. 블랙홀의 메아리
천문학자들은 지구에서 8억 광년 떨어진 블랙홀 근처에서 이상한 패턴의 엑스선이 방출되는 것을 감지함으로써 아인슈타인의 블랙홀 이론이 다시 한번 옳다는 것을 증명했습니다. 연구팀은 블랙홀 정면에서 방출되는 예상 엑스선 외에도, 예측된 엑스선의 "빛나는 에코"도 감지했습니다.
3. 중력파
두 개의 블랙홀이 합쳐졌습니다.
아인슈타인의 상대성 이론은 시공간의 거대한 물결, 즉 중력파를 묘사합니다. 이 파동은 블랙홀이나 중성자별과 같은 우주의 가장 무거운 천체들이 합쳐지면서 생성됩니다.
물리학자들은 레이저 간섭계 중력파 관측소(LIGO)라는 특수한 검출기를 사용하여 2015년에 중력파의 존재를 확인했고, 그 후 몇 년 동안 수십 개의 중력파를 더 검출하여 다시 한번 아인슈타인이 옳았음을 증명했습니다.
4. 블랙홀 파트너가 흔들린다
중력파를 연구하면 그들을 자유롭게 하는 거대하고 먼 천체의 비밀을 밝혀낼 수 있습니다. 2022년, 천천히 충돌하는 두 블랙홀에서 방출되는 중력파를 연구함으로써 물리학자들은 아인슈타인이 예측했던 것처럼, 이 거대한 천체들이 나선형으로 점점 더 가까워지면서 궤도에서 진동(또는 세차 운동)한다는 것을 확인했습니다.
5. '춤추는' 나선형 별
과학자들은 27년 동안 초대질량 블랙홀 주위를 공전하는 별을 연구한 후 아인슈타인의 세차 운동 이론이 다시 작용하는 것을 확인했습니다. 블랙홀을 두 번 완전히 공전한 후, 별의 궤도는 고정된 타원 궤도를 따라 움직이는 것이 아니라 별표 모양으로 "춤추는" 것처럼 보였습니다.
이 운동은 작은 물체가 상대적으로 거대한 물체를 어떻게 공전하는지에 대한 아인슈타인의 예측을 확인시켜 주었습니다.
6. 붕괴하는 중성자별
블랙홀만이 주변의 시공간을 왜곡하는 것이 아닙니다. 죽은 별의 초고밀도 껍질도 마찬가지입니다. 2020년, 물리학자들은 중성자별이 지난 20년 동안 백색왜성(죽어가는 별의 일종) 주위를 어떻게 공전했는지 연구하여, 두 별이 서로를 공전할 때 장기적인 표류 현상이 발생한다는 것을 발견했습니다.
연구진에 따르면, 이러한 표류는 줄다리기라는 효과에 의해 발생할 수 있습니다. 즉, 백색 왜성은 시공간을 끌어당겨 시간이 지남에 따라 중성자별의 궤도를 약간씩 변화시켰습니다. 이는 다시 한번 아인슈타인의 상대성 이론의 예측을 확증해 줍니다.
7. 중력렌즈
아인슈타인에 따르면, 물체의 질량이 충분히 크면 시공간이 휘어져 물체 뒤에서 방출되는 먼 빛이 (지구에서 볼 때) 확대됩니다. 이 효과를 중력 렌즈라고 하며, 심우주의 물체를 돋보기로 확대하는 데 널리 사용되었습니다.
제임스 웹 우주 망원경의 첫 번째 심도 관측 이미지는 46억 광년 떨어진 은하단의 중력 렌즈 효과를 사용하여 130억 광년 떨어진 은하의 빛을 극적으로 확대했습니다.
8. 아인슈타인의 후광
아인슈타인의 후광.
중력 렌즈의 한 형태는 너무나 강렬해서 물리학자들은 이를 아인슈타인의 현상이라고 불렀습니다. 멀리 있는 천체에서 나온 빛이 전경에 있는 거대한 천체 주위에 완벽한 헤일로로 확대될 때, 과학자들은 이를 "아인슈타인 헤일로"라고 부릅니다. 이 아름다운 천체들은 우주 곳곳에 존재하며 천문학자들이 촬영해 왔습니다.
9. 우주의 변화
빛이 우주를 통과할 때 파장은 다양한 방식으로 변하고 늘어나는데, 이를 적색편이라고 합니다. 가장 유명한 적색편이는 우주의 팽창으로 인한 것입니다. (아인슈타인은 다른 방정식에서 이러한 겉보기 팽창을 설명하기 위해 우주 상수라는 수를 제안했습니다.)
그러나 아인슈타인은 은하와 같은 거대한 천체에 의해 생성된 시공간의 함몰을 빛이 빠져나가면서 에너지를 잃을 때 발생하는 일종의 "중력 적색편이"를 예측했습니다. 2011년, 수십만 개의 먼 은하에서 온 빛을 연구한 결과, 아인슈타인이 제안한 대로 "중력 적색편이"가 실제로 존재함이 증명되었습니다.
10. 원자는 양자 얽힘 속에서 움직인다
아인슈타인의 이론은 양자 영역에서도 유효한 것으로 보입니다. 상대성 이론은 진공에서 빛의 속도가 일정하다고 말하는데, 이는 공간이 모든 방향에서 동일하게 보여야 한다는 것을 의미합니다.
2015년, 연구진은 원자핵 주위를 서로 다른 방향으로 움직이는 두 전자의 에너지를 측정했을 때, 이 효과가 가장 작은 규모에서도 사실임을 보였습니다. 전자들 사이의 에너지 차이는 운동 방향에 관계없이 일정하게 유지되었으며, 이는 아인슈타인 이론의 이러한 부분을 뒷받침했습니다.
11. 양자 얽힘에 대한 잘못된 생각
양자 얽힘이라 불리는 현상에서 연결된 입자들은 빛의 속도보다 더 빠른 속도로 엄청난 거리에 걸쳐 서로 통신하는 것처럼 보이며, 측정을 거친 후에야 머물 상태를 "선택"합니다.
아인슈타인은 이 현상을 싫어하여 "소름 끼치는 원격 작용"이라며 비웃었고, 어떤 영향도 빛보다 빠르게 전달될 수 없으며 물체는 우리가 측정하든 하지 않든 상태를 가지고 있다고 주장했습니다.
그러나 전 세계적 으로 수백만 개의 입자를 측정하는 글로벌 실험에서 연구자들은 입자가 측정되자마자 단 하나의 상태만 선택하는 것으로 보인다는 것을 발견했습니다.
(출처: tienphong.vn)
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