제가 예전에 펨코에도 올렸던글인데 심심해서 올려봅니다
1915년 아인슈타인은 ‘일반상대성이론’을 통해 새로운 중력이론을 발표합니다
아인슈타인은 10년전에 발표한 특수한 상태에서의 상대성이론(특수상대성이론)에 덧붙여서 일반적인 시공간이 물질과 연관되어 있음을 보여주었고 아인슈타인의 세계에서 시공간은 더 이상 고정되어 있지 않았으며, 뉴턴의 힘이라고 생각했던 중력은 단지 시공간의 굽어짐이었습니다
물체는 단지 주위의 시공간을 구부리고 있었고 더 무거운 물체일수록 시공간을 더 크게 구부리고 더 큰 중력을 갖게 됩니다
아인슈타인은 자신의 이론을 확고히 하기 위해 오랫동안 천문학자들을 혼란스럽게 만든 문제 하나를 풀어냅니다
다른 모든 행성들과 마찬가지로, 수성은 태양의 주위를 타원으로 움직이고 있으며 태양과 가장 가까운 지점(근일점)이 규칙적으로 회전하는데 뉴턴의 완벽한 우주 시계에서 이 변화량은 정확하게 계산될 수 있었으며, 천문학자들은 그 계산량과 실제 관측량을 비교하여 미세한 차이(43초각, 1초각은 1/3600도)가 발생함을 알아내었습니다
과학자들은 이 미세한 차이를 별거 아닌것으로 생각했지만 결국 그들은 수 많은 시도에도 불구하고 이론에 적합한 궤도를 관측하는데 실패하였는데 아인슈타인은 자신의 일반상대성이론을 사용하여 수성의 근일점 이동의 문제를 완벽하게 풀어냈습니다
그리고 아인슈타인은 일반상대성이론을 작성 중인 1911년 더 객관적인 실험을 제안합니다
태양의 중력장에 의한 빛의 휘어짐 현상을 예로 든것인데 아인슈타인은 아직 완성되지 않은 상대성이론을 토대로 계산을 하였고 그 결과 0.83초의 휘어짐이 있을 것으로 예측하였습니다
반면 상대성이론과 경쟁하던 다른 해석들은 태양에 의해 빛이 전혀 휘어지지 않을 것이라고 제안하였습니다
이 현상을 확인하는 방법은 개기일식을 이용하는 방법이 있죠
아인슈타인의 이론에 따르면 어떤 물체가 존재하면 그 주변 시공간은 그 물체의 질량에 영향을 받아 휘어지게 되는데 질량이 더 크면 클수록 주변 시공간이 더 많이 휘어져 더 큰 곡률을 갖게 됩니다
태양이 떠있는 낮에는 별이 보이지 않지만 개기일식 때는 태양이 완전히 가려져 마치 밤처럼 별을 볼 수 있습니다
이때 태양 주변에 있는 별들의 위치를 관측한 후 태양이 없는 밤하늘에서 같은 별들을 관측해 별들의 위치를 비교해 보면 아인슈타인의 일반상대성이론을 검증할 수 있습니다
개기일식 때 별들을 관측하면 태양이 그 자리에 있기 때문에 그 질량의 영향으로 시공간이 휘어질 테고 더 멀리 있는 별빛은 휘어진 시공간을 날아와서 우리에게 관측될 것이고 태양이 없을 때 같은 별들을 관측하면 태양에 의해 휘어진 시공간이 존재하지 않아 별빛은 다른 경로를 통해 우리에게 날아오게 됩니다
별들의 위치에 차이가 난다면 태양에 의해 시공간이 휘었다는 것을 증명하게 되는 것이죠
태양의 질량을 알고 있기 때문에 시공간이 얼마나 휘어질지 계산할 수 있었고 실제로 그만큼 별들의 위치가 달라졌는지를 관측하면 아인슈타인의 일반상대성이론을 검증할 수 있을 것입니다
만약 별들의 위치에 차이가 없다면 일반상대성이론은 학계에서 강한 비판을 받게 되겠죠
이때 나타난 사람이 바로 에딩턴입니다
아서 에딩턴과 일반상대성이론 1차 세계대전 당시 왕립천문학회의 비서관직을 맡고 있던 아서 에딩턴은 아인슈타인의 일반상대성이론에 대한 논문을 가장 먼저 받은 사람이었습니다
그는 수학을 전공한 사람이였고 일반 상대성 이론의 수식들도 이해할수 있었기 때문에 일반상대성이론의 강력한 지지자가 되었지만 영국 과학계는 일반상대성이론을 받아들이는데 적대적이었습니다
그들에게 뉴턴의 이론은 “많은 도전자들에게 도전받는데 익숙하였고, 200년이 넘게 그 도전들을 이겨내고 실패한 적이 없는” 이론이었기 때문이죠
결국 에딩턴은 1919년 5월29일의 일식 관측팀을 꾸렸습니다
프랭크 왓슨 다이슨과 아서 에딩턴이 이끄는 관측팀은 아프리카 서부 해안의 프린시페섬으로 갔고 다른 원정대는 브라질로 향했음 우여곡절이 있었지만 에딩턴이 이끄는 관측팀은 개기일식이 일어나는 순간에 태양 주변 별들의 사진을 찍을 수 있었고 천문학적으로 유의미할 정도로 상태가 좋지는 않았지만 브라질로 간 관측팀도 사진을 확보했습니다
에딩턴은 개기일식 때 찍은 사진과 그 전에 태양이 없는 밤하늘에서 같은 지역을 찍어 둔 사진을 비교했는데 놀랍게도 일반상대성이론이 예측한 만큼 별들의 위치가 차이를 보였습니다
아인슈타인의 일반상대성이론이 별 관측으로 증명되는 순간이었죠
이 관측을 통해 일반상대성이론이 뉴턴의 중력법칙을 밀어내고 중력법칙의 새로운 패러다임이 되었고 아인슈타인은 한순간에 스타 과학자로 떠오르게 됩니다
“과학의 혁명 – 새로운 우주론이 뉴턴의 물리학을 전복시키다” -1919년 11월 7일 런던 타임스 표지 타이틀
