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중력에 의한 공간의 휨
아인슈타인이 중력을 새롭게 생각한 것 중의 하나는 중력을 힘으로 간주하지 않고 공간의 굽어짐과 관련이 있음을 제안한 것이다.

 

 


일반적으로 그림 Ⅰ- 58과 같이 3차원 공간의 굽어짐을 쉽게 그릴 수가 없어서 보통 공간의 한 차원을 줄여서 2차원 평면으로 그린다. 2차원 평면의 굽어짐은 마치 평평한 고무 판 위에 무거운 쇠공을 올려 놓은 것과도 같다. 만일 공의 무게 때문에 고무 판은 아래로 처질 것이며 쇠공의 주위, 고무 판은 굽어지게 될 것이다. 아인슈타인은 이것을 물체 때문에 중력이 생기고, 그 중력으로 주위의 공간이 굽어진 것이라고 해석하였다.


빛의 휨
원래 빛은 중력의 영향을 받지 않으므로 직진하지만 일반 상대성 이론을 고려한 태양 주위의 시공간이 굽어지는 효과는 그 근방을 지나는 빛이 휘어지도록 하는 효과가 있다.

 

 

 

그 크기는 대략 1.75"로 아주 작지만 무거운 별 주위에서 중력에 의해 빛이 굽어진다는 사실은 이전의 빛의 성질과는 전혀 다른 것으로 과학자들의 사고에 큰 변화를 가져왔다. 그리고 이를 관측하기 위한 여러 시도가 있었으며, 영국의 과학자 에딩턴이 이를 관측하는 데 성공하여 아인슈타인을 도와주는 결과를 낳았다.
그림 Ⅰ-`60과 같이 태양이 있을 때 빛이 휘는 정도를 측정하려면 태양이 있을 때와 없을 때 별의 위치를 측정하여 비교하면 된다. 태양이 있을 때에는 태양 빛이 너무 밝기 때문에 별을 직접 관측하기 어려우므로 태양빛이 가려지는 일식 때에야 가능하다.
에딩턴도 개기 일식때 관측에 성공하여 일반 상대성 이론을 지지하게 되었다.

 

 

3. 중력 렌즈 현상
먼 곳에 있는 밝은 광원으로부터 빛이 지구에 도달할 때 중간에 무거운 천체가 있으면 빛은 휘어진다. 이것은 일반 상대성 이론에서 중력에 의해 시공간이 구부러지고 빛은 휘어지는 현상이며, 이것으로부터 여러 개의 상이 생긴다. 이것은 마치 렌즈에 의해 상이 만들어지는 것과 같은 원리이므로 이를 중력 렌즈 현상이라고 한다.

 

 


이 현상은 1924년 초월슨이 맨 먼저 언급하였으며, 아인슈타인과 계속 논의하였다. 1937년에는 쯔위키는 은하단이 중력 렌즈의 역할을 할 것이라고 하였다. 1979년이 되어서야“Twin QSO; SBS 0957+561”이라는 명칭을 가진 천체에서 중력효과가 처음으로 관측되었다.

그림 I-61은 중력 렌즈 현상을 설명하는 개요도이다. 중력 렌즈 역할을 하는 무거운 은하가 가운데 있으며, 광원 역할을 하는 밝은 별이 멀리 있다. 이 별에서 빛이 지구로 오다가 중간에 휘어져서 오게 된다. 별을 관측할 때에는 광선이 직진한 것으로보이기 때문에 광선을 연장하면 여러 개의 상이 보이게 된다. 그림 I-62는 실제로 중력 렌즈 현상을 촬영한 것인데, 여러 개의 상이 보인다.

 

 

중력 렌즈에 의한 상의 수는 광원과 렌즈 및 관측자의 위치에 따라 여러 개가 생기지만 만일 이들이 일직선에 존재하면 그림 I-63과 같이 완전히 원으로 이루어진 상이 생길 것이다. 이것을 아인슈타인의 원이라고 한다.

 

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댓글을 달아 주세요

  1. 이재경 2014.07.11 00:06

    어떤 수학적인 공식이 활용되었나요??????

    • Favicon of https://yjh-phys.tistory.com BlogIcon .JH. 신고">2014.07.11 19:08 신고

      질량이 M인 물체 주위를 중심으로부터 거리b 만큼 접근할 때 휘는 각도(θ) 다음과 같습니다.-EBS 탐스런물리1 참고
      θ=4GM/bc^2

  2. ㅇㅅㅇ 2015.01.09 04:42

    저 영상 어디서 볼수있나요??

    • Favicon of https://spacepass.tistory.com BlogIcon Research Point 신고">2015.01.13 02:41 신고

      유튜브 영상 아이디 MTY1Kje0yLg 입니다. 금칙어 지정이 되어 있어서 링크는 드리지 못하는데, watch?v= 뒤에 붙는 랜덤한 영어 조합을 MTY...로 바꿔 주시면 확인하실 수 있습니다.

      동영상 제목은 Gravity Visualized 입니다.