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16/02/13 00:39
중력파는 블랙홀 탐사에 도움을 줄겁니다. 만약 우주 끝자락의 블랙홀을 관측할 수 있다면 우주의 시작을 아는데 도움을 줄 수 있겠죠. 다만 아직은 관찰하는데 도움을 줄 수 있다... 정도입니다.
16/02/13 01:23
정확히 말하면 빅뱅 이후까지 설명할 수 있지 않을까 기대하고 있는 것입니다. 빅뱅 이후 수십만년 뒤의 정보는 우주배경복사 측정을 통해 어느 정도 얻을 수 있지만, 이전 시기의 정보는 얻을 수 없다는 한계가 있어 빅뱅 이후 초기 우주가 의문점으로 남아있었습니다. 하지만 이번 중력파를 확인함으로 인해 중력파 측정을 통한 그 이전 시기의 우주에 대한 정보를 얻을 수 있어 빅뱅 이후 초기 우주에 관한 새로운 이론을 수립할 수 있을 것이라 기대합니다.
16/02/13 10:05
전자기파 다시 말해서 빛은 불투명한 물체를 만나면 거기서 열로 바뀌어 사라집니다. 우리가 관측할 대상이 불투명하다면 무슨 수를 써도 그걸 볼 방법이 없습니다. 적외선 자외선 x ray 모두 전자기파입니다.
중성미자는 모든 것을 뚫고 가지만 측정이 너무 어렵습니다. 광산을 파서 증류수로 가득 채우면 열개 내외의 중성미자를 검출할 수 있습니다. (일본의 슈퍼 카미오간테) 중력은 물질을 뚫고 지나갑니다. 이론적으로 측정이 가능합니다. 정말로 빅뱅이후를 볼 정도로 선명한 상을 얻어내는 것이 가능할지는 지금으로선 미지수지만 연구비를 타내서 실험해봐야 알 수 있겠지요
16/02/13 00:39
와 취미로 물리책을 좀 읽은 수준에서는 이번엔 정말 어렵네요. 시공간의 왜곡이 빛의 속도로 전달된다는건 얼마만한 힘에서 나오는 것인지 상상조차 힘들군요.
특수상대성이론을 볼때마다 드는 생각은 대체 가속도정도만으로 만들 수 있는 중력을 이끌어내는 중력자는 왜 발견이 안되는 것일까 하는 생각..
16/02/13 00:50
중력파가 발생하는 경우는 블랙홀/중성자별/백색왜성이 포함되는 경우죠. 크크 그 자체로도 엄청난 것들이고..
중력자는 지금까지의 상황으로 봤을때 특징이 거의 없는 무색무취의 입자일거라고 예측한다더라고요. 특색이 없으면 더더욱 찾기 힘들 수 밖에... 저도 전공자가 아니라ㅠㅠ 죽는줄 알았습니다. 크크
16/02/13 00:55
질문있습니다.
[뉴턴 역학하에선 중력은 빛의 속도보다 빠르게 전달되므로...] 라고 본문에서 말씀하셨는데요. 뉴턴역학에서 중력이 빛보다 빠르다는 설명이 있었나요? 저의 지식으로는 뉴턴역학과 중력이 빛보다 빠르다 와는 관계가 없다고 생각됩니다. 혹시 제가 잘못 해한 부분 있으면 설명 부탁드립니다.
16/02/13 00:59
절대적인 공간개념이라 퍼지는 게 아니라 원래부터 그랬다 이런느낌이지요. 빛보다 빠른걸 뛰어넘어서요 아마 그런 의미 아닐까 싶습니다.
16/02/13 01:04
어엌.
제가 아는 내에서 설명 드리면 뉴턴에겐 중력이란 빈공간 사이를 뛰어넘어 작용하는 그 무언가였습니다. 따라서 뉴턴에겐 중력이라는 것은 무언가에 매여있지 않는 것이므로 서로에게 즉각적으로 전달되는 힘이었던 거죠. 중력파는 엄밀히 따져 중력을 전달하는 게 아닙니다. 시공간의 뒤틀림이 퍼지는것이죠.
16/02/13 02:03
아 설명 덕분에 이해했습니다.
뉴턴 역학에서는 개념상 중력의 전달 속도를 따질 수는 없다는 것이죠? 빛의 속도와 같이 설명해주셔서 중력에도 전달 되는 속도가 필요한 것인가라는 착각을 했었습니다. 추가적인 설명 감사합니다
16/02/13 01:25
원격으로 작용한다는 표현과 비슷하게 표현이 되어 있는걸로 알고 있습니다. 어느 논문이나 서적에서 나왔는지는 모르나, 정확하게 어떻게 전달되는지에 대해서는 고전역학에서 다루지 않았습니다.
16/02/13 10:13
뉴튼 방정식에 시간이 없기 때문에 힘의 전달 속도가 즉각적입니다. 라그랑지안으로 바꾸거나 해밀토니안으로 바꾸더라도 힘의 전달속도는 즉시더군요.
빛보다 빠른 중력이 상식과 어긋나지만 뉴튼 역학체계에서는 정말로 그렇습니다. 상식적으로 바꾸면 뉴튼역학에서는 빛보다 빠른 우주선이 금지되지 않는다로 바꾸어 말할 수 있습니다
16/02/13 01:03
제가 이번 발견에서 관심있게 본건 중력파를 검출한 레이져 간섭계였는데요..
그래도 전자전공이라 예전에 레이져 간섭계 실험한게 떠오르더라구요. 이런데에 쓰이는 구나~ 하는 생각했네요.
16/02/13 01:26
마이캘슨(Michelson)-몰리(Morley) 간섭계를 이용하여 특수상대성 이론도 발전하였고, 일반상대성 이론의 예측 결과인 중력파도 측정하였으니 엄청난 역할을 했죠!
16/02/13 01:04
드디어 중력파 설명해주시는 글이 올라왔군요
근데...... 한번 읽고 무슨 말인지 잘 모르겠어요...... 문송합니다
16/02/13 01:05
글이 올라오길 기다렸지만 여전히 알아먹지 못한다는것이...!! 내가 공대를 나오긴 한건가.....아....(한심...ㅠ.ㅠ)
지금까지 이해한 내용은 엄청난 천체끼리의 충돌이 있을 때는 보이지 않는 중력의 파동이 발생하고 이를 바탕으로 빅뱅이론이나 우주팽창 이런 연구에 먼가 도움을 받을수 있을 거라는건데.....시공간 왜곡은 뭥미?? 여전히 먼 말인지 모르겠습니다....ㅠ.ㅠ
16/02/13 01:12
요약.
1. 물질은 시공간을 휘게 한다. 2. 블랙홀 같은 경우 시공간의 뒤틀림을 파동처럼 전달한다. 3. 눈으로 볼 수 없는/전파로 관측하기 어려운 블랙홀을 관측가능하다... 정도일겁니다.
16/02/13 01:32
2. 블랙홀 뿐만 아니라 모든 질량을 가진 물체들의 운동 혹은 전자기장 등의 에너지 변화는 시공간의 뒤틀림(곡률변화)을 만들어 냅니다. 즉, 중력파의 소스는 질량(혹은 에너지)의 운동(혹은 변화)이라고 말할 수 있습니다.
3. 말씀하신 것 뿐만 아니라 우주배경복사 측정을 통해 얻은 정보보다 빅뱅에 더 가까운 (현재 시간으로 부터 더 오래된) 초기 우주에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 그로 인해 초기 우주에 관한 연구가 더욱 활발해질 것이라 여겨집니다. 그리고 별의 생성과정 및 별의 내부 구조에 관련된 물리학도 발전할 것이라 생각됩니다.
16/02/13 01:16
타임머신은 그 자체로 또 저정도의 머리터지는 일이 필요해서ㅠㅠ
다만 상대성이론에 따르면 '아마 그런건 안될걸' 정도라고 알고 있습니다.
16/02/13 01:24
'아몰랑 빛의 속도는 절대적이니깐 거기서 다 수정되야됭.' 이런 생각이 다 맞아떨어지고 있죠.
실험결과가 껴맞추기식아닐까 싶을정도로. 가끔가다 제한된 전제에서 생각을 하니깐 다 맞아떨어진다고 생각되기도 하고. 법칙을만들려면 전제를 깔아둬야하니깐 이라고생각되기도 하고. 정말 멋진 학문입니다. 물리학은 모든 만물을 형용할수있는 시에요.
16/02/13 10:39
물리수업을 듣다보면 항상 그러더라고요. 물리학자들은 실험결과를보고 실제인식과 실험결과에 이상한 괴리가있다면 그걸 토대도 물리법칙을 가정해서 끼워맞추는거라고..
많은 물리법칙들이 그런식으로 예측되었다고하니 정말 대단하다는 생각밖에 안듭니다 크크
16/02/13 15:01
과학이 대체로 그렇다고 생각하지만 사람들의 인식과는 달리 과학은 왜? 보다는 어떻게?에 집중하는 경향이 있는거 같아요. 크크
엄밀히 말해 아인슈타인도 뉴턴을 부정하진 않았죠. 논리적 헛점을 메운거에 가깝고..
16/02/13 01:27
두 관측설비가 멀리 떨어져있는건 그것들의 데이터를 조합하는게 아니라 더블체크를 하기 위해서라고 알고있습니다.
3000킬로정도의 거리로 중력파의 굴곡을 측정하는게 아니라요. 요컨대 측정설비의 원리는 레이저를 쏴서 90도 각으로 분리시킨후 같은 거리 4킬로미터를 달려서 다시 반사돼서 돌아와 원점에서 정확하게 만나야 되는데, 중력파의 영향으로 둘중 하나는 늘어나고 하나는 줄어들것이니, 원점에서 만날때 그야말로 미세하게 파가 겹치지않게 된다, 이때 간섭패턴이 나타나고 그걸 관측하는거다 라고 알고있구요. 이 관측 자체가 많은 노이즈의 영향을 받기 때문에(지각자체의 진동같은걸 포함해서) 멀리 떨어진 두곳에 설치하고 같은 값을 얻어내는가 보기위해서죠.
16/02/13 01:38
심지어 사보타지팀이 있어서 관측팀 몰래 방해공작을 해왔다고 하더군요. 관측팀은 만세를 부르며 관측결과를 발표하려고 했고 그때 사보타지팀이 그거 우리가 한거임 이랬다고. 그만큼 신중하게 모든 노이즈 가능성을 걸러내고 거의 100% 확신하고 이번에 발표한거죠.
16/02/13 01:39
또한 멀리 떨어진 위치에 설치하는 것은 중력파 소스의 위치를 특정하기 위함도 있습니다.
중력파 시그널 자체는 어디서 오는지 모르지만 각기 다른 위치에 도달하는 시간차이를 측정하면 대략적인 위치를 알 수 있죠.
16/02/13 01:33
뭔소린진 모르겠는데 글이 재밌어서 추천합니다.. 아인슈타인은 빅픽쳐를 백년전에 머릿속에서 그린사람이고 피지알은 변기통이다 뭐 이정도 이해했는데 맞나요?
16/02/13 01:38
갑자기 초록제출마감이 미뤄진 관계로..
중력파는 본문에서 설명된 대로 아인슈타인이 일반상대성 이론을 제시하면서 이런게 있지 않을까 했는데 직접관측은 지금까지 없었고요. 펄사(자기축을 따라 강한 싱크로트론 방출을 하는) 쌍성계의 하나인 1913+16의 궤도주기가 일반상대성 이론과 정확하게 일치하여 줄어드는 것이 발견되어 간접적으로나마 확인됩니다. 이것으로 Hulse & Taylor는 노벨상을 받지요. 중력파의 소스로 이번에 발견된 항성질량블랙홀 (일반적으로 항성질량 블랙홀들은 별이 생성되고 죽어서 생긴 애들로 아직 그 기원이 확실하지 않은 거대질량 블랙홀과 구분됩니다.) 쌍성의 충돌은 많은 과학자들이 제일 먼저 발견되지 않을까 하고 생각하던 대상입니다. 이 외의 대상들은 은하 병합과정에서 생기는 거대질량블랙홀 쌍성의 충돌, 초신성 폭발과 같은 급격한 질량 변화에 의한 중력파, 우주 생성 초기단계의 인플레이션에 의한 중력파 (최근 BICEP2 프로젝트가 원시 중력파를 발견했다고 해서 큰 파장이 있었는데요. 분석 오류? 라고 결론이 나는것 같더군요)가 있습니다. 이들 중에서 왜 항성질량 블랙홀들의 쌍성이 가장 가능성이 있는 대상이었냐 하면요. 중력파 검출 과정을 이해해야 하는데 먼저 말씀하신대로 L자형 레이저 간섭계를 설치해서 두 팔을 왕복하는 레이저 빛의 위상차이를 기록하게 됩니다. 이 데이터는 지구나 로컬한 진동, 자체 열에 의한 노이즈 등등 많은 노이즈에 오염되어 있는데요. 이를 줄이기 위한 노력들이 현재까지의 중력파 검출기의 발전이었고요. 그래도 중력파 신호가 바로 눈에 보이는 것은 아니고 미리 컴퓨터 시뮬레이션 등을 통해 얻어진 파형을 계속 대조하여 찾게 됩니다. 열쇠 구멍이 있으면 열쇠를 계속 바꿔가면서 맞는 열쇠를 찾는 거지요. 때문에 중력파의 파형이 비교적 간단한 블랙홀 쌍성의 충돌이 제일 먼저 발견되게 됩니다. 그런데 지구에서는 지구 진동이나 열 노이즈 등으로 인해서 검출할 수 있는 최적의 중력파 주파수의 한계가 있습니다. 때문에 신호의 강도는 세지만 주파수가 낮은 거대질량 블랙홀들의 충돌은 검출할 수가 없고 이를 위해 우주 중력파 검출기(LISA)가 30년대 발사를 예정으로 계획중에 있습니다. LISA와 거대질량 블랙홀 충돌의 관측은 우주론적으로도 매우 중요한데요. 현재 우리는 우주가 빅뱅으로 한점에서 팽창할 때 생긴 미세한 밀도차이가 지금의 은하와 거대 구조를 만들었다고 이해하고 있습니다. 이 은하들이 병합하여 은하단같은 구조를 형성했다고 할 때 필연적으로 거대블랙홀 쌍성이 생겨날 것이고 현재 병합이 끝난 하나의 은하 내에도 쌍성이 존재할 것이라고 믿고 있습니다. 때문에 이를 확인하고 잘량 분포등을 알아낸다면 우주 진화의 비밀을 알 수 있지 않을까 하는 기대를 많은 학자들이 하고 있죠.
16/02/13 02:01
와우! 엄청 잘 정리해주셨네요~ 감사합니다.
조금만 보태보자면 중력파 신호를 분석하는 것에는 많은 데이터 분석 방법이 쓰이는 것으로 알고 있습니다. 마남님께서 말씀하신대로 노이즈와 신호를 구분하는 것이 엄청 어려운 일인데, 그런 과정을 Machine Learning Algorithm을 이용해 학습시킨 프로그램을 통해 데이터를 분석하여 신뢰도를 높이는 것으로 알고 있습니다. Genetic Algorithm이나 Neural Network 등을 활용한 방법 등을 적용하여 한국 연구원들이 많이 참여하였습니다.
16/02/13 02:22
정확한 내용은 아니지만 제가 아는 범위내에서 말씀드리자면, 일단 이론적으로 상대성이론이 매우 정확한 계산결과를 내고 있기 때문에(GPS, 수성의 근일점 변화, 중력 렌즈 등) 수많은 모델에 대한 계산을 미리하여 시뮬레이션 파형을 만들 수 있습니다. 그리고 측정하려는 중력파 시그널 범위 이상 세기의 노이즈는 손쉽게 데이터를 구축할 수 있어 학습이 용이합니다. 그렇게 한 뒤 중점적으로 봐야하는 세기의 시그널들에 집중하여 비교하기 때문에 분석 속도 및 신뢰도 면에서 꽤나 좋은 결과가 나왔다고 논문 및 지피셜을 통해 알게되었습니다. 디테일한 부분은 저도 잘은 알지 못합니다만, 큰 흐름은 맞을 겁니다. 그리고 GA나 NN을 활용할 경우, 동일한 데이터를 가지고도 임의의 복제, 변형, 돌연변이 형태의 변화를 통해 학습이 가능하다고 하더라구요. 사람의 유전 및 사람 뇌의 판단 프로세스 등을 참고하여 만든 algoritm이라 MLA에서 많이 쓰이고 있다고 합니다. 구글에서 나온 바둑하는 로봇도 아마 GA나 NN 을 활용하여 학습하는 것이 아닐까 싶은데 정확한건 모르겠네요.
쉽게 말하자면 노이즈를 구분해내는 학습을 먼저하고, 이론적인 데이터들과 비교하여 파형을 찾는다가 제가 알고 있는 내용입니다.
16/02/13 12:17
오 궁금하던 내용인데 알려주셔서 감사합니다!!
기존의 학습방식이 무엇인지도 궁금해지네오. 단순히 NN을 추가적용했는지 GA 등의 방식과의 결합인지 찾아봐야겠습니다. 감사합니다.
16/02/13 12:35
GA는 너무나 느려서 잘 안쓰인다고 알고있고, 기존의 방식은 몬테카를로 학습법-체스를 정복했다고 하던 그 알고리즘-입니다. 기존의 방식은 임의의 난수를 생성하여 모든 경우의 수를 계산해 보고 이를 통해 가장 좋은 수를 두었다면, 알파고는 NN을 활용하여 승리가능 한 수만 골라내어 경우의 수를 계산해보고 그 중 가장 좋은 수를 착수합니다.
16/02/13 16:49
그렇군요. 저는 최근(이라고 쓰고 2년전쯤) GA와 NN을 결합하여 로데이터 분석에 적용하려는 시도를 봐서 두가지 방법의 결합이 꽤 괜찮은 시너지를 내는 것이 아닌가 했는데... GA는 단점이 있었군요. 새로운 것을 배워갑니다.
16/02/13 01:42
여기에 낑겨서 질문할 게 있어요.
1)특수상대론의 '빛의 속도는 항상 일정하다'라는 전제는 맥스웰 방정식에서 나왔다고 알고 있는데, 맞나요? 2)그럼 맥스웰 방정식은 관성좌표계의 관찰자 시점에서만 성립되는 법칙인가요? 3)맥스웰 방정식은 어느 정도 범위까지 효력이 있는 법칙인지요?
16/02/13 01:49
맥스웰 방정식 자체는 고전 전자기학의 완성인 동시에 현대 물리학의 시조새격이라고 보시면 될거 같습니다. 이 맥스웰 방정식을 통해 좌표 변환을 시키는 방식이 로렌츠 변환입니다.
이 로렌츠 변환이 광속 불변의 관성 좌표계를 기준으로 잡고 여기서 상대성이론이 발생했으니 맥스웰 방정식으로부터 나온셈이죠. 이 이상으로는 저도..ㅠㅠ
16/02/13 01:56
1) 뉴턴역학은 Galilean transformation에 대해 불변이지만, 전자기학은 Galilean transformation에 대해 불변이 아니라는 사실에 대해 로렌츠, 아인슈타인 등 여러 물리학자, 수학자들이 생각하였고 그것을 해결하게 위해 만들어진 변환이 Lorentz transformation입니다. 그리고 그 Lorentz transformation에 대하여 불변인 운동역학이 특수상대성이론입니다. 따라서 맥스웰 방정식은 특수상대성 이론에 포함되며, 특수상대성 이론은 빛의 속도가 일정하다는 가정하에서 성립하는 학문입니다.
맥스웰 방정식에서 유도된 파동방정식은 진공에서 전기장과 자기장이 서로를 유도하며 특정 속도로 전파된다는 것을 의미하는 것 뿐입니다. 2) 관성좌표계라는 것을 어떻게 정의하느냐가 중요합니다. 맥스웰 방정식은 시공간(spacetime) 좌표계 중 공간 내에서 등속 운동하는 좌표계에서만 성립하고, 그 좌표계는 Lorentz transforamtion과 동일하게 변환합니다. 앞의 내용을 만족하는 시공간 좌표계를 특수상대성 이론을 만족하는 관성좌표계라 말합니다. 3) 맥스웰 방정식은 앞서 말씀드린대로 특수상대성 이론이 커버하는 범위에서 무조건 만족하는 방정식이고, 중력이 작용하는 또는 flat하지 않은 spacetime에서는 만족하지 않고 변화합니다.
16/02/13 02:02
감사합니다. 쪽지도 확인해주세요.
그럼 일반상대론이 적용되는 general한 범위에서 성립하는 수정된 맥스웰 방정식도 확립되어 있나요?
16/02/13 02:27
어느 정도 정리되어 있는 것으로 알고 있는데, 어느 책에서 다루는지는 잘 모르겠네요. 아인슈타인 장방정식에 흡수시켜서 표현한 책이 있었던 것 같은데... 잘 기억이 안나네요. Landau - The Classical Theory of Fields, Fourth Edition: Volume 2 (Course of Theoretical Physics Series)에 있을 것 같기도 한데 정확한 것을 잘 모르겠습니다. 혹시라도 생각나면 쪽지 드리겠습니다.
16/02/13 02:45
일단 롤 한게임하고 온 제가 매우 한심해지는 본문과 댓글이로군요..ㅠ
우주는 잘 모르겠고 우주류 검술 마이 한겜 하고 오겠습니다.
16/02/13 08:16
대략 난이도만 따진다면
1000km쯤 떨어진곳에서의 고래한쌍의 짝짓기를, 심해에서 물이 일렁이는걸 관측해서 알아내는 정도라 보면 될까요?
16/02/13 09:25
진폭이 최대 10의 -21제곱이라네요. 1광년 기준으로 머리카락 굵기 정도로 시공간이 변한다고....
쉽게 말해 길이가 뒤틀립니다. 시공간 자체가 뒤틀리는 거니 시공간 상에 위치한 것들이 뒤틀리면서 길이가 변하거나 합니다. 그래서 검출한 장비 자체가 레이저를 4km 통로에서 반사시키는 장비라고 알고 있습니다. 길이가 변하면 시간이 달라지니까 그걸 바탕으로 중력파를 감지하는것이라고 알고 있습니다.
16/02/13 08:54
중력파와 중력자는 다른 것이죠?
중력자는 중력을 매개하는 입자로 일종의 보존인 것으로 알고 있습니다. 중력파는 중력에 변화가 있을 때 그 변화가 물결처럼 진동하며 퍼지는 현상을 말하는 것 같은데.... 물알못이 듣기에 두가지는 다른 것으로 보이네요. 중력자의 검출도 가능 한지 궁굼합니다.
16/02/13 09:17
다른겁니다. 보통 파동이 힘을 전달하는 방법 중 하나로 사용되긴 합니다만 중력파는 시공간의 뒤틀림이 퍼져나가는거라 중력의 전달과 상관이 없다는게 중론으로 알고 있습니다. 중력자는 아직 검출까진 한참 먼걸로 알고 있구요. 애초에 초끈이론으로는 중력자가 설명되는데 초끈이론 자체가 물리학을 수학만으로 접근한거라 실험 증거가 없습니다.ㅡ.ㅡ
16/02/13 09:49
같은 것에 대한 다른 설명방식이라고 해야할 겁니다.
중력의 전달을 중력파로 설명하는게 고전적 방식인데 반해서 중력자의 교환으로 보는게 양자이론적 접근입니다. 두 방식은 서로 모순되지 않습니다 그런데 중력자발견은 난이도가 중력파보다 월등히 높을겁니다.
16/02/13 12:15
같은 것에 대한 다른 설명방식이라는 것에는 동의하나 두 이론이 서로 모순되지 않는 다는 내용에는 동의하기기 힘드네요.
끈이론(String theory)나 양자중력이론(Quantum gravity)에서 중력자의 존재를 예견하고 있지만 이는 단순히 수학적인 모델일 뿐 이론이라고 말할 정도의 실제 현상과의 매칭되는 계산 결과를 내놓은 것이 없습니다. 실제로 중력을 양자화하는 모델들은 아직까지 대다수의 물리학자들이 성공이라고 보지 않죠. String은 수학적으로 아름다운 모델이지만 실험결과에 대한 계산이 맞는 것은 하나도 없고요. 아직까지는 기존의 통일장이론(Unified field theory)의 표준모형(Strandard Model)에 끼워맞춘 모델일 뿐이라고 생각합니다. 즉, 중력자의 존재에 대해서 언급하는 것은 중력을 양자화하는 이론이 물리학계에서 보편적으로 인정받고 기존의 현상들을 설명할 수 있는 수준에 도달하는 때에 필요하다고 생각합니다.
16/02/13 14:24
전자기력은 광자를 통해 약력은 W보존과 Z보존을 통해 강력은 8종류의 글루온을 통해 매개됩니다.
실험적으로 광자는 매일 매순간마다 보고있고, W 보존과 Z 보존은 검출되었고 글루온은 잘 모르겠습니다.
16/02/13 16:26
신의와 배신님 말씀대로 광자(Photon), W보존(W-boson), Z보존(Z-boson)은 발견되었고 글루온(Gluon)의 경우는 질량 등을 계산하여 예상 가능하지만 그 입자 자체를 독립적으로 측정하지는 못한 것으로 알고 있습니다.
16/02/13 14:17
다른 3가지 힘에 비해 중력은 매개입자 이용한 설명 방식이 호환된다고 말하기에는 난점이 있음은 잘 알고 있습니다.
그런데 중력에만 중력자가 없다고 말한다면 그건 더 이상할 겁니다. 초끈 이론이건 루프양자중력이론이건 중력자 자체를 부정하지는 않는 것으로 알고 있습니다. 중력자가 존재하지 않는다면 중력은 무한소에서 발산해버리는 힘이 되어버려서 우주가 모순 그 자체가 되어버릴텐데, 전 우주가 모순이라고까지는 보지 않거든요.
16/02/13 16:34
말씀하신대로 초끈이나 양자중력이론에서 스핀 2인 입자의 존재를 수학적으로 예상하고 있습니다만, 그 이론들이 실제 현상을 설명하느냐에 대해 부정적인 의견이 많습니다. 그렇기 때문에 아직까지는 중력자의 존재를 언급하는 것 자체가 시기상조랄까요?
물론 현재까지 물리학의 발전 방향으로 보아 중력자라는 것이 존재할 것이라 여겨지지만 중력의 양자화 성공 실패에 따라 사라질 수도 있는 개념이기 때문에 중력파가 발견되었다고 중력자가 있을 것이라고 언급하는 것은 위험하다고 생각합니다.
16/02/13 18:45
중력자의 발견과는 무관하게 이론 자체에 대한 검증이 필요하다는 의견이였습니다. 제가 말을 조금 이상하게 해바린 것 같네요.
일반상대성이론이나 양자장론(QFT)의 경우에는 다른 실험 결과들을 매우 잘 설명하기 때문에 인정을 받고 있죠. 하지만 초끈이나 양자중력의 경우는 실제 실험 결과들을 제대로 설명한 예가 아직 하나도 없습니다. 이게 일반상대성이론이나 양자장론과는 다른 점이죠. 그렇기 때문에 이론에 대한 검증을 거치고 확신이 드는 상황에서 중력자에 대해서 언급하여도 늦지 않다는 의미였습니다. 제가 전공했던 분야고 연구 집단에 잠시나마 소속되었었던 입장이라 보다 정확한 내용을 전달하고 싶어서 자꾸 태클을 걸게 되었네요. 죄송합니다.
16/02/13 09:20
1. 힘의 전달방식
우주의 힘은 궁극적으로 4가지입니다. 중력 전자기력 강한핵력 약한핵력입니다 앞의 두가지가 원거리힘이고 뒤의 두가지가 원자반경에서만 유효한 근거리힘입니다. 근거리힘은 힘의 입자의 교환으로 힘이 전달됩니다. 유카와 히데키의 중간자론에서 출발해서 강력은 글루온 약력은 W보존의 교환으로 힘이 전달됨이 밝혀졌습니다. 원거리힘의 전달방식을 설명하는 두가지이론이 있습니다. 첫째로 힘의 입자의 교환으로 보는 입장이 있습니다. 중력은 중력자 전자기력은 광자의 교환으로 전달됩니다. 둘째로 힘의 근원 -> 공간의 변이 -> 힘이 작용되는 물질 의 방식으로 간접적으로 전달된다고 보는 입장이 있습니다. 변이된 공간을 힘이 뛰노는 공간 즉 장(field)이라고 부릅니다. 장이론이라고 합니다. 두 설명방식은 서로 모순되지 않습니다. 힘의 입자는 보존(boson)인데, 일반 입자(fermion)와 다른 특성을 보이기 때문입니다. 단거리힘은 힘입자 교환으로 원거리힘은 장이론으로 설명되는 것이 편리할 뿐입니다. 2. 원거리힘에 대하여 원거리힘(action at a distance)은 마법과도 같습니다. 물질의 접촉없이도 힘이 전달되니까요(힘의 입자 이론은 접촉이 필요하다고 하는데, 가상입자가 반드시 필요해서 깊이 들어가면 판타지 소설이 더 그럴듯해보입니다) 잠깐 끊고 댓글로 계속 하겠습니다.
16/02/13 09:46
2-1. 전자기력
패러데이는 전자기력을 설명하기 위해 장이론을 고안합니다. 공간의 변이가 있어야 힘의 전달이 가능하다는 이론입니다. 이걸 설명하기 위한 실험이 초등학교 교과서에서도 나오는 자력선 실험입니다. 자석근처에서 공간의 변이가 있음을 보여주는 것이지요. 전기발전을 어떻게 할까요? 수력이든 화력이든 원자력이든 결국 전기선으로 둘러쌓은 공간에서 힘껏 자석을 흔들어주는 방식으로 합니다. 장이론은 괴이하지만 실제로 작동합니다. 2-2 중력 맥스웰은 패러데이의 이론을 수학화했습니다. 맥스웰의 장방정식이라고 부릅니다. 쿠올롱의 이론에서 전기력은 즉각 전달되지만 패러데이와 맥스웰의 이론에서 전기력은 빛의 속도로 전달됩니다. 공간의 변이가 없다면 힘은 전달되지 않기 때문입니다. 아인슈타인은 이 아이디어를 중력에도 적용합니다(아인슈타인의 방에 패러데이와 맥스웰의 사진이 늘 붙여져있던 이유입니다) 중력의 근원 -> 공간의 변이 -> 중력을 받는 물질 의 방식으로 중력이 전달되는 것입니다. 3. 중력파 전자기력은 아주 강력한 힘입니다. 힘의 근원이 되는 전자가 움직이거나 자석이 움직이면 그 영향은 근처 공간에 전달됩니다. 공간이 바뀌게 됩니다. 쇠가루가 가득한 곳에서 자석을 움직이면 쇠가루가 재정렬되고 옷에 문질러 대전된 책받침을 움직이면 머리카락이 뻗쳤다가 가라앉습니다. 송전선에 문제가 생기면 집안의 불빛이 약해졌다가 강해지곤 합니다. 우리는 매일 전자기파를 경험합니다. 만일 중력의 전달방식이 전자기력과 동일하게 장이론을 따른다면 당연히 중력의 파동을 느낄 수 있어야합니다. 그런데 중력은 매우 약한힘입니다. 중력의 파동을 느끼려면 힘의 근원에서 엄청난 질량이 이동하고 가까와야합니다. 아니면 아주 섬세한 감지기가 있어야겠지요. 대규모의 질량변화는 오직 우주적 사건에서만 벌어집니다. 초신성폭발 은하의 충돌 등이 그것입니다. 태양 100만개의 질량(쓰고 나니까 너무 뻥이 심했네요 ^^ 매우 큰 질량이란 뜻입니다)을 가진 물질이 순식간에 태양계의 거리를 이동하는 정도의 사건이라야 중력파를 측정할 수 있습니디. 이번에 측정한 블랙홀의 충돌도 대규모의 질량이 이동하는 우주적 사건입니다. 자세하게 설명하려니까 지루하기만 한 이야기가 되어버린 것 같네요.
16/02/13 12:00
공간의 변이=기하학적 변이 인가요?
일반상대론은 중력장의 문제를 굽은 시공간의 문제로 생각했는데, 전자기력은 그 전자기장의 문제를 기하학적으로 생각하는 데에 "아직까지는" 실패했다고 알고 있습니다. 신의와배신님께서는, 전자기장의 문제도 언젠가는 기하학적 문제로 생각할 수 있다고 생각하시나요?
16/02/13 14:32
그저 전자기력과 중력은 작동방식이 다를뿐입니다. 전자기력도 기하학적인 힘입니다. 전자기력에 민감한 철가루를 뿌리면 자동적으로 그려집니다. 실패할 이유가 없지요. 눈앞에 힘의 선이 저절로 그려집니다. 중력이 점과 점사이의 거리를 바꾸기 때문에 기괴해보이고 이해가 안되니까 열심히 그려댈 뿐입니다
16/02/13 14:46
음... 저도 전기쟁이라 전기력선이 그려지는 건 알겠는데, 중력처럼 "사실은 직선운동인데 공간이 굽어서 이렇게 휘게 운동하는 것으로 보이는거야"라는 설명은 실패했다고 알고 있습니다.
16/02/13 16:45
전자기력이 공간을 구부리는 힘이 아니라는 말은 상당히 위험한 발언입니다. 일반상대성 이론에 의하면 시공간의 곡률은 질량 뿐만 아니라 에너지의 분포에 의해서 결정되는 것이기 때문에 전자기적인 에너지에 의한 시공간 곡률이 생길 수도 있다는 의견이 많습니다.
16/02/13 17:39
예 그렇지요
그런데 그 경우에도 공간을 구부리는건 일반상대성이론의 장방정식이지 맥스웰의 장방정식이 아닙니다. 맥스웰의 장방정식에 의해 공간이 구부러지지는 않습니다. 전기적으로 중성인 물체나 공간은 전자기장에 의해 영향을 받지 않습니다.
16/02/13 17:55
맥스웰 방정식은 특수상대성이론에서만 성립하는, 즉, flat spacetime에서의 전자기 현상을 표현하는 식일 뿐입니다.
일반상대성이론에서는 임의의 변환(Arbitrary transformation)에 대해 형태가 불변(invariant)하는 물리법칙이 아인슈타인 장방정식이구요. 장방정식에서 에너지-스트레스 텐서(Energy-stress tensor)에는 어떤 에너지도 포함될 수 있습니다. 전자기적인 에너지도 시공간의 곡률을 만들어 낼 수 있습니다. 전하를 띄지 않은 회전하는 구대칭의 천제에 관한 해인 Kerr metric과 전하를 띄는 회전하는 구대칭의 천체에 관한 해인 Kerr-Newman metric이 다르다는 것을 보면 전자기적인 에너지가 시공간의 곡률을 만들어낼 수 있다는 의견이 더 논리적으로 타당합니다.
16/02/13 12:21
점멸은 양자전송(Quantum Teleportation) 개념과 더 유사할 것 입니다. 현재 실험으로도 성공을 했고요. 하지만 수많은 입자로 구성된 물질을 전송하는 것은 불가능합니다.
16/02/13 14:47
애초에 차원 분광기가 물질의 정보을 저장해서 재구성한다는 설정으로 알고있는데 이게 순간이동을 연구하는 학자들이 다루고 있는 소재기도 합니다. 물체를 원자단위로 분해해서 이걸 먼 곳에서 재구성한다면 빛의 속도에 근접한 상태로 물체를 옮길 수 있으니까요.
16/02/13 12:41
중알못 한명 더 추가요
중력장(field) 과 이번에 관측된 중력파(wave)는 정확하게 어떤 차이고, 어떤 역할을 하는 것인가요? 어떤 질량을 갖는 물체가 시공간에 위치할 때 그 물체를 중심으로 중력장이 형성되는것은 알겠는데, 서로 다른 물체끼리 중력장이 겹치면 중력파 같은게 발생하는 것인가요? @.@ 아 모르겠당..
16/02/13 14:38
질량을 가진 물체는 모두 중력장을 형성합니다. 큰 질량을 가진 물체가 이동하면 중력장도 따라서 바뀝니다. 이런 중력장변화가 중력파입니다.
해피바스님이 걷거나 뛰면 주먹을 휘두르면 음식을 먹으면 질량의 이동이 있으니까 언제나 중력파가 발생합니다. 측정을 하는건 파동의 세기가 너무 약해 어렵지만 말이죠.
16/02/13 19:45
답변감사드립니다. 파동(wave)의 성질에 대해서 기초물리시간에는 파동의 위상과 위상이 겹치면 증폭되거나 상쇄되는 성질을 배웠었습니다.
수면에 돌을 두개 던졌을때 파동이 서로 겹쳐서 커지는 것도 있고 상쇄되어 작아지는 것이 있었듯이요 중력파 역시 방향성을 갖는 벡터의 한 종류라면 마찬가지 블랙홀과 블랙홀의 충돌시에 중력파가 증폭되거나 상쇄되는 성질이 있는지요? 또 이 때 증폭된 중력파의 속도는 빛의 속도에 가까워 질 수 있는것인가요?
16/02/13 14:44
전자기파로 예를 들면 전하를 띈 물체는 전자기장을 형성합니다. 그런데 전하가 이동하면 전자기장이 변하면서 전자기파가 생기죠. 동일하게 질량을 가진 물체는 중력장을 생성합니다. 그런데 이런 질량이 있는 물체가 움직이면 중력장이 생기는 거죠.
16/02/13 18:08
음... 분위기를 보아하니, 이참에 중력파 돌침대를 만들어 팔면 대박날거 같다는 생각이 딱 듭니다.
왜냐면, 돌침대에서 중력파가 발생하고 있지 않다는걸 증명하긴 힘들어도, 발생하고 있다고 우기는건 쉬워보이거든요. 크크크... "이 돌침대는 일반 돌침대보다 2배의 중력파를 발생시키는 물질을 포함시켜 효과가 탁월합니다1" "인체에 유해한 온갖 우주의 파장을 중화시키는 놀라운 중력파의 힘! 직접 경험해보시죠!"
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