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14/09/16 16:34
일반상대성 이론에서는 중력을 공간왜곡으로 설명하는것 까지만 알고 있습니다. 그러나 그 이후는 전혀 모르겠습니다.
지난번 학과 세미나에 소립자 연구하시는 물리과 교수님이 오셔서 발표하던날이 떠오르네요. (물론 발표가 무슨내용인지는 기억이 나질 않습니다. 아니 사실 이해도 못했...) 중력자에 대한 언급이 있었던거 같긴 한데.... 사기꾼들과 열역학 법칙이라는 주제를 보니 며칠전에 본 재밌는 문구가 떠오르네요. "만약 당신이 어떤 법칙을 발견했는데 그게 열역학 법칙에 위배된다면, 100% 니가 틀린거니까 일찌감치 때려치워라"
14/09/16 17:38
혹은 0.0000001%의 확률로 그 사람이 맥스웰과 아인슈타인과 하이젠베르크를 합친 것 이상의 천재로, 물리학의 일대 변혁을 가져올 위대한 사람일 수도 있긴 합니다. 그렇다면 코로나의 문제에 대한 명쾌한 해석을 내놓으며 일약 전세계에서 추앙받는 사람이 되겠지요. 물론 대다수는 그저 99.9999999%의 멍청이일 텐데, 다들 자신만은 그 0.0000001%일 거라고 확신한다는 점이 참 곤란합니다.
14/09/16 17:05
두 양성자 사이에 작용하는 힘을 기준으로 합니다.
중력과 전자기력의 경우 양성자의 질량과 중력상수, 그리고 양성자의 전하와 진공상태에서의 유전률을 통해 각각 계산됩니다.
14/09/16 16:38
질문입니다.
1.아인슈타인이 중력을 공간의 휘어짐으로 설명하지 않았나요? 뉴턴 시대 때보다는 중력에 대한 이해가 깊어진것 같은데 아직도 다른 근본힘들보다 이해가 덜 되었나요? 2.중력파는 입증되었다고 하던데 중력자는 아직도 입증되지 않았나요? 3.중력의 힘세기와 전자기력의 힘세기를 비교하는 기준이 무엇인가요? 1kg의 중력과 1쿨롱의 전자기력을 비교하는 건가요? 4.아인슈타인의 이론에 따르면 중력이 전파되는 속도는 빛의 속도라 했으니, 아직 중력을 작용하지 못하는 엄청 먼 거리의 두 물체가 존재하는 것 아닌가요?
14/09/16 17:27
국문학도에게 이렇게 상세하게 물으시면 밑천 떨어진 게 금방 들통나는데.....
1. 넵. 맞습니다. 일반상대성 이론에 따르면 중력은 결국 가속도와 본질적으로 같고, 강한 중력은 공간(=시공간)을 휘게 합니다. 그러나 아직도 갈 길이 멉니다. 왜냐면 본문에 말한 것처럼, 아직도 '중력이 왜 생기는지' 아무도 모릅니다. 2. 정확하게는 우주복사에서 인플레이션 당시 원시 중력파의 흔적으로 추측되는 것을 발견한 것으로 알고 있습니다. 그런데 이론상 예측된 값과는 꽤 차이가 있어서 좀 더 연구해야 할 필요가 있다고 하더군요. 아울러 중력자는 입증되지 않았습니다. 심지어 힉스 입자마저 작년에 발견되었지만 중력자는 여전히 오리무중입니다. 3. 위에 참글님이 답변을 달아주셨네요. 고백하건대 저는 참글님 답변을 절반밖에 이해하지 못했습니다. 흐흐. 4. 특정한 두 물체가 서로 멀어지는 속도가 광속을 넘는다면 두 물체 사이에서 중력이 작용할 수 없겠죠. 그러나 역시 아인슈타인에 따르면 두 물체가 광속을 넘어서는 속도로 멀어질 수는 없습니다. 그러므로 여전히 둘 사이의 중력은 작용할 겁니다. 엄청 먼 거리...는 무한대를 넘어선 것이 아니므로 중력의 작용을 벗어나는 거리가 될 수 없고요.
14/09/16 17:35
네, 답변 감사합니다. 그런데 4번의 경우 '언젠가는 중력이 작용하겠지만 아직은 효과가 닿지 않은 경우'를 말씀드린 건데 이건 가능하지 않을까요? 휴대폰 배터리가 다 되어서 댓글은 이만..
14/09/16 17:41
네, 가능합니다. 실제로 빅 뱅 중에 일어났던 인플레이션은 빛의 속도보다 더 빠르게 팽창했죠. 10^−36초에서 10^−32초 사이에 부피가 10^78배 팽창했다고..
14/09/16 18:16
음... 그 경우는 '영원히 중력이 닿지 못할 경우'이고 제 얘기는 '언젠가는 중력이 닿겠지만 아직 시간이 충분히 흐르지 않아 중력이 닿지 못하는 경우' 같은데요. 제가 잘못 이해하는 건가요?
14/09/16 18:18
그 팽창이 영원하지는 않으니까요. 짧은 시간동안 확 일어난 팽창을 이후 빛이 따라잡는 형국입니다. 빛이 따라잡는다면 동시에 입자간 중력 상호작용도 일어날 수 있는거죠.
14/09/16 19:08
3번을.... 이해하기 쉽게 직접 숫자를 넣어보겠습니다.
질량이 각각 m, m'인 두 입자간 거리가 r일 때 중력의 크기 f는 다음과 같이 구할 수 있습니다. f = G * m* m' / r^2 ( G = 6.67 x 10^-11 N/m^2*kg^2 인 상수) 전하가 각각 q, q' 인 두 입자간 전자기력의 크기 F도 놀랍게도 비슷하게 생긴 식에서 구합니다. F = k * q * q' / r^2 ( k = 9 x 10^9 N/m^2*C^2 인 상수) 참글님 말대로 양성자 두 개를 1 m 떨어뜨려놓고 F와 f의 크기를 비교해보죠. 양성자의 질량 m = m' = 1.67 x 10^-27 kg 이고 전하 q = q' = 1.60 x 10^-19 입니다. 귀찮아서 대충 오더만 계산하면 (지수부터 차이가 커서 지수만 비교해도 됩니다) F/f = kqq'/Gmm' ~ (10^9 * 10^-38) / (10^-11 * 10^-54) = 10^35 즉 [양성자 간 전자기력 F 가 중력 f 의 대충 10^35배 정도 된다]는 엄청난 차이를 알 수 있죠.
14/09/16 20:24
저도 중력이 정말 신기하고 뭔지 궁금합니다.
근데 중력과 가속도는 본질적으로 같은 게 아니라 중력을 가속도로 우회해서 설명해도 된다 정도로 봐야 하지 않나요? 본질적으로 같다면 중력과 가속도는 같은 것이니 궁금할 것도 없을테니까요. 근데 중력도 중력이지만 저는 공간이라는 것이 더 궁금합니다. 대체 공간이 있어서 물질이 담길 수 있고 별도 행성도 그 안에서 움직이는건데 도무지 공간이라는 게 뭔지 아무리 생각해도 모르겠습니다. 공간이 무언지 물어도 속시원하게 답을 해 주는 사람도 없고요.
14/09/16 19:25
1번에 대해서도 추가 설명을 하자면....
아인슈타인의 중력에 대한 설명은 엄청 큰 스케일이라서 소립자 단위에서는 그 그림으로 설명하기 힘들어요. 그래서 도입하기 시작한게 양자중력입니다. 중력자를 이용한 설명이 이에 해당하죠. 중력자를 이용한 설명이 중력파와 뭐가 다르냐... 라고 물으신다면 중력을 제외한 나머지 힘들은 힘을 매개하는 입자가 있어서 그 입자를 주고받는 과정에서 힘이 생긴다고 이해하고 있습니다. 가령 전자 사이의 전자기력은 전자 간 광자의 교환을 통해서 일어난다는 설명인데요. 중력의 경우 그 입자를 중력자라고 이름을 붙여놓고 검출되기만 기다리고 있습니다. 중력파는 양자 중력과는 독립적인 개념으로, 시공간이 뒤틀리면서 생기는 일종의 방사선이라고 생각하시면 됩니다. 중력자나 중력파나 중력의 크기가 워낙 작아서 관찰이 힘듭니다. 그리고 얼마전 발견했다는 중력파의 경우는 중력파를 직접 관찰했다기보다는 중력파의 흔적을 발견한 거에요. 즉 중력파가 실존한다 라는 사실 말고는 아직 아는 것이 없습니다. 중력파 직접 측정에 대해서는 LIGO라는 키워드로 검색해보세요~
14/09/17 00:58
지난 번 학회에 가서 BICEP에 대한 톡을 들었는데 대충 들었더니 기억이 완전치는 않습니다만..
대충 중력파에 편광 패턴을 발견한 것은 맞다. 하지만 추가 보정 (대개 포어그라운드에서 생긴 패턴들을 제거하는)이 필요하다. 근데 이건 새로운 관측장비로 2016년쯤에 가능할 것 같다. 였었던 듯 하고요.. 현재 가장 기대하고 있는 것은 Advanced LIGO/Virgo 네트웍을 이용한 관측입니다. 아마 올해말에 오퍼레이팅을 시작할 것 같은데. 예측치로는 1년에 수십개 정도의 이벤트를 검출할 수 있을 것이라고 하는데요. 뭐 이건 뚜껑을 열어봐야...
14/09/16 17:34
아직 통일장 이론이 나오지 않았나요?...그 뭐 초끈이론인가 그놈이 통일장 이론의 후보라는 얘기도 있던 것 같던데...저에게 수학과 물리는 악마의 과목들이기 때문에...--;;;
14/09/16 17:42
그런데 왜 파인만은 <Lectures On Physics>에서 전자기력을 중력으로 나누면 10^42가 나온다고 했을까요? 그새 상수가 바뀌지는 않았을테고...
14/09/16 17:49
좀 찾아보니.... 상대적 세기에 대한 다른 이야기들이 있네요. 기준을 다르게 잡은 건지, 측정법이 다른 건지 어떤지는 잘 모르겠습니다. 심지어 약력이 중력보다 1,029배밖에 안 크다는 이야기까지 나와서 살짝 멘붕중입니다. 이건 아마 역자가 10^29를 1029로 착각해서 그렇게 적은 게 아닌가 싶긴 한데 말입니다.
14/09/16 18:19
측정의 정밀도가 바뀌었기 때문이 아닐까요.
파인만이 그 책을 쓸 당시의 최대 입자가속기는 139 MeV였는데, 요즘은 1 TeV를 상회하니..
14/09/16 18:57
비교 기준을 무엇으로 잡느냐에 따라 다릅니다.
아래 VinnyDaddy님처럼 기준을 전자의 질량과 전자의 전하량으로 해서 이 때 작용하는 중력과 전자기력을 비교하면 10^42배가 차이나고, 양성차의 질량과 양성자의 전하량(=전자의 전하량)으로 하면 10^36배 차이가 납니다. 양성자의 질량과 전자의 질량이 약 1800배 차이나기 때문에 그렇습니다.
14/09/16 18:49
전자기력과 중력의 세기를 비교해 한번 계산해 보기로 했습니다.
1m 떨어진 거리에 전자 두 개를 놓습니다. 이때 전자기력은 서로 멀어지는 방향으로 작용하고, 중력은 서로 당기는 방향으로 작용합니다. 쿨롱상수 Ke=8.987551787*10^9, 전자전하량 e=1.60217733*10^-19 두 전자 간의 전자기력은 2.30708*10^-28N입니다. 중력상수 G=6.67384*10^-11, 전자질량 m=9.1093897*10^-31 두 전자 간의 중력은 5.53802*10^-71N입니다. 이 조건에서는 전자기력이 중력에 비해 4.16589*10^42 배 강한 것이 맞습니다. 결론은 역시 우주의 진리는 42에...
14/09/16 19:12
참글님 말씀대로 전자와 양성자가 전하량은 같으면서 질량이 1800, 10^3배 차이나는게 수치 차이의 원인인것 같네요. 제곱하면 10^6이니까 10^42와 10^36의 차이네요.
14/09/17 01:14
중력파 얘기가 나와서 그냥 대충 발 한짝 걸치고 있는 처지라 좀 썰을 풀어보면...
일단 중력파는 아인슈타인이 뚝딱뚝딱 머리속에서 있을 것이다 라고 생각한게 처음이고 그게 일반상대성이론이나까 1910년대 중반이고요. 뭐 그 다음 반세기 동안은 그냥 기린같은 상상속의 존재였죠. 그러다가 Hulse & Taylor 가 펄사가 포함된 쌍성계를 발견하게 됩니다. 펄사가 뭐냐하면. 일단은 중성자별인데 대게 회전을 하고 있고 (자전) 자기장을 띄고 있어 자기장 축으로 강한 전자기파를 발생하는데 이 전자기파의 방향이 우연히 지구를 향하게 되면 아 있는구나 하고 아는 것이지요. (일반적인 광학 망원경으로는 관측이 되지 않습니다.) 쌍성은 말그대로 서로가 서로를 도는 (공전)하는 별들인데. 이 경우 펄사의 주기를 관측하면 공전주기를 계산할 수 있게 됩니다. 한 30여년간? 이 쌍성의 공전주기를 관측해보니 점점 주기가 빨라지는 것을 알게 되었지요. (Wiesberg & Taylor 2005) 서로 가까워진다는 말이에요. 그런데 이게 아인슈타인이 말한 중력파에 의한것하고 일치하네요? 그래서 중력파가 있긴 하구나... 천문학적인 돈을 때려박아 검출기를 짓고 있는 것이죠.. 중력파는 일반적으로 관측 (observation)이라고 하지 않고 검출 (detection)이라고 하는데요. 아 쓰다보니 지치네요. 나머지는 나중에 풀어 써볼게요.
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