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EBS 다큐 프라임-빛의 물리학 2-일반상대성이론 2
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작성자 조기영
작성일 2013-10-27 (일) 16:25
분 류 물리
ㆍ추천: 0  ㆍ조회: 2368      
EBS 다큐 프라임-빛의 물리학 2-일반상대성이론 2
일반상대성이론에 대해서는 수많은 책들이 이론을 소개하고 우주론과의 관련성에 대해서
얘기하곤 하지만, 어떤 실험적 증거를 통해서 일반상대성이론이 받아들여지게 되었는가에 대해서는 상대적으로 소홀한 듯 합니다.
일반상대성이론을 관측과 실험을 통해서 검증해온 과정을 주제로 한 얼마 안 되는 책 중에
클리포드 윌의 "아인슈타인이 옳았는가?" 라는 책이 있습니다.

술술 읽어지는 책은 아닙니다만, 각각의  관측과 실험 과정을 상세하게 기술한 얼마 안 되는
자료 중 하나입니다.
아쉽게도 20년 전에 나온 책이라, 20년 간의 엄청난 발전들이 반영되지 못했네요.

미국 PBS의 Nova는 많이들 아실텐데요.
Nova의 홈페이지에  일반 상대성이론의 관측,실험적 증거들에 대해 정리된 페이지가
있네요


클리포드 윌 책은 19년 전에 재미있는 부분들만 골라봤던 거 같네요.
위의 페이지와 책 모두에 1970년대의 비행기 실험이 나왔을 겁니다.

이번에도 역시 과감하게도 , 지구 중력장에서  상대성이론의 시간 지연 효과를 
시험해보겠다는 건데요.
두 제트기에 원자 시계를 싣고 하나는 동쪽으로, 하나는 서쪽으로 비행하게 했습니다.
그러면 속도에 따라 특수상대성이론의 시간 지연 효과가 생기고요.
또 비행기가 높은 곳에서 날기 때문에 중력 감소에 의해 시계가 더 빠르게 가는
효과도 있을 것이라는 거지요.

그리고 원자 시계로 측정한 시간을 지상의 원자 시계가 측정한 시간과 비교해
특수상대성이론과 일반상대성이론을 함께 고려한  시간 지연 효과와 일치함을
확인했다는 건데요.

이런 실험을 2005년에 꽤나 극적인 방법으로 수행한 아저씨가 있었습니다.
이 사람은 상대성이론을 연구하는 물리학자가 아니고, 정밀한 시계를 수집하는 
취미를 가진 시계 마니아 정도 되는 사람인데요.
자기 집에다 원자 시계를 가져다 놓은 아저씨라는..

Physics Today라는 물리학 잡지에서  평지와  산에서 시간의 흐름이 얼마나 
달라지는지에 대한 글을 읽고는 , 원자 시계 하나는 집에 두고 다른 원자시계는
차에 싣고 가족과 함께 해발 1600 미터 정도 되는 산에 가서 이틀을 머무르며 놀다가
집에 돌아왔는데요. 그랬더니 두 시계가 22 나노초만큼 차이가 나더라는구요

아래 주소에는 자세한 이야기가 나와있습니다.
여행하는 동안 차가 움직이고 서고 산에 머무르고 그런 걸 상세하게 
기록했네요

높이에 따른 시간 지연 실험의 최고 기록은  몇년 전에  원자물리학자들이 한 실험일 듯
합니다.

작년 노벨 물리학 상 수상자 중 한명인 와인랜드와 BBC 절대 영도 에도 나오는 
레이저와 자기장을 이용한 냉각법으로  노벨 물리학상을 받은 스티븐 추 등이 
와인랜드의 특기인 이온 덫, 작년에 제가 영상도 올린 적 있는 이온 덫을 이용한
시계를 만들었습니다.  교류 전기장을 이용해 공중에 이온을 붙잡아 두는 장치가
이온 덫인데요.

두 개의 이온을 이용한 시계를 만들었더니 37억년에 일초 만큼의 오차가 나는
정밀도를 가지는 시계를 만들었다고 하네요.

이 시계를 가지고 무슨 실험을 했냐하면 시계 두개를 만들었는데, 하나는 다른 시계보다
33cm 높은 곳에서 작동하게 했더니 , 일반 상대성이론에 의한 시간 지연 효과가
생기더라는 거지요.
그런데, 그래프가 그리 깔끔해보이지는 않긴 한데...

아래 주소에 자세한 얘기가 나와있습니다.

여담으로...얼마전에 알게 된 것 중에  ,셜록으로 유명한 베네딕트 컴버배치가  2004년에 BBC
에서 만든, 스티븐 호킹의 대학원생 시절을 그린 드라마에 호킹 역으로 주연을 맡았다는
것이 있네요.   별로 안 닮은 거 같은데...





   
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