안녕 나는 관련전공 대학원 개드리퍼인데 중력파 이슈가 뜨길래 관심있을것 같은 개드리퍼들을 위해 간단히 썰을 풀어보려해

우선 중력파를 관측한 LIGO라는 시설은 이렇게 생겼어

LIGO는  The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, 즉 레이저 간섭 중력파 검출기의 약자인데 레이저간섭계가 뭐고 중력파랑 무슨상관이 있는지 알아보자

 아무리 문과라도 다들 그래프 X ,Y축 정도는 그려봤을거야.  간단하게 설명하면 LIGO는 저렇게 수직한 두 방향으로 레이저를 쐈다가 돌아오게 한다음 각각의 레이저를 합쳐(간섭)

그리고 합쳐진 레이저의 특성이 어떻게 변하는지를 분석하는데 여기서 중요한 것은 것은 바로  " 레이저가 이동한 거리의 변화" 를 측정하는거야.

보다시피 레이저가 갔다가 돌아오는 거리는 당연히 언제나 동일해야 할 것 같지만 만약 레이저가 출발한 지점부터 도착지점까지 공간의 크기가 변한다면 어떻게될까?

공간이 늘어난다면 레이저가 왕복하는 시간은 늘어나고, 공간이 줄어든다면 레이저가 왕복하는 시간은 줄어들게 될거야. 당연하지? 서울에서 대전까지와 서울에서 부산까지 왕복하는

시간이 다르듯이 말야.

이런 기본원리로 인해서, 중력파가 저 레이저가 지나가는 공간을 파동의 형태로 지나가게 된다면, 주기적으로 저 공간의 길이가 늘어들었다가 줄어들것이라고 생각한 것이

바로 LIGO의 기본 원리라고 할 수 있어 그럼 왜 X, Y축처럼 수직으로했냐고? X,Y 축으로 각각 얼마나 공간의 크기가 변화되는지 검출하기 위해서 그런거지

그러니까 LIGO는 중력파로 인해 발생되는 공간의 크기변화를 검출하는 시설이다. 라고 이해하면 돼

그래도 아직 더 궁금한 개드리퍼가 있다면, 중력파의 발생원리와 정확히 어떤양들이 검출되는지 알아보자

우선 중력파에 의해 공간이 늘어났다가 줄어들었다 한다는건 이해했다면,  중력파의 주파수에 대해 이해해보자

중학교때 주파수에 대해 들어봤을거야

1Hz 라는것은 1초동안 1번 진동한다는거지. 만약 중력파로인해 공간이 최대로 늘어났다가 최대로 감소했다가 다시 최대가 되는데 1초가 걸렸다면, 이 중력파의 주파수는 얼마일까?

그래  1Hz 가 될거야. 우주에는 다양한 중력파 발생원들이 있는데 

 잘 알듯이 태양도 중력파 발생원이지. 하지만 태양의 경우에는 중력이 크게 변할 일이 없어 파동이란 에너지의 변화가 있어야되는데 태양은 혼자 있으니 우리가 느끼는 중력이 일정하지

하지만, 쌍성같이 매우가까이 있는 천체들은 서로 주변을 돌변서 주변의 중력장이 크게 변해 

그리고 가까이있을수록 그 변하는 속도는어떨까? 서로 가까이 있으면 더 빨리돌지?  질량이 크고 서로 가까이 있는 천체일수록 중력파의 주파수도 강해져

앞에서 이야기 한 것처럼 일정한 거리를 왕복한 레이저를 분석해서 공간이 어떤 속도로 변하는지 분석 할 수 있게돼.

그런데 우주에는 정말 다양한 천체들이 많으니까 엄청나게 다양한 주파수의 중력파 들이 존재하겠지? 맞아 그래서 관측을 하면 엄청나게 다양한 주파수를 가진 중력파들이 검출돼

위 그림이 LIGO의 과거 관측결과들이야. 다양한 주파수의 신호들이 검출되는게 보일거야.

그럼 왜 이제서야 LIGO에서 중력파를 검출했다고 나오는걸까?

LIGO는 십년이상이나 진행된 프로젝트인데 가장어려운 점이 바로 " 레이저가 왕복한 길이의 변화가 중력파 때문이라는 걸 어떻게 아냐 새퀴야 " 라는거였어

왜냐하면 4Km 나 되는 거리를 왕복하면서 그 시설이 지구위에 있기때문에 길이의 변화가 지구의 지각운동이나 기기적인 오차때문에 충분히 발생 할 수 있기 때문이야.

실제로 그런 변화는 중력파로 인해 변하는 양보다 수백배 큰 양이기 때문에 문제가 되었던 거지 하지만, 수년간의 노력끝에 이러한 에러들을 보정하고 분석함으로써

이번에 관측된 양이 확실하게 중력파로 인한 것이다!  라는 확신을 가지게 되어서 이렇게 발표하게 된거야.

검출 할 수 있는 중력파의 세기는 공간의 변화를 측정 할 수 있는 능력이 좋아질수록 더 멀리있는, 더 약한 중력파 신호를 검출 할 수 있어

초기 LIGO에 비해서 현재는 기술이 더 발달해서 ADVANCED LIGO 가 동작하고 있고 그로인해 더 멀이있는 중력파 까지 검출 할 수 있게 되었어.

전공자로서 바라보기에 정말 부러운점은, 과학적인 성취도 그렇지만 LIGO의 경우 1992년도에 시작해서 이번 결과가 나오기까지 무려 24년동안이나 

과학자들을 믿고 6억달러, 거의 8천억을 투자해서 연구를 해왔다는점이야.  개인적인 생각으로 당연히 이번 결과는 처음 LIGO를 주도한 킵손이 받게 될 것 같은데

그 뒤에는 24년여간 불확실한 연구결과를 향해 인생을 바친 과학자들과, 또 그들을 신뢰하고 믿어주고 투자해준 정부와 사회가 있었다는게 정말 대단하다고 생각해

노벨상의 영광은 개인에게 돌아가지만 인류역사에 남을 과학적 성과는 결코 뛰어난 한 개인에 의해서만 얻어지는게 아니라 성숙된 사회를 기반으로만 얻어진다는 걸 

보여주는 좋은 사례가 아닌가 싶어. 우리나라도 누구든 불확실한 것에 도전해 볼 수 있고 또 그런 사람들을 믿어주고 투자 할 수 있는 사회가.. 언젠간 오겠지?

그럼 안녕~