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공간과 시간의 단축키인 웜홀은 오랫동안 공상 과학 소설의 주요 부분이었습니다. 하지만 몇몇 과학자들은 우리가 곧 그것들이 태양과 별들, 또는 여러분과 저처럼 진짜 우주의 일부라는 것을 증명할 수 있을 것이라고 믿고 있습니다. 이 이국적인 물체에 대한 과학적 용어는 아인슈타인-로젠 다리인데, 이것은 이 아이디어가 어디서 왔는지에 대한 단서입니다.
웜홀은 중력에 대한 우리의 생각을 그들의 머리 위로 돌린 그의 획기적인 걸작인 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 뿌리를 두고 있습니다. 수세기 동안 우리는 아이작 뉴턴 덕분에 중력이 어떻게 작용하는지 알고 있다고 생각했습니다. 사과는 땅에 떨어졌고, 지구는 물체들 사이의 중력 때문에 태양 주위의 궤도에 머물렀습니다. 그러나 아인슈타인은 그것을 다르게 보았고, 우리가 중력으로 경험하는 것은 단순히 공간과 시간의 굴곡일 뿐이라고 제안했습니다. 이 급진적인 새로운 체제 하에서 지구는 우리 별의 질량이 태양 주위의 공간을 휘게 하기 때문에 태양의 중심에 놓이면 볼링공이 침대 시트를 휘게 할 것입니다. 우리의 행성은 아인슈타인이 '공간-시간'이라고 불렀던 이 직물의 국소 곡률을 따르고 있을 뿐입니다.
그런 터무니없는 생각은 그것을 뒷받침할 실험적인 증거가 절실히 필요했습니다. 결정적으로, 1919년의 일식(새로운 탭에서 열림)은 바로 그러한 기회를 제공했습니다. 달이 태양을 가렸을 때, 근처에서 별을 볼 수 있을 정도로 어두웠습니다. 하지만 우리는 이 별들이 실제로 어디에 있는지 보지 못합니다. 왜냐하면 태양의 중력이 우리에게 오는 길에 빛을 굴절시키기 때문입니다. 뉴턴과 아인슈타인의 중력의 경쟁적인 사진들은 서로 다른 굽힘의 양을 예측하여 누가 옳은지 알 수 있게 해주었습니다. 아인슈타인이 1위를 차지했습니다. 거대한 물체들은 실제로 그들 주위의 시공간을 휘게 합니다.
우주를 거대한 종이로 상상해 보세요. 당신은 한쪽 끝에 살고 다른 쪽 끝으로 여행하기를 원합니다. 일반적으로 페이지 전체 길이에 걸쳐 터벅터벅 걸어가야 합니다. 하지만 대신 종이를 반으로 접으면 어떨까요? 갑자기, 여러분이 어디에 있는지, 여러분이 어디에 있고 싶은지가 서로 바로 옆에 있습니다. 당신은 그저 그 작은 틈을 뛰어넘기만 하면 됩니다. 우리는 이 물체들을 웜홀이라고 부릅니다. 왜냐하면 그것은 사과 주위를 탐색하는 벌레와 같기 때문입니다. 위에서 아래로 이동하려면 두 가지 옵션이 있습니다. 바깥을 기어다니거나, 지름길을 가운데로 씹어 보세요.
최근까지 이러한 물체를 찾을 가능성은 희박했습니다. 심지어 존재하더라도 말이죠. 하지만 2016년 2월 LIGO(레이저 간섭계 중력파 관측소) 실험을 수행한 과학자들이 사상 최초로 중력파를 감지했다고 발표하면서 상황이 바뀌었습니다. 이것들은 일반 상대성 이론에 의해 예측된 시공간의 구조에 있는 작은 파문들입니다. 마치 연못 위의 파문처럼 우주를 통해 퍼져나갑니다. 포르투갈 리스본 대학의 물리학자인 비토르 카르도소는 "그것은 판도를 바꾼 것이었습니다,"라고 말합니다.
각각 태양보다 약 30배 더 무거운 두 개의 블랙홀이 13억 년 전에 서로 충돌했습니다. 그들의 격렬한 충돌은 시공간을 통해 포효하는 중력파의 쓰나미를 보냈고, 결국 2015년 9월 LIGO 기구에 도달했습니다.
카르도소의 연구는 두 개의 충돌하는 웜홀이 비슷한 중력파의 폭발을 일으킬 것이라고 제안합니다. 하지만, 흥미롭게도, 그는 결과적인 파동이 우리가 블랙홀과 웜홀을 구별할 수 있게 해주면서, 약간 다를 것이라고 말합니다.
여기서 중요한 것은 '링다운'이라고 알려진 것으로, 최초의 충돌 후 중력파가 소멸하는 방식입니다. 그것은 시간이 지남에 따라 울리는 종소리가 희미해지는 방식과 비슷합니다. "두 개의 충돌하는 웜홀을 사용하면 블랙홀에서 보는 것처럼 링이 아래로 내려가는 것을 볼 수 있지만, 탐지기가 매우 민감하다면 메인 폭발 후 몇 초 또는 수십 초 후에 다른 것을 볼 수 있습니다."라고 그는 말합니다. 이것은 블랙홀의 특성, 즉 너무 가까이 있는 것은 무엇이든 삼키는 중력 골리앗 때문입니다. 충돌하는 블랙홀의 고리 다운은 항상 조용해지고, 빠르게 침묵으로 사라집니다. 그러나 충돌하는 웜홀과 함께, 침묵 후에 여러분은 메아리를 듣게 됩니다. 이것은 중력파가 웜홀의 표면에서 튕겨 나올 때의 갑작스러운, 늦은 신호입니다. 블랙홀은 모든 것을 삼키기 때문에 블랙홀로는 얻을 수 없습니다.
안타깝게도 LIGO는 현재 이러한 늦은 변화를 감지할 만큼 민감하지 않습니다. 그러나 연구원들은 LIGO의 기구를 업그레이드하고 있으며, "10년 후"에 가능할 수 있다고 Cardoso는 말합니다. 곧 있을 또 다른 흥미로운 프로젝트는 유럽 우주국의 레이저 간섭계 우주 안테나입니다. 이것은 우주에 있는 중력파 관측소로, 발사일은 2034년입니다. 그러나 2015년에 ESA는 LISA의 성공에 필수적인 특정 핵심 기술을 개발하기 위한 테스트 미션인 LISA Pathfinder를 시작했습니다. 2016년 4월, ESA는 LISA Pathfinder가 실제로 LISA가 실현 가능하다는 것을 보여주었다고 발표했습니다. 하지만 충돌의 링다운이 웜홀을 찾는 유일한 경로는 아닐 수도 있습니다. 카르도소의 전 리스본 대학 동료인 디에고 루비에라-가르시아는 다른 생각을 가지고 있습니다. 그는 블랙홀 깊숙한 곳에서 무슨 일이 일어나는지 연구해왔습니다. 일반 상대성 이론에 의해 설명된 바와 같이 블랙홀의 전통적인 그림은 모든 낙하하는 질량이 무한히 작고, 무한히 밀도가 높은 점, 즉 특이점으로 압축되어 있습니다. 루비에라-가르시아는 "이 지점에 접근하는 모든 관찰자는 파괴됩니다."라고 말합니다. "그 후에 여러분은 시공간에서 사라질 것입니다… 여러분이 갈 수 있는 다른 곳은 없습니다." 일반 상대성 이론이 무너지는 것은 이 특이점에서입니다. 그 방정식은 의미가 없습니다. 이것은 많은 물리학자들이 그러한 극한 환경에서 일반 상대성 이론을 대체할 새로운 규칙 세트가 필요하다고 확신하게 합니다.
그리고 거기서 웜홀이 생겨납니다. 루비에라-가르시아가 블랙홀의 물리학에 대안적인 규칙들 중 하나를 적용했을 때, 특이점은 사라졌고, 수학은 그 자리에 웜홀을 산출했습니다. "그러면 관찰자가 이 웜홀을 통과하여 우주의 다른 지역으로 건너가는 것이 가능할 것입니다."라고 그는 말합니다. 문제는 우주를 통과하는 이 지름길이 수학의 유령일 수도 있다는 것입니다. 루비에라-가르시아가 발견한 일반 상대성 이론에 대한 대안은 우리 우주가 실제로 어떻게 작동하는지가 아닐 수도 있습니다. 모든 좋은 과학 이론들과 마찬가지로, 1919년 아인슈타인의 이론이 그랬던 것처럼, 그것은 시험될 필요가 있습니다. 거기가 중력파가 다시 들어오는 곳입니다.
일단 우리가 중력파 탐지의 중요한 라이브러리를 구축하면, 우리는 일반 상대성 이론이 예측하는 것에서 벗어나는 것을 찾기 위해 데이터를 탐색할 수 있습니다. 만약 이러한 이탈이 발견되고 대안 이론이 예측하는 것과 일치한다면 웜홀이 실제로 블랙홀 내부에 잠복해 있다는 것을 의미할 수 있습니다. 중력파의 첫 발견은 웜홀이 결국 단순한 공상과학이 아니라는 것을 발견할 수 있는 새로운 시대를 열었습니다.
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