일반 상대성 이론(3) : 중력 효과

지금부터 중력 효과와 시간 팽창에 대해 알아보자. 뉴턴이 만유인력 법칙(중력 법칙)을 세우긴 했지만 스스로도 그 힘의 근본은 알지 못한 채 세상을 떠났다. 아인슈타인은 이러한 만유인력(중력)을 힘으로 생각하지 않고 공간이 굽어졌다고 제안하였다.

앞서 등가 원리를 통해 중력과 관성력이 근본적으로 같고, 이 둘은 가상의 힘이라는 것을 알아보았다. 근데 여기서 공간이 굽어졌다는 것은 무엇을 의미할까? 특수 상대성 이론에서는 속도에 따라 시간과 공간이 왜곡된다고 하였다. 허나 일반 상대성 이론에서는 질량을 가진 물체가 있을 때 생기는 중력에 의해 시간과 공간이 휘어진다고 설명한다.

먼저, 공간의 왜곡과 관련하여 중력 렌즈 현상이 있다. 믿기 힘든 이야기이지만 실제로 행성 근처를 지나는 빛이 일직선이 아니라 휘어지는 것이 관측되었다. 이를 일반 상대성 이론으로 알아보자.

중력도 없고 가속 운동도 하지 않는 로켓 안에서의 빛은 일직선으로 던진 공처럼 직선 운동을 한다. 허나 중력은 없고 가속 운동하는 로켓 안에서의 빛은 포물선 운동을 하며 휘어진다. 여기에 등가 원리를 적용하면 가속 운동은 하지 않고 중력만 작용하는 로켓에서의 빛 또한 포물선 운동을 하며 휘어지게 된다.