독해자료 [편입시험에 자주 등장하는 소재] 과학 / 우주의 중력

Weighing the universe

Many physicists are therefore entertaining the idea that Einstein's ideas about gravity must be wrong or at least incomplete. Showing exactly how and where the great man erred is the task of the scientists who gathered at the “Rethinking Gravity” conference at the University of Arizona in Tucson this week.

One way to test general relativity is to examine ever more closely the assumptions on which it rests, such as the equivalence principle: that gravity accelerates all objects at the same rate, regardless of their mass or composition. This principle was famously demonstrated by Galileo Galilei some 400 years ago when he simultaneously dropped cannon and musket balls, and balls made of gold, silver and wood, from the Tower of Pisa. Each appeared to hit the ground at the same time.

A more precise test requires a taller tower. In effect, researchers are sending balls all the way to the moon and back. Tom Murphy, of the University of California, San Diego, and his colleagues fire laser beams from the deserts of New Mexico at reflectors placed on the moon by American and Russian spacecraft in the late 1960s and early 1970s. They use a telescope to capture the small fraction of the light that returns. Because the speed of light is known, they can calculate the distance between the Earth and the moon from the time taken for light to traverse it.

According to general relativity, because the Earth and the moon orbit the sun, they should “fall” towards it at the same rate, in the same way as Galileo's balls fell to the ground. By repeatedly measuring the distance between them, scientists can calculate the orbits of the Earth and the moon around the sun relative to each other.

If the equivalence principle were violated, the moon's orbit around the Earth would appear skewed, either towards or away from the sun. So far, Dr Murphy told the conference, these experiments have merely confirmed the equivalence principle to one part in 10 trillion. Dr Murphy and his colleagues hope that even more precise measurements could ultimately show general relativity to be only approximately correct. This would usher in a new revolution in physics.

Another aspect of Einstein's work to be tested is the existence of gravitational waves. General relativity views gravity not as a force but as a consequence of the curved geometry of space and time. Space-time, as it is known, has four dimensions: the three familiar spatial ones of length, breadth and height, and time. It can be distorted or curved by massive objects, such as stars. Temporary ripples in space-time—gravitational waves—are caused when such objects accelerate. They are weak, but if the accelerating object has enough mass it should be possible to spot them. 

Scientists at several new ground-based observatories are hoping to do just that. The most sensitive of these, the Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, is based on two sites in Livingston, Louisiana, and Hanford, Washington. So far, it has seen nothing worthy of mention—but it has been running at both sites for less than a year. Even so, the American space agency, NASA, and the European Space Agency are collaborating on plans for the next step: the Laser Interferometer Space Antenna, which would be far more sensitive to gravitational waves. If they were detected, another of Einstein's predictions could be confirmed.

Further experiments are testing gravity in space. NASA has a spacecraft called Gravity Probe B that is examining a subtlety known as the Lense-Thirring effect that produces a small force as space-time is twisted by a spinning mass, such as a rotating planet. The probe orbits the Earth's poles; the Lense-Thirring effect is predicted to shift, little by little, the point on the equator crossed by the spacecraft. This may take several months to become noticeable; the results are due in the spring.

어휘 err 실수를 범하다 accelerate 가속하다, 촉진하다, 시기를 당기다 precise 정확한, 정밀한 skew 비스듬하게 하다, 비뚤어지게 하다, 왜곡하다 usher 안내하다, 예고하다, ~의 도래를 알리다 ripple 잔물결이 일다, 파문처럼 퍼지다, 잔물결, 파동, 웨이브 spot 더럽히다. 얼룩덜룩하게 하다, 발견하다, 분별하다 site 부지, 유적, 현장, ~의 위치를 차지하다, 설치하다,

해석 많은 물리학자들은 아인슈타인의 중력에 대한 생각이 틀렸거나 적어도 불완전한 것이 분명하다고 생각하는 것을 즐긴다. 이 위인이 어디서, 어떻게 오류를 범했는지를 밝히는 것은 이번 주 애리조나 대학에서 열린 '중력의 재고' 회의에 모인 과학자들의 과제이다.

일반상대성이론을 검증하는 한 가지 방법은 등가원칙과 같은 상대성이 놓여 있는 가정을 훨씬 더 자세히 조사하는 것이다. 중력은 질량이나 구성에 관계없이 모든 물체를 동일한 속도로 가속시킨다. 이 원리는 약 400년 전에 갈릴레오 갈릴레이에 의해 유명하게 증명되었다. 그는 동시에 피사의 탑에서 대포와 머스킷볼과 금, 은, 나무로 만든 공을 떨어뜨렸는데, 각각이 동시에 땅에 떨어진 것처럼 보였다.

더 정확한 테스트를 위해서는 더 높은 타워가 필요하다. 사실상, 연구원들은 달과 뒷면으로 공을 보내고 있다. 캘리포니아 대학 샌디에이고의 톰 머피 씨와 동료들은 1960년대 후반부터 1970년대 초에 걸쳐 미국과 러시아의 우주선이 달에 설치한 반사경을 향하여 뉴멕시코의 사막에서 레이저 빛을 발사해 조사하였다. 그들은 돌아오는 빛의 작은 부분을 포착하기 위해 망원경을 사용하였다. 빛의 속도가 알려져 있기 때문에, 그들은 빛이 지구와 달을 횡단하는 데 걸리는 시간으로부터 지구와 달 사이의 거리를 계산할 수 있었다.

일반상대성이론에 따르면 지구와 달은 태양 주위를 돌고 있으므로, 갈릴레오의 공이 땅에 떨어진 것과 마찬가지로 이것 또한 태양을 향해 '떨어질' 것이다. 그들 사이의 거리를 반복 측정함으로써, 과학자들은 태양 주위의 지구와 달의 궤도를 서로 비교해서 계산할 수 있었다. 

등가원리를 위반하면, 지구 주위를 도는 달의 궤도는 태양을 향하거나 태양을 멀리하기에 비스듬히 보일 것이다. 머피 박사는 컨퍼런스에서 이러한 실험들은 10조분의 1과 동등한 원리를 확인한 것에 지나지 않는다고 말했다. 머피 박사와 동료들은, 보다 정확한 측정을 통해 일반 상대성이 거의 정확하다는 것을 궁극적으로 보여줄 수 있다고 기대한다. 이것은 물리학에 새로운 혁명을 가져올 것이다.

아인슈타인 연구의 또 다른 측면은 중력파의 존재이다. 일반상대성이론은 중력을 힘이 아니라 공간과 시간의 굽은 기하학의 결과로 본다. 알려진 바와 같이 시공간에는 4가지 차원이 있다. 길이, 폭, 높이의 세 가지 친숙한 공간적 공간과 시간이 바로 그것이다. 이것은 별과 같은 거대한 물체에 의해 일그러지거나 구부러질 수 있다. 시공간의 일시적인 파동(중력파)은, 이러한 물체가 가속하면 발생한다. 이들은 약하지만, 가속하는 물체가 충분한 질량을 가지고 있다면 이들을 발견할 수 있다.

몇몇 새로운 지상 관측소의 과학자들은 바로 그렇게 하기를 바라고 있다. 가장 감도가 높은 레이저 간섭계 중력파 천문대는 루이지애나주 리빙스턴과 워싱턴주 핸퍼드의 두 곳에 있습니다. 지금까지 이 회사는 특별히 말할 만한 것이 없었습니다만, 이것들이 운영된지는 불과 1년도 채 되지 않았다. 그럼에도 미국의 우주 기관과 NASA와 유럽 우주 기관은 다음 단계의 계획을 공동으로 기획하고 있는데, 중력파에 대해 훨씬 더 민감한 레이저 간섭계 스페이스 안테나이다. 만일 그것들이 검출되면, 아인슈타인의 예언의 하나를 또 하나 확인할 수 있을 것이다.

차후의 실험은 우주에서의 중력 시험이 될 것이다. NASA는 중력탐사기 B를 가지고 있으며 그것은 시공간이 회전하는 행성과 같은 회전하는 질량에 의해 꼬여지는 작은 힘을 내는 렌즈-서링 효과라고 알려진 미묘한 현상을 조사하고 있다. 탐사기는 지구 극을 돈다. 시공이 회전하는 행성과 같이 회전하는 질량에 따라 작은 힘을 만들어냅니다 탐사기는 지구 극을 돈다. 렌즈-서링 효과는 우주선에 의해 교차된 적도의 점들이 조금씩 이동할 것으로 예측된다. 이것이 현저하게 나타나려면 몇 달 정도 걸릴 수 있으며, 결과는 봄에 발표될 예정이다.

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