가장 정밀한 아인슈타인의 시간지체 이론 검증

       

가장 정밀한 아인슈타인의 시간지체 이론 검증  우주와 시간 / 과학 2014/09/24 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220130275158 전용뷰어 보기 가장 정밀한 아인슈타인의 시간지체 이론 검증    입자가속기 실험에서 앨버트 아인슈타인의 특수상대성 이론에서 예측한 시간지체 효과가 '가장 정밀하게' 확인되었다. Sep 22, 2014, By Alexandra Witze and Nature magazine, Scientific American 상대성 시간지체. 시간지체 효과를 측정하기 위하여 물리학자들은 두 개의 시계, 즉, (관측자 기준으로)정지된 시계와 움직이는 시계를 비교할 필요가 있다. Credit: Nick via      물리학자들은 아인슈타인의 특수상대성 이론의 핵심 부분을 전례 없는 정밀도로 확인하였다. 독일의 입자가속기 실험에서 움직이는 시계는 정지한 시계보다 시간이 천천히 가는 것을 확인하였다.    이번 연구는 아인슈타인이 예측한 시간지체(time-dilation) 효과에 대한 가장 엄격한 테스트였다. 시간지체 효과로 나타나는 결과 중 하나는 빠른 속도의 로켓을 타고 여행하는 쌍둥이는 지구에 남은 쪽보다 나이를 천천히 먹는다는 것이다. (직관적으로 잘 받아들여지지 않겠지만... 쌍둥이 각자의 수명은 달라지지 않지만, 그러나 로켓을 타고 여행을 한 쌍둥이는 자기 형제보다 오래 살 수 있다.)     아인슈타인이 옳지 않다고 의심하는 과학자들은 별로 없다. 그리고 시간지체 효과를 기술하는 수식은 “모든 물리이론의 기초”에 해당한다고 독일 가르힝(Garching)막스플랑크 양자광학 연구소의 물리학자 토마스 우뎀(Thomas Udem)은 말한다.이번 연구에 참여하지는 않았지만, 최고의 정확도로 이론을 검증하는 것은 가장 중요한 것이라고 우뎀(Udem)은 말한다.    이번 연구 결과는 9월 16일자로 저널 “Physical Review Letter”에 발표되었다. 막스플랑크 광학연구소 이사인 노벨상 수상자 테오도르 핸쉬(Theodor Hänsch)를 비롯한 국제적인 연구팀이 15년 동안 연구한 끝에 나온 최고의 연구 결과였다.    시간지체 효과를 측정하려면 물리학자들은 두 개의 시계, 즉, 관측자를 기준으로 정지한 시계와 움직이는 시계를 측정할 필요가 있다. 이를 위해서 연구원들은 독일 다름슈타트(Darmstadt) 헬름홀츠 중이온 연구 센터(Helmholtz Centre for heavy-ion research)의 실험 저장링(Experimental Storage Ring)을 사용했다. 이곳에서는 고속 입자들을 저장하여 연구한다.    과학자들은 리튬 이온을 광속의 3분의 1로 가속하여 ‘움직이는 시계’를 만들었다.그리고는 리튬 원자 내 전자들이 다양한 에너지 준위로 천이하는 것을 측정했다.전자의 천이 주파수는 시계의 ‘째깍’ 소리에 해당한다. 그리고 움직이지 않는 리튬 이온 내에서의 전자의 천이는 정지 시계 역할을 한다.    지난 2007년 같은 연구 그룹에서 발표한 적이 있지만 이번에 발표한 내용은 지금까지보다 더욱 정밀한 시간지체 효과 측정이었다. 공동 저자인 캐나다 마니토바(Manitoba) 대학의 물리학자 제럴드 그위너(Gerald Gwinner)는 앞선 발표 내용보다 거의 다섯 배 더 나은 측정치였으며, 다른 과학자들의 보고 내용보다는 50 내지100배 더 나은 상대성 시간지체 효과 측정치였다고 한다.    시간지체 효과는 실용적으로 이용된다고 그는 지적한다. GPS 위성은 본질적으로 공전 궤도 상의 시계이고 GPS 소프트웨어는 아주 작은 시간 차이를 반영하여 내비게이션 정보를 분석해야 한다. 유럽우주국(European Space Agency)은 2016년ISS(International Space Station, 국제우주정거장)에 ACES(Atomic Clock Ensemble in Space, 우주원자시계앙상블) 장비를 보내어 우주공간에서 시간지체 효과를 테스트할 예정이다.    빠르게 움직이는 이온의 속도는 지구 궤도 실험보다 더욱 정밀하게 시간지체 효과를 테스트할 수 있다고 캘리포니아 주립 공대(California Polytechnic State University) 샌 루이스 오비스포(San Luis Obispo) 캠퍼스의 물리학자 매튜 뮤웨스(Matthew Mewes)는 말한다. 그는 이번 연구에 참여하지는 않았다.    그러나 연구 그룹은 이제 더 이상 이보다 강력한 테스트를 할 수 있는 가속기가 없으므로 장기간의 연구팀이 해체될 예정이다. 오랫동안 소음이 심한 장비가 있는 지하의 차폐된 실험실에서 결국 숫자 하나를 얻어낸 것이라고 그위너는 말한다.     - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..] 가장 정밀한 아인슈타인의 시간지체 이론 검증|작성자 HANS

- 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..