아인슈타인의 중력 이론이 틀렸을 가능성 98%

레이쳘 빈(Rachel Bean)은 내가 코넬을 떠나기 직전에 코넬에 합류한 여류 우주론 학자다. 최근 그녀가 내놓은 논문이 많은 관심을 끌고있는데 그 이유는 "아인슈타인의 중력이론이 관측과 98% 신뢰도로 어긋나다"는 주장을 담고있기 때문이다.

arXiv 0909.3853

수많은 크랙팟들이 똑같은 주장을 해왔으니 어찌보면 주장 자체야 익숙한 주장이긴한데 문제는 레이철은 뛰어난 물리학자이기에 그녀의 연구 결과가 단순한 실수일 가능성은 낮다고 보기 때문이다.

IPMU에서도 다음주에 보다 본격적인 논의를 할 예정인데 일단 매번 티타임때마다 (물론 오늘은 필즈 메달리스트 막심 콘체비치의 톡이 있어서 좀 덜했지만) 레이철의 논문에 대해 의견을 교환하고 있다. 심각하다는 이야기다.

기본적으로 그녀가 주목한 것은 빛에 작용하는 중력과 무거운 물질에 작용하는 중력이 동일한가 하는 문제다. 일반상대성 이론에 따르면 물론 빛이나 물질이나 같은 시공간의 곡률에 의해 영향을 받기 때문에 동등한 중력을 받아야한다. 그리고 그 동등성은 태양 주위를 지나는 빛의 경로를 본 관측결과에서도 잘 검증되었다. 즉 태양계 규모에서 아인슈타인의 중력이론은 잘 검증되었다고 할 수 있겠다.

하지만 훨씬 먼 거리, 즉 우주론적 규모에서 일반상대론은 직접적으로 테스트된 적이 없었다. 레이쳘은 소위 "중력 렌즈 효과"라고 불리는 중력에 의한 빛의 경로 변이현상을 이용한 우주론적 관측 결과 (COSMOS data)를 이용하여 일반상대론을 테스트하고자 했고 그 결과 일반상대론이 관측 결과와 98% 잘 맞지 않는다는 결론에 도달했다.

위 그림에서 x축은 시공간 거리 함수의 시간 컴포넌트와 공간 컴포넌트의 비율로 일반상대론에 따르면 이 값은 1이 되어야 하며 그래프의 피크가 1에 위치해야한다. 하지만 COSMOS 관측 데이터로부터 작성한 그래프의 피크는 1에서 상당히 떨어져있다는 것을 확인 할 수 있다.

일단 관측 결과의 신뢰성을 물어야 할 것이며, 두번째는 실험결과에 대한 이론적 해석에 오류가 없는지 다시 확인해야할 것이다. 개인적으론 일단 레이철의 주장에 부정적이다. 과연 어떻게 흘러갈지 정말로 정말로 궁금하다. 관심있는 분은 꼭 논문을 직접 읽어보시길.