중력이 빛으로 변할 수 있다는 놀라운 연구 결과가 보고

중력이 빛으로 변할 수 있다는 놀라운 연구 결과가 보고되었다

보통의 경우 무에서 유를 만들어내는 것은 불가능하기 때문에 예를 들어 질량이 없는 입자인 광자가 질량을 가진 다른 입자로 변화할 수 없습니다.그러나 우주가 탄생한 초기의 매우 극단적인 세계에서는 중력의 파도에서 빛이 발생했을 가능성이 있다는 연구 결과가 보고되었습니다.

지금까지 알려진 중력의 성질이나 행동의 대부분은 알베르토 아인슈타인이 세운 일반상대성이론을 통해 이해되고 있습니다.그 안에서는 중력이 만들어내는 시공간의 뒤틀림이 입자의 운동에 영향을 주는 경우는 있어도 중력 자체가 입자를 만들어 내는 것은 일반적으로 상정되어 있지 않습니다.하지만 중력은 중력자라고 불리는 눈에 보이지 않는 입자에 의해 전달되는 것으로 생각되며, 이 중력자가 다른 소립자처럼 행동하거나 다른 입자로 변화할 수도 있다는 견해도 있습니다.

2023년 3월 28일 프리프린트 서버 arXiv에서 공개한 논문에서 연구자들은 정말 중력 자체가 다른 입자로 변화하는지 검증하기 위해 탄생한 지 얼마 되지 않은 극초기 우주로 눈을 돌렸습니다.이 시대의 젊은 우주는 아직 작고 고온이며 밀도도 매우 높기 때문에 모든 물질과 에너지가 상상을 초월하는 규모로 응축되어 있으며, 그 상태는 최신 기술로 건조된 입자 충돌형 가속기로도 재현할 수 없을 정도였다고 생각됩니다.


이러한 우주에서는 중력파가 지금보다 중요한 역할을 하고 있었습니다.현재 우주에서의 중력은 자연계를 관장하는 4가지 기본적인 힘 중 가장 약하기 때문에 행성이나 항성과 같은 큰 질량에서 발생하는 것이 아니면 가시적인 작용을 미치지 않습니다.

그러나 초기 극단적인 상태의 우주에서는 중력파가 더 강해 다른 모든 존재에 중대한 영향을 미쳤을 가능성이 있다는 것.이 초기 우주에서는 중력의 파동이 서로 부딪치면서 증폭되어 가고, 이윽고 우주의 모든 존재가 파도에 휩쓸려 공명 효과를 일으킵니다.그리고 중력파가 펌프와 같은 역할을 하면서 물질을 긴밀한 덩어리로 반복적으로 압축해 나갔습니다.

중력파는 현대에는 블랙홀의 충돌 등으로 관측되지만 중력파에는 시공간의 파장으로서의 성질이 있기 때문에 그 영향은 거대한 질량 간의 충돌과 같은 상호작용에 국한되지 않고 전자기장에도 영향을 줄 수 있습니다.이 때문에 연구자들은 중력파 공명에 의한 압축이 방사선을 극단적인 고에너지 상태로 만들면서 광자가 자연 발생한 것이 아닌가 생각했습니다.이것이 중력이 빛을 만들어내는 메커니즘입니다.


계산에 의하면, 이 프로세스는 매우 비효율적이기 때문에, 급속히 팽창하는 초기 우주에서는 오래가지 않는다고 한다.하지만 초기 우주에 충분한 물질이 있었다면 마치 공기 중이나 물 속을 나아가는 빛이 진공 중보다 느려지는 것처럼 중력파가 오래 체류할 수 있게 돼 광자를 대량으로 발생시킬 가능성도 있는 것으로 나타났습니다.

초기 우주에 관한 연구는 아직 시작된 지 얼마 되지 않아 충분히 이해되고 있다고는 할 수 없지만, 이번 연구를 통해 중력이 빛을 만들어 낼 가능성이라는 새로운 지견이 제시되었습니다.이 작용에 의해 만들어진 방대한 빛은 물질의 형성이나 우주의 진화에도 영향을 미칠 것으로 생각되기 때문에 이번 경이로운 발견의 해명이 진행되면 초기 우주에 관한 이해에 새로운 혁명이 일어날지도 모른다고 기대되고 있습니다.


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Graviton to photon conversion via parametric resonance - ScienceDirect
https://doi.org/10.1016/j.dark.2023.101202


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https://www.livescience.com/physics-mathematics/particle-physics/astronomers-found-a-way-for-gravity-to-create-light-new-study-suggests

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