노벨물리학상, '중력파 검출' 킵손·라이너 바이스 등 3명 공동수상(상보)

3일 노벨물리학상을 공동 수상한 (왼쪽부터)라이너 바이스, 배리 배리시, 킵 손 교수. 이들은 중력파 관측에 크게 기여했다. © AFP=뉴스1

올해 노벨물리학상은 알베르트 아인슈타인이 1915년 일반상대성 이론에서 예측한 중력파((重力波)의 존재를 실제로 확인한 라이너 바이스 매사추세츠공대(MIT) 명예교수 등 3명에게 돌아갔다. 물리학계에선 중력파가 아인슈타인이 마지막으로 남긴 수수께끼로 불릴 정도로 초미의 관심을 불렀던 분야다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 3일(현지시간) 바이스 명예교수와 킵 손 캘리포니아공과대학(캘텍) 명예교수, 같은 대학 배리 배리시 명예교수 등 3명을 올해 물리학상 수상자로 선정했다고 밝혔다.

이들은 중력파 검출을 위한 ‘라이고’(LIGO·Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, 레이저간섭계중력파관측소) 프로젝트를 제안하고 이끌어왔다. 그러던 중 지난 2015년 9월 14일, 13억 광년 떨어진 곳에서 두 개의 블랙홀이 충돌하면서 발생한 중력파를 라이고 검출기가 검출하는 데 성공하면서 노벨상 유력 후보로 거론되기 시작했다. 이는 아인슈타인이 중력파를 예견한 뒤 100년만의 일로 중력파의 직접 검출이 이뤄진 것은 인류 과학 역사상 처음이었다. 당시 검출된 중력파는 태양의 약 29배, 36배 질량을 지닌 블랙홀 2개가 서로 충돌해 새로운 블랙홀이 되면서 생성된 것으로 분석됐다.

노벨상위원회는 “수상자들은 40년간의 노력끝에 중력파를 관측하는 데 성공, 우주 탄생과 진화 과정을 새로운 관점에서 접근하는 장을 열었다”며 "중력파 검출은 세계를 흔든 발견"이라고 밝혔다.

중력파는 블랙홀이 생성되거나 별 간의 충돌·폭발이 일어날 때 발생한 강력한 중력이 우주공간에 거대한 파동을 일으키며 퍼져 나가는 현상을 일컫는다.

일반 상대성 이론에 따르면 중력파가 지나가는 공간에서는 시간도 그 영향으로 느려진다. 이 파동은 빛의 속도 수준으로 빠른 것으로 알려져 있으며, 이때 시공간이 흔들리고 휘어지면서 중력파 에너지가 방출된다.

과학자들은 인간의 몸도 중력파의 영향을 받으나 관측할 수 없을 정도로 매우 작아 느끼지 못할 뿐이라고 설명한다.


물리학계에서 중력파 연구를 본격화한 것은 1960년대. 하지만 중력파는 일반적으로 지구에 도착할 정도가 되면 극도로 약해져 그 관측이 쉽게 이뤄지지 않아 난제로 꼽혔다. 이번 수상과 관련해 학계는 “중력파 관측은 아인슈타인 이론의 마지막 과제를 푼 것”이라며 “블랙홀, 빅뱅 등의 우주 비밀을 풀 단서를 얻은 것”이라고 평했다.

라이고 연구단은 2015년 9월 중력파 발견 이후 같은 해 12월 26일 유럽 중력파 검출기인 버고(VIRGO) 연구단과 함께 우주에서 2개의 블랙홀이 합쳐질 때 1초간 발생한 중력파 신호를 탐지한 바 있다.

이번 노벨물리학상을 수상한 킵 손 교수는 한국에서도 개봉한 SF(공상과학) 영화 '인터스텔라' 자문역을 맡아 유명세를 탄 바 있다. 킵 손 교수는 레이저 간섭계를 통한 중력파 검출이 과학적으로 타당한 기술인지에 대한 이론적 토대를 마련하고, 관련 관측 소프트웨어를 연구했다.

라이고의 설립자 중 한명인 로널드 드레버 칼텍 교수는 지난해 3월 세상을 떠나 노벨상 수상자 명단에 이름을 올리지 못했다. 배리시 교수는 1997년 라이고 소장을 맡아 당시 연구를 주도하던 라이너 바이스 교수, 드레버 교수와 초기 라이고 구축을 주도했다

이번 수상자들은 900만 크로나(약 12억6000만 원)의 상금을 받는다. LIGO 설계 및 중력파 검출을 주도한 와이스 교수가 절반, 배리시 교수와 손 교수가 각각 나머지를 나눠 갖게 된다. 시상식은 노벨이 사망한 날인 12월 10일 스웨덴 스톡홀름에서 열린다.

한편, 이들은 지난해 가장 유력한 노벨물리학상 수상자로도 거론된 바 있다. 하지만 지난해 노벨물리학상은 ‘위상 상전이’ 현상을 규명한 영국 과학자 3명에게 돌아갔다. 통상 연구 성과를 낸 지 상당 시간이 흐른 뒤 상을 주는 노벨상 관례가 있었던 탓이다. 다만, 당시 유력 후보에 오를 정도로 중요한 발견이었던 까닭에 올해도 수상이 점쳐졌으며, 결국 이날 물리학상을 품에 안았다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회가 올해 물리학상 수상자를 발표하고 있다/사진=스웨덴 왕립과학원 노벨위원회

세계 14개국 1006명의 과학자가 참여하고 있는 라이고 연구단엔 한국인 과학자도 다수 포함돼 있다.

이들은 2009년부터 라이고 과학 협력단(LSC·LIGO Scientific Collaboration)에 가입, 주로 신호의 검출과 기기의 잡음을 제거하기 위한 데이터 분석 등을 지원했다.

과학기술정보통신부에 따르면 1~2차 중력파 확인·분석에 서울대와 한국과학기술정보연구원(KISTI), 국가수리과학연구소, 부산대 등 20명의 국내 과학자들로 구성된 ‘한국중력파연구협력단'(KGWG)이 참여했다.

현재 중력파 검출기는 1세대를 지나 검출 성능이 월등히 높아진 2세대(어드밴스드) 시대를 맞고 있다. 이 검출기 개발과 함께 국제적 협력이 활발히 이뤄지면 앞으로 우주를 이해하는 새로운 지식들이 지금보다 훨씬 많이 창출될 것으로 기대된다.

한국천문연구원 측은 “세 과학자는 그동안 전자기파에 의존해 온 관측법에 획기적인 변화의 계기를 마련해 줬다”며 “중력파라는 새로운 관측 도구를 통해 우리는 블랙홀처럼 기존 관측 수단으로 접근하지 못했던 새로운 분야의 사실과 법칙들을 발견하게 될 것”이라고 전망했다.

중력파 관측 관련해선 국내에선 차세대 중력파 저주파 망원경 ‘소그로’(SOGRO)의 개념설계와 타당성 연구를 시작한 상태다.

노벨위원회는 물리학상에 이어 화학상, 문학상, 평화상, 경제학상 등의 순으로 노벨상 수상자를 발표한다.

앞서 생리의학상은 지난 2일 생체시계 발견한 제프리 홀 미국 메인대 교수, 마이클 로스배시 미국 브랜다이스대 교수, 마이클 영 미국 록펠러대 교수 등 3명의 과학자에게 돌아갔다.