중력의 개념, 중력과 천문학, 중력파와 속도

중력의 개념

질량을 가진 두 물체와 상관관계가 있는 힘이자 질량을 보유하고 있는 모든 물체에 작용하는 중력은 일명 만유인력이라고도 한다. 현재까지 알려진 모든 힘 중에서 가장 약하며 유일무이하게 인력만이 작용하고 있다. 고전물리학계에서 중력은 일명 뉴턴의 중력이론을 말한다. 1987년대 아이작뉴턴이 발표했던 프린키피아 논문에서는 중력을 다음과 같이 제시하였다. 질량을 보유하고 있는 양 물체 간 거리가 두물 체 사이에 작용하는 중력의 세기는 다음과 같다. 질량으로부터 거리만큼이 멀어진 질량에 의해서 인력으로 인해 발생되는 가속도는 두 가지 물체 사이에 작용되는 힘이 제곱미터로 나뉘게 되며 지구의 질량과 지구의 반경을 계산하여 가속도는 지구 인력에 의거하여 중력이 되는 것이다. 아이작 뉴턴은 해당 논문에서 중력 이론을 소개하였으며 천체 물리학계에서 운동과 지표면 낙하 운동을 통합한 이론을 통합하였다. 케플러의 제3법칙을 설명할 수 있으며 만유인력의 에너지가 중력 위치의 에너지 확정으로 인해 만유인력으로 인해 가지는 에너지를 말하게 된다. 이는 중력의 개념을 말한다.

중력과 천문학

중력과 천문학에서 일정하게 중력이 상호작용하는 가정 안에 만유인력의 법칙은 단순하게 나타난다. 이 공식으로 인해 나온 물체의 값이 무게이다. 중력으로 인해 가속도는 일치하게 되며 중력장 안에 떨어뜨린 물체가 낙하 시간의 제곱으로 비례 하게 되는 거리를 떨어뜨린다. 초당 20번의 스트로보스코프 플래시로 인해 1초가 안 되는 시간 동안 촬영한 사진이 있다. 첫 20분의 1초 동안 한 개의 유닛이 지나가며  20분의 2초 동안 총 4개의 유닛이 지난다. 똑같이 일정 중력이 작용하는 가정하에 물체의 잠재 에너지는 지구 표면에 물체가 조금만 멀어졌을 때에 유효하게 된다. 중력과 천문학에서는 처음 속도로 수직 낙하한 물체의 최대 낙하거리가 작은 높이 및 작은 속력일 가정일 때만 적용된다. 뉴턴의 만유인력의 법칙이 우리 태양계 내 행성에 대해 더욱 자세한 정보를 습득하게 만들었다. 태양 질량 및 정보 또는 암흑물질의 존재가 뉴턴의 중력의 이론을 거쳐 추론된 것들이다. 우리 인류가 행성 및 태양을 직접 탐사하지는 않았지만 그 질량들을 측정할 수 있는 것처럼 말이다. 우주에서 물체는 중력의 법칙으로 인해 자신의 궤도를 유지할 수 있다. 행성은 다른 항성을 돌고 항성은 은하의 중심을 돌며 은하는 성단의 질량에 중심부를 돌게 되는 것이다. 다른 물체로 인해서 한 가지 물체에 상호작용하게 되는 중력이 두 물체 질량의 곱에 정비례하며 거리 제곱에는 반비례하게 된다.

중력파와 속도

질량이 가진 물체는 가속 운동을 할때 생기는 중력 변화가 시공간을 전파해 가는 시공간의 잔물결을 일명 중력파라고 한다. 1916년 아인슈타인은 자신의 일반상대성이론으로부터 파동방정식을 유추하여 중력파의 존재 여부를 추측하게 된다. 일반 상대성 이론에 따르면 중력파는 시공간의 곡률이 바뀌는 상황에 발생한다고 한다. 태양계에 의한 중력파는 측정하기에 다소 작지만 중력파는 쌍성펄사게의 시간이 흐름에 따라 에너지 손실이 간접적으로 관찰되고 있다. 중성자별 합성 또는 블랙홀 형성이 관측 가능한 수준의 중력파를 만든다고 믿고 있다. 레이저 간섭계 중력파 관측소 등 중력 관측소는 이러한 문제를 명확히 하기 위해 설립되었으며 2016년에 13억 광년 거리에 있는 두 블랙홀이 충돌하게 되며 발생된 중력파가 관측되기도 하였다. 중력의 속도는 2012년 중국의 한 연구팀에 의해 측정되었다. 보름달과 초승달이 하늘에 보이는 시기에 중력의 속도가 빛의 속도와 같다는 것을 증명하는 것처럼 보이는 지각 조석의 위상 지연 현상을 측정하였다. 이는 태양이 갑작스레 사라지게 되면 지구가 약 8분 동안 궤도를 선회하게 될 것이며 이때 빛 또 하는 지구가 궤도를 움직인 거리만큼 이동하게 된다. 중국 팀의 이러한 발견은 2013년 3월 알려지게 된다.