안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
뉴턴 중력에 두 가지 문제가 있었어요. 하나는 속도예요. 뉴턴 식에서는 태양이 갑자기 사라지면 지구가 그 순간 즉시 궤도를 벗어나요. 중력이 거리와 무관하게 즉시 작용한다는 전제인데, 특수상대성이론이 어떤 영향도 빛보다 빠를 수 없다고 못 박으면서 이 전제가 무너졌어요. 다른 하나는 우연처럼 보이는 일치예요. 물체가 힘에 저항하는 관성질량과 중력을 받는 중력질량이 정확히 같아요. 그래서 깃털이든 쇠공이든 진공에서 같은 속도로 떨어지죠. 뉴턴 이론은 이걸 설명하지 못하고 사실로 받아들이기만 했어요.
아인슈타인의 출발점은 자유낙하하는 사람은 자기 무게를 못 느낀다는 관찰이었어요. 엘리베이터 줄이 끊겨 함께 떨어지는 사람은 무중력 상태와 구별할 수 없어요. 그러면 중력은 진짜 힘이 아니라 관점에 따라 사라질 수 있는 무언가라는 뜻이 돼요. 여기서 발상을 뒤집었어요. 물체가 힘을 받아 휘어지는 게 아니라, 질량이 시공간을 휘게 만들고 물체는 그 휘어진 시공간에서 가장 곧은 길을 따라갈 뿐이라고요.
이 재해석이 두 문제를 한 번에 풀어요. 시공간의 휘어짐은 빛의 속도로 퍼지니 즉시 작용 문제가 사라지고, 질량이 다른 물체가 같은 궤적을 그리는 것도 당연해져요. 물체의 성질이 아니라 시공간의 모양이 길을 정하니까요. 무게가 다른 구슬도 같은 홈을 따라 굴러가는 것과 같아요.
그리고 새로운 예측을 내놓았어요. 별빛이 태양 근처에서 휘고, 중력이 강한 곳에서 시간이 느리게 가고, 수성 궤도가 뉴턴 계산과 어긋나는 만큼 정확히 틀어진다는 거예요. 1919년 일식 관측으로 빛의 휘어짐이 확인됐고, 지금은 GPS 위성이 중력 시간지연을 매일 보정해요. 뉴턴 이론이 틀린 건 아니고 약한 중력에서 잘 맞는 근사였는데, 아인슈타인은 그게 왜 맞는지까지 설명한 셈이에요 :)