블랙홀의 노래에 '양자 중력' 단서가 숨어 있을 수 있다

물리학의 네 가지 기본 힘 중 중력은 우리가 일상생활에서 가장 잘 알고 있는 힘이지만, 현재 양자물리학으로 설명할 수 없는 유일한 힘이기도 합니다. 이제 과학자들은 충돌하는 블랙홀의 '울림'을 듣고 우주에서 양자 중력의 징후를 찾는 계획을 설명했습니다.

네 가지 기본 힘 중 세 가지(전자기력, 약력과 강한 핵력)는 장으로 설명될 수 있으며 특정 입자에 의해 전달됩니다. 예를 들어 전자기학은 광자에 의해 전달되어 전기장과 자기장을 생성합니다.

그러나 중력은 이런 식으로 설명될 수 없습니다. 현재 우리가 가지고 있는 가장 좋은 모델은 아인슈타인의 일반 상대성 이론이지만 블랙홀 근처와 같은 특정 상황에서는 이 이론이 무너져 불완전함을 나타냅니다. 수십 년 동안 과학자들은 중력자라고 불리는 가상의 입자가 전달하는 양자역학의 관점에서 힘을 설명하는 양자 중력 이론을 찾고 있었지만 지금까지 증거를 찾을 수 없었습니다.

이제 두 가지 새로운 연구는 천체물리학자들이 앞으로 몇 년 동안 단서를 찾을 수 있는 방법을 설명했습니다. 중력파는 블랙홀 및/또는 중성자별 사이의 충돌과 같은 격변적인 사건에 의해 생성되는 시공간 구조의 잔물결이며, 이는 LIGO와 같은 관측소에서 감지할 수 있습니다. 팀은 이러한 충돌의 '톤'이 현재 모델과 완전히 일치하지 않는 물리학을 암시할 수 있음을 보여주었습니다.

두 연구의 공동 저자인 Yanbei Chen은 "두 개의 블랙홀이 합쳐져 더 큰 블랙홀이 생성되면 최종 블랙홀이 종처럼 울립니다."라고 말했습니다. "양자 중력에 대한 특정 이론이 정확하다면 울림의 품질이나 음색은 일반 상대성 이론의 예측과 다를 수 있습니다. 우리의 방법은 고조파와 같은 링다운 단계의 품질 차이를 찾도록 설계되었습니다. 예를 들어 배음."

첫 번째 연구는 다양한 양자 중력 이론 하에서 블랙홀이 어떻게 울리는지를 설명하는 새로운 방정식을 제시합니다. 이는 이론 물리학자 Saul Teukolsky가 1970년대에 처음 개발한 방정식을 기반으로 합니다. 두 번째 연구에서 팀은 배경 잡음을 필터링하여 LIGO에서 수집한 데이터에 새로운 방정식을 적용하는 방법을 설명합니다.

LIGO가 최근 3년간의 업그레이드 중단 후 다시 시작되면서 우리는 곧 양자 중력에 대한 아이디어를 테스트할 수 있게 될 것입니다.

이 연구는 Physical Review X 및 Physical Review Letters 저널에 게재되었습니다.

출처: 칼텍