Gabriela González: How LIGO discovered gravitational waves (with English subtitles) | TED

번역: Young You 검토: InHyuk Song

A little over 100 years ago, in 1915,

약 100여 년 전인 1915년

Einstein published his theory of general relativity,

아인슈타인은 일반 상대성 이론을 발표했습니다.

which is sort of a strange name,

다소 모호한 이름이지만 중력을 설명하는 이론입니다.

but it's a theory that explains gravity.

It states that mass -- all matter, the planets -- attracts mass,

행성을 비롯해 질량을 가진 모든 물질, 즉 질량체는 다른 질량체를 끌어당기는데

not because of an instantaneous force, as Newton claimed,

이는 뉴턴이 주장한 순간력(Instantaneous Force) 때문이 아니라

but because all matter -- all of us, all the planets --

사람이든 행성이든 모든 물질이

wrinkles the flexible fabric of space-time.

시공간의 유연한 구조 안에서 변화되기 때문이라는 이론입니다.

Space-time is this thing in which we live and that connects us all.

시공간은 우리가 사는 곳이며 우리 모두를 연결하는 것입니다.

It's like when we lie down on a mattress and distort its contour.

마치 우리가 매트리스에 누웠을 때 매트리스가 휘어지는 현상과 같습니다.

The masses move -- again, not according to Newton's laws,

다시 말하자면, 질량체의 움직임은 뉴턴의 운동 법칙 때문이 아닌

but because they see this space-time curvature

시공간의 휘어짐을 보고 그 곡선을 따라 움직이는 것입니다.

and follow the little curves,

just like when our bedmate nestles up to us

여러분이 침대에 누워 매트리스가 휘어지게 되면

함께 자고 있는 배우자가 여러분에게 다가오는 것처럼 말이지요.

because of the mattress curvature.

(Laughter)

(웃음)

A year later, in 1916,

1년 후인 1916년에는

Einstein derived from his theory

아인슈타인은 자신의 상대성 이론을 바탕으로 하여

that gravitational waves existed,

중력파가 존재한다는 사실과

이는 질량체가 움직일 때 발생한다는 가설을 이끌어냈습니다.

and that these waves were produced when masses move,

like, for example, when two stars revolve around one another

예를 들어, 두 별이 서로를 중심으로 공전하면

시공간에 휘어짐을 만들며 그곳에서 발생한 에너지를 담게 되고

and create folds in space-time which carry energy from the system,

이로 인해 두 별이 서로를 향해 움직이게 된다는 것입니다.

and the stars move toward each other.

However, he also estimated

그러나 아인슈타인은

that these effects were so minute,

이러한 중력파의 효과가 너무나 미세하기 때문에

that it would never be possible to measure them.

측정이 불가능할 것이라고 예측하였습니다.

I'm going to tell you the story of how,

저는 이제부터 여러분에게

with the work of hundreds of scientists working in many countries

수십 년 동안 여러 국가에서 일하고 있는

수백 명의 LIGO 과학자들의 연구로

최근인 2015년에 이르러

over the course of many decades,

just recently, in 2015,

이러한 중력파의 실체를 처음으로 발견했던

we discovered those gravitational waves for the first time.

그 과정의 이야기를 들려드리려 합니다.

It's a rather long story.

다소 긴 이야기입니다.

It started 1.3 billion years ago.

13억 년 전으로 거슬러 올라갑니다.

A long, long time ago,

아주 옛날 옛적에

in a galaxy far, far away --

머나먼 은하계에서, 아주 멀리요.

(Laughter)

(웃음)

two black holes were revolving around one another --

블랙홀 두 개가 서로를 중심으로 공전하고 있었습니다.

"dancing the tango," I like to say.

탱고 춤을 추고 있었다고 표현하고 싶네요.

It started slowly,

시작은 느렸지만

but as they emitted gravitational waves,

두 블랙홀은 중력파를 내뿜으면서

they grew closer together, accelerating in speed,

서로 점점 더 가까워지고 회전 속도 또한 점점 더 빨라졌습니다.

until, when they were revolving at almost the speed of light,

그러다 공전 속도가 거의 광속에 다다랐을 때

they fused into a single black hole

두 블랙홀이 합쳐져 하나의 블랙홀이 되었는데

that had 60 times the mass of the Sun,

그들의 질량은 태양의 60배에 달했지만

but compressed into the space of 360 kilometers.

360km의 작은 크기로 압축되었습니다.

That's the size of the state of Louisiana,

루이지애나주 정도의 크기지요.

where I live.

제가 사는 곳이에요.

This incredible effect produced gravitational waves

이 놀라운 현상은 두 블랙홀이 합쳐졌다는 우주의 소식을 담아

that carried the news of this cosmic hug to the rest of the universe.

다른 우주 공간들에게 전하는 중력파를 만들어 냈습니다.

It took us a long time to figure out the effects of these gravitational waves,

이러한 중력파의 영향을 알아내기까지는 오랜 시간이 걸렸습니다.

because the way we measure them is by looking for effects in distances.

그 이유는 우리가 중력파를 측정하는 방식이

상호 거리 간의 효과를 측정하는 방식이기 때문입니다.

We want to measure longitudes, distances.

즉, 경도와 거리를 측정해 보는 것입니다.

When these gravitational waves passed by Earth,

이 중력파가 지구를 지나갔을 때

which was in 2015,

2015년도였지요.

they produced changes in all distances --

모든 사물의 거리가 변하였습니다.

the distances between all of you, the distances between you and me,

여러분 사이의 거리, 여러분과 제 사이의 거리,

our heights --

우리의 키도 변했습니다.

every one of us stretched and shrank a tiny bit.

모든 사람의 키가 미세하게 늘어나거나 줄어들었지요.

The prediction is that the effect is proportional to the distance.

그 효과는 거리에 비례한다고 가정하고 있습니다.

But it's very small:

하지만 중력파 효과는 매우 작습니다.

even for distances much greater than my slight height,

제 작은 키보다 훨씬 긴 거리라 할지라도

the effect is infinitesimal.

그 효과는 극히 미미합니다.

For example, the distance between the Earth and the Sun

예를 들자면, 지구와 태양 사이의 거리의 경우

changed by one atomic diameter.

원자 하나의 지름 크기만큼 변하였습니다.

How can that be measured?

어떻게 측정될 수 있을까요?

How could we measure it?

저희가 어떻게 측정할 수 있었을까요?

Fifty years ago,

50년 전,

some visionary physicists at Caltech and MIT --

캘리포니아 공대와 MIT의 통찰력 있는 몇몇 물리학자인

Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss --

킵 쏜, 론 드레버, 라이 와이스 같은 박사들이

thought they could precisely measure distances

정밀하게 거리 측정을 할 수 있는 방법을 생각했습니다.

using lasers that measured distances between mirrors

수 킬로미터 떨어져 있는 거울의 상호 거리를 측정하는데 사용됐던

kilometers apart.

레이저를 이용하는 방법이었습니다.

It took many years, a lot of work and many scientists

그 기술과 아이디어를 발전시키기 위하여

to develop the technology and develop the ideas.

여러 과학자가 수년 간 많은 연구를 하였습니다.

And 20 years later,

그렇게 20년이 흘러

almost 30 years ago,

대략 30년 전에

미국에서 간섭 관측기라고 불리는 중력파 탐지기 두 기의 제작을 시작했습니다.

they started to build two gravitational wave detectors, two interferometers,

in the United States.

Each one is four kilometers long;

각각 길이가 4km로

one is in Livingston, Louisiana,

하나는 루이지애나주 리빙스턴의 아름다운 숲 가운데에 있고

in the middle of a beautiful forest,

and the other is in Hanford, Washington,

다른 하나는 워싱턴주 핸퍼드의 사막 가운데에 있습니다.

in the middle of the desert.

The interferometers have lasers

이 두 개의 간섭 관측기에는 레이저들이 존재하는데

that travel from the center through four kilometers in-vacuum,

이 레이저는 중앙에서 출발해 진공 속을 4km 진행한 후

are reflected in mirrors and then they return.

거울에 반사되어 다시 돌아오게 됩니다.

We measure the difference in the distances

이후 한 쪽 레이저의 거리와 반대쪽 레이저의 거리를 비교해

between this arm and this arm.

그 차이를 측정하는 것입니다.

These detectors are very, very, very sensitive;

중력파 탐지기는 매우, 매우, 매우 민감합니다.

they're the most precise instruments in the world.

세상에서 가장 정밀한 장치지요.

Why did we make two?

왜 두 개를 만들었을까요?

It's because the signals that we want to measure come from space,

측정하고자 하는 중력파 신호는 우주에서 오지만

지구의 거울은 항상 움직이고 있기 때문에

but the mirrors are moving all the time,

so in order to distinguish the gravitational wave effects --

중력파 효과를 확실히 구별하기 위해 두 개의 탐지기가 필요했기 때문입니다.

which are astrophysical effects and should show up on the two detectors --

우주에서 오는 중력파 효과는 두 탐지기에 모두 나타나야 할 것입니다.

we can distinguish them from the local effects,

즉, 탐지기가 두 개 있으면

한쪽이나 다른 한쪽에만 나타나는 국지적 효과와

which appear separately, either on one or the other.

중력파 효과를 구별할 수가 있기 때문입니다.

In September of 2015,

2015년 9월

저희는 중력파 탐지기에 2세대 기술의 적용을 마쳤지만

we were finishing installing the second-generation technology

in the detectors,

and we still weren't at the optimal sensitivity that we wanted --

여전히 기대한 만큼의 최적 감도를 실현하지는 못했습니다.

we're still not, even now, two years later --

심지어 2년이 지난 지금도 아직까지 못하고 있습니다.

but we wanted to gather data.

그럼에도 불구하고, 저희는 데이터를 수집하고자 했습니다.

We didn't think we'd see anything,

무언가 발견할 것이라고는 생각하지 않았지만

but we were getting ready to start collecting a few months' worth of data.

단지 몇 개월 분량의 통계 데이터를 수집할 준비를 하고 있었습니다.

And then nature surprised us.

그러다가 자연이 우리에게 놀라움을 선사했습니다.

On September 14, 2015,

2015년 9월 14일

we saw, in both detectors,

양쪽 탐지기에서 모두

a gravitational wave.

중력파를 발견하게 되었습니다.

In both detectors, we saw a signal

두 탐지기에서 모두

진폭과 주파수가 증가했다가 다시 제자리로 돌아가는

with cycles that increased in amplitude and frequency

and then go back down.

주기적 신호를 보게 된 것입니다.

And they were the same in both detectors.

두 탐지기에서 나타난 신호가 같았습니다.

They were gravitational waves.

중력파였지요.

And not only that -- in decoding this type of wave,

그뿐만 아니라 그 신호를 해석하면서

we were able to deduce that they came from black holes

이 중력파가 10억 년 이전에 하나로 합쳐졌던

fusing together to make one,

블랙홀로부터 왔다는 사실을 추론할 수 있었습니다.

more than a billion years ago.

And that was --

그것은..

(Applause)

(박수)

that was fantastic.

그것은 환상적이었습니다.

At first, we couldn't believe it.

처음에는 믿을 수가 없었습니다.

We didn't imagine this would happen until much later;

이렇게 빨리 발견하게 될 줄은 상상도 하지 못했습니다.

모두가 놀랐습니다.

it was a surprise for all of us.

It took us months to convince ourselves that it was true,

저희 스스로도 사실을 확신하기까지 수개월이 걸렸습니다.

because we didn't want to leave any room for error.

오류의 여지를 조금도 남기고 싶지 않았거든요.

But it was true, and to clear up any doubt

결국 중력파는 사실이었지만

다만 탐지기가 정말로 중력파를 측정할 수 있는지 확신하기 위하여

that the detectors really could measure these things,

in December of that same year,

같은 해 12월에

we measured another gravitational wave,

또 다른 중력파를 측정하였습니다.

smaller than the first one.

조금 더 작은 중력파였습니다.

The first gravitational wave produced a difference in the distance

첫 번째 중력파가 만들어낸 거리 차이는

of four-thousandths of a proton

양성자의 4천 분의 1에 해당하는 크기였습니다.

over four kilometers.

4km 거리에서요

Yes, the second detection was smaller,

네, 두 번째 중력파는 더 작았습니다.

but still very convincing by our standards.

그래도 저희 기준에 의하면 여전히 매우 믿을 만한 수치였습니다.

Despite the fact that these are space-time waves and not sound waves,

중력파는 소리의 파동이 아니라 시공간의 파동이지만

we like to put them into loudspeakers and listen to them.

우리는 이것을 대형 스피커에 넣고 즐겨 들었습니다.

We call this "the music of the universe."

우리는 이를 "우주의 음악"이라고 불렀습니다.

I'd like you to listen to the first two notes of that music.

이 음악의 첫 두 음을 들어보시죠.

(Chirping sound)

(새가 우는 듯한 소리)

(Chirping sound)

(새가 우는 듯한 소리)

The second, shorter sound was the last fraction of a second

두 번째의 짧은소리는

두 블랙홀이 만나는 마지막 순간에 발생하는 소리입니다.

of the two black holes which,

in that fraction of a second, emitted vast amounts of energy --

그 찰나의 순간에 막대한 에너지가 방출되는데

so much energy, it was like three Suns converting into energy,

이때 방출된 에너지양은 유명한 공식인 E = mc2로 계산해보면

following that famous formula,

태양 세 개의 에너지양과 같습니다.

E = mc2.

Remember that one?

다들 이 공식 기억하시죠?

We love this music so much we actually dance to it.

저희는 이 음악을 너무나 사랑하여 이 음악에 맞춰 춤을 추기도 합니다.

I'm going to have you listen again.

다시 한번 들려드리겠습니다.

(웃음)

(Chirping sound)

(새가 우는 듯한 소리)

(Chirping sound)

(새가 우는 듯한 소리)

It's the music of the universe!

우주의 음악입니다

(Applause)

(박수)

People frequently ask me now:

사람들이 저희에게 흔히 질문하는 것 중 하나는

"What can gravitational waves be used for?

중력파를 과연 어디에 활용할 수 있는지 여부입니다.

And now that you've discovered them, what else is there left to do?"

중력파를 발견해냈으니 이제 무엇을 할 것인지 물어보곤 합니다.

What can gravitational waves be used for?

중력파를 어디에 활용할 수 있을까요?

When they asked Borges, "What is the purpose of poetry?"

사람들이 시인 보르헤스에게 시의 목적이 무엇이냐고 물었을 때

he, in turn, answered,

보르헤스는 이렇게 되물었습니다.

"What's the purpose of dawn?

"새벽녘의 목적이 무엇일까요?"

What's the purpose of caresses?

"애정 표현의 목적이 무엇일까요?"

What's the purpose of the smell of coffee?"

"커피 향기의 목적이 무엇일까요?"

He answered,

그리고 이렇게 답을 했습니다.

"The purpose of poetry is pleasure; it's for emotion, it's for living."

"시의 목적은 즐거움입니다. 감정을 위해, 삶을 위해 존재하는 것입니다."

And understanding the universe,

우주를 이해한다는 것

this human curiosity for knowing how everything works,

만물이 어떻게 작용하는지 알고자 하는 인간의 호기심도 비슷합니다.

is similar.

Since time immemorial, humanity -- all of us, everyone, as kids --

아득한 옛날부터 인간은, 아마도 우리 모두 또한 어렸을 때

when we look up at the sky for the first time and see the stars,

하늘을 올려보다 처음으로 별을 보면서 호기심을 가졌을 것입니다.

we wonder,

"What are stars?"

"별이란 게 뭘까?"

That curiosity is what makes us human.

이러한 호기심들이 우리를 더욱 인간답게 만듭니다.

And that's what we do with science.

과학을 하는 이유는 이러한 호기심 때문입니다.

We like to say that gravitational waves now have a purpose,

중력파에 이제 목적이 생겼다고 말하고 싶습니다.

because we're opening up a new way to explore the universe.

저희는 우주를 분석하는 새로운 방법을 개발하고 있습니다.

Until now, we were able to see the light of the stars

지금까지 우리는 별들이 발생시키는 빛을

오직 전자파를 통해서 관찰할 수 있었지만

via electromagnetic waves.

Now we can listen to the sound of the universe,

이제는 우주의 소리를 듣는 것이 가능해졌습니다.

even of things that don't emit light, like gravitational waves.

중력파처럼 빛을 발생하지 않는 무형의 소리까지도 관찰할 수 있게 된 것입니다.

(Applause)

(박수)

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)

But are they useful?

그러나 이것이 충분히 유용할까요?

Can't we derive any technology from gravitational waves?

중력파를 이용하여 새로운 기술을 만들어낼 수는 없을까요?

Yes, probably.

아마도 가능할 것입니다.

But it will probably take a lot of time.

하지만 오랜 시간이 소요될 것입니다.

We've developed the technology to detect them,

중력파를 탐지하는 기술은 개발했지만

but in terms of the waves themselves,

중력파 자체의 유용성에 대해서는

maybe we'll discover 100 years from now that they are useful.

아마도 100년 정도가 지나야 찾아낼 수 있을 것 같습니다.

But it takes a lot of time to derive technology from science,

과학으로부터 기술을 창조하는 것은 오랜 시간이 걸리는 일이고

이는 과학을 하는 이유가 아닙니다.

and that's not why we do it.

All technology is derived from science,

모든 기술은 과학으로부터 창조되긴 하지만

but we practice science for the enjoyment.

우리는 즐거움을 위해 과학을 연구하고 있습니다.

What's left to do?

그럼 어떠한 일이 남아있을까요?

A lot.

아주 많습니다.

A lot; this is only the beginning.

많습니다. 이것은 단지 시작일뿐입니다.

As we make the detectors more and more sensitive --

중력파 탐지기의 감도 성능을 점점 더 향상시킬 수 있다면

and we have lots of work to do there --

가능한 일은 더욱 많아집니다.

not only are we going to see more black holes

더 많은 블랙홀을 보게 될 뿐만 아니라 그 목록을 만들 수 있게 됩니다.

and be able to catalog how many there are, where they are

몇 개인지, 어디에 있는지, 얼마나 큰지요.

and how big they are,

we'll also be able to see other objects.

뿐만 아니라 다른 물체들도 발견하게 될 것입니다.

We'll see neutron stars fuse and turn into black holes.

중성자별이 서로 합쳐져 블랙홀로 변하는 것도 볼 수 있게 됩니다.

We'll see a black holes being born.

즉, 블랙홀의 탄생을 보게 되는 것입니다.

We'll be able to see rotating stars in our galaxy

우리 은하계에서 자전하는 별들이

produce sinusoidal waves.

사인파를 만들어내는 광경도 보게 될 것이며

We'll be able to see explosions of supernovas in our galaxy.

은하계에서 초신성들이 폭발하는 것도 볼 수 있을 것입니다.

We'll be seeing a whole spectrum of new sources.

즉, 모든 영역에 걸쳐 새로운 원천들을 볼 수 있을 것입니다.

We like to say

저희는 인간의 몸에 새로운 감각 기관을 추가했다고 표현하고 싶습니다.

that we've added a new sense to the human body:

now, in addition to seeing,

이제 보는 것과 더불어 들을 수가 있습니다.

we're able to hear.

This is a revolution in astronomy,

천문학에서 혁명이 일어난 것입니다.

like when Galileo invented the telescope.

갈릴레오가 망원경을 발명했을 때처럼 말입니다.

It's like when they added sound to silent movies.

이는 마치 소리 없는 영화에 소리가 더해졌을 때와 같습니다.

This is just the beginning.

이는 단지 시작에 불과합니다.

저희 과학자들은 이렇게 생각하고 싶습니다.

We like to think

that the road to science is very long -- very fun, but very long --

과학의 길은 매우 긴 길입니다.

매우 즐겁지만, 무척 긴 길입니다.

and that we, this large, international community of scientists,

저희 LIGO 과학 협력단 과학자들은 이 위대한 국제 사회에서

여러 국가에서 함께 일하며 하나의 팀으로서 함께 힘을 모아

working from many countries, together as a team,

are helping to build that road;

그 길을 만들어 나가고 있습니다.

that we're shedding light -- sometimes encountering detours --

저희는 빛을 비추기도 하고 때로는 우회로를 찾기도 하면서

and building, perhaps,

우주로 나아가는 고속도로를 만들어 나가고 있습니다.

a highway to the universe.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)