What the discovery of gravitational waves means | Allan Adams

번역: Yoonjae Yoo 검토: Jihyeon J. Kim

1.3 billion years ago,

13억년 전에

in a distant, distant galaxy,

아주 먼 은하에서

two black holes locked into a spiral,

두 개의 블랙홀이 나선형으로 얽혀서

falling inexorably towards each other

그대로 서로를 향해 달려든 후

and collided,

충돌했습니다.

converting three Suns' worth of stuff

태양의 세 배만큼의 질량이

into pure energy in a tenth of a second.

1/10초 만에 순수한 에너지로 전환됐죠.

For that brief moment in time,

바로 그 순간의 섬광은

the glow was brighter than all the stars

알려진 우주의 모든 은하계의

in all the galaxies

모든 별들을 합친 것보다 밝게 빛났습니다.

in all of the known Universe.

It was a very

그건 정말이지

big

엄청난 빅뱅이었습니다.

bang.

But they didn't release their energy in light.

하지만 에너지가 빛의 형태를 띠고 있었던 건 아닙니다.

I mean, you know, they're black holes.

아시듯이, 블랙홀이니까요.

All that energy was pumped into the fabric of space and time itself,

그 모든 에너지들은 시공간의 구조를 따라 퍼져나가서

making the Universe explode in gravitational waves.

우주가 중력파를 폭파시키게 만듭니다.

Let me give you a sense of the timescale at work here.

우주적 시간의 척도에 대해 감을 잡을 수 있게 해드릴게요.

1.3 billion years ago,

13억년 전에,

Earth had just managed to evolve multicellular life.

지구에는 막 다세포 생물들이 태동하기 시작했습니다.

Since then, Earth has made and evolved

그 이후에 산호,

corals, fish, plants, dinosaurs, people and even -- God save us -- the Internet.

물고기, 식물, 공룡, 인류와 심지어 인터넷까지 나타났죠.

And about 25 years ago,

약 25년 전에,

a particularly audacious set of people --

대담한 사람들이 있었고

Rai Weiss at MIT, Kip Thorne and Ronald Drever at Caltech --

MIT의 라이 와이즈, 칼텍의 킵쏜과 로날드 드레버 같은 이들이

decided that it would be really neat

거대한 레이저 검출기를 만들면

to build a giant laser detector

정말 멋질 것이라고 생각했습니다.

with which to search for the gravitational waves

블랙홀의 충돌에서 발견되는

from things like colliding black holes.

중력파를 탐지하기 위한 것이었죠.

Now, most people thought they were nuts.

대부분의 사람들은 그들이 미쳤다고 생각했습니다.

But enough people realized that they were brilliant nuts

그러나 미쳤지만 똑똑하다는 것을 아는 사람들이 충분히 있었기에

that the US National Science Foundation decided to fund their crazy idea.

미국 국립과학재단이 이 미친 아이디어에 자금을 제공하기로 합니다.

So after decades of development,

그래서 10년 동안의 거듭된 개발,

construction and imagination

건설, 상상,

and a breathtaking amount of hard work,

그리고 엄청나게 많은 노력을 기울인 끝에

they built their detector, called LIGO:

그들은 검출기를 만들었습니다.

The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory.

LIGO(레이저 간섭계 중력파관측소) 라고 합니다.

For the last several years,

지난 몇 년간,

LIGO's been undergoing a huge expansion in its accuracy,

LIGO는 정밀도의 비약적인 증가 및

a tremendous improvement in its detection ability.

검출 능력의 대단한 향상을 겪어왔습니다.

It's now called Advanced LIGO as a result.

그 결과 지금은 진보된 LIGO라고 불립니다.

In early September of 2015,

2015년 9월 초에,

LIGO turned on for a final test run

LIGO는 마지막 검증을 거치며

while they sorted out a few lingering details.

몇 가지 남아있던 세부적인 문제들을 해결했습니다.

And on September 14 of 2015,

그리고 검출기가 작동하기 시작하고 며칠 후인

just days after the detector had gone live,

2015년 9월 14일에,

the gravitational waves from those colliding black holes

그 블랙홀의 충돌로부터 나온 중력파가

passed through the Earth.

지구를 통과해 지나갔습니다.

And they passed through you and me.

여러분과 저 모두를 통과해 지나갔죠.

And they passed through the detector.

그리고 검출기도 통과해 지나갔습니다.

(Audio) Scott Hughes: There's two moments in my life

(음성) 스캇 휴즈: 지금 순간보다 더 강력한 무언가를 느꼈던 적은

내 일생에 딱 두 번밖에 없었습니다.

more emotionally intense than that.

하나는 제 딸이 태어났을 때이고,

One is the birth of my daughter.

The other is when I had to say goodbye to my father when he was terminally ill.

다른 하나는 완전히 병든 아버지에게 작별 인사를 해야했던 때입니다.

You know, it was the payoff of my career, basically.

아실지 모르겠지만, 그건 저의 경력에 대한 보답이었어요.

Everything I'd been working on -- it's no longer science fiction! (Laughs)

제가 일해온 것이 더 이상 공상 과학 소설이 아니라는 거죠! (웃음)

Allan Adams: So that's my very good friend and collaborator, Scott Hughes,

앨런 아담스: 저 음성의 주인공이자 저의 친한 친구며 동료이고

a theoretical physicist at MIT,

MIT의 이론 물리학자인 스캇 휴즈는

who has been studying gravitational waves from black holes

블랙홀에서 방출된 중력파 및

and the signals that they could impart on observatories like LIGO,

LIGO와 같은 관측소에서 검출가능한 신호를

for the past 23 years.

23년간 연구해왔습니다.

So let me take a moment to tell you what I mean by a gravitational wave.

제가 얘기한 중력파에 대해서 잠깐 얘기를 해볼게요.

A gravitational wave is a ripple

중력파는 시간과 공간의 구조에 퍼져나가는 일종의 파장입니다.

in the shape of space and time.

As the wave passes by,

파동이 지나가면서

it stretches space and everything in it

공간 및 그 공간 내부의 모든 것들이 한쪽 방향으로 늘어나고

in one direction,

and compresses it in the other.

반대 방향으로는 수축합니다.

This has led to countless instructors of general relativity

그래서 셀 수 없이 많은 일반 상대성 이론 교수들이

doing a really silly dance to demonstrate in their classes on general relativity.

상대성 이론 수업에서 괴상한 춤을 추는 거죠.

"It stretches and expands, it stretches and expands."

"늘어나면서 확장하고, 늘어나면서 확장하고."

So the trouble with gravitational waves

그런데 중력파의 문제점은

is that they're very weak; they're preposterously weak.

그들의 존재가 너무 터무니없이 미약해요.

For example, the waves that hit us on September 14 --

예를 들면, 9월 14일에 우리를 덮친 중력파는

and yes, every single one of you stretched and compressed

네 맞아요, 중력파가 지나갈 때

우리 개개인이 모두 늘어나고 수축됐죠.

under the action of that wave --

when the waves hit, they stretched the average person

그 중력파가 덮쳤을 때 평균적인 한 사람을

by one part in 10 to the 21.

10의 21승 분의 1 만큼 늘어뜨렸어요.

That's a decimal place, 20 zeroes,

소수점 밑으로 0이 20개 있고

and a one.

1이 있는 숫자죠.

That's why everyone thought the LIGO people were nuts.

그래서 LIGO를 만드는 사람들이 미쳤다고 생각했던 겁니다.

Even with a laser detector five kilometers long -- and that's already crazy --

이미 미친 소리같겠지만 5km 길이의 검출기가 있더라도

they would have to measure the length of those detectors

그 검출기의 길이를

to less than one thousandth of the radius of the nucleus

한 원자 속의 중성자 반지름의 1/1000 이하의 정확도로

of an atom.

측정해야 합니다.

And that's preposterous.

정말 터무니없죠.

So towards the end of his classic text on gravity,

중력에 관한 고전 교과서 끝 부분에서

LIGO co-founder Kip Thorne

LIGO의 공동 설립자인 킵 쏜이

described the hunt for gravitational waves as follows:

중력파 탐사를 다음처럼 표현했죠:

He said, "The technical difficulties to be surmounted

"그런 검출기를 만들기 위해

in constructing such detectors

극복해야 할 기술적인 어려움은 막대하다.

are enormous.

But physicists are ingenious,

하지만 물리학자들은 독창적이기 때문에

and with the support of a broad lay public,

그리고 대다수의 대중들이 지지해 줄 것이기 때문에

all obstacles will surely be overcome."

모든 장애물들을 확실히 극복할 수 있을 것이다."

Thorne published that in 1973,

킵 쏜은 중력파 검출의 성공보다 42년 앞선

42 years before he succeeded.

1973년에 그 책을 출판했습니다.

Now, coming back to LIGO,

다시 LIGO로 돌아와서

Scott likes to say that LIGO acts like an ear

스캇은 LIGO가 사람의 눈이 아니라

more than it does like an eye.

마치 귀의 역할을 한다고 말하길 좋아합니다.

I want to explain what that means.

어떤 의미인지 설명해 드릴게요.

Visible light has a wavelength, a size,

가시광선은 여러분 주변에 있는

that's much smaller than the things around you,

물체들보다 파장과 크기가 훨씬 작습니다.

the features on people's faces,

사람들의 눈,코,입이나

the size of your cell phone.

휴대폰 같은 것들에 비해서 말이죠.

And that's really useful,

그 사실로 인해서

because it lets you make an image or a map of the things around you,

여러분을 둘러싼 풍경의 사방에서 눈으로 들어오는 빛을 봄으로써

by looking at the light coming from different spots

여러분 주변 사물의 모습을 그리거나 주변의 지도를 그릴 수가 있는 것입니다.

in the scene about you.

Sound is different.

소리는 다릅니다.

Audible sound has a wavelength that can be up to 50 feet long.

들을 수 있는 소리의 파장은 50피트(약 15m)나 될 수 있습니다.

And that makes it really difficult --

그래서 실용적인 목적으로

in fact, in practical purposes, impossible -- to make an image

여러분이 정말 아끼는 무언가의 소리의 그림을

of something you really care about.

그리기가 매우 힘들죠.

Your child's face.

여러분 아이의 얼굴 같은 것들을요.

Instead, we use sound to listen for features like pitch

대신 우리는 음색이나 음조, 박자 및 크기같은

and tone and rhythm and volume

소리의 특징들을 들음으로써

to infer a story behind the sounds.

소리 뒤에 감춰진 이야기를 유추합니다.

That's Alice talking.

저기 앨리스가 얘기하고 있네.

That's Bob interrupting.

저기 밥이 대화에 끼어들었네.

Silly Bob.

어리석은 밥같으니.

So, the same is true of gravitational waves.

중력파에 대해서도 마찬가지입니다.

We can't use them to make simple images of things out in the Universe.

중력파를 듣고 우주 너머 물체의 모습을 떠올릴 수는 없습니다.

But by listening to changes

하지만 중력파의 진폭과 진동수의 변화를 들음으로써

in the amplitude and frequency of those waves,

we can hear the story that those waves are telling.

그 중력파가 얘기해주는 이야기들을 들을 수가 있습니다.

And at least for LIGO,

그리고 최소한 LIGO에서는

the frequencies that it can hear are in the audio band.

들을 수 있는 진동수는 오디오 채널에 담겨있습니다.

So if we convert the wave patterns into pressure waves and air, into sound,

그래서 우리가 중력파의 패턴을 기압파와 공기, 즉 소리로 변환시키면

we can literally hear the Universe speaking to us.

말그대로 우주가 우리에게 말하는 것을 들을 수가 있는 것입니다.

For example, listening to gravity, just in this way,

예를 들면, 이런 방식으로 중력을 듣는 것이

can tell us a lot about the collision of two black holes,

저의 동료인 스캇이 한참 동안 고민을 했던

something my colleague Scott has spent an awful lot of time thinking about.

두 개의 블랙홀 충돌에 대해 이야기를 해줄 수 있는 것이지요.

(Audio) SH: If the two black holes are non-spinning,

(음성) 스캇 휴즈: 만약 두 개의 블랙홀이 회전하고 있지 않다면

you get a very simple chirp: whoop!

매우 간단한 노래를 들을수가 있습니다. 우! 하고 말이죠.

If the two bodies are spinning very rapidly, I have that same chirp,

만약 매우 빨리 회전하고 있다면 같은 노래가 들리지만

but with a modulation on top of it,

이번에는 톤이 더 높아서

so it kind of goes: whir, whir, whir!

이렇게 들립니다: 윙 윙 윙!

It's sort of the vocabulary of spin imprinted on this waveform.

블랙홀의 회전이 음파에서는 이런 형태로 표현되는 거죠.

AA: So on September 14, 2015,

앨런 애덤스: 2015년 9월 14일에

a date that's definitely going to live in my memory,

제 기억에 평생 남을 날입니다.

LIGO heard this:

LIGO는 이것을 들었습니다:

[Whirring sound]

[윙윙대는 소리]

So if you know how to listen, that is the sound of --

그래서 여러분이 듣는 방법만 안다면, 이것이 바로

(Audio) SH: ... two black holes, each of about 30 solar masses,

(음성) 스캇 휴즈: 각각 태양의 30배 질량인 두 블랙홀이

that were whirling around at a rate

믹서기의 속도만큼 빠르게 회전하면서 내던 소리인거죠.

comparable to what goes on in your blender.

AA: It's worth pausing here to think about what that means.

앨런 애덤스: 여기서 잠시 멈추고 그 의미를 생각해볼 가치가 있습니다.

Two black holes, the densest thing in the Universe,

우주에서 가장 밀도가 높은 물질인 두 개의 블랙홀이

one with a mass of 29 Suns

그 중 하나는 태양의 29배의 질량이고

and one with a mass of 36 Suns,

다른 하나는 태양의 36배인데도 불구하고

whirling around each other 100 times per second

충돌하기 직전에 1초에 100번의 속도로

before they collide.

서로 회전하고 있었다는 겁니다.

Just imagine the power of that.

얼마나 강력한지 한번 상상해보세요.

It's fantastic.

끝내줍니다.

And we know it because we heard it.

그리고 우리가 그것을 알 수 있는 이유는, 그것을 들었기 때문입니다.

That's the lasting importance of LIGO.

그렇게 때문에 LIGO는 변함없이 중요할 수밖에 없는 거죠.

It's an entirely new way to observe the Universe

우리는 우주를 관찰할 수 있는 완전히 새로운 방법을 가지게 되었고

that we've never had before.

이는 그전까지는 전혀 불가능했습니다.

It's a way that lets us hear the Universe

이제부터 우리가 우주를 들을 수 있으므로

and hear the invisible.

보이지 않는 것도 들을 수 있죠.

And there's a lot out there that we can't see --

그리고 우주 저 바깥에는 실험적 혹은 이론적으로

in practice or even in principle.

우리가 볼 수 없는 많은 것들이 있습니다.

So supernova, for example:

초신성을 예로 들자면

I would love to know why very massive stars explode in supernovae.

저는 무거운 별들이 왜 폭발해서 초신성이 되는지 알고 싶어요.

They're very useful;

매우 유용하거든요.

we've learned a lot about the Universe from them.

초신성들부터 우리는 우주에 대해 많은 것을 배울 수가 있습니다.

The problem is, all the interesting physics happens in the core,

문제는 모든 흥미로운 물리 현상들은 중심부에서 일어난다는 것이고

and the core is hidden behind thousands of kilometers

중심부는 바깥의 철과 탄소, 규소로부터

of iron and carbon and silicon.

수 천km 안쪽에 숨겨져 있다는 것입니다.

We'll never see through it, it's opaque to light.

우리는 안쪽을 꿰뚫어볼 수 없습니다. 불투명하기 때문이죠.

Gravitational waves go through iron as if it were glass --

중력파는 마치 철이 유리인 것처럼, 즉 완전히 투명하게 뚫고 지나갑니다.

totally transparent.

The Big Bang: I would love to be able to explore

제가 정말 연구하고 싶어하는

the first few moments of the Universe,

우리 우주의 가장 짧은 첫 순간인 빅뱅은

but we'll never see them,

그 직후의 잔광으로 가려져 있기 때문에

because the Big Bang itself is obscured by its own afterglow.

우리가 절대 그것을 들여다볼 수 없습니다.

With gravitational waves,

중력파를 이용하면

we should be able to see all the way back to the beginning.

우리는 가장 첫 순간으로 되돌아갈 수 있습니다.

Perhaps most importantly,

아마 가장 중요할 수도 있을텐데

I'm positive that there are things out there

우리가 본 적도 없고

that we've never seen

아마 영영 볼 수도 없으며

that we may never be able to see

우리가 상상할 수조차도 없었지만

and that we haven't even imagined --

오직 귀를 기울임으로써 발견할 수 있는 것들이

things that we'll only discover by listening.

저 너머에 있다고 강력하게 확신하고 있습니다.

And in fact, even in that very first event,

그리고 사실, 최초의 사건이었던 빅뱅에 대해서도

LIGO found things that we didn't expect.

LIGO는 우리가 예상치도 못했던 것들을 발견했습니다.

Here's my colleague and one of the key members of the LIGO collaboration,

저의 MIT 동료이고 핵심 LIGO 협력 멤버 중 한명인

Matt Evans, my colleague at MIT, addressing exactly that:

맷 에반스는 바로 그 점에 대해 이야기합니다.

(Audio) Matt Evans: The kinds of stars which produce the black holes

(음성) 맷 에반스: 우리가 관측한 블랙홀을 만들어내는 별들은

that we observed here

마치 우주의 공룡과도 같습니다.

are the dinosaurs of the Universe.

고고학으로 비유하자면

They're these massive things that are old, from prehistoric times,

그 별들은 선사시대에 살았던 거대하고 오래된 것들이며

and the black holes are kind of like the dinosaur bones

블랙홀은 공룡의 뼈와 같습니다.

with which we do this archeology.

So it lets us really get a whole nother angle

그렇기 때문에 우주 저 너머에 무엇이 있는지와

on what's out there in the Universe

별들이 어떻게 생겨났고 끝을 맞이하는지

and how the stars came to be, and in the end, of course,

그리고 우리 인류가 이런 혼돈 속에서 어떻게 출현했는지에 대한

how we came to be out of this whole mess.

완전히 새로운 관점을 제시해줄 수 있습니다.

AA: Our challenge now

앨런 애덤스: 이제부터 우리가 직면한 도전은

is to be as audacious as possible.

최대한 대담해져야 하는 것입니다.

Thanks to LIGO, we know how to build exquisite detectors

LIGO의 도움으로 우주의 바스락거리는 소리나

that can listen to the Universe,

지저귀는 소리까지 들을 수 있는 검출기를

to the rustle and the chirp of the cosmos.

어떻게 만드는지 알게 됐습니다.

Our job is to dream up and build new observatories --

앞으로 우리가 해야할 것은 꿈을 크게 가지고 새로운 관측소

a whole new generation of observatories --

즉, 완전히 새로운 세대의 관측소를

on the ground, in space.

우주 공간에다가 건설하는 것입니다.

I mean, what could be more glorious than listening to the Big Bang itself?

제 말은, 빅뱅 자체를 들을 수 있는 것보다 더 영광스러운 일이 있을까요?

Our job now is to dream big.

우리는 앞으로 꿈을 크게 가져야 합니다.

Dream with us.

함께 꿈을 꿉시다.

Thank you.

감사합니다.

(Applause)

(박수)