제5권 · Chapter 2: 일반상대론과 우주

1. 중력 = 시공간의 휘어짐

1-3. 아인슈타인의 중력 이론이 뉴턴과 다른 점

150년 동안 아무도 풀지 못한 수수께끼

1859년, 프랑스의 천문학자 위르뱅 르베리에(Urbain Le Verrier)는 난감한 문제와 씨름하고 있었다. 수성의 궤도가 뉴턴 역학의 예측과 아주 조금 어긋나는 것이었다.

수성은 태양 주위를 타원 궤도로 돈다. 그런데 이 타원 자체가 매우 느리게 회전한다 — 타원의 가장 가까운 점(근일점)이 세기마다 조금씩 이동하는 것이다. 이 현상을 근일점 이동(영문: perihelion precession)이라고 부른다. 금성, 목성 등 다른 행성의 중력 영향을 모두 계산에 넣으면, 관측값의 대부분이 설명된다. 하지만 100년에 약 43초각(arcsecond)에 해당하는 양이 설명되지 않고 남았다.

43초각이 얼마나 작은 양인지 감을 잡아보자. 1도의 1/3600이 1초각이다. 100년에 43초각이면, 수성이 태양을 한 바퀴 도는 88일 동안에는 고작 0.1초각 정도의 차이에 불과하다. 시계 초침의 두께보다도 작은 각도이다!

하지만 천문학자들에게 이 작은 어긋남은 무시할 수 있는 것이 아니었다. 르베리에는 처음에 미발견 행성 "벌칸"(Vulcan)이 태양 가까이에 숨어 있어서 수성의 궤도에 영향을 주는 것이라고 추측했다. (그는 이전에 같은 방법으로 천왕성의 궤도 이상을 설명하기 위해 해왕성의 존재를 예측하여 대성공을 거둔 경험이 있었다.) 하지만 벌칸 행성은 아무리 찾아도 발견되지 않았다.