중력자
1. 개요
존재여부가 확인되지 않은, 이론상으로만 추측되는 게이지 보손 입자. 중력파를 매개하는 입자이다. (광자가 전자기파를 매개하는 입자인 것과 마찬가지이다.)
2. 이론
추측 이유로는 어쨌든 중력도 자연계에 있는 것이며 다른 모든 것들이 전부 양자화된 마당에 중력이 양자화되지 않으면 그건 또 이상하기 때문에. 물론 중력의 양자화가 중력의 매개 입자, 즉 중력자를 요구한다는 건 당연.[1] 하지만 현재까지 (그리고 앞으로도 오랫동안) 중력의 진정한 양자화는 밝혀지지 않을 것으로 보인다. 결국 실험으로 검증해야 하는데 이를 위해 필요한 게 원자보다 좁은 영역에 1019 GeV의 에너지[2]를 집중시켜야 하는 것. 그렇다고 우주로부터 도움이 되는 신호가 오는 것도 아니니...
한편, 이론 쪽 상황을 보자면 아무래도 초끈이론이 유명하다. 초끈이론에서는 자연스럽게 스핀이 2이며 질량이 0인 입자가 존재하게 되는데, 이를 중력자라 여기고 있다. 이 입자의 존재를 예견한다는 점에서(이것 때문만은 아니지만), 초끈이론은 네 가지 기본 상호작용을 아우르는 모든 것의 이론의 후보로 지목된다. 중력의 작용거리가 무한하기 때문에, 중력자는 질량이 없고 광속으로 움직여야 한다. 또한 전하나 색을 띠지도 않아야한다. 색이나 전하값을 가지게 될 경우, 이론적으로 단독 중력자는 존재할 수 없게 된다. 같은 중력자끼리 엮여서 무색이 되거나, 글루온, 쿼크와 상호작용해야 하는데, 이렇게 될 경우, 약력이나 강력에 관여하게 된다. 또한, 만약 같은 중력자끼리 뭉칠 경우라면, 실질적으로 무색 중력자나 다름 없어진다. 하지만, 이론적으로 한 힘의 매개자가 다른 힘에 영향을 끼쳐서는 안 되기 때문에 색을 띠어서는 안 된다. 전하를 띨 경우에는 전자기력과 상호작용하기 때문에 마찬가지.[3]
부연설명하자면, 중력자는 물체를 끌어당기는 입자가 아니다. 중력이 본질적으로 물체를 끌어당기는 힘이 아니라는 사실은 일반 상대성 이론을 통해 검증되어 있다. 중력자가 존재한다면 중력은 시공간이 휘어진 곡률이고, 중력자는 중력을 매개하는 것이지 시공간이 휘어 있기 때문에 우리가 감각으로 느끼게 되는 '끌어당기는 힘'을 매개하는 것이 아니다. 무슨 차이인가 싶겠지만 중요한 차이이다. 위에서 게이지 보손의 정체를 설명한 걸 다시 읽어 보자.
묘하게도 2016년 LIGO-VIRGO가 검출한 중력파와 많이들 헷갈려 한다. 그래도 중력파와 같이 중력 혹은 시공간의 왜곡을 어떤 파동과 같은 것으로 기술하기 시작하는 것으로부터 양자화가 시작되는 것인 점을 감안하면 아주 관련이 없다고 할 수 없겠지만 이 중력파만으로 중력의 양자화를 말하기는 어려운 게 사실이므로 중력자와는 엄연히 말해 다르다.
[1] 종종 게시판에서 중력자는 초끈이론만의 개념이고 기존의 이론에서는 가능하지 않은 존재라는 주장을 하는 경우가 있는데, 이는 잘못된 주장이라고 할 수 있겠다.[2] 번개 하나의 에너지에 맞먹는 양이다. 혹은 TNT 1톤이 내놓는 에너지 정도의 레벨. [3] 더 강력하게, 와인버그-위튼 정리 때문에 중력자는 어떤 입자들의 합성일 수 없다고 말할 수 있다.