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일연구팀, 중력따른 시간흐름차로 표고차 계산…상대성이론 실증

'광격자시계' 이용 도쿄·사이타마현 해발높이 계산…실측치와 5㎝ 오차

(서울=연합뉴스) 이해영 기자 = 일본 연구팀이 중력이 큰 곳에서는 시간이 천천히 간다는 아인슈타인의 상대성이론을 토대로 도쿄(東京)와 인근 사이타마(埼玉)현의 해발 높이 차이를 계산해 내는 데 성공했다.

시계를 이용해 표고차이를 측량할 수 있다는 사실이 실용적으로 증명되기는 이번이 처음이다. 이 연구에는 가도리 히데토시(香取秀俊) 도쿄대 교수가 개발한 '광격자(光格子)시계'가 이용됐다.

6일 마이니치(每日)신문에 따르면 가도리 교수를 비롯한 도쿄대 연구팀은 160억 년에 1초밖에 틀리지 않는 광격자시계를 이용해 도쿄도와 사이타마현의 해발높이를 계산했다. 이들이 계산한 두 지역의 표고차이는 15.16m로 실측치와 불과 5㎝밖에 차이가 나지 않았다.

가도리 교수는 "이 시계는 지하에 있는 무거운 물질의 움직임도 파악할 수 있다"면서 "화산활동이나 지각변동을 감시하는 시스템으로 연결해 보고 싶다"고 말했다.

광격자시계는 스트론튬원자의 진동을 이용한 시계다. 현재의 표준인 세슘원자 시계보다 정밀도가 100배나 뛰어나다.

연구팀은 15㎞ 떨어진 사이타마현 와코시의 이(理)화학연구소와 도쿄 분쿄구에 있는 도쿄대학에 각각 광격자시계를 설치하고 광케이블로 연결해 시간의 흐름을 비교했다.

실험 결과 도쿄대에 설치한 시계의 시간 흐름이 3일 동안에 0.4나노초(나노는 10억분의 1) 늦었다. 표고가 낮으면 지구 중심에 가까워 중력이 큰 영향을 미치는 것으로 추정했다. 이를 토대로 계산해 보니 이화학연구소와 도쿄대학과의 표고차는 15.16m로 나타났다. 실측치와 불과 5㎝의 차이였다.

<광격자시계란>

160억 년에 1초밖에 틀리지 않는 정확한 시계로 '1초'의 길이를 정할 차세대 시계 후보로 꼽힌다. 현재의 1초는 측정장치 속에 떠 있는 세슘 원자가 발산하는 마이크로파 주기의 91억9천263만1천770배로 정해져 있으며, 원자시계는 이 주기를 관측해 시간을 측정하고 있다. 이에 비해 광격자 시계는 스트론튬원자를 이용한다. 전후, 좌우, 상하의 6방향에서 레이저를 쏘아 원자를 가두는 '빛의 입체격자'를 만들어 그 안에 스토론튬 원자를 넣은 후 발산하는 주파수를 측정하기 때문에 원자시계에 비해 월등히 정확한 계측이 가능하다. 가도리 교수가 2001년에 아이디어를 제시한 이후 세계 20개 이상의 연구팀이 연구를 계속하고 있다.

광격자시계를 설명하는 가도리 교수[교도=연합뉴스 자료사진]
광격자시계를 설명하는 가도리 교수[교도=연합뉴스 자료사진]

lhy5018@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지> 2016/10/06 10:31 송고

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