외트뵈시 실험

외트뵈시 실험(Eötvös experiment)은 중력 질량과 관성 질량의 비례성을 매우 정밀하게 검증한 물리학 실험이다. 헝가리의 물리학자 로란드 폰 외트뵈시(Loránd von Eötvös)가 1885년부터 1922년 사이에 수행했으며, 그의 사후에도 후학들에 의해 지속적으로 개선되어 수행되었다. 이 실험의 주된 목적은 모든 물체가 중력에 의해 동일한 가속도를 받는다는 등가 원리를 정밀하게 확인하는 데 있었다.

실험 원리 및 방법

외트뵈시 실험은 비틀림 저울을 사용한다. 비틀림 저울은 가느다란 줄에 매달린 막대의 양 끝에 서로 다른 물질로 만들어진 추를 매달아 놓은 장치이다. 만약 중력 질량과 관성 질량이 정확히 비례하지 않는다면, 지구 자전으로 인해 발생하는 원심력과 지구 중력의 합력이 저울에 미치는 방향이 추의 종류에 따라 약간 달라지게 된다. 이러한 차이는 비틀림 저울의 줄에 미세한 비틀림을 유발하고, 이 비틀림 각도를 정밀하게 측정하여 중력 질량과 관성 질량의 비례성을 검증할 수 있다.

외트뵈시와 그의 동료들은 다양한 물질 (백금, 구리, 석면 등)을 사용하여 실험을 수행했으며, 놀랍게도 어떠한 종류의 물질 조합에서도 유의미한 비틀림 각도 차이를 발견하지 못했다. 이는 중력 질량과 관성 질량이 매우 높은 정확도로 비례한다는 것을 의미한다.

실험 결과 및 의의

외트뵈시 실험은 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 핵심적인 가정인 등가 원리를 강력하게 뒷받침하는 증거로 작용했다. 외트뵈시 실험의 결과는 중력 질량과 관성 질량의 차이가 10의 -8승 수준 이하라는 것을 보여주었으며, 이후 더욱 정밀한 실험들을 통해 그 정확도는 더욱 향상되었다. 이 실험은 현대 중력 이론의 발전에 지대한 영향을 미쳤으며, 현재까지도 새로운 중력 이론을 검증하는 데 중요한 역할을 하고 있다.

같이 보기

• 등가 원리
• 중력
• 일반 상대성 이론
• 비틀림 저울