아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면, 질량에 관계없이 지구의 중력에 있는 모든 물체는 공기 저항이 없는 상태에서 같은 속도로 하강해야 한다. 중력질량과 관성질량이 동등하다는 등가원리는 일반상대성이론의 핵심이라고 할 수 있다.

하지만 이것이 사실이 아닐 수도 있다. 어떤 물리학자들은 어떤 상황에서는 물체가 약간 더 빠르거나 더 느리게 떨어질 수 있다고 생각한다.

인디애나 대학의 물리학자 앨런 코스텔렉키는 이 물질 간 상호 대칭이 실제 존재하지 않는다고 의심했다. 물리학자들은 일반 상대성이론이 매우 작은 양자역학에 대한 지배적인 설명과 모순되기 때문에 불완전하다는 것을 알고 있었다.

코스텔렉키는 양자역학과 일반상대성 이론을 형태가 서로 맞지 않는 퍼즐의 두 조각으로 생각할 수 있다고 설명했다. 현미경 테스트로, 연구원들은 이를 증명하려고 노력 중이다. 반물질 원자를 떨어뜨리고 일반 원자와 비교하는 실험이 그것이다.  

반물질이란 물질을 구성하는 입자에 대해 반대되는 전하로 구성된 물질을 의미한다. 양성자, 전자, 중성자가 있다면 그와 반대의 전하를 띤 반양성자, 양전자, 반중성자가 존재한다. 

세상은 모두 물질로 구성돼 있고 반물질은 볼 수 없다. 입자와 반입자가 만나면 상호작용으로 인해 감마선이나 중성미자로 변하므로 존재를 확인하기 어렵기 때문이다. 그렇기에 반물질 입자가 떨어지는 것을 측정한 사람이 없었다. 

이 실험이 성공하면 중력에 대해 새로운 사실을 밝혀낼 수 있을 것으로 보인다. 물리학자 마이클 도서는, 예를 들어 이지스라는 실험에서 이 계획은 대포알과 같은 반물질 원자를 발사하고 그들이 얼마나 멀리 떨어지는지를 측정하는 것과 같은 방식이라고 이 실험을 소개했다.

도서는 반 원자가 일반 물질과 정확히 같은 비율로 떨어질 것이라고 생각한다. 하지만 만약 두 물질이 다른 속도로 떨어진다면 마침내 일반상대성 이론의 균열을 발견한 순간이 될 것이다. 물리학자들은 계속해서 데이터를 분석하고 있다. 물리학자들이 더 나은 센서를 개발하면서, 이론의 개선을 위한 새로운 단서를 발견할 것이라고 낙관하고 있다.
 

<참조기사 및 링크>

How the Extreme Art of Dropping Stuff Could Upend Physics

New Test of Lorentz Invariance Using the MICROSCOPE Space Mission