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1. 개요
Gravitomagnetism중력 자성은 간단히 이야기 하면, 중력장의 전자기학적 유추에서 나오는 개념이다. 두 전하 사이의 힘이 전기력이고, 두 움직이는 전하 사이의 힘이 자기력인 것 처럼, 두 질량 사이의 힘이 중력(중력전기력), 두 움직이는 질량 사이의 힘이 중력자기력이다. 중력 자성을 특수 상대성 이론에 따라서 관측자의 관성계를 변화시키면 중력과 같아진다. 중력 전자기(Gravitoelectromagnetism, GEM)라고도 한다.
이것의 힘이 매우 작으므로, 1996년이 되어서야 LAGEOS 위성을 통해 실험적으로 검증되었다.[1][2]
2. 세기
중력 자성의 크기는 자기력의 크기와 매우 유사한 형태를 띈다.먼저 움직이는 질량[math(m)]은 중력자기장 [math( \mathbf{P} )]를 만들며, 이의 크기는
[math(\displaystyle \mathbf{P}=-\frac{G}{c^2} \frac{\gamma m \mathbf{v} \times \boldsymbol{\xi} }{\xi^{3}}= \frac{\omicron_{0}}{4 \pi} \frac{\gamma m \mathbf{v} \times \boldsymbol{\xi} }{\xi^{3}})]
여기서 [math( \omicron_{0} =-\frac{4\pi G}{c^2} )]는 자기력으로 치면 투자율에 해당하는 값이며, [math( v )]는 질량의 속도, [math( \boldsymbol{\xi} )]는 분리 벡터이다.[3]
속도[math( \mathbf{v} )]으로 움직이는 질량[math(m)]이 현재 위치의 중력자기장 [math( \mathbf{P} )]로 부터 받는 힘은
[math(\displaystyle \mathbf{F}= m \mathbf{v} \times \mathbf{P} )]
이다.
3. 여담
중력 자성에 대해서도, 중력자기선속 등의 개념을 도입하여 전기장의 가우스 법칙이나 자기장의 앙페르 법칙과 같은 것들을 할 수 있으며, 전반적으로 그 성질이 자기장의 경우를 전하대신 질량으로 바꾼 것과 다름 없다.물론, 전하가 아닌 질량이라는 점에서 성질이 같을 뿐 전혀 다른 결과를 보이는 경우도 있기는 하다 [4]
4. 관련 문서
[1]
Ciufolini, I., Lucchesi, D., Vespe, F., & Mandiello, A. Measurement of dragging of inertial frames and gravitomagnetic field using laser-ranged satellites.
Il Nuovo Cimento A, 109(5), 575-590. (1996)
[2]
어떻게 보면 당연한 것이, 중력상수가 작으니, 전기력의 유전율에 해당하는 값이 클 것이고, 자기장의 투자율에 해당하는 값이 작으므로, 힘이 매우 작은 것은 당연하다.
[3]
Vieira, R. S., & Brentan, H. B. Covariant theory of gravitation in the framework of special relativity.
The European Physical Journal Plus, 133(4), 165. (2018)
[4]
그러나 그 크기가 대부분의 경우 오차범위보다 작아서 무시된다.