등가원리 : 가속도=관성력=중력
우주선의 가속은 관성력을 야기하고, 그렇게 생긴 관성력은 다시 동등한 세기의 중력으로 이어진다.
뉴턴의 중력과 아인슈타인의 중력
모든 천체는 중력을 서로 주고받는다. 지구와 태양도 마찬가지다. 지구가 태양 둘레를 공전하는 이유다. 태양과 지구가 주고받는 중력이 서로에게 순식간에 전달된다면 속도가 무한하다는 것인데, 무한한 속도는 없다. 지금껏 알려진 가장 빠른 속도는 광속(초속 30만 km)이다. 지구가 쉬지 않고 태양 둘레를 공전하는 이유가 두 천체 사이에 중력이 개입하고 있기 때문이라는 뉴턴의 설명은 어색하다. 중력은 공간을 휘게 한다. 태양은 중력이 있으니 태양 주변의 공간은 어떠한 형태로든 휘어 있을 것이다. 그 휘어진 공간을 따라서 지구가 공전하는 것이다. 그러면 중력은 어디서 생기는가? 천체에는 중력이 있다. 이들 천체는 물질로 구성되어 있다. 물질이 중력을 낳는 것이다. 그러므로 물질이 공간을 휘게 한다. 태양 둘레를 공전하는 지구의 운동을 뉴턴은 중력의 당기는 힘으로, 아인슈타인은 공간의 휨으로 해석했다. 아인슈타인은 중력과 공간의 휨을 따로 떼어 생각하지 않았다. 개기일식이 일어나는 날 태양 주변을 관측하면, 별빛이 휘는 걸 분명히 확인할 수 있을 것이다.
중력렌즈
백색왜성은 흰색을 발하는 난쟁이 별이라는 뜻이다. 백색왜성은 태양과 엇비슷한 질량을 가지고 있으면서도 크기가 지구 정도에 지나지 않아 중력의 세기가 태양의 수만 배에 이른다. 별빛이 백색왜성 근처를 지나가면 별빛은 휜 공간을 따라서 심하게 굽을 것이다. 지구에서 별빛을 관측하면 백색왜성에 가려져서 보이지 않아야 하는 별이 보인다. 이렇게 백색왜성처럼 중력이 강한 천체가 빛을 휘게 하는 작용이, 렌즈가 빛을 굴절시키는 것과 비슷하다고 해서 아인슈타인은 ‘중력렌즈현상’이라고 불렀다. 별은 사방으로 빛을 방출한다. 백색왜성의 둘레로 한 치의 빈틈도 없이. 백색왜성 주위로 별의 둥근 고리가 형성되는 것이다. 천체 주위로 둥글게 만들어지는 별무리의 둥근 띠, 이것을 ‘아인슈타인의 고리’라고 부른다.
무중력상태와 인공중력
중력이 없으면 무게가 없지만, 중력이 있어도 무게는 생기지 않을 수 있다. 자유 낙하하는 엘리베이터 속에 서 있는 사람이 그 좋은 예이다. 무중력상태의 원뜻은 무중량 상태이다. 우주에는 무중력이 존재하지 않는다. 무중량만이 있을 뿐이고 우주 공간의 중력이 매우 약할 뿐이다. 반면 우리는 지구의 중력에 익숙해서 중력이 미약한 곳에선 적응이 어렵다. 우주 정거장을 도넛 모양으로 제작해서 회전시키면 내부에 있는 물체는 밖으로 튀어 나가려는 힘을 받는다. 이렇게 생긴 원심력은 도넛 모양의 바닥에 작용한다. 바닥으로 끌리는 힘은 지구 표면에서 잡아당기는 중력과 같은 효과를 나타낸다. 이것이 인공중력이다.