블랙홀에 대해 아는 게이들은 이미 알만큼 알겠지만

겉핥기 식으로 알거나 

공상과학 영화를 너무 많이 본 나머지 화이트홀, 웜홀 이런 소리 지껄이는 게이들이 많아서

블랙홀에 대해 글 몇개 써보려고 한다.


필력이 안좋으니 이해해라.




1. 블랙홀이란 무엇인가?



블랙홀은 현대 천체물리학의 상징이라고 할 수 있는 신비의 천체야.


(블랙홀의 상상도)


다들 알다시피 빛조차 빠져나올 수 없어서 검게 보이는 천체.


1915년에 알베르트 아인슈타인이 일반 상대성이론을 발표하고 나서


1916년 칼 슈바르트실트라는 사람이 일반상대론의 중력방정식을 풀어 냈는데,


그 결과에 따르면 태양 중력에 의해 빛이 휠꺼라고 예측되었지.


빛이 직선 운동만 한다고 믿어 의심치 않던 사람들은 그 결과를 받아들이지 못했어.


하지만 1919년 그 유명한 아서 에딩턴 경의 실험을 통해 태양중력에 의해 빛이 휘었다는 사실이 전세계에 알려졌지.


당시 과학자들은 경악을 금치 못했어.


그 결과는 지금의 블랙홀의 존재에 대해 예언해주었거든.


슈바르트실트는 중력이 척력들을 이겨내고 자체 붕괴 되는 중력방정식의 해(슈바르트실트의 해)를 구했는데 그 결과는 아인슈타인도 예상하지 못했었다고 해.


그 결과에 따르면 어떤 별의 질량이 슈바르트실트의 해를 넘기면 그 별은 자체 붕괴 후 무한히 수축하고, 거의 무한대에 가까운 중력값을 가지게 되는거지.

(이러한 블랙홀을 '슈바르트슬트 블랙홀' 이라고 한다.)

그리고 중력이 무한에 가까운 범위, 즉 빛이 빠져나오지 못하는 경계선을 Event Horizon (사건의 지평선) 이라고 해.


이 사건의 지평선 바깥쪽은 빛이 휘긴 하지만 중력장을 이길 수 있고,

안쪽은 빛의 속력으로도 이길 수 없는 강한 중력으로 인해 시공간이 장애를 일으키지.

또 정확히 이 경계선 부근은 빛이 탈출하는 힘과 중력이 동일해져서 빠져나가지도, 빨려들어가지도 않고 빙글빙글 돌기만해.


하지만 이러한 발견을 사람들은 받아들일 수가 없었어.


1963년에는 회전하는 물체에 대한 중력방정식을 로이 커라는 사람이 풀어냈지.

(그래서 회전하는 블랙홀을 '커 블랙홀' 이라고 부름.)


(슈바르트실트 블랙홀과 커 블랙홀, 커 블랙홀은 중성자별보다도 더 빠르게 회전하며 지평선 범위가 매우 작다.)


그래도 무한한 중력을 가진 천체(그 당시에는 명칭조차 없었어.)는 그저 공상과학 소설의 주제일 뿐이였지.


(이 당시 유행했던 이론이 웜홀, 화이트홀 이론)




하지만, 천체물리학의 발전으로 중성자별이 발견된 후로 부터 과학자들은 블랙홀의 실존 가능성에 관심을 가지기 시작했어.


그렇지만 블랙홀은 이론상 발견될리가 만무했지.


유난히 검은 부분을 찾자, 은하 중심부에 있을 것이다....


추측 투성이였어.


블랙홀은 존재한다!! 라고 못밖은 상태였고 성질정도는 예측할 수 있었지만 발견하지 못하면 이론에 불과한거지.


1969년, 휠러라는 사람이 강연에서 장난처럼 말했던 'Black hole' 이 정식명칭이 되어버렸어.




2. 블랙홀은 털이 없다.


블랙홀의 성질을 예측하는 과정에서 아주 유명한 말이 탄생했지.


'블랙홀은 털이 없다.'


이건 '털-DNA-정보' 연관관계로 비유한건데,


블랙홀이 이전 항성 단계 때의 정보(물리량)가 보존되지 않는다는 걸 표현한거야.



논문제목이 'No hair theorem' 였는데


이 말이 좀 웃긴 이유는 표현이 좀 '야하기' 때문이야.


블랙홀은 말그대로 구멍이잖아.


(수학자, 물리학자들은 의외로 유머러스한 농담같은걸 좋아해. 근데 학적인 비유가 들어가서 다른 사람들이 보면 이상해보일 뿐이지.)



(사실 회전량하고 질량이 보존되기는 해.)




3. 블랙홀은 검지 않다.


물리학자 스티븐 호킹은 1973년 자신의 강연에서 블랙홀이 무언가 방출한다는 학설을 발표했어.

(물리학계의 레전설 스티븐 호킹 박사)


처음에 '블랙홀은 검지 않다.' 라고 말했을 때 비웃음 소리까지 들릴정도로 헛소리에 가까웠어.


하지만 강연이 계속될 수록 사람들은 그 학설에 흥미를 보였고,


어떤 사람은 호킹이 거짓말을 한다며 뛰쳐 나갔다고 해.



블랙홀이 끊임없이 무언가를 방출한다는


이른바 '호킹복사 이론' 에 대해 설명 하려면 먼저 두가지를 알아야해.



첫번째는 반입자에 대해서지.


반입자에 대해 일게이들이 얼마만큼 알고 있을지는 모르지만


좆중딩게이도 알아들을 수 있는 난이도로 설명하자면.


질량-에너지 등가원리(E=±mc^2)에서 +값이 일반입자고 -값이 반입자라고 설명할게.


자세히 알고 싶은 게이들은 '디랙방정식, 반입자, 디랙의 바다' 등의 검색어로 검색해보길 바래.


이 입자-반입자에는 쌍생성, 쌍소멸의 개념이 존재해.


디랙의 이론에 따르면 반입자는 일종의 '가짜' 야.


질량을 제외한 나머지 물리량들이 반대고 똑같이 생긴 일종의 '거품'이지.


입자와 반입자가 서로 충돌하면 질량-에너지 등가원리에 의해 해당 질량만큼의 에너지를 뿜뿜하고 사라지게 돼. 이를 '쌍소멸' 이라고 해.


반대로 해당 에너지가 있다면 갑자기 아무것도 없는 곳에서 입자와 반입자 한쌍이 뿅하고 나타날 수도 있지. 이를 '쌍생성' 이라고 해.

(하지만 에너지가 있다고 아무대서나 입자들이 쏟아지듯 생기진 않아. 쌍생성 후 순식간에 다시 서로 쌍소멸반응을 일으키거든.)



두번째로 알아야 할 것은 양자역학의 중추역할을 하는 이론인 하이젠베르크의 '불확정성 원리' 야.


불확정성원리에 대해 자세히는 너무 복잡해서 알필요는 없고,

(상당히 흥미로운 이론이니까 검색해봐도 좋아.)


불확정성 원리에 의한 '양자거품 효과'만 알면돼.


양자거품 효과는 양자역학과 일반 상대론이라는 현대물리학의 두 기둥을 서로 합쳐지지 못하게 하는 주범으로서,


공간을 플랑크영역 범위로 확대했을 때, 공간 자체도 수많은 확률로 인해 부글부글 끓듯이 요동치고 있다는 이론이야.


시공간이 평평하지 않다는 뜻이지. (이로 인해 상대론은 미시적 범위에서 그 위엄을 발휘하지 못해.)



양자역학이 그 어떤 법칙이라도 '확률적으로는' 어길 수 있다는 걸 아는 게이는 알거야.


그 확률을 우리는 '불가능' 이라고 하지 ㅎㅎ


하지만 미시적 양자세계에서는 달라.


순간적으로 법칙을 어기는 것이 불가능에서 가능으로 바뀌지.


범위가 작아지면 작아질 수록 말도 안돼는 확률들이 수면위로 올라오는데


대표적으로는 '양자터널링' 같은 효과들이 있어.


양자 거품 효과가 어기는 법칙은 물리학의 지배자인 '에너지 보존 법칙' 이야.


순간적으로 쌍생성-쌍소멸이 일어나는 거지. 아무것도 없는데 말야!

(책에서는 자연에서 에너지를 '잠시' 빌려쓴다고 표현 하더라고.)


그런 일이 미시적 세계에서 흔하게 일어난다고 하니 미시적 세계는 정말 징그러울 정도로 뭔가 바글바글 거리겠지?



스티븐 호킹이 지적한 것은 바로 양자거품 효과가 블랙홀의 사건 지평선에서도 일어난다는 거야.


블랙홀의 사건지평선에서 쌍생성이 일어나면 바로 쌍소멸 반응이 이어질 수 없어.


입자는 블랙홀 밖으로 탈출하고, 반입자는 블랙홀 내부로 떨어지는 거지.


이런 반응이 연속적으로 일어나면서 방출되는 입자들은 흐름을 이루게 되고,


한마디로 블랙홀 자체가 '증발' 하면서 에너지를 뿜뿜하는 거야.

(여기서 발생하는 열복사를 호킹복사라고 해.)


뭔가 빨려들어갈 때도 마찬가지의 상황으로 에너지를 뿜뿜하게돼.


블랙홀 사진을 다시한번 보자.

(항상 블랙홀 상상도를 보면 강착원반과 수직방향으로 제트기류가 표현되어 있어.)


스티븐호킹은 블랙홀이 삼키기만 하지 않고, 뱉는다는 것을 밝혀낸거지.


'앨러건트 유니버스' 라는 책은 비유가 재밌기로 유명한데,


'한 우주선 조종사가 블랙홀로 뛰어들었다고 해서 그가 완전히 이 우주에서 사라진것은 아니다. 그는 이제 열복사의 형태로 다시 방출됬다.'


대충 이런식으로 표현돼어 있었던걸로 기억해.




더욱더 자세한 내용 알고싶은 게이들은 책을 사서 봐.


나도 좆문가는 아니고, 책보고 공부한거라 무슨 공식같은건 몰라.


그래도 나름 이론적으로는 많이 알고 있으니까 더 궁금하면 댓글 써.