블랙홀의 소멸 의미

블랙홀의 소멸은 무엇인가

블랙홀은 우주에서 가장 매력적인 거대한 중력장과 신비한 행동을 가진 물체들 중 일부이다. 블랙홀은 무거운 별들의 붕괴로 형성되며, 사건의 지평선 그 너머의 어떠한 것도 중력에서 벗어날 수 없는 경계가 특징이다. 그러나 최근 이론적 연구는 블랙홀이 이전에 생각했던 것만큼 영구적이지 않을 수도 있으며 블랙홀의 소멸, 증발이라고 알려진 과정을 거치게 될 수도 있다는 것을 시사했다. 블랙홀 소멸은 1970년대 물리학자 스티븐 호킹이 처음 제안한 이론적 과정이다. 호킹의 이론에 따르면 블랙홀은 호킹복사로 알려진 방사선이 방출하는데 이 방사선은 사건의 지평선 근처의 양자역학적 효과에 의해 발생한다. 시가이 지남에 따라 호킹복사는 블랙홀이 질량을 잃고 결국 완전히 소멸, 즉 증발하게 할 수 있다. 처음 블랙홀 소멸에 대한 생각은 열역학 법칙을 위반하는 것처럼 보였기에 회의론에 부딪혔다. 이 법칙에 의하면 에너지는 생성되거나 파괴될 수 없으며 단지 한 한형태에서 다른 형태로 변형될 뿐이다. 만약 블랙홀이 정말로 소멸하고 있다면 어떠한 명백한 원천 없이 에너지를 방출할 것이기 때문에 이 원리를 위반하는 것이다. 블랙홀과 양자역학에 대한 추가적인 연구는 호킹박사와 블랙홀 소멸에 대한 강력한 증거를 보여줬다. 영국 노팅엄 대학 연구진이 2018년에 양자장 이론 모델을 이용해 블랙홀 소멸에 대한 시뮬레이션을 한 결과 호킹박사의 당초 예측과 일치한다는 사실을 밝혀냈다. 만약 블랙홀 소멸이 진짜라면 우주에 대한 우리의 이해에 중요한 영향을 미친다. 먼저 블랙홀은 영구적인 물체가 아니라 수명을 가지고 있다는 것을 의미한다. 이것은 블랙홀을 형성한 물질의 특성과 같은 블랙홀 안에 포함된 정보가 이전에 생각했던 것처럼 영원히 사라지지 않을 수도 있다는 것을 의미한다.

 

블랙홀 소멸과 양자역학

블랙홀 소멸은 호킹복사로 알려진 현상에 의해 발생한다. 양자역학에 따르면 빈 공간은 진정으로 비어있는 것이 아니라 존재 안팎으로 끊임없이 나타나는 가상의 입자들로 채워진다. 이 입자들은 쌍으로 생성되는데 한 입자는 양전하를 띠고 다른 한 입자는 음전하를 띤다. 이 쌍들은 서로를 빠르게 소멸시키고 에너지를 진공상태로 되돌린다. 그러나 블랙홀의 사건의 지평선 근처에서는 상황이 다르다. 블랙홀의 중력장은 가상 입자들을 분리하게 할 수 있는데 한입자는 블랙홀로 떨어지고 다른 입자는 우주로 탈출한다. 블랙홀에 떨어진 입자는 질량을 아주 작은 양으로 줄이는 반면 탈출한 입자는 실제가 되어 방사선으로 검출될 수 있다. 이 과정은 시간이 지남에 따라 블랙홀이 질량을 잃고 결국 완전히 소멸할 수 있다. 블랙홀이 소멸하는 데 걸리는 시간은 그 질량에 따라 달라지는데 작은 블랙홀은 큰 블랙홀보다 더 빨리 소멸한다. 여기에서 양자역학은 원자와 아원자 입자의 규모에서 물질과 에너지가 행동을 설명하는 물리학의 한분야이며 핵심원리 중 하나는 전자와 광자와 같은 입자들이 동시에 여러 상태나 위치에 존재할 수 있다는 것인데 이를 중첩이라고 한다. 이 중첩이라는 현상은 자들이 전적인 물체들이 할 수 없는 방식으로 서로 간섭하여 양자 터널링과 양자 얽힘과 같은 이상한 행동을 야기할 수 있다는 것을 의미한다. 그리고 또 다른 중요한 원리는 불확실성의 원리인데 이것은 우리가 입자의 위치를 더 정확하게 ㅇ라수록 그 운동량을 덜 정확하게 알 수 있고 그 반대도 마찬가지라는 것이다. 입자의 특성을 측정하는 우리의 능력에 대한 이 근본적인 한계는 현실의 본질과 우주에 대한 우리의 이해에 깊은 영향을 미친다. 양자역학이 블랙홀 연구에 가장 크게 기여한 것이 바로 호킹복사이다. 

 

블랙홀 소멸의 의미

블랙홀 소멸에 대한 생각은 우주에 대한 이해에 아주중요한 영향을 미친다. 블랙홀은 영구적인 물체가 아니라 수명을 가지고 있다는 것을 의미하고 블랙홀을 형성한 물질의 특성과 같은 블랙홀 안에 포함된 정보가 이전에 생각했던 것처럼 영원히 사라지지 않을 수도 있다는 것을 의미한다. 하지만 블랙홀 소멸의 과정은 매우 느리며 작은 블랙홀이 완전히 소멸하는 데에도 수십억 년이 걸릴 것으로 예상한다. 이러한 예상은 블랙홀이 여전히 매우 오랫동안 존재할 가능성이 높고 우주의 구조를 형성하는데 계속해서 중요한 역할을 할 것이라는 것을 의미한다. 양자역학에 따르면 블랙홀에 떨어진 입자는 사건의 지평선에서 파괴되어야 하고 그렇지 않으면 열역학 법칙을 위반하게 되는 것이다. 이것이 바로 블랙홀 방화벽이라는 것인데 사건의 지평선에 고에너지 입자의 방화벽을 형성하고 그것으로 인하여 블랙홀의 소멸에 대한 생각은 수수께끼 같은 물체를 우리가 조금 더 이해하는 데 있어 아주중요한 변화를 가져다준다. 그리고 블랙홀의 소멸을 통한 시공간의 본질, 양자역학, 우주 자체의 궁극적인 운명에 대한 매혹적인 질문을 제기한다.