블랙홀에 대한 가장 잘못된 오해
위튼 "블랙홀도 물질을 구성하는 보통의 입자나 원자 방출"
2012-08-08 08:54 CBS 감일근 기자


우주의 신비로운 현상을 이야기할 때 가장 먼저 떠올리게 되는 ‘블랙홀’. 그러나 사람들이 블랙홀에 대해 알고 있는 것은 사실과 많이 다르다.

대표적인 예가 블랙홀은 빛도 달아날 수 없을 정도의 강력한 중력에 의해 모든 것을 집어삼키기만 하고 탈출 할 수는 없다는 것. 하지만 양자역학에 의해 이 주장은 뒤집어졌는데 미국 프린세턴고등연구소 이론 물리학자인 에드와드 위튼은 과학 전문 잡지인 사이언스 인터넷판 8월호에 기고한 글에서 이에 대해 설명했다.

전통 물리학에서 블랙홀은 엄청난 밀도로 인해 시간과 공간을 휘어지게 하며, 강력한 중력에 의해 아무것도 벗어날 수 없다는 것이다.

그러나 블랙홀에 대해 가장 기본적인 지식으로 믿어온 이 생각은 우주의 미립자를 다루는 양자역학과 정면 배치되는 것이다.

아인슈타인의 일반상대성 이론이나 일반인들이 생각하는 블랙홀은 근처를 지나는 물질들을 모두 빨아들인다고 생각하지만 양자역학에서는 그런 물체가 존재할 수 있다는 것 자체를 받아들이지 않는다.

양자역학에서는 어떤 반응이 가능할 경우 그와 반대되는 반응 또한 반드시 가능해야 한다고 믿는다. 즉 모든 과정을 되돌릴 수 있다는 것이다. 따라서 어떤 사람이 블랙홀로 빨려 들어가 그만큼 블랙홀의 무게가 증가하는 일이 가능하다면, 그 반대의 과정 즉, 블랙홀이 어떤 사람을 토해냄으로써 그만큼 무게가 가벼워지는 것 또한 가능해야 한다는 이야기다.

그런데도 우리는 블랙홀에서 탈출할 수 있는 것은 아무것도 없다고 가정하고 있다.

이 딜레마를 해결하기 위해 과학자들은 물질의 질서와 혼란의 정도를 측정하는 엔트로피에서 답을 구했다. 열역학 법칙에 따르면 눈으로 보이는 거시의 세상에서 우주의 엔트로피를 감소시키는 것은 불가능하다. 즉 엔트로피는 오직 증가할 뿐이다.

만약 어떤 사람이 블랙홀에 빨려 들어가면 엔트로피는 증가하고, 반대로 블랙홀에서 빠져나오면 우주의 엔트로피 총량은 감소할 것이다. 물은 컵에서 바닥으로 엎질러질 수는 있지만 반대로 바닥에서 컵으로 흘러들어갈 수 없는 것과 같은 이치다.

이 이론은 물질이 블랙홀로 빨려 들어가는 것은 가능하지만 빠져나오는 것은 불가능한지에 대한 이유를 설명하는 것처럼 보이지만, 이는 단지 거시적 세계에서만 적용될 뿐이다.

루게릭 병을 앓고 있는 천재 물리학자 스티브 호킹은 양자역학 차원의 미시적 수준에서 물질들이 블랙홀에서 탈출할 수 있음을 밝혀내 유명해졌다. 호킹은 블랙홀이 그의 이름을 딴 호킹 방사(Hawking radiation)의 과정에 의해 입자들을 방출할 것이라고 예언했다.

이에 대해 위튼은 기고문에서 “비록 블랙홀이 우주인이나 식탁, 의자 등의 물질을 방출하지는 않지만 물질을 구성하는 보통의 입자나 원자 등을 방출하는 것은 분명하다”고 설명했다.

과학자들은 아직 호킹 방사를 관측하지는 못했다.

그동안 발견된 블랙홀은 별이 붕괴돼 만들어졌거나, 은하의 중심에 있는 블랙홀인데 이들 블랙홀은 미시적인 세부사항을 파악하기에는 너무 크거나 멀리 떨어져 있기 때문이다.