블랙홀의 탄생

블랙홀 탄생과 그 이야기를 알아보자.

미첼이랑 라플라스는 자기 방식대로 블랙홀은 검은색이라고 설명하지만 미첼의 블랙홀은 우리가 알고 있는 블랙홀은 매우 다르다고 하는데요. 미첼의 검은 천체는 얇지만 블랙홀은 거의 빈 공간으로 이루어져 있다고 합니다. 이제 블랙홀의 의미를 알아낼 때로 이것을 이해하기 위해서는 20세기 초반까지 가야 한다고 합니다. 세기가 흘러가면 블랙홀의 구멍은 1915년에 발표된 일반 상대성 이론을 통해서만 연구될 수 있는데, 가장 위대한 물리학자인 알버트 아인슈타인이 주저하지 않고 탐구할 수 있다고 합니다. 뉴턴은 중력을 질량 물체들 사이의 단순한 당기기라고 여겼던 것과는 달리 아인슈타인은 중력을 시간과 공간으로 구부렸다고 생각했으며 거대한 물체들은 고무 판을 둘러싼 공간과 시간을 강철 공으로 감싼다고 합니다. 예를 들어, 무거운 강철 구가 주변 고무판을 찢고 그 다음 이미 구부러진 고무 판 주변을 가벼운 강철 구가 관통할 경우, 가벼운 철사슬은 중철 구를 향해 굴러야 하며 이것이 아인슈타인이 중력에 대해 생각한 것이라고 합니다. 뉴턴과 아인슈타인의 중력 분석과는 무관하게 같은 결과가 아닌가에 대한 물음에 그렇게 생각하지 않는데요. 중력이 낮은 지구에서 일어나는 일은 뉴턴의 해석에 의해 잘 설명되지만 (뉴튼의 중력은 고등학교에서 배울 수 있을 정도로 단순하다) 중력이 강해질수록 상황은 변한다고 합니다. 아인슈타인의 훌륭한 아이디어는 뉴턴의 오래된 아이디어를 극복하는 것으로 일반 상대성 이론의 블랙홀 아인슈타인은 블랙홀의 이론적 근거를 제공하는 일반 상대성 이론을 완성했다고 합니다. 이 사실을 명확히 보여주는 사건은 1919년의 일식을 관찰하고 해석하는 연구였으며 일반적인 상대성이론에 따르면, 여기서 통과하는 빛은 물론 시간과 공간 자체가 무거운 물체에 휘어져 있기 때문에 곡선을 따라야만 한다는 것을 알 수 있다고 합니다. 그 당시에는 빛이 뒤틀리는 것은 상상할 수 없었고, 그래서 많은 과학자들은 일반 상대성이론을 의심했었다고 전해지는데요. 영국의 캠브리지에 있는 천문학 교수인 아서 에드링턴처럼, 그는 1919년 5월 개관식을 기다리면서 아인슈타인을 지지했으며 태양의 주변 별 위치(출구 위치)를 관찰한 결과, 태양이 주변에 있지 않을 때 별빛이 얼마나 휘었는지 알 수 있었다고 합니다(실제 별 위치). 관측 결과를 분석한 결과 아인슈타인의 일반적인 상대성이론을 예측한 태양의 중력 때문에 별빛이 휘어지는 것을 알 수 있었으며 뉴튼의 아이디어는 7일 런던 타임즈의 헤드라인처럼 무너졌으며 1919년 11월 그래서 태양보다 훨씬 강한 블랙홀에 대해 이야기 할 때, 뉴턴은 주저하지 않고 그의 설명을 버리고 아인슈타인의 해석을 받아들여야 한다고 하네요. 1915년 아인슈타인은 중력의 개념과 함께 일반 상대성이론을 짧고 아름다운 방법으로 발표하였으며 하지만 이상하게도, 그는 그의 의식을 해치려 하지 않았다고 합니다. 이 작업은 독일의 천문학자 칼 슈바르츠실트가 수행했으며 슈바르츠실트는 제1차 세계 대전 중 러시아전선에 대한 아인슈타인의 새로운 이론을 들었다고 전해집니다. 조개껍질이 그의 머리 위로 날아다니고, 그의 몸은 신진대사 장애로 인한 희귀 질병으로 고통 받는 동안, 아인슈타인의 기사는 그에게 큰 힘을 주었다고 합니다. 결국 슈바르츠실트는 아인슈타인의 방정식에 대한 적절한 해결책을 초인적인 힘으로 구할 수 있었으며 1916년, 아인슈타인이 일반 상대성이론을 발표한 지 불과 몇 달 후였는데요. 불행하게도, 그가 아인슈타인을 위해 1년을 보낸 후 블랙쉐이드의 병은 악화되었다고 합니다. 일반 상대성 방정식에서 도출된 검은 방패 해는 우주 중량의 물체(예: 우주에서의 무거운 물체들)를 둘러싸고 있는 도시들과 공간의 곡선을 보여주었으며 별(성)을 형성했다고 합니다. 하지만 슈바르츠실트 해는 아인슈타인을 괴롭혔으며 질량의 중간에는 무한 밀도의 특성이 있고, 질량의 중간으로부터 일정한 거리에서 외부로부터 분리되는 영역이 있기 때문인데요. 이 지역이 무엇을 의미할까에 대한 물음에 구부러진 방의 중앙에 접근할 수 없는 "홀"이 있는 것처럼 보였다고 전해집니다. 아인슈타인은 그것을 쉽게 받아들이지 못했으며 하지만 이 구멍은 블랙홀의 크기 즉 사건의 지평선 크기를 의미했다고 전해집니다. 그래서 슈바르츠실트 해는 우주의 블랙홀에 대해 설명할 수 있었으며 블랙홀의 가능성이 수학적으로 처음으로 제시되었다고 하네요. 태양에 이런 독특한 장소가 있다면, 이벤트의 범위는 얼마나 클까에 대해 슈바르츠실트는 그 사건의 지평선이 태양으로부터 약 3km의 반경이라는 것을 계산함으로써 이 문제를 생각해 보았다고 전해집니다. 즉, 태양의 질량을 아주 작은 크기로 넣으면 태양은 블랙홀이 될 수 있었으며 태양이 작아질수록 주변의 중력은 더 강해지고 마침내 반경 3km로 감소하면 블랙홀이 된다고 합니다. 아마도 우주의 모든 물체들은 그들의 크기만한 사건 지평선을 가질 수 있을 것으로 만약 지구가 외부로부터 강한 압력을 받고 결국 블랙홀이 된다면 얼마나 클까 궁금해진답니다. 지구 상의 사건의 수평선은 반경이 약 9mm이며 즉, 지구는 작은 콩알 크기만한 블랙홀이 된다고 해요. 블랙홀은 빛의 속도 이상으로 탈출할 수 없을 정도로 중력이 큰 물체로 결국 매우 큰 질량이 있는 별들이 함께 모여들 때, 큰 질량은 작은 부피, 즉 블랙홀에 집중하게 되어 지는데요. 이론적으로 태양의 질량은 블랙홀이 되기 위해 반경 약 3km로 줄여야 하며 그렇다면 블랙홀은 어떻게 빛을 흡수할 때 블랙홀의 존재를 예측할 수 있을까에 대한 질문에 블랙홀은 아무것도 없고, 혼자 있을 때는 볼 수 없다고 전해 집니다. 그러나 블랙홀 근처에 별들이 있을 때 블랙홀은 주변 물질을 흡수하기 시작하고 비정상적인 현상을 일으키게 되며 블랙홀에 침투한 물질은 모양이며, 이 점 X레이너라고 불리는 온도 때문에 중간에 X선 방사선을 방출하게 된답니다. 우리는 이 X레이더가 블랙홀의 가장 강력한 후보라고 생각하게 되는 결론에 도달했습니다.