블랙홀 끝은 어디로 통하는가?

알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론이 우주 시간과 중력의 작용을 연결시켜 블랙홀을 예측한 것으로 간주된 이후, 블랙홀은 작고 밀도 높은 잔여 코어를 남겨둔 거대한 별의 죽음에서 비롯되는 것으로 알려져 왔다. 이 핵이 태양의 약 3배 이상의 질량을 가지고 있다고 가정하면, 중력은 블랙홀의 무한히 밀집된 핵으로 이해되는 단일점, 즉 특이점 속으로 떨어질 정도로 압도될 것이다. 결과적으로 사람이 살 수 없는 블랙홀은 빛조차 피할 수 없을 정도로 강력한 중력을 가지고 있을 것이다. 그렇다면 독일의 천문학자 칼 슈바르츠실트가 제안한 대로 빛과 물질이 안쪽으로만 지나갈 수 있는 지점인 사건 지평선에서 자신을 발견한다면 탈출구는 없다. 매시에 따르면 조석력은 당신의 몸을 원자의 가닥으로 감소시키고(혹은 알려진 대로 '스패게트화') 결국 그 물체는 특이점에 찌그러지게 된다. 어딘가에서, 어쩌면 반대편에서라도 튀어나올 수 있다는 생각은 완전히 환상적으로 보인다. 수년간 과학자들은 블랙홀이 다른 은하계에 웜홀이 될 수 있는 가능성을 조사해 왔다. 심지어 다른 우주로 가는 길일 수도 있다. 아인슈타인은 네이선 로젠과 팀을 이뤄 1935년 우주 시간에 서로 다른 두 지점을 연결하는 다리를 이론화했다. 그러나 1980년대에 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 천체물리학적 함의에 대한 세계 최고의 전문가 중 한 명인 물리학자 킵 쏜이 물체가 물리적으로 그것들을 통과할 수 있는지에 대한 토론을 제기하면서 그것은 어느 정도 새로운 지평을 얻었다. 매시는 "키프 손의 웜홀에 관한 인기 있는 책을 읽는 것이 어렸을 때 물리학에 대해 처음 흥분하게 한 것"이라고 말했다. 그러나 웜홀이 존재할 가능성은 없어 보인다. 실제로 할리우드 영화 인터스텔라의 제작진에게 전문가 조언을 빌려준 쏘른은 저서 인터스텔라의 과학(The Science of Interstellar, 2014년)에서 "우리는 나이가 들면서 웜홀이 될 수 있는 물체를 우리 우주에서 보지 못한다"고 썼다. Thorne은 이러한 이론적 터널을 통과하는 여행은 공상과학 소설로 남을 것이며, 블랙홀이 그러한 통로를 허용할 수 있다는 확실한 증거는 확실히 없다고 말했다. 하지만 문제는 우리가 직접 보기 위해 가까이 다가갈 수 없다는 것이다. 왜, 우리는 블랙홀 안에서 일어나는 어떤 일에도 사진을 찍을 수 없을까? 빛이 그들의 거대한 중력을 피할 수 없다면, 그 어떤 것도 카메라에 찍힐 수 없을 것이다. 현재 상태대로, 이론은 사건의 지평선을 넘어서는 것은 블랙홀에 간단히 추가되고, 더욱이 시간이 이 경계선에 가깝게 왜곡되기 때문에, 이것은 믿을 수 없을 정도로 느리게 일어날 것으로 보여서 해답이 빨리 나오지는 않을 것이라고 시사한다. 확실히, 블랙홀이 은하나 우주의 다른 부분으로 이어진다면, 반대편에는 그것들과 반대되는 무언가가 있어야 할 것이다. 1964년 러시아의 우주론자인 이고르 노비코프가 내놓은 이론이 과연 하얀 구멍일 수 있을까? 노비코프는 블랙홀이 과거에 존재하는 화이트홀과 연결될 것을 제안했다. 블랙홀과 달리 하얀 구멍은 빛과 물질을 떠날 수 있게 해주지만 빛과 물질은 들어갈 수 없게 된다. 과학자들은 블랙홀과 화이트홀 사이의 잠재적 연관성을 계속해서 탐구해왔다. 물리학자 카를로 로벨리와 할 M. 해드는 학술지 '피지컬 리뷰 D'에 게재된 2014년 연구에서 "물질이 블랙홀로 붕괴됐다가 잠시 구멍에서 나오는 유한한 시공간 영역 바깥에 아인슈타인 방정식을 만족시키는 고전적 지표가 있다"고 주장했다. 블랙홀이 삼켜버린 물질은 모두 뿜어져 나올 수 있고, 블랙홀은 죽을 때 하얀 구멍이 될 수도 있다는 얘기다. 그것이 흡수하는 정보를 파괴하기는 커녕 블랙홀의 붕괴는 중단될 것이다. 대신에 양자역전을 경험하게 되어 정보가 빠져나갈 수 있게 된다. 만약 그렇다면, 1970년대에 블랙홀이 양자 변동의 결과로 입자와 방사능, 즉 열열을 방출할 가능성을 탐구한 전 케임브리지 대학 우주론자이자 이론 물리학자 스티븐 호킹의 제안이 어느 정도 빛을 발할 것이다. "호킹은 블랙홀이 영원히 지속되지 않는다고 말했다." 라고 핑크비너가 말했다. 호킹 박사는 1976년 '물리 리뷰 D'에 발표한 논문에서 설명한 대로 이 방사선이 블랙홀의 에너지를 잃고, 수축하고, 사라질 것이라고 계산했다. 방사선이 무작위로 방출되고 무엇이 떨어졌는지에 대한 정보를 포함하지 않는다는 그의 주장을 고려할 때, 블랙홀은 폭발과 동시에 많은 정보를 지울 것이다. 이것은 호킹의 생각이 정보를 파괴할 수 없다는 양자 이론과 상충한다는 것을 의미했다. 물리학은 정보가 점점 더 찾기 어려워질 뿐인데, 그것은 정보가 없어지면 과거나 미래를 알 수 없게 되기 때문이다. 호킹의 생각은 '블랙홀 정보 역설'로 이어졌고 이는 오랫동안 과학자들을 어리둥절하게 만들었다. 일부 사람들은 호킹이 단순히 잘못되었다고 말했고, 그 남자는 2004년 더블린에서 열린 과학 회의에서 실수를 했다고 선언하기까지 했다. 그렇다면 우리는 블랙홀이 보존된 정보를 방출하고 다시 화이트홀을 통해 밖으로 내던지는 개념으로 돌아가는가? 아마도 루이지애나 주립대학의 호르헤 풀린과 우루과이 몬테비데오 공화대학의 로돌포 감비니는 2013년 물리 리뷰 레터에 발표한 연구에서 블랙홀에 루프 양자중력을 적용했고, 중력이 중심부를 향해 증가하지만 다른 지역으로 들어오는 것은 감소하고 텀블링했다. 우주. 그 결과는 블랙홀이 포탈 역할을 한다는 생각에 더욱 신빙성을 부여했다. 이 연구에서 특이점은 존재하지 않으며, 따라서 그것이 부딪히는 어떤 것이든 결국 짓뭉개게 되는 불가해한 장벽을 형성하지 않는다. 정보가 사라지지 않는다는 뜻이기도 하다. 그러나 물리학자인 아흐메드 알메히리, 도널드 마롤프, 조셉 폴친스키, 제임스 설리는 여전히 호킹이 뭔가를 꾸미고 있을 수 있다고 믿었다. 그들은 AMPS 방화벽 또는 블랙홀 방화벽 가설로 알려진 이론을 연구했다. 그들의 계산에 의해 양자역학은 사건의 지평선을 거대한 불의 벽으로 바꿀 수 있고 접촉하는 것은 순식간에 타버릴 것이다. 그런 의미에서 블랙홀은 아무것도 안으로 들어갈 수 없기 때문에 아무 데도 연결되지 않는다. 그러나 이것은 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 위배된다. 사건의 지평선을 넘는 사람은 실제로 큰 어려움을 느끼지 말아야 하는데, 왜냐하면 어떤 물체는 자유낙하 상태일 것이고, 동등성 원칙에 기초하여, 그 물체 또는 사람은 중력의 극한 효과를 느끼지 못할 것이기 때문이다. 그것은 우주의 다른 곳에 존재하는 물리 법칙을 따를 수도 있지만, 그것이 아인슈타인의 원리에 어긋나지 않았더라도 양자장 이론을 훼손하거나 정보가 손실될 수 있다는 것을 암시할 것이다. 2014년에 그는 중력 붕괴가 대신 '유명한 지평선'을 만들어낼 것이라고 말하면서, 그가 불탈 것이 없다는 뜻의 사건 지평선의 존재를 회피한 연구를 발표했다. 이 지평선은 블랙홀의 중심부에서 멀어지려고 하는 광선을 정지시키고, "시간" 동안 지속될 것이다. 그가 다시 생각해 볼 때, 명백한 지평선은 물질과 에너지를 일시적으로 유지한 후에 그것들을 분해하여 선 아래로 방출한다. 이 설명은 정보를 파괴할 수 없다는 양자 이론과 가장 잘 들어맞고, 만약 그것이 증명되었다면, 블랙홀로부터 어떤 것이든 탈출할 수 있다는 것을 암시한다. 호킹 박사는 심지어 블랙홀은 존재하지 않을 수도 있다고 말했다. 그는 "블랙홀은 중력장의 측정 가능한 결합 상태로 다시 정의해야 한다"고 썼다. 특이점은 없을 것이고, 겉보기 장은 중력으로 인해 안쪽으로 이동하지만, 결코 중심에 도달하지 않고 밀집된 질량 내에서 통합될 것이다. 그리고 배출되는 어떤 것도 삼킨 정보의 형태는 아닐 것이다. 무엇이 밖으로 나오고 있는지 살펴봄으로써 무엇이 들어갔는지 알아내는 것은 불가능할 것이다. 그것은 그들 자신의 문제를 야기시킨다. 한 가지 확실한 것은 이 특별한 미스터리가 앞으로 오랫동안 더 많은 과학적인 시간을 삼킬 것이라는 점이다. 로벨리와 프란체스카 비도토는 최근 증발된 블랙홀의 잔해에 의해 암흑물질의 성분이 형성될 수 있다고 제안했고, 호킹의 블랙홀과 '부드러운 머리카락'에 대한 논문이 2018년에 발표되었으며, 제로 에너지 입자가 어떻게 되돌아오지 않는 지점, 즉 사건의 지평선인 사건 지평선을 중심으로 남겨지는가를 기술하고 있다. 길을 잃었지만 붙잡혔다. 이것은 물리학자인 존 아치발트 휠러가 표현한 노헤어 정리 앞에서 날아왔고 특별한 입자물리학 사이비 전하 중 어느 것도 보존되지 않기 때문에 관찰자가 두 개의 블랙홀을 구별할 수 없다는 근거로 작용했다. 과학자들을 설득시킨 아이디어지만 블랙홀이 어디로 가는지에 대한 해답으로 보기 전에 갈 방법이 있다. 우리가 하나로 도약할 수 있는 방법을 찾을 수만 있다면.