블랙홀 정보의 역설은 무엇인가?

우리는 "정보"가 무엇을 의미하는지, 그리고 왜 그것이 보존되어야 하는지를 결정해야 한다. 물리학은 결정론에 의해 지배된다: 우리는 어떤 시스템의 미래 행동을 예측하기 위해 물리 법칙을 사용할 수 있는데 그게 물리학의 전부야 상자 속에 앉아 있는 입자든, 복잡한 화학 반응이든, 아니면 우주 전체든 간에, 물리학에 대한 우리의 지식은 우리가 현재에서 미래로 우리의 지식을 가져가는 확고하고 신뢰할 수 있는 예측을 할 수 있게 해준다. 그리고 그 같은 기술은 우리가 과거를 파헤칠 수 있게 해준다. 만약 우리가 시스템에 대해 알아야 할 모든 것을 알고 있다면, 미래로 확장되는 동일한 물리 법칙도 과거로 확장된다 - 우리는 그 시스템이 어떻게 행동해왔는지 또는 어떻게 동등하게 쉽게 행동할 것인지를 보면서 시계를 앞으로 또는 뒤로 돌릴 수 있다. 정보가 보존된다는 것을 우리가 도약할 수 있게 해주는 것은 바로 이 가역성이다. 만약 내가 어떤 시스템에 대해 알아야 할 모든 것을 알고 있다면 - 모든 입자의 위치와 속도, 그들의 스핀과 전하, 그리고 다른 모든 것들 - 물리 법칙이 나에게 어떻게 그 입자들이 과거와 미래를 행동할 것인지 말해준다. 따라서 시스템의 원시적인 정보, 즉 그것에 대해 알아야 할 모든 것들이 시간이 지남에 따라 보존된다; 그것은 생성되거나 파괴되는 것이 아니라 재배열될 뿐이다. 얼핏 보면 블랙홀이 정보를 충분히 천진하게 취급하는 것 같다. 물질은 정보와 함께 블랙홀에 빠진다. 외부 관찰자(즉, 우리가 멀리서 안전하게 지켜보는 것)의 관점에서 볼 때, 블랙홀에 빠지는 것은 없다. 블랙홀은 그냥 표면에 붙여질 뿐이다(물론 그것보다 조금 더 복잡하지만, 그 정도면 현재의 딜레마를 이해하기에 충분하다). 그 상황은 생성되거나 파괴되지 않은 정보에 대한 큰 거래는 아니다. 블랙홀이 증발하면 작은 문제가 생긴다. 스티븐 호킹이 1970년대에 처음 발견했듯이 블랙홀이 완전히 검은 것은 아니다. 그들은 아주 아주 아주 조금 빛난다. 게다가, 호킹 방사능이라는 이름의 이 편리한 방사선은 완전히 열적이다. 몸이 발산하는 것처럼 무작위적인 열 일 뿐이다. 즉, 방출되는 방사선의 양과 온도는 블랙홀의 질량, 스핀, 전하량에 따라서만 달라진다. 다른 항목 없음: 책에서부터 고양이, 우주선에 이르기까지 블랙홀에 무엇을 던져도 호킹 방사선은 그대로 유지될 것이다. 표면의 정보는 여전히 그 일에만 신경을 쓰고 있다. 하지만 블랙홀이 호킹의 방사능을 생산하면서 에너지를 잃는다. 즉, 블랙홀은 질량을 잃게 된다. 그 말은 결국엔 사라진다는 뜻이고, 그 안에 있던 모든 정보도 함께 사라진다는 뜻이지. 그렇다면 호킹 방사선과 함께 정보가 새어나가지 않고 블랙홀이 사라진다면 모든 정보는 어떻게 되었을까? 우리는 블랙홀 정보의 역설에 대한 결의는 없지만, 그것이 수십 년 동안 많은 잠재적 해결책을 꿈꾸는 별눈의 이론가들을 막지는 못했다. 예를 들어, 정보는 결국 보존될지도 모른다. 비록 이것이 단순한 진술처럼 보일지 모르지만, 그것은 거의 모든 알려진 물리학을 다시 쓰는 것을 포함한다. 그리고 블랙홀은 우리가 이 모든 정보를 보존하는 것 때문에 곤경에 처한 유일한 장소인데, 이 특별한 경우를 수용하기 위해 우리의 모든 신체적 지식을 재창조할 가치가 있을까? 그럼에도 불구하고, 우리는 이전에 모든 물리학을 다시 써야 했었습니다. 그래서 그것은 처음이 아닐 것이고, 블랙홀은 매우 매력적인 물체였습니다. 아니면 아마도 호킹 방사능이 그 모든 것이 아닐지도 모른다. 어쩌면 블랙홀의 표면에 붙어있는 정보는 결국 방출된 방사선에 실이 박히게 될지도 모른다. 아마도 호킹의 원래 분석은 너무 간단했고, 방사능을 주의 깊게 관찰함으로써 우리는 떨어진 책과 고양이와 우주선을 힘들게 재구성할 수 있었다. 이렇게 하면 알려진 모든 물리학을 구할 수 있지만, 아무도 이것을 실현시킬 수 있는 만족할 만한 방법을 찾을 수 없었다. 아마도 정보는 표면에 붙지 않고 블랙홀이 증발하는 것처럼 아삭아삭한 덩어리에 남겨져 있을 것이다. 그것은 사랑스럽게 들리지만, 다시 말하지만, 우리는 이것이 실제로 어떻게 작동될 지에 대해 거의 알지 못한다. 혹은 정보가 다른 우주로 흘러 들어가거나 시간을 거슬러 올라가는 것과 같은 더 이상한 것일 수도 있다. 이 역설에서 흥미진진한 것은 모든 잠재적인 해답이 새로운 물리학을 이끌어 낸다는 점이다. 무슨 일이 있어도 역설만 풀면 우주에 대한 새로운 것을 배우면서 그렇게 할 것이다.