스티븐 호킹 : '블랙홀은 없다'

대부분의 물리학자들은 "블랙홀은 없다"는 논문을 쓸 정도로 무모한 사람들은 적어도 우리가 보통 상상하는 것과는 달리 크랭크축으로 치부될 수도 있다고 주장한다. 하지만 이 우주 비행사들을 재정의해야 한다는 요구가 스티븐 호킹에게서 나온다면, 주목할 가치가 있다. 온라인에 게재된 논문에서, 영국 케임브리지 대학에 기반을 두고 있고 현대 블랙홀 이론의 창안자 중 한 명인 물리학자는 사건 지평선의 개념을 없애버린다. 보이지 않는 경계는 빛도 아닌 그 어떤 것도 빠져나갈 수 없는 모든 블랙홀을 덮어버린다. 그 대신에 호킹의 급진적인 제안은 훨씬 더 온순한 "유명한 지평선"인데, 이 지평선은 물질과 에너지를 방출하기 전에 일시적으로만 물질과 에너지를 포로로 잡아두고, 비록 더 변질된 형태이긴 하지만 결국 그것들을 방출한다. 호킹 박사는 네이처와의 인터뷰에서 "고전 이론의 블랙홀 탈출구는 없다"고 말했다. 그러나 양자 이론은 "블랙홀로부터 탈출하기 위한 에너지와 정보를 가능하게 한다"고 말했다. 그 과정에 대한 충분한 설명은 중력을 자연의 다른 근본적인 힘들과 성공적으로 병합하는 이론을 필요로 한다는 것이 물리학자의 인정이다. 그러나 그것은 거의 1세기 동안 물리학자들을 따돌린 목표다. 호킹 박사는 "정확한 치료법은 미스터리를 남긴다"고 말한다. 한 사고 실험에서, 연구원들은 블랙홀에 빠질 정도로 운이 나쁜 우주비행사에게 무슨 일이 일어날지 물었다. 사건 지평은 아인슈타인이 이론 발표 한 달도 안 된 1915년 말 독일 천문학자 칼 슈바르츠실트가 아인슈타인에게 쓴 편지에서 처음 지적한 아인슈타인의 일반 상대성 이론의 수학적으로 간단한 결과물이다. 그 사진에서 물리학자들은 우주비행사가 곧 닥쳐올 종말을 알지 못한 채 사건 지평선을 행복하게 지나다가 스파게티처럼 점점 안으로 당겨져 블랙홀의 가상의 무한 밀도 코어인 '가수성'에 짓눌릴 것이라고 오랫동안 추측해 왔다. 그러나 상황을 자세히 분석하면서 폴친스키 팀은 작은 규모로 입자를 지배하는 양자역학의 법칙이 상황을 완전히 변화시킨다는 놀라운 깨달음에 도달했다. 양자 이론은 우주비행사를 바삭바삭하게 태울 수 있는 매우 에너지 넘치는 지역, 즉 '방화벽'으로 변모시켜야 한다고 그들은 말했다. 방화벽이 양자 법칙을 따르긴 했지만 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 퍼뜨렸기 때문에 이것은 놀라운 일이었다. 그 이론에 따르면, 자유낙하의 누군가는 우주의 모든 곳에서 물리학 법칙이 동일하다고 인식해야 한다. - 블랙홀에 빠지든, 텅 빈 은하간 공간에 떠 있든 말이다. 아인슈타인에 관한 한 사건의 지평선은 주목할 만한 곳이 되어야 한다. 이제 호킹은 감질나게 간단한 세번째 옵션을 제안한다. 양자역학과 일반상대성이론은 그대로 남아 있지만 블랙홀은 단순히 불을 붙일 사건 지평선을 갖고 있지 않다. 그의 주장의 핵심은 블랙홀 주변의 양자효과로 인해 날카로운 경계면이 존재하기에는 시공간이 너무 심하게 요동치게 된다는 것이다. 사건의 지평선 대신 호킹 박사는 블랙홀의 중심부에서 벗어나려는 광선이 정지되는 표면인 '신선한 지평선'을 발동한다. 일반 상대성에서는, 불변하는 블랙홀의 경우, 이 두 가지 지평선은 동일하다. 블랙홀 내부에서 탈출하려는 빛이 사건 지평선까지만 도달할 수 있고, 마치 러닝머신 위에 붙어 있는 것처럼 그곳에 고정될 것이기 때문이다. 그러나 이 두 지평은 원칙적으로 구별할 수 있다. 만약 더 많은 물질이 블랙홀에 의해 삼켜진다면, 그 사건의 지평선은 부풀어올라 겉으로 보이는 지평선보다 더 커질 것이다. 반대로 1970년대에 호킹 박사는 블랙홀이 서서히 줄어들 수 있다는 것을 보여주면서 '호킹 복사'를 뿜어냈다. 그럴 경우, 사건의 지평선은 이론적으로 겉으로 드러나는 지평선보다 작아질 것이다. 호킹의 새로운 제안은 겉으로 보이는 지평선이 진짜 경계라는 것이다. 호킹 박사는 "사건 지평선의 부재는 빛이 무한대로 빠져나갈 수 없는 정권이라는 의미에서 블랙홀이 없다는 것을 의미한다"고 썼다. 1970년대 호킹과 협업한 캐나다 에드먼턴 알버타 대학의 물리학자 겸 블랙홀 전문가 돈 페이지는 "호킹이 주는 그림은 합리적"이라고 말한다. "사건 지평이 없다고 제안하는 것은 급진적이라고 말할 수 있다. 그러나 이것들은 고도의 양자적 조건이며, 사건의 지평선으로 표시할 수 있는 확실한 지역이 있는지는 말할 것도 없고, 시공간마저 어떤 것인지에 대해서는 애매모호한 점이 있다. 비록 페이지는 사건의 지평이 없이 블랙홀이 존재할 수 있다는 호킹의 제안을 받아들이지만, 그것만으로도 방화벽의 역설을 극복하기에 충분한지 의문을 제기한다. 그는 순간적으로 명백한 지평선이 존재하더라도 사건 지평선과 동일한 문제를 야기할 수 있다고 경고했다. 사건의 지평선과 달리, 겉으로 드러나는 지평선은 결국 용해될 수 있다. 페이지에는 호킹이 "원칙적인 어떤 것이든 블랙홀을 벗어날 수 있을 정도로 극단적인 시나리오의 문을 열고 있다"고 기록하고 있다. 호킹 박사는 논문에서 뚜렷한 지평선이 어떻게 사라질지 정확히 명시하지는 않지만, 양자역학과 중력의 영향이 모두 합쳐지는 특정 크기로 줄어들었을 때 사라질 가능성이 있다고 페이지는 추측하고 있다. 그쯤 되면 한때 블랙홀 안에 갇혔던 것이 무엇이든지 (몸이 좋지는 않지만) 풀리곤 했다. 호킹의 말이 맞다면 블랙홀의 핵심에는 특이점이 없을 수도 있다. 대신 물질은 블랙홀의 당김으로 인해 점차 안쪽으로 이동하지만 결코 중앙으로 내려가지 않는, 겉으로 보이는 수평선 뒤에 일시적으로만 고정될 것이다. 이 문제에 대한 정보는 파괴되지 않을 것이지만, 호킹 방사선을 통해 방출될 때, 그것은 엄청나게 다른 형태로 만들어질 것이고, 한 때 삼켜진 물체가 무엇인지 알아내는 것은 거의 불가능할 것이다. 페이지는 "재에서 태워버린 책을 재구성하는 것보다 더 나쁠 것"이라고 말한다. 그의 논문에서 호킹은 그것을 미리 날씨를 예측하려는 시도에 비유한다: 이론적으로는 가능하지만 실제로는 너무 어려워서 많은 정확성을 가지고 할 수 없다. 그러나 폴친스키는 사건의 지평이 없는 블랙홀이 자연에 존재할 수 있다는 점에 회의적이다. 그것을 지우는 데 필요한 격렬한 변동의 종류는 우주에서 너무 드물다고 그는 말한다. 폴친스키는 "아인슈타인의 중력에서 블랙홀 지평선은 우주의 다른 어떤 부분과 크게 다르지 않다"고 말한다. "우리는 우리 이웃에서 시공간이 변동하는 것을 결코 보지 못하는데, 그것은 대규모로 너무 드물다." 버클리 캘리포니아 대학의 이론 물리학자이자 호킹 박사 출신의 라파엘 부소는 이 최근의 기여는 물리학자들이 방화벽의 잠재적 존재를 어떻게 "혐오"하는지를 강조한다고 말한다. 하지만 호킹의 해법에도 조심스럽다. 그는 "블랙홀을 벗어날 수 없는 지점이 없다는 생각은 어떤 면에서는 방화벽의 존재보다 훨씬 더 급진적이고 문제가 있는 제안"이라고 말한다. "그러나 블랙홀과 정보에 대한 호킹의 첫 논문 발표 후 40년이 지난 지금도 그런 문제를 논의하고 있다는 사실은 그 엄청난 의의를 증명하고 있다."