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빅뱅이 일어난 지 수십억년이 지났지만, 우리 우주를 점령하고 있는 물체를 어디까지 관측할 수 있는가에 대해서는 우주적인 한계가 있다. 우주는 지금까지 쭉 팽창해 왔지만, 그 팽창률은 유한하면서도 잘 측정된 것이다. 빅뱅이 일어난 순간에 방출된 광자가 오늘까지 얼마나 멀리 이동할 수 있었는지를 계산한다면, 우리는 460억 광년이라는 어떤 방향으로도 볼 수 있는 상한선을 제시한다. 이 크기는 우리의 관측 가능한 우주의 크기로, 진화적 발달의 다양한 단계에서 약 2조 개의 은하를 포함하고 있다. 그러나 그 너머에는 현재 우리가 볼 수 있는 한계 너머의 우주가 훨씬 더 많이 존재해야 한다. 바로 관측할 수 없는 우주다. 우리가 볼 수 있는 부분에 대한 최고의 측정 덕분에, 우리는 마침내 그 너머에 무엇이 있고,..

과거로 돌아갈 수 있을까? 그렇다면 숨을 쉬기 위해 산소마스크가 필요한가? 엔트로피란 무엇인가? 그리고 도대체 어떻게 시간을 되돌릴 수 있는가? 크리스토퍼 놀런의 최신 블록버스터인 테넷을 본 사람이라면 누구나 이런 종류의 질문을 곰곰이 생각해 볼 가능성이 높다. 놀런은 복잡한 아이디어를 바탕으로 훌륭하고 인기 있는 영화를 만든 것으로 유명하다. 실제 줄거리를 너무 많이 망치지 않는 선에서 이 영화는 우리에게 미래의 불특정 시점에서 과학자들이 개별적인 사람들과 사물들이 경험하는 엔트로피를 역전시킴으로써 시간을 되돌리는 방법을 알아냈다고 상상하였다. 공항 보안에 사용되는 전신 스캐너와 어렴풋이 닮은 특수 제작된 '턴스마일'이 이 과정을 촉발한다. 한쪽으로 들어가면 문들이 당신 주위를 회전하고 다른 쪽에서 뒤..

블랙홀 사건의 지평선은 무엇이며 거기서 무슨일이 일어나는것일까? 블랙홀의 사건의 지평선은 물체의 탈출 속도와 연결되어 있습니다. 누군가가 블랙홀에 가까이 올수록, 그 거대한 중력을 벗어나기 위해 더 큰 속도가 필요할 것입니다. 이벤트 지평선은 탈출 속도가 빛의 속도를 초과하는 블랙홀 주위의 임계값입니다. 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 따르면, 빛의 속도보다 우주를 더 빨리 여행할 수 있는 것은 없다고 합니다. 이것은 블랙홀의 사건 지평선이 본질적으로 아무것도 되돌아올 수 없는 지점이라는 것을 의미합니다. 또한 그 안에서 일어나는 어떤 사건도 목격할 수 없는 것을 말합니다. 하버드 대학의 천문학 학장인 에이비 롭은 "사건 지평선은 궁극적인 감옥의 벽입니다. 들어갈 수 있지만 결코 나갈 수 없습니다," 라..

천문학자들은 새로운 종류의 생존 이야기를 발견했을지도 모른다. NASA의 찬드라 X선 관측소와 ESA의 XMM-뉴턴의 데이터는 지구에서 약 2억5000만 광년 떨어진 은하계의 초거대 블랙홀에 너무 가까이 떠돌아다니는 적색거성 별은 GSN 069라는 은하에 위치한 이 블랙홀은 태양의 약 40만 배에 달하는 질량을 가지고 있어 초질량 블랙홀의 작은 끝에 놓이게 된다. 일단 적색 거성이 블랙홀의 중력에 포착되면 수소를 함유한 별의 바깥 층이 벗겨지고 블랙홀 쪽으로 돌면서 별의 핵심인 백색왜성이 뒤에 남게 된다. 이 연구를 수행한 영국 레스터 대학의 앤드루 킹은 "내가 X선 데이터를 해석한 결과 백색 왜성은 살아남았지만 탈출하지 못했다"고 말했다. "현재 블랙홀 주위의 타원 궤도에 걸려 9시간에 한 번 정도 한..

특수 상대성이 빛의 속도가 보편적인 상수라는 것 때문에 블랙홀에 대한 현대의 생각은 과거와 다소 다르다. 오늘날 물리학자들이 초점을 맞추고 있는 중요한 개념은 사건 지평선이다. 빛과 다른 물체가 한 방향으로 지나갈 수 있지만 다른 방향으로 지나갈 수 없는 우주의 이론적 경계선이다. 빛이 빠져나갈 수 없기 때문에, 사건의 지평선은 블랙홀을 검게 만드는 것이다. 사건의 지평선은 많은 천체물리학자들에게 다소 실망스러운 것인데, 왜냐하면 우주의 알려진 법칙을 벗어난 재미있는 물리학은 모두 그 안에서 일어나고 따라서 우리들에게서 감추어져 있기 때문이다. 그러므로 물리학자들이 원하는 것은 사건의 지평을 없애고 내부 작업을 적절한 정밀조사에 노출시키는 방법이다. 이렇게 하면 블랙홀은 파괴되지만 훨씬 더 기괴하고 이국..

대략 137억년 전, 우주 전체가 특이점으로 존재했던 시대를 상상하기는 어렵다. 빅뱅 이론에 따르면, 우주가 어떻게 되었는지 설명하기 위해 경쟁하는 주요 경쟁자들 중 한 명이 우주에 있는 모든 물질들, 즉 모든 우주 자체가 아원자 입자보다 작은 형태로 존재했다고 한다. 한번 생각해 보면 더욱 어려운 의문이 생긴다. 빅뱅이 일어나기 직전에 무엇이 존재했는가? 그 질문 자체는 적어도 1600년 전에 현대 우주론을 앞섰다. 4세기 신학자 세인트 아우구스티누스는 신이 우주를 창조하기 전에 무엇이 존재했는가에 대한 문제와 씨름했다. 그의 결론은 '처음에는'이라는 성경 구절이 하나님이 이전에 아무것도 하지 않으셨음을 암시한다는 것이었다. 더구나 아우구스티누스는 세상은 특정한 시기에 신에 의해 만들어진 것이 아니라 ..

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..

그렇다면 우리는 타임머신을 만드는 엄청난 기술적 난제를 어떻게 극복해야 할까? 시간 여행을 하는 우주선을 만드는 것이 출발하기에 가장 좋은 장소일 수도 있지만, 적어도 현재로서는 공학적인 장애물이 엄청나다. 우선, 우리는 빛의 속도를 여행할 수 있는 우주선을 갖는 것조차 가까이 가지 않았다. 지금까지 만들어진 우주선 중 가장 빠른 우주선은 곧 파커 태양 탐사선이 될 것이다. 파커 태양 탐사선은 올여름에 발사될 것이고 빛의 속도 0.00067퍼센트 만을 여행할 것이다. 또한 배가 그렇게 빨리 가도록 추진하는데 필요한 엄청난 양의 에너지가 있다. 고트는 고도로 효율적인 항모전 연료가 핵심이 될 수 있다고 제안했고 다른 세계 기관과 과학자들은 그러한 연료가 항성 간 여행에 잠재적으로 귀중한 부분이 될 수 있다..

2015년 9월, 우주 비행사인 Gennady Padalka는 마지막으로 지구에 도착했다. 그는 이제 막 우주에서의 여섯 번째 임무를 완수했고 지구 대기권 밖에서 보낸 대부분의 누적 시간인 879일의 기록을 깼다. 그리고 이 2년 반 동안 고속으로 행성을 공전하면서 보낸 이 때문에 파달카 역시 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 실제 행동으로 체험하면서 시간 여행자가 되었다. 아인슈타인의 우주에서 2001년 '타임 트래블'의 저자인 프린스턴대 물리학자 J. 리처드 고트는 "파달카 씨가 모험에서 돌아왔을 때, 그는 지구가 자신이 예상한 미래의 1/44초라는 것을 알았다"고 설명했다.앞으로." Gott에 따르면, 그가 지구에 머물렀을 때 보다 1초도 더 어린 것이 마음에 들지 않는 것이기는 하지만, 그럼에도 불..

2013년 유럽우주국(European Space Agency)의 플랑크 우주 미션은 우주에서 가장 오래된 빛의 지도를 가장 정확하고 상세하게 공개했다. 이 지도는 우주가 138억년 전이라는 것을 밝혔다. 플랑크는 우주 마이크로파 배경을 연구하여 나이를 계산했다. 캘리포니아 패서디나에 있는 NASA 제트추진연구소의 임무를 맡고 있는 미국 프로젝트 과학자 찰스 로렌스는 성명을 통해 "우주 마이크로파 배경 조명은 먼 곳에서 온 여행자"라고 말했다. "그것이 도착하면, 그것은 우리 우주의 모든 역사에 대해 말해준다." 거리와 빛의 속도 사이의 연관성 때문에, 이것은 과학자들이 138억 광년 떨어져 있는 우주의 영역을 볼 수 있다는 것을 의미한다. 텅 빈 대양의 배처럼 지구상의 천문학자들은 망원경을 모든 방향에서..

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 ..

아인슈타인이 상대성 이론을 발전시켰을 때, 텐서 미적분학이라 불리는 위압적인 형태의 수학을 이용하여 수학 문제를 푸는 데 약 10년이 걸렸다. 그는 단지 자신의 방정식에 대한 해답의 근사치를 할 수 있었을 뿐이고 수학은 여전히 최고의 과학적인 두뇌까지도 당황하게 한다. 하지만, 이 도전은 아인슈타인의 현대 천문학자들 중 한 명인 칼 슈바르츠실트라는 이론 물리학자를 단념시키는데 아무런 도움이 되지 않았다. 슈바르츠실트는 천성적으로 실용적인 개인이었다. 예를 들어 그는 스펙트럼을 연구하는 새로운 방법을 개척했다. 그러나 그는 이론적 개념을 다루는 능력에 뛰어났고 1915년 아인슈타인의 일반 상대성에 관한 기사가 발표되었을 때 슈바르츠실트는 그들의 중요성을 가장 먼저 인식한 사람 중 한 명이었다. 슈바르츠실트..