블랙홀 웜홀 화이트 홀 - 천체물리

블랙홀은 별의 질량이 임계점 이상이 되어 스스로의 중력이 너무 강해져서 스스로의 중력으로 스스로를 짜부러트려 스스로를 압축해 만들어진 별이라 할 수 있겠다.

이것은 표면적으로 보이는 현상이다.

하도 압축되다보니 중력이 너무 커서 빛이 도망가지 못하고 그 중력에 빛도 빨려든다 한다. 그러다 보니 그 주변에서는 빛이 방출되지 못하다 보니 결국 어두컴컴하게 보이는 것이다. 그래서 우리가 이를 어두운 구멍이라 부르는 것이다.

실제론 이렇게 빛이 나면 블랙홀이라 부르겠냐고.

우주는 다 어두컴컴한데 무슨소리냐고? 다른 어두컴컴한 지역에서는 그래도 눈에 안보이는 빛이 나온다 바로 전자파라는 것이다. 이는 전자기파 스펙트럼에 대한 지식이 필요하다. 후에 포스팅하도록 할 예정이다.

여기서 착각하시는 분들이 많이 있는 것이 빛은 질량이 없는데 어떻게 중력의 법칙을 만족하느냐 하는 점이다. 중력의 법칙은 다 아시다시피 다음과 같다

중력은 두 물질의 질량의 곱에 비례하며 질량이 0이면 중력도 0이어야 한다. 당연히 20세기 초까지만 해도 빛은 중력에 영향받지 않는다고 생각했다. 혹자는 빛에 충격량, 운동량이 있다는 말을 잘못 알아듣고 빛이 질량이 있다고 생각하시는 분들도 있지만 이것은 그릇된 것이다.

여담이지만 마이켈슨-몰리의 에테르 측정 실험 역시 이러한 그릇된 가정에 기인된 것이기 때문에 (그것이 결정적 이유는 아니지만) musiki는 그들의 실험이 마이켈슨 간섭계라는 발명품 외에는 다른 공헌이 없다고 생각한다.

결국 우리가 잘못 생각하고 있는 것이 있다는 결론이 나온다. 중력은 "원격력" 즉 힘이 아니라 공간의 휨에 불과하다. 별과 별사이에는 힘이 작용하는 것이 아니라 공간이 휘어있는 것이고 별들은 마치 하수구에서 소용돌이치면서 물이 빠져나가는 것과 같이 회전하고 있는 것에 불과하다는 것이다. 완전히 둥근 세면대에 구슬을 놓으면 몇바퀴를 구르다가 구멍을 통해 빠져나가게 된다. 물론 역제곱 법칙을 만족하면서..

매질도 없는데 빛이 굴절한다.

빛은 중력에 의해 휘어진 것이 아니라 사실 이러한 휘어진 공간을 통해 직진하고 있는 것이다. 직선을 그려놓고 종이를 휘면 직선은 휘어진 것으로 보이는 것과 같은 이치이다. 이러한 이유로 중력렌즈와 같은 현상이 일어난다.

그런데 블랙홀은 이 휘어진 정도가 너무 커서 빛이 아예 그 별의 중심으로 들어가버린다. 이 구멍의 끝은 어디일까? 단순히 차원의 끝으로 배출되는 구멍이 있어서 들어가면 영영 끝인 것일까?

아니라는 인류의 상상력이 화이트 홀이라는 존재를 만들었다. 그리고 블랙홀의 구멍이 화이트홀과 이어져 있다고 상상하고 이것을 웜홀이라 부르고 있다.

스타트랙에 나오는 워프라는 항법은 필요에 따라 중력장을 펼쳐 웜홀을 만들고 그 구멍을 통해 우주의 다른곳으로 이동하는 것이다. 물론 현실적으로 가능하냐 물어보신다면 이론적으로조차 불가능하다 답해드리겠다. 상상의 산물일 뿐이지 이는 전적으로 불가능하다.

우주를 접어 우주여행을 떠난다니..

일본의 한 만화에서는 이러한 워프의 원리를 이렇게 상상하고 있는데 (우주함대 제인 참조) 우주선에 블랙홀 조각을 자기장에 가둬 들고다니다가 블랙홀의 중력장을 필요에 의해 펼쳐 워프에 이용한다는 것이다. 만약 그 전함이 침몰된다면 그동네는 블랙홀이 될테니  절대 적으로 만나기 싫은 상대이다. 싸워 이겨도 손해 아닌가... 접근도 안해야겠다. -_-;

블랙홀에 들어가는 물질은 그즉시 원자 소립자 단위로 환원된다. 아니 심지어 물질을 이루고 있는 질량이 에너지로 환원되어서 다시 X선으로 빠져나오게 된다. (호킹의 블랙홀 복사 이론을 참조하시라) 우주선이 워프할수는 있겠지만 도착한 곳에는 우주선은 온데간데 없고 X선만이 방출될 뿐이다.

웜홀과 화이트홀은 실존할 수 없다고 장담은 또 못하겠지만 인간이 이용한다는 것은  얘기가 다르다. 그냥 SF속에서나 가능한 얘기이다. 심지어 인류가 앞으로 영원히 생존한다 해도 기술적으로 영원히 이뤄질수 없다.