비디오

대본

블랙홀은 무엇이든 파괴할 수 있습니다-

하지만 그들이 파괴될 수도 있을까요?

만일 우리가 물리학의 한계를 극한까지 몰아붙인다면,

그 과정에서 물리학을, 심지어는 우주까지도 파괴하게 될까요?

달 정도의 질량을 가진 조그만 블랙홀을,

쿠르츠게작트 연구소에 만든 다음 잘게 부수어 봅시다.

첫 번째 실험,

핵 공격

강한 폭발은 무언가를 부숩니다.

그러니 분위기를 잡고,

우리의 블랙홀 옆에서 전 세계의 핵무기를 모두 터뜨려 봅시다!

펑.

블랙홀은 그것의 사건의 지평선을 넘는 무엇이든 집어삼킵니다.

물질과 그 에너지까지 전부요.

그리고 에너지는 질량으로 변환되니,

모든 에너지가 블랙홀로 들어가 질량을 더합니다.

블랙홀의 질량은 크기와 비례하므로,

우리가 조그만 블랙홀에 폭발을 핵 폭발을 가하자,

더 큰 질량과 크기를 가지게 되었을 뿐입니다.

두 번째 실험,

반물질

물질과 반물질은 서로 상쇄됩니다.

우리가 달 질량의 반물질을 블랙홀에 넣는다면 어떻게 될까요?

불행히도 물체가 블랙홀에 들어가면,

블랙홀은 그 물체의 모든 과거의 정보를 완전히 없앱니다.

물질이든, 반물질이든 상관없이요.

블랙홀은 중력의 영향만을 받습니다.

중력은 물체의 질량 에너지 총량에 따라서만 바뀌고요.

입자의 질량은 그와 상응하는 반입자의 질량과 같으니,

반물질인 달을 던져 넣는 것은,

그냥 달을 넣는 것과 같은 결과를 냅니다.

블랙홀이 더 커질 뿐이네요!

블랙홀이 가진 “삭제 능력"은 꽤나 흥미롭습니다:

크기와 위력은 다르지만,

이 사실은 블랙홀이 기본 입자와 비슷하다는 뜻이기 때문입니다.

전자 같은 기본 입자는 극도로 단순한 물질입니다,

세 숫자로 완벽히 정의되죠:

질량

질량, 회전

질량, 회전, 전하량입니다.

그리고 놀랍게도, 블랙홀도 그렇습니다.

그들은 질량을 가지고,

그들은 질량을 가지고, 회전할 수 있으며,

그들은 질량을 가지고, 회전할 수 있으며, 전하를 가지고 있죠.

일단 블랙홀이 형성되면,

그것이 붕괴한 별인지, 반물질 별인지, 바나나인지 상관없습니다.

단 세 숫자로 완벽히 정의됩니다.

하지만 블랙홀이 기본적으로 이상한 입자라면-

우리가 블랙홀 반물질로 그것을 부술 수도 있을까요?

이것은 표현일 뿐입니다! 반물질 블랙홀은 여전히 검정색이에요.

세 번째 실험,

반물질 블랙홀

아주 신나는군요!

입자는 대응하는 반입자와 같은 질량, 반대의 전하량을 가집니다.

블랙홀은 질량과 전하량을 가지고 있으니,

그것에 대응하는 반물질 블랙홀은

같은 질량과 반대의 전하량을 가져야 합니다.

둘을 충돌시키면 어떻게 될까요?

슬프게도, 반대되는 전하량은 더해져서 0이 됩니다.

그러니 충돌 후에 우리에게 남은 것은,

두 배의 질량에 전하량은 없는 새로운 블랙홀입니다.

좋아요…

우리는 더 크게 생각하고, 물리학을 극한까지 활용해야 합니다.

[바나나 모드 활성화]

네 번째 실험,

사건의 지평선 파괴하기

블랙홀이 회전과 전하량을 가지는 것은 사실입니다.

이 정신나간 물질들에게도, 한계는 존재합니다.

블랙홀의 회전이나 전하량이 너무 커지게 되면,

굉장히 이상한 일이 생깁니다:

사건의 지평선이 사라져 버리죠.

단순하게는, 블랙홀이 내부에 특이점을 숨겼다고 볼 수 있습니다.

특이점은 강력한 중력으로 무한히 압축된 질량이며,

근처의 어떤 것이든, 심지어는 빛마저도 탈출할 수 없게 합니다.

이것이 블랙홀이 “무의 검은 구체"로 보이는 이유입니다.

사건의 지평선은 이 궁극의 감옥의 외벽입니다.

그것을 넘으면, 다시는 돌아올 수 없습니다.

하지만 블랙홀이 회전할 때,

그것은 약간 돌아가는 세탁기처럼 작동합니다.

회전이 주변의 물체를 블랙홀 밖으로 밀어내려 하는 것 같습니다.

너무 강한 중력으로 일어나지 않는 일이죠.

하지만,

회전이 너무 빨라지면 이 현상이 중력을 이겨내어,

사건의 지평선이 사라질 것입니다.

주변의 물체들은 이제 영원히 갇히지 않습니다!

전하량의 경우도 마찬가지입니다.

전하량을 너무 크게 만들면, 우리의 강철 감옥의 벽이 부서집니다.

우리가 애써 사건의 지평선을 부수어도,

특이점은 여전히 그곳에 있을 것입니다.

그리고 물체들도 여전히 그곳으로 떨어져 들어갑니다.

그곳에 부딫히면, 당신은 여전히 빠르고 끔찍하게 죽습니다.

하지만 특이점 근처는

더 이상 탈출 불가능한 감옥이 아니게 될 것입니다.

원하는 만큼 가까이 다가갔다가,

다시 돌아올 수 있어요.

이것도 블랙홀을 부순 걸로 쳐야죠!

그렇죠?

다섯 번째 실험,

과식시키기

우리가 할 일은 전하량을 과하게 늘리거나,

블랙홀을 과하게 회전시키는 것입니다.

질량은 작지만 큰 전하량이나 각운동량을 가진 물질을 던져넣으면,

질량보다 전하량이나 회전이 더 빨리 늘어나게 할 수 있습니다.

우리는 블랙홀이 부서져 열리는 시점에 도달할 때까지

블랙홀을 과식시켜야 합니다.

하지만 이것이 실제로 가능한지에 대한 것은

물리학자들 사이의 열정적인 논쟁거리입니다.

전하량이 많아진 블랙홀을 상상해 보세요.

같은 종류의 전하끼리는 서로 밀어내며,

같은 종류의 전하를 더 모을수록 더 강하게 밀어냅니다.

그러니 우리가 음전하를 띠는 블랙홀을 가지고 있고,

질량보다 전하량이 훨씬 큰, 예를 들면 전자를

과식하게 만들고 싶다고 칩시다.

전자들은 정전기로 인한 척력을 받을 것입니다.

그리고 우리가 더 많은 전자를 던져 넣을수록,

블랙홀은 더 강한 음전하를 띠고,

척력은 세질 것입니다.

하지만 우리가 상한선에 도달하면,

정전기의 척력이 너무 강해져서

더 이상의 전자가 들어오지 못할 것입니다.

이 시점에서, 블랙홀은 과식을 거부합니다.

회전의 경우도 비슷합니다.

블랙홀이 상한선에 도달하면,

더 이상의 회전을 받아들이지 않을 것입니다.

하지만 몇몇 과학자들이 탈출구로 보이는 곳을 찾아내었습니다.

블랙홀이 한계에 도달하기 직전,

알맞은 질량을 알맞은 방식으로 집어넣으면,

실제로 그 이상 과식하게 만들 수 있는 것 같습니다.

대부분의 과학자들은 이에 회의적이지만,

그래도 시도해보죠!

마무리

물리학 부수기

그래도 수확이 있습니다.

블랙홀의 사건의 지평선은 특이점을 숨기고 있습니다.

그러니 사건의 지평선을 부수면,

우리는 “벌거숭이 특이점” 을 얻게 됩니다.

사건의 지평선으로 둘러싸이지 않은 특이점이죠.

그리고 이것은 문제를 일으킵니다:

우리가 알고 있는 물리학의 종말을 의미할 수도 있죠.

블랙홀이 숨기고 있는 어두운 비밀이 있습니다.

널리 알려진 사실과는 다르게,

블랙홀의 특이점은 사실 그것의 중심에 있지 않습니다.

아니죠.

그것은 사건의 지평선을 넘는 것의 미래에 있습니다.

블랙홀은 우주를 심하게 왜곡시켜서,

사건의 지평선에서의 시간과 공간은 역할을 바꿉니다.

사건의 지평선을 지나 중심으로 떨어지는 것은,

미래로 향하는 것을 의미합니다.

이것이 당신이 탈출할 수 없는 이유입니다:

낙하를 멈추고 돌아오는 것은

시간을 멈추고 거꾸로 돌리는 일이 그렇듯 불가능합니다.

특이점은 당신의 미래에 있는 것입니다.

당신의 눈 앞에는 존재하지 않죠.

그리고 당신이 자신의 미래를 볼 수 없는 것처럼,

특이점도 그곳에 부딪히기 전까지는 볼 수 없습니다.

하지만 당신의 미래에 있는 것과 부딪히는 것도 불가능하죠,

말하자면 단지 경험하는 것 뿐입니다.

당신은 당신의 다음 생일을 경험하게 될 것입니다.

미래에 있는 특이점은 문제가 되지 않습니다,

우리가 그것을 보거나 상호작용할 수 없기 때문입니다.

하지만 벌거숭이 특이점은 우리 눈앞에 있을 것입니다.

모두가 볼 수 있도록 말이에요.

우리는 무엇을 보게 될까요?

사실, 요점은 ‘알 수 없다’ 입니다.

특이점은 무한한 중력의 지대이고,

중력은 시공간을 왜곡시키는 존재입니다.

특이점에서는 이 왜곡이 너무 심한 나머지,

시공간의 구조가 말 그대로 박살나고 맙니다.

시간과 공간이 더 이상 존재하지 않죠.

이것은 우리가 아무것도 예상할 수 없다는 것을 의미합니다.

예상한다는 것은 무언가가 언제 어디서 일어날지 추측하는 일이니까요.

하지만 “언제” 와 “어디"는 그 의미를 잃어버렸습니다.

우리에게는 무한한 중력과 그렇기에 무한한 에너지,

그리고 예상할 수 없는 무언가가 있습니다.

이것은 그 안에서 아무 이유도 없이

무엇이든 튀어나올 수 있다는 뜻입니다-

바나나 한 더미에서,

잃어버린 양말 한 짝,

태양계까지도요.

예측가능함, 인과관계, 우리가 아는 물리학은 부서져 내립니다.

우리는 특이점이 자연에 존재해야 한다고 생각합니다.

왜냐하면 분명 일반적인 환경에서의 중력 붕괴가

특이점의 형성으로 이어지기 때문입니다.

하지만 과학자들은 자연이

벌거숭이 특이점의 형성을 금지한다고 생각합니다.

무언가가 그들 주변에 사건의 지평선이 생겨서,

그들의 광기가 온 우주로 퍼져나가지 않도록 만듭니다.

사건의 지평선이 없다면, 물리학은 전혀 말이 안 될 수도 있습니다.

그러니 블랙홀이 우주의 궁극의 괴물들로 묘사되었지만,

실은 특이점의 광기로부터 우리를 안전하게 지켜주는 영웅일 수도 있습니다.

그러니 만일 우리가 사건의 지평선을 부수면,

우주의 근본을 뒤흔들게 될 지도 모릅니다.

있잖아요,

우리 그러지 말자구요.

결론

안전한 선택지

우리가 알기로는, 블랙홀을 부술 안전한 방법이 딱 하나 있습니다.

기다리는 것입니다.

모든 블랙홀은 아주 약간의 입자들을 잃어갑니다.

호킹 복사라는 현상이죠.

이 과정은 그들이 천천히 질량을 잃어 결국 “증발”하게 합니다.

사건의 지평선도, 벌거숭이 특이점도 남기지 않은 채로요.

블랙홀이 증발하는 데에 걸리는 시간은 그것의 질량에 달려 있습니다.

우리의 조그만, 먼지 한 톨 크기의 블랙홀의 경우에는,

10의 44제곱 년 정도일 것입니다.

우주의 현재 나이의 100억 조 배이죠.

그러면, 블랙홀을 부수는 것은 가능할까요?

가능합니다!

우리가 할 일은 기다리는 것 뿐이에요.

하지만 그 정도로 오래 기다릴 필요는 없습니다.

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