자연이구현한가장아름다운천체,블랙홀
중력과시공간의관계를밝혀낼환상적인우주탐험
은하수의중심부에는태양질량의400만배에달하는천체가자리잡고있다.그일대의시간과공간은그로인해크게뒤틀려있어서,빛조차빠져나오지못한다.은하수중심에서반경1200만킬로미터짜리구球의내부는외부와완전히단절되어있다.이구의표면이바로‘사건지평선’이다.일반상대성이론에의하면,바로그안에‘시간의끝’,즉특이점이존재한다.특이점을포함하는사건지평선너머의세계가바로블랙홀이다.이책은블랙홀의왜곡된시간과공간,블랙홀의시공간을그림으로나타낸펜로즈다이어그램,웜홀과화이트홀,커의블랙홀,블랙홀과열역학,호킹복사,양자적얽힘quantumentanglement,홀로그래피원리등지난100여년동안물리학이걸어온길을따라걸으며독자들을이끈다.
누구나알지만아무도모르는존재,블랙홀
블랙홀은과거한때은하수의중심에존재했던가장큰별이남긴흔적이다.이것은물질이중력으로뭉치다가정상적으로존재할수있는공간이더이상없을때자연적으로만들어진다.물리법칙은블랙홀의존재를증명하고있지만,구체적인특성은여전히상당부분미지로남아있다.지금도물리학자들은기존의법칙으로는알수없는것을알아내기위해고군분투하는중이다.블랙홀은중력법칙,양자역학,열역학이평화롭게공존할수없는시공간에존재한다.그래서과거의물리학자들은“블랙홀의생성을막는어떤요인이분명히있을것”이라며블랙홀의존재를부정했다.심지어1939년에아인슈타인조차“블랙홀은현실세계에존재하지않는다”고할정도였다.이후수브라마니안찬드라세카르,로버트오펜하이머,존아치볼드휠러,로저펜로즈등여러학자에의해블랙홀은“있어서는안될우주괴물”이아니라“우주가낳은필연적결과물”로인정받게된다.
우리우주가양자컴퓨터속세상이라는생각
1974년스티븐호킹이블랙홀복사이론(호킹복사)을발표하면서,블랙홀은중력뿐아니라양자역학의무대에도등장하게되었다.블랙홀은양자역학과중력을결합한이론을검증하는최적의모델로떠올랐다.이후중력과양자이론사이의관계가밝혀지기시작하면서블랙홀연구는새로운전기를맞이했다.아르헨티나의물리학자후안말다세나가“반-드지터공간에서정의된중력이론은그경계면에서정의된양자이론과동일하다”는홀로그래피원리를발표함으로써,중력이론과양자이론의이중적관계가드러났다.저자는여기에‘양자적얽힘’을도입하여“중력과양자이론이얽힘을통해연결되었을지모른다”는추측으로까지나아간다.이러한주장이신뢰가가는이유는번역자박병철의말에서찾을수있다.참고문헌을들이밀며슬쩍발을빼는여느교양물리학책과달리,“콕스는자신이직접노를저으며기어이독자들을강건너편으로데려다”준다.디테일하면서현장감이살아있는논조로,콕스는시간과공간의본질이양자비트의거대한네트워크일수도있다는,우리가거대한양자컴퓨터속에살고있을지도모른다는가능성을제시한다.100년간최고의물리학자들은블랙홀이라는웅장하고신비로운존재를좇다가매혹적인세계를발견했고,그결과는예외없이우리에게이득을안겨주었다.무궁무진한블랙홀연구가가져올앞날을또한번기대해본다.
