과학도서 - 블랙홀에관한 책을 읽고 블랙홀

블랙홀과 우주
나는 항상 블랙 홀이란존재, 즉 우리에게 공상만화 또는 SF영화 등으로 신비하게 알려진 그 존재에 대해 큰 의문과 함께 뭔진 모를 적대감 같은 것을 가지고 있었다. 과학적 지식이 제로인 나로서는 그러한 존재를 이해하는게 많이 힘들었기 때문인지도 모른다.
초등학교 4학년때 미국에 갔었다.
미국 켈리포니아 자연사박물관에 갔던 기억이 난다. 그곳에서 블랙홀 모형을 보았다. 깔대기 모양이었다. 깔대기의 틀에 동전을 굴리면 동전이 굴러가는 속도가 점점 증가하여 깔대기 구멍을 통과할 때에는 빠른 속도로 지나간 것이 기억난다. 어릴적이라서 제대로 기억하는지 잘 모르겠다.
서점에서 책을 고르는나에게 ‘블랙 홀과 우주’란 제목의 이 책이 눈에 띄였고 ‘어렵겠지만 나도 한번 알고 이해해 보자’라는 생각으로 책장을 넘기게 되었다. 아직 내가 모르는 수학적 공식 또는 여러 과학 법칙들이 많이 인용…(생략)

무척 까다로웠다. 아인슈타인의 ‘상대성이론’, ‘중력의 반지름’, ‘슈바르츠실트구’등 내용이 좀 복잡했다.
하지만 한 가지 분명하게 내가 알아낸 것은 블래 홀이란 것은 여러 곳에서 생성되고 있고 한 개의 큰 덩어리가 아니라는 사실이다. 나는 이제까지 블랙 홀이란 것은 하나로 된 아주 큰 덩어리라고 알고 있었기 때문에 블랙 홀이 여러 곳에서 생성된다는 사실을 알고 무척 놀랐다. 그리고 그 동안의 잘못된 나의 생각에 혼자 피식 웃고 말았다.
본론으로 다시 돌아와, 블랙 홀의 주변에 대해 얘기 하겠다.
너무나 신기한 사실을 블랙홀의 경계로 가까이 갈수록 시갈은 점점 더 천천히 흐르고 마침내 블랙홀을 경계에서는 시간이 정지하는 것처럼 외부의 관측자에겐 보이지만 실제로 빨려 들어가고 있는 그 물체는 블랙 홀에 가까이 갈수록 상상을 초월할 정도의 빠른 속도로 가게 되어 중력의 반지름 지점에 도달했을 때의 속도는 빛의 속도와 같다는 것이다. 3차원적으로만 생각하던 나에겐 도저히 이해할래야 이해할 수 없는 현상이었다. 어떻게 시간의 흐름이 위치에 따라 다를 수 있단 말인가? 그러나 나는 이 의 문점을 언젠가는 풀어야 할 숙제로 남겨둔 채 다음으로 넘어 갈 수밖에 없었다.
블랙 홀은 납작한 모양이다. 다른 어떤 비대칭적인 형태로는 존재 할 수없다고 한다. 그리고 전하 현상을 제쳐 놓는다면 질량만이 블랙 홀의 성질을 결정하는 유일 한 특성이 되는데 똑같은 질량을 가진 블랙 홀들은 서로 쌍둥이처럼똑같다고 한다. 이러한 현상을 보고 미국의 이론물리학자 존 휠러는 ‘블랙 홀에는 털이 없다.’라는 유명한 말을 만들어 냈다고도한다.
질량이 블랙홀의 성질을 경정한다. 질랸이 같다면 서로 똑 같은 블랙 홀이 된다……. 어째서 질량에 의해 그 중력장이란 것의 크기가 결정되는 것이 아닌가 생각된다. 블랙 홀은 그것이 2개의 딸 블랙 홀이 되는 일은 결코 일어나지 않지만 그것을 결합시키는 것은 가능하다고 한다.
예를 들어, 서로 충돌한 2개의 블랙홀은 충돌한 블랙홀들의 지평선 면적을 합한것보다 더 큰 지평선 면적을 가지지만 블랙 홀의 크기를 줄어들게 하는과정은 절대 허용되지 않는 다고 한다. 블랙 홀은 일단 태어나면 밑바닥이 없는 절벽과 같아서 어떤것으로도 채우거나 막는 일이 불가능하다. 이들은 시간과 공간에 난 영원 불멸의 구멍으로써 그 속으로 떨어지는 다른 물질을 삼킴으로서 성장해 가기만 하는, 그렇게 영원히 커져만가는 중력의 심연이다.
이런 결과에 대해 나는 ‘그렇다면 이런 블랙홀이 계속해서 생겨나고 도 계속 생겨나면 과연 우주의 소 행성들이 큰 블랙 홀속으로 빨려 들어가지는 않을까?’라는 생각을 해 불로 밖에 없었다. 왜냐하면 우주가 무한정 크다고는 하지만 이렇게 거대한 블랙 홀의 증가는 계속해서 일어나게 될것이고 결국 많이 생긴 블랙 홀에 우주 물질들이 끌려가 버릴 확률이 높지 않을까하고 생각했기 때문이다. 하지만 내가 이제까지 책을 읽어 오면서 배워온 것과는 정반대인 “블랙 홀도 소멸한다.”는 내용은 내게 또 한번 큰 충격을 주었다. 그 내용인즉, 블랙 홀도 강한 중력장속에서 일어나는 양자과정의 결과로 사라질 수가 있다는 것이다. 그렇지만 거대 블랙홀이 양자복사를 한다는 것은 불가능 하다고 하니, 나로서는 참으로 이해하기 힘든 부분이었다. 양자과정이라는 그 복잡한 절차가 거의 이해가 되지 않았기 때문이다.
이제까지 재가 이해한 내용을 총동원하여 블랙 홀의, 신비에 접근 해 보았다.
블랙 홀, 그 존재는 여전히 신비한 채로 남아 여러 과학자들이 계속해서 연구하고 있다고 한다. 불과 1세기 전만 하더라도 사람들은 블랙 홀이란 존재에대해 전현 알지 못했다는데 만일 우리가 타임머신을 타고 가 이 놀라운 자연의 경이를 들려준다 하더라도 그들은 결코 믿지 못할 것이다.
앞에서도 말한 바와 같이 이 책을 읽는 과정에서 나는 많은 어려움을 겪었다. 그렇지만 이제 비로소 뭔가에 눈이 뜨인 것 같은 기분이다. 블랙 홀의 신비를 통해 우주의 신비, 나아가 이 모든 자연의신비를 벗기고자 연구에 몰두하는 물리학자, 천문학자, 화학자들의 기쁨과 보람을 조금이나마 이해할 수 있을 것 같다.