블랙홀

 

 

다시, 최근 종종 논의하는 상대성이론으로 돌아와 보자. 아래에 보이는 모양이 바로 light cone (광추)라고 불리는 4차원 시공간의 부분집합이다. Light cone은 아래 위로 2개로 나눠져 있고, 그 중간, 원점이 바로 observer, 내가 위치한 곳이다. 시간 0에서 내가 위치한 원점에서 시작해서 나는 4차원 시공간을 흘러간다. 어느 방향? 바로 위… 위.. 위… 나는 위로 갈 수밖에 없다. 시간의 흐름 때문이다. 사실 상대성이론에서 시간과 공간을 공평하게 다루고 있다고 혹자들이 얘기하지만, 그것이 사기인 것은 대부분의 물리학자들이 알고 있다. 어떻게 시간과 공간이 같은 취급을 받을 수 있나? 당장, 시간은 우리를 light cone의 위쪽으로 밀어 올린다.

 

평평한 공간이라면, flat minkowski space라면 light cone 은 누구에게나 모두 동일하다. 그러나, 공간이 휘어져 있다면 light cone은 기울어지기 시작한다. 아래 그림을 보라. 이것은 블랙홀 인근의 light cone의 기울어짐을 극명하게 보여준다. 블록홀의 가운데에서 light cone은 완전히 90도로 기울어져서, 시간축으로의 이동은 블랙홀의 가운데를 향한다. 즉, 우리는 가만히 있지만, 그냥 시간만 가지만, 모든 존재들이 블랙홀로 떨어진다. 시간축이 그 방향을 향하기 때문이다.

 

 

이제, 일전에 질문한 내용으로 돌아와 보자. 보울링공과 깃털을 잡고 있다가 놓으면 왜 아래 방향으로 떨어지는가? 일반 상대성이론에서 중력이란 존재하지 않는다. 따라서, 누가 끌어당기지는 않는다. 아무도 끌어당기지 않는데 왜 그 둘은 아래로 같은 속력으로 떨어지기 시작하는가? 라고, 질문을 하였다. 내가 원하는 대답은 무엇이었을까?

 

바로, 지구의 중력 때문에 공간이 휘어져 있고, light cone은 기울어져 있다. 내가 손을 잡은 순간에도 그들은 시간축으로 이동하고 있었고 내가 손을 놓는 순간에도 그들은 시간축으로만 흘러갈 뿐이다. 그러나, light cone이 지구의 높이마다 기울어져 있기에, 그들은 그 자리에 서 있을 뿐이지만, 지표면의 인간들이 보면 그들은 낙하/가속 운동을 하는 것처럼 보인다.

 

자유 낙하하는 존재는 아무런 중력을 느끼지 않기에 그들이 이동하고 있다고 느끼지 못한다. (사실, 이부분에서 혼동하시는 분들이 엄청 많다. 왜 떨어지고 있는데 느끼지 못한다는 거야? 그러나, 무중력 상태를 만드는 방법이 자유낙하란 것을 이해하면 당연한 얘기일 뿐이다). 그들은 그냥 정지한 상태로 시간만이 흘러가고 있다고 생각한다. 그러나 다른 시공간에 있는 우리가 보면, 그들은 맹렬한 속도로, 아주 위험한 속도로 가속되고 있다. 우주가 이렇게 묘하다.