블랙홀 단상

블랙홀은 일반상대성 이론 중력장 방정식의 해로부터 유도되는 우주의 청소장입니다. 블랙홀과 일반 우주의 경계는 사건의 지평선 r=2GM 으로 간단히 기술되며 질량이 크면 그 크기는 커지며, 현재 거의 모든 은하의 중심에는 거대한 블랙홀이 존재할 것으로 추측됩니다.

블랙홀은 한방향으로 우리와 인과적으로 단절됩니다. 즉, 외부에서 블랙홀로는 얼마던지 정보와 물질이 유입되지만 블랙홀에서 외부로는 전혀 인과적 관계가 단절됩니다. 즉, 정보를 흡수할 수만 있고 외부로는 방출되지 않습니다.

블랙홀의 크기를 사건의 지평선의 크기로 정의하기도 하지만 물리적으로 블랙홀은 한 점입니다. 한 점에 모든 것들이 존재합니다. 그러나, 그 점은 무한 곡률을 가지기에 점이면서 또한 공간을 가지는 이상한 형태로 기술될 것이며, 우리는 블랙홀 특이점을 분석할 수 있는 이론을 가지고 있지 않습니다.

블랙홀이 외부로 어떠한 정보도 방출하지 않으니 외부에서 보면 블랙홀은 온도 0, 엔트로피 0인 상태로 보이며 따라서 호킹과 일련의 과학자들은 처음에 블랙홀은 엔트로피가 0라고 주장했죠. 그러면 전 우주적으로는 블랙홀에 떨어지는 물체의 엔트로피가 사라지는, 즉 열역학 제 2법칙이 깨지는 것처럼 보이는 이상한 문제가 생깁니다. 베켄슈타인은 그럴리 없다는 심증을 가지고 열심히 연구하여 블랙홀은 엔트로피를 가지며 가깥 우주와 블랙홀을 합쳐서 고려하는 경우 열역학 제 2법칙은 전 우주적으로 여전히 성립한다고 주장합니다.

호킹은 그 연구에 자극받아서 그 유명한 호킹 복사 현상을 발견합니다. 호킹 복사에 대해서는 상대성님이 쉽게 밴친분들께 설명해 주실 것을 기대합니다. 그러나 정확히 얘기하면 호킹복사는 블랙홀이 방출하는 것이 아니고, 블랙홀의 주변 공간, 사건의 지평선의 진공에너지가 방출되는 형태이고 그 방출된 에너지를 다시 블랙홀이 제공하는 형태로 진행합니다.

열복사의 형태로 방출되는 정보는 블랙홀 내부 정보를 알려줄 수 없을테니 블랙홀이 외부 방출로 모든 에너지를 뺏긴 후에는 우주에는 정보의 소실이 발생하겠죠? 그러나 양자역학에서 양자 상태는 가역적으로, 즉 현재의 모습으로 부터 원래의 상태로 되돌아 갈 수 있는 유니터리 변환 형태로 전개하기에 정보의 소실은 양자역학과 충돌합니다.