블랙홀의 내부에서 '화이트 홀'의 상태가 발견되었다!

 

 

 

블랙홀은 그 주변에 존재하는 모든 것들을 삼켜버립니다.

 

그 강력한 중력은 심지어 빛조차도 탈출할 수 없게 만들어 버리죠.

 

이것이 그동안 우리가 알고 있던 블랙홀에 대한 이미지입니다.

 

그런데 블랙홀을 양자역학적 관점에서 바라보면, 이와는 전혀 다른 모습이 드러나게 되는데요.

 

블랙홀의 내부로 빨려들어갔던 물질들이, 다시 우주로 튕겨져 나올 수 있다는 사실이 확인된 겁니다.

 

만약 이것이 사실이라면, 블랙홀은 단순히 물질을 삼키는 천체가 아니라는 얘기가 됩니다.

 

즉, 블랙홀은 물질을 방출하는 화이트홀의 역할도 동시에 하고 있을 가능성이 있다는 거죠.

 

그렇다면 블랙홀의 특이점은, 반대편의 우주와 연결되어 있을지도 모릅니다.

 

이번 연구는 Physical Review Letters 2025년 3월 11일자에 게재되었습니다.

 

 

 

 

 

 

 

우주의 법칙을 거스르는 것처럼 보이는 기묘한 천체, 블랙홀.

 

이 천체는 자신에게 가까이 다가오는 모든 물질들의 부피를 극적으로 줄여버립니다.

 

결국 블랙홀의 특정 지점에 도달하게 되는 물질들의 부피는 0이 되어 버어버리고 말죠.

 

하지만 시공간의 곡률, 즉 공간 자체의 휘어짐은 무한대에 도달하게 되는데요.

 

이는 마치 우주 전체에 적용되어 있는 물리 법칙 자체가, 붕괴되는 것처럼 보이기도 합니다.

 

이러한 블랙홀의 특이점은, 현대 물리학의 가장 큰 난제 중 하나라고 할 수 있는데요.

 

과학자들은 이 난제를 설명하기 위해, 양자역학과 기존의 물리학 이론을 통합하려고 노력하고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

블랙홀의 특이점에 대한 문제는, 이미 약 110년 전 부터 시작되었습니다.

 

1915년 아인슈타인은 자신의 상대성 이론에서 특이점의 존재를 설명했습니다.

 

하지만 당시의 과학자들은 이 '특이점'이라는 문제를 논의의 대상에서 제외시켜버렸죠.

 

사실 이 이론을 만들었던 아인슈타인 조차도, 이 극단적인 물리적 상태에 당황했었습니다.

 

만약 이 결과가 맞다면, 우리의 물리학은 근본부터 뒤집어질 것이라 우려했기 때문인데요.

 

그 만큼 블랙홀의 특이점은, 기존의 물리 법칙으로 도저히 설명할 수 없는 매우 극단적인 개념이었습니다.

 

그래서 특이점이라는 개념 자체는, 근본적으로 우주의 이해에 대한 도전이라고 할 수 있었죠.

 

하지만 20세기 후반에 로저 펜로즈와 스티븐 호킹이 이 특이점 문제를 다시 다루게 되었습니다.

 

이들은 '특이점 정리'를 통해서, 블랙홀 내부에 피할 수 없는 '붕괴점'이 존재한다는 것을 수학적으로 증명했는데요.

 

당시 이 사건은 블랙홀 연구에 큰 충격을 주었으며, 특이점의 필연성을 수학적으로 뒷받침 해주었습니다.

 

그럼에도 불구하고 블랙홀 내부의 특이점은, 고전적인 중력 이론으로는 제대로 설명할 수가 없었습니다.

 

즉, 특이점은 존재하고 있는 것으로 보이기는 하는데, 이 지점에 대한 설명은 불가능했다는 겁니다.

 

다만 과학자들은, 블랙홀의 특이점에 대해서 그 어떠한 물리 법칙도 통하지 않는 기묘한 세계로 생각하고 있죠.

 

이렇게 블랙홀의 중심부는 오랜 세월동안 마치 금단의 영역처럼 취급되어 오고 있었습니다.

 

 

 

 

 

 

기존 이론에 따르면, 블랙홀에 들어가게 되면 언젠가는 반드시 중심에 도달하게 됩니다.

 

하지만 중심부에 도달한 이후의 시간과 공간에 대해서는 이론적으로 설명이 불가능합니다.

 

블랙홀의 중심에서 곡률이 정말로 무한대가 되는지, 흡수된 물질들은 모두 어디로 가게 되는지..

 

그리고 특이점이라고 하는 최종 목적지는 실제로 존재하기는 하는지...

 

수학적으로는 증명되었다고 하지만, 실제는 우리의 계산과 다를지도 모르죠.

 

어쩌면 블랙홀의 내부에는, 특이점 형성을 막는 어떠한 양자역학적 현상이 존재할지도 모른다는 겁니다.

 

그래서 과학자들은 양자역학을 통해서, 이 블랙홀의 특이점을 규명하려고 노력하고 있는데요.

 

하지만 양자역학 하나만으로는, 블랙홀 내부의 특이점을 완전히 설명하기가 불가능합니다.

 

그래서 과학자들은 양자역학과 기존의 중력 이론을 통합하여 '양자중력'이론을 만들려고 노력하고 있죠.

 

이 '양자중력' 이론의 완성이야말로, 특이점이 비밀을 드러낼 수 있는 유일한 방법이라 생각되고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

하지만 양자역학과 중력이론을 통합하는 '양자중력'이론의 완성은 매우 어렵습니다. 

 

그럼에도 과학자들은 현재까지 개발된 양자중력 이론을 이용해서 특이점을 연구하고 있는데요.

 

비록 이 이론이 완전히 완성되지는 않았지만, 특이점 연구에 중요한 통찰력을 제공해주고 있습니다.

 

하지만 일반 상대성 이론에 따르면, 블랙홀 내부의 시공간은 매우 복잡할 것으로 예측됩니다.

 

아무리 양자중력 이론이라고 하더라도 블랙홀 내부의 모든 요소들을 분석하기란 불가능하죠.

 

따라서 과학자들은 블랙홀 내부에서 모든 것들을 고려하는 대신, 핵심적인 특징에 집중하기로 했습니다.

 

예를 들어, 블랙홀 전체의 부피나 공간의 왜곡과 같은 중요한 변수 몇 가지만 분석해 보기로 했는데요.

 

이렇게 문제를 좁혀서 불랙홀 내부의 상태를 함수로 표현하는 것을 목표로 삼았습니다.

 

 

 

 

 

 

또한 과학자들은 블랙홀 내부를 분석할 때, 무엇보다도 중요하게 생각했던 점이 있었습니다.

 

바로 시간의 흐름에 따라서, 정보가 일관되고 사라지지 않게 보호하는 것이었습니다.

 

고전 물리학에서는 블랙홀 내부로 진입하게 되면 정보가 소실된다고 설명하고 있는데요.

 

이는 마치 어떠한 내용이 담겨 있는 편지가, 거대한 불속에 던져져 사라지는 것과 비슷하다고 할 수 있습니다.

 

편지는 순식간에 재로 변해버리고, 그 내용이 무엇이었는지 등에 대한 정보는 영원히 사라지게 되죠.

 

다시는 그 편지를 펼쳐볼 수도, 내용을 복원할 수도 없게 되는 겁니다.

 

하지만 양자역학에서는 모든 순간들이 연결되어 있기 때문에, 정보가 사라질 수 없다고 말합니다.

 

그래서 과학자들은 블랙홀의 내부 상태를, 이러한 양자역학적 개념으로 이해하려고 노력했죠.

 

이를 위해 과학자들은 아주 특별한 모델과 접근 방식을 적용해서 블랙홀의 내부를 분석했습니다.

 

 

 

 

 

카스너형 시공간

 

 

 

 

 

 

그 결과, 과학자들은 블랙홀의 내부에서 특이점 대신 아주 기묘한 영역을 발견할 수 있었는데요.

 

바로  '바운스 영역'이라는 곳이 새롭게 발견이 되었던 겁니다.

 

즉, 물질들을 바깥쪽으로 튕겨내는 이상한 영역이 존재한다는 것이 새롭게 밝혀지게 된 거죠.

 

이는 마치 공이 땅에 떨어진 다음 다시 위로 튕겨나오는 것과 비슷하다고 할 수 있었습니다.

 

즉, 블랙홀의 중심에는 강력한 중력이 물질을 짓누르는게 아니라, 오히려 반대로 튕겨내고 있었다는 건데요.

 

이는 기존에 알려져 있는 특이점과 사건의 지평선과는 완전히 상반되는 개념이라할 수 있었습니다.

 

그리고 이러한 바운스 현상은 우리가 이전부터 많이 들어봤던 한 가상의 천체를 떠올리게 하고 있었죠.

 

그 천체는 바로 물질과 정보들을 외부로 방출한다는 '화이트홀' 이었습니다.

 

기존의 이론에서는, 블랙홀로 빨려들어간 물질들의 행방을 전혀 설명할 방법이 없었는데요.

 

하지만 이번의 연구에서, 블랙홀이 화이트 홀의 성질을 띠는 상태로 전환될 수 있음이 확인이 된 겁니다.

 

그리고 이렇게 물질들이 다시 튕겨져 나오는 현상은, 블랙홀 내부에서 정보가 소실되지 않고 보존된다는 것을 의미하죠.

 

결과적으로 블랙홀 내부는 안쪽으로 향하는 상태와 바깥쪽으로 향하는 상태가 동시에 존재하고 있다는 겁니다.

 

즉, 흡수하는 블랙홀의 움직임과 방출하는 화이트 홀의 움직임이 양자적으로 동시에 존재하게 되는 겁니다.

 

예를 들어, 고전 이론에서는 폭포가 아래로 떨어지거나 분수가 위로 솟아오르거나 둘 중 하나의 상태만 가능합니다.

 

하지만 양자 이론에서는 이 두 가지 현상이 겹쳐져서 동시에 존재할 수도 있다는 거죠.

 

또한 논문의 저자는, 특이점을 통과하게 되면 반대편으로 나갈 수 있다는 가설도 제안하고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

물론 실제 블랙홀의 내부는 더욱 복잡하며, 호킹 복사로 인한 증발과 같은 문제도 고려해야 될 겁니다.

 

그럼에도 불구하고, 이번의 모델이 제시하는 바운스 현상의 중첩 상태는 매우 의미심장 한데요.

 

블랙홀 내부의 구조는 우리의 상상 이상으로 역동적이라는 점을 분명히 보여주고 있기 때문입니다.

 

또한 정보의 손실 문제와 특이점 문제에 대한 획기적인 해결잭을 제시할 가능성도 부여주고 있죠.

 

또한 이번의 연구는 우리가 화이트홀에 대해서 어떻게 해석해야 할지 새로운 문제도 안겨주었습니다..

 

또 여기서 좀 더 나아가면, 어쩌면 빅뱅이 화이트홀과 유사한 현상일 수 있다는 가설로도 이어질 수 있는데요.

 

블랙홀이 모든 것을 흡수하는 입구라면, 화이트홀은 모든 것을 방출하는 출구와 같은 성질을 갖습니다.

 

만약 블랙홀 내부에서 어떠한 과정을 통해, 다른 시공간으로의 출구가 형성되었다면 어떨까요?

 

그리고 그곳에서 폭발적인 팽창이 일어났다면? 빅뱅과 같은 사건이 일어날 수도 있을 겁니다.

 

어쩌면 우리 우주의 빅뱅도 이러한 과정에 나타난 현상이지 않을까라는 가설이 제기될 수 있다는 거죠.

 

또한 이 아이디어를 더 발전시키면, 결국 우리의 우주가 블랙홀 내부에 존재하고 있다는 가설로 이어지게 됩니다.

 

어쩌면 블랙홀 내부에는 외부와 분리된 시공간이 존재하고 있을지도 모르는데요.

 

우리는 이곳에서 형성된 어떠한 독립적인 공간에서 살아가고 있는 것일지도 모릅니다.

 

 

 

 

 

 

이번의 연구는 블랙홀에 대한 기존의 이해를 완전히 뒤집어 놓았습니다.

 

더 이상 블랙홀은 모든 것을 영원히 삼겨버리는 최종 쓰레기장이 아닐 수도 있게 되었죠.

 

블랙홀은 오히려 정보를 보존하고 심지어 외부로 방출할 수 있는 역동적인 영역으로 새롭에 그려지고 있습니다.

 

오랫동안 금단의 영역으로 여겨지고 있었던 블랙홀 내부의 특이점.

 

이제 블랙홀의 특이점은 모든 것의 종말이 아닌, 새로운 시작일 가능성이 제시되고 있습니다.