과학자들은 웜홀을 찾고 있습니다.

 

※ 본 내용은 유튜브 채널 '책밖과학'에서 제공하며, 타 블로그 및 유튜브 채널에서의 사용을 절대 금지합니다.

 

1970년대 이전만 하더라도 블랙홀은 가설 속의 천체였습니다.

 

하지만 이제 우리는 블랙홀이 실제로 존재하고 있다는 사실을 잘 알고 있습니다.

 

우리 은하의 중심에도 궁수자리 A*(Sgr A*)이라고 하는 초대질량 블랙홀이 위치하고 있죠.

 

블랙홀때와 마찬가지로 이제 과학자들은 웜홀(Wormhole)이라고 하는 가설속의 천체를 찾고 있습니다.

 

이론적으로 웜홀은 전혀 다른 우주의 시공간을 연결해주는 터널이라고 할 수 있는데요.

 

웜홀은 아직까지 상상의 영역에 머물러 있지만, 몇몇 과학자들은 머지 않아 웜홀을 찾을 수 있을 것이라고 생각하고 있습니다.

 

그리고 과학자들은 웜홀을 찾을 수 있는 몇 가지 흥미로운 방법을 제안했습니다.

 

 

 

웜홀은 과학자들이 상상으로 만들어낸 천체가 아닙니다.

 

아인슈타인의 상대성 이론을 근거로 해서 만들어진 명백히 과학적으로 예측되고 있는 천체죠.

 

재미있는 점은 블랙홀도 이렇게 상대성 이론을 바탕으로 예측되었던 천체라는 점입니다.

 

약 85년전, 아인슈타인과 나단 로젠(Nathan Rosen)은 새로운 개념의 웜홀 이론을 발표했습니다.

 

기존의 블랙홀 - 화이트 홀의 개념이 아닌, 우주의 두 시공간이 마치 다리처럼 연결되어 있다는 개념이었습니다.

 

이러한 개념을 가르켜 "아인슈타인 - 로젠의 다리" 라고 하는데요.

 

이렇게 두 과학자들에 의해 우리가 지금 알고 있는 웜홀의 개념이 처음 만들어지게 되었습니다.

 

그 이후 많은 과학자들은 실제로 오랜시간 동안 웜홀을 찾기 위해 많은 노력을 해왔습니다.

 

그런데 우주에 웜홀이 실제로 존재한다고 하더라도 어떻게 이것을 증명할 수 있을까요?

 

과학자들은 최근에 발표한 논문을 통해 웜홀이 아주 밝은 은하 중심에 존재할 수 있다고 제안했습니다.

(arxiv.org/abs/2008.09411)

 

그리고 이를 찾기 위한 방법도 같이 제안했죠.

 

과학자들이 제안한 웜홀을 찾는 가장 확실한 방법은 은하의 중심에서 나오는 대량의 감마선을 찾는 겁니다.

 

은하 중심에 있는 블랙홀은 감마선 대신 주로 대량의 X선 등을 제트를 통해 우주로 방출하고 있는데요.

 

하지만 은하 중심에 웜홀이 존재한다면 이곳에서 아주 강력한 감마선이 감지될 수 있습니다.

 

과학자들은 웜홀로 빨려 들어가는 물질과 반대로 빠져 나오는 물질들이 충돌하게 되면서 엄청나게 강력한 감마선 폭발이 일어나게 될 것이라 예측하고 있죠.

 

그리고 중력도 웜홀을 찾는데 아주 중요한 힌트가 될 수 있습니다.

 

은하 중심에서 발생되고 있는 강력한 중력이 블랙홀에 의해서만 발생되고 있는 것이 아니라는 논문이 최근에 발표되었는데요.

(arxiv.org/abs/1910.00429)

 

이곳에서 나오고 있는 강력한 중력의 일부는 바로 웜홀에 의해서 발생되고 있을 가능성이 있다는 겁니다.

 

하지만 웜홀은 블랙홀과 달리 중력이 반대편의 웜홀로 이어진 통로로 흘러가 분산될 수 있는 가능성이 있습니다.

 

이렇게 특이한 중력의 흐름 현상은 그 주변에 있는 천체들의 움직임에 어떻게든 영향을 미치고 있을 가능성이 있죠.

 

우리 은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀도 강력한 중력의 영향을 받고 있는 별들의 궤도를 추적하면서 발견하게 되었습니다.

 

이와 마찬가지로 은하 중심에 있는 천체들을 잘 관찰하여 독특한 천체들의 움직임을 포착할 수 있다면 웜홀을 찾아낼 수 있을 겁니다.

 

과학자들은 가까운 미래에 관측 장비가 좀 더 발전하게 되면 이곳의 관측을 본격적으로 시작할 예정입니다.

 

그리고 최근에는 아주 우연하게도 "이상한 전파 원형(Odd Radio Circle, ORC)"라는 천체가 발견되기도 했는데요.

 

이 천체의 이름에 "이상한"이라는 단어가 붙게된 이유는 기존에 알려진 천체들과 전혀 관련이 없어보였기 때문입니다.

 

즉, 과학자들도 처음 보는 유형의 천체였죠.

 

아직까지 이 천체에 대한 그렇듯한 설명이 없기 때문에, 일부에서는 이것이 웜홀이 아닌가라는 의견이 제기되고 있습니다.

 

이상한 전파 원형(Odd Radio Circle, ORC)

또한 웜홀로 의심되는 현상은 물리학 실험에서도 발견되고 있습니다.

 

양자 역학에 따르면, 입자는 빈 공간에서 튀어나와 바로 사리질 수 있다고 설명합니다.

 

이러한 현상은 실제로 많은 실험을 통해서 이미 입증된 사실이기도 한데요.

 

과학자들은 초기의 우주 공간에서 형성된 수 많은 입자들에 의해 웜홀이 만들어졌을 가능성을 제안했습니다.

 

그리고 이러한 미세 원시 웜홀들 중 일부는 지금도 우주에 남아있을 수 있다는 거죠.

 

그리고 최근에 이루어진 "양자 텔레포테이션" 실험 결과는 과학자들이 제안한 "웜홀로 연결된 블랙홀" 이론과 매우 유사한 결과를 보여주기도 했습니다.

 

웜홀로 연결된 블랙홀 이론은 거리에 상관 없이 한쪽 블랙홀에서 사라지거나 분해된 정보가 다른 곳에 있는 블랙홀에서 의미있는 형태로 다시 감지될 수 있다는 이론입니다.

www.quantamagazine.org/wormholes-reveal-a-way-to-manipulate-black-hole-information-in-the-lab-20200227/)

 

최근에 이루어진 실험에서는 44km 떨어진 거리에서 90%의 정확도로 두 양자의 얽힘을 이용한 정보 전송(큐비트,양자 정도 단위)에 성공했는데, 이 실험에서 정보는 측정되지 않은 상태로(혼합) 존재하다가 관측될 때 값이 결정되었습니다.

journals.aps.org/prxquantum/abstract/10.1103/PRXQuantum.1.020317)

 

이 때 결정된 값이 서로 다를 수 있지만, 한쪽의 데이터는 곧 다른 한쪽의 데이터를 즉시 반영했습니다.


즉, 측정할 수 없는 분해된(혼합된) 상태의 정보라고 하더라도 서로 제대로 연결만 되어 있다면 원래의 완전한 상태의 정보를 다시 감지할 수도 있다는 겁니다.


그리고 이번 실험의 결과는 "블랙홀 정보 역설(black hole information paradox)"을 해결해 줄 수도 있을 것으로도 생각되고 있는데요.

기존의 물리학은 물리적 정보가 블랙홀안으로 들어가게 되면 사라지게 된다고 말해 왔습니다.

하지만 양자 역학에서는 정보는 절대로 사라지지 않으며 우주 어딘가에 영원히 남아 있어야 한다라고 말하죠.

이러한 불일치를 가르켜 "블랙홀 정보 역설" 이라고 하는데, 이러한 문제를 해결해 줄 수 있다는 겁니다.

 

이렇듯 웜홀은 양자 역학이라는 미시 세계와 상대성 이론이라는 거시 세계와 모두 관련되어 있습니다.

 

하지만 두 이론은 아직까지 서로 통합되지 못하고 있는데요.

 

만약 이 둘 모두와 관련되어 있는 웜홀이 발견된다면, 두 이론을 통합시킬 수 있는 강력한 매개체가 될 수 있을 겁니다.

 

심지어 웜홀은 우리의 우주가 유일한 우주인지와 같은 아주 심오한 미스터리를 이해하는데도 큰 도움을 줄 수 있을 겁니다.

 

우리는 여전히 눈치채지 못하고 있지만, 웜홀은 지금도 우주 어딘가에 존재하고 있을 지도 모릅니다.

 

 

https://youtu.be/1BWNM0xFP1Y?si=tsfO0WODWhkHRClS

 

 

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