1. ICT 기획시리즈
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창원대학교 정보통신공학과
블랙홀의 모든 것
1. 서론
대중들에게 너무나도 잘 알려진 블랙홀이란 매우 큰 중력장에 의하여, 빛조차 탈출할
없기 때문에 우리 눈에는 보이지 않는 검은색의 천체이다. 블랙홀의 역사는 아주 오래 되
었는데, 블랙홀은 이론상으로 존재할 가능성이 있다는 것만 발표되고 아무도 믿지 않았다.
1783 년에, 영국의 과학자 존 미첼은 뉴턴 역학을 기반으로, 충분히 무거운 별의 경우 탈
출 속도가 광속보다 더 커, 빛마저도 탈출할 수 없을 것이라고 추측하였다. 그리고 1915
년에 알베르트 아인슈타인은 일반 상대성이론을 발표하였다. 아인슈타인은 일반 상대성
이론에서 중력을 구부려진 시공간이라고 간주했고, 질량을 가진 천체는 주변 시공간을 휘
게 만든다는 이론이었다. 하지만 대부분의 사람들은 이 이론을 믿지 못하였다. 그 후
1919 년에 이론이 맞다는 것을 증명하기 위해 개기일식을 관측했고 그 결과는 실제로 태
양 주변의 별들의 위치가 상대성이론이 예측하는 만큼 태양의 중력에 의해 별빛이 휜다는
것이었다. 이 이론을 바탕으로 충분히 작은 별의 경우, 광속으로 움직이는 입자마저도 사
건의 지평선(사건의 지평선이란 : 블랙홀에서 빛이 빠져 나오지 못하는 경계선 까지를 사
건의 지평선이라고 부르며, 이 경계선까지를 블랙홀의 크기라고 부른다.)이라고 불리는,
별 주위의 곡면을 탈출하지 못한다 라는 사실을 입증한다. 이후, 백색왜성과 중성자성이
각각 관측적으로 발견되었고, 중성자성을 이룰 수 없는, 매우 무거운 천체는 중력 붕괴를
최백서
창원대학교 정보통신공학과 IVIS 학부생
raven4221@gmail.com
날짜 : 2015. 5. 13.
1. 서론
2. 블랙홀의 생성 과정
3. 블랙홀의 소멸
4. 화이트 홀
5. 결론
2. 기술보고서 2015. 5..
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통해 블랙홀을 이룰 수 밖에 없다는 사실이 알려진다. 1960 년대 러시아의 물리학자들은
블랙홀을 “얼어붙은 별”(frozen star)라고 불렸으나, 1967 년에 존 휠러가 대신 “블랙홀
(Black Hole)이라는 용어를 도입한다. 하지만 처음 논문에 블랙홀이라는 단어를 사용하였
을 때는 음란하다는 이유로 거절 당하였지만 곧 블랙홀이라는 이름으로 흔히 쓰여지기 시
작하였다. 이러한 블랙홀은 빛이 탈출하지 하지 못하기 때문에 눈으로 관측이 불가능하여
주위의 어떤 천체가 있고 주변의 뭔가가 빠른 속도로 움직이고 중간에 뭔가가 빨아들이고
크기에 비해 중력이 강하면 블랙홀이 있다고 예상하였다.
2. 블랙홀의 생성 과정
<이미지 출처 : zum 백과사전 - http://study.zum.com/book/12936>
블랙홀은 천체가 생을 마감하고 죽으면서 태어나는 새로운 천체이기 보다 천체가 죽어
가는 하나의 과정에 속한다고 볼 수 있다. 태양보다 약 30 배 이상 큰 항성의 경우, 소멸
하기 전에 중심핵에서 핵융합 에너지의 생성이 중단되고 자체 중력을 이기지 못해 빠른
속도로 붕괴하며 결국 초신성 폭발로 이어지게 된다. 초신성 폭발 후 남은 잔해 (핵)의 질
량이 자체 중력을 이기지 못할 경우, 결국 계속해서 압축되며 중성자별이 생긴다. 하지만,
중성자별이 생길만한 자체 중력을 훨씬 웃도는 경우 항성의 찌꺼기는 계속해서 압축되고
중력이 무한한 한 점으로 수축되어 블랙홀의 특이점이 생겨난다. 이렇게 생성된 특이점은
무한한 밀도와 무한한 질량을 가지고 있다. 여기서 무한하다는 것은 특이점의 지름을 알
려고 해도 무한히 작아지고 있기 때문에 시작점과 끝점을 알 수 없어서 계산이 불가능 하
다. 이러한 특이점 근처는 우리가 일반적으로 사용하는 물리법칙이 적용되지 않으며, 너무
3. ICT 기획시리즈
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창원대학교 정보통신공학과
나 강력한 중력장에 의해서 시간이 다르게 흘러간다. 만약 아무 머나먼 곳에서 블랙홀로
빨려 들어가는 천체를 보게 된다면 움직이지 않는 것처럼 보일 것이다 실제로는 엄청난
속도로 빨려 들어가고 있다.
3. 블랙홀의 소멸
<이미지 출처 : 다음 블로그 - http://blog.daum.net/ssora7/8702532>
일반 상대성 이론에 따르면 블랙홀은 끈임 없이 에너지를 흡수하기 때문에 소멸할 수
없는 구조 이지만 블랙홀 또한 생을 마감하며 소멸한다. 그 이유는 스티븐 호킹박사의 양
자역학을 고려하면 그렇게 된다. 사건의 지평선 표면에서도 에너지가 외부로 복사될 수
있는데 이러한 현상을 “호킹 복사”라고 한다. 진공은 순간적으로 생겨났다 사라졌다 하는
가상 입자 쌍으로 들끓고 있다. 만약 이렇게 생겨난 가상 입자 쌍이 서로 만나 쌍소멸하기
전에 하나가 블랙홀 속으로 떨어지고 다른 하나는 탈출한다면, 순효과는 블랙홀에서 입자
들이 꾸준히 방출되는 것이다. 호킹 복사 이론에 따르면 외부 물체와의 상호작용이 없어
도 모든 블랙홀은 흑체와 같이 흑체복사를 하여 전자파를 발산한다. 호킹 복사를 통해 블
랙홀은 결국 증발하여 소멸하게 된다. 하지만 블랙홀자체가 워낙 거대한 에너지 덩어리이
기 때문에 소멸하는 시간은 어마어마하게 느리게 진행된다. 또한 블랙홀의 자체 온도와
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주변환경의 온도가 같다면 열역학 평형을 이루게 되므로 블랙홀이 안정될 수 있다.
4. 화이트 홀
화이트 홀은 블랙 홀의 정반대되는 개념인데 오로지 이론상으로만 존재 한다. 화이트
홀 – 웜홀은 아인슈타인 – 로젠의 다리 때문에 생겨난 인론상의 천체이다. 재미있는 것은
아인슈타인은 처음 블랙홀의 존재를 믿지않았다. 하지만 블랙홀의 개념이 생기기도 전에
아인슈타인은 상대성 이론으로 화이트 홀을 만들어 냈다. 화이트 홀은 이론상으로는 얼마
든지 존재가 가능하지만 현실에서는 우리의 개념으로는 전혀 존재 자체가 불가능한 천제
이다 왜냐하면 화이트홀이 존재 하기 위해서는 물체의 질량이 ‘-‘ 즉 음수가 되어야 하는
데 현실적으로 불가능하기 때문이다 그리고 이론상으로도 만약 태양만한 화이트 홀이 있
다면 그 수명은 1 만분의 1초 밖에 되지 않을 정도로 불안정한 천체이다. 이 우주 어디인
가 생성된다 하여도 우리의 눈으로 인지도 하기 전에 소멸하여 버린다.
5. 결론
블랙홀은 현재 많은 관심을 가지고 있지만 아직 제대로 관측이 된사래는 없다 또한 최
근 미국의 노스캐롤라이나대 채플힐캠퍼스의 로라 머시니 하우턴 교수가 블랙홀은 존재
할 수 가 없다고 수학적으로 밝혔다고 주장한다. 하나의 별이 죽음을 맞이할 때 스티븐 호
킹 박사가 주장했던 ‘호킹 복사’ 이른바 일종의 복사 에너지를 방출하게 되다고 말한다.
하지만 이 과정에서 이 별은 또한 엄청난 양의 질량을 내뿜기 때문에 블랙홀이 될 수 있
을 정도의 밀도를 가지지 못한다는 것이다. 블랙홀 형성 가능성 전에 죽어가는 별이 팽창
해 폭발하지만 ‘특이점’이 절대로 일어날 수 없고 따라서 ‘사상의 지평선’으로 불리는 블
랙홀의 경계마저 존재하지 않는다고 말하였다. 아직 50 년을 넘게 블랙홀에 대하여 연구
를 하고 있지만 아직 까지 정확하게 말할 수 있는 것은 아무 것도 없다.
