빛은 어디에서 나올까요
물리학에서 빈 공간은 비어 있지 않아요. 입자 쌍이 끊임없이 생겼다가 바로 사라지죠. 보통은 서로 즉시 소멸해서 밖으로 나오는 것은 아무것도 없어요.
블랙홀의 경계에서는 이 균형이 깨져요. 쌍을 이룬 입자 중 하나는 안으로 들어가고, 다른 하나는 바깥에 남아 날아갈 수 있어요. 바깥에서 보면 경계 자체가 희미하게 빛나는 것처럼 보이죠.
빠져나가는 입자의 에너지는 블랙홀 자체에서 나오기 때문에 블랙홀은 조금씩 질량을 잃어요. 이 그림은 단순화한 설명이지만 핵심은 담고 있어요. 복사가 블랙홀에서 에너지를 빼앗아 간다는 뜻이죠.
얼마나 느릴까요
첫 번째 항목이 핵심을 설명해요. 블랙홀은 클수록 더 차가워요. 항성질량 블랙홀, 특히 초대질량 블랙홀은 주변 우주보다 차가워서 방출하는 것보다 더 많이 흡수하죠.
블랙홀은 먼 미래에 우주가 블랙홀보다 더 차가워진 뒤에야 증발할 수 있어요. 작은 블랙홀이라면 빠르고 밝게 증발하겠지만, 지금까지 그런 블랙홀은 발견되지 않았어요.
이 예측에서 정보의 운명에 관한 미해결 문제가 생겨났어요. 블랙홀이 증발하고, 밖으로 나오는 복사가 무엇이 안으로 들어갔는지와 상관없이 똑같다면, 들어간 것에 관한 정보가 사라지게 돼요. 하지만 물리학에서는 정보가 사라질 수 없어요. 이 논쟁은 50년째 이어지고 있어요.
이 예측은 간접적으로 검증해요. 연구자들은 유체의 흐름, 음파, 광학 매질처럼 수학적으로 비슷한 실험실 시스템을 만들고, 그 안에서 비슷한 복사를 관찰해요. 같은 현상은 아니지만 계산을 뒷받침하죠.
이 결과가 중요한 이유는 따로 있어요. 이전에는 거의 겹치지 않던 중력, 양자물리학, 열역학이라는 세 분야를 하나로 연결했기 때문이에요. 지금도 이 세 분야를 통합할 실마리 중 하나로 여겨져요.
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1분만 더 읽으면 돼요. 마지막에는 퀴즈가 있어요. “우주 → 블랙홀”에서 찾을 수 있어요
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출처
- 1974년에 예측된 블랙홀 지평선의 열복사는 블랙홀의 질량에 반비례해요. 항성질량 블랙홀과 초대질량 블랙홀의 온도는 우주배경복사보다 낮아요. 복사는 직접 관측되지 않았으며, 이와 관련된 정보 역설은 아직 해결되지 않았어요