블랙홀과 양자컴퓨터2

*이 글의 내용은 심각하게 틀릴 수도 있습니다. 오류, 오타 등에 관한 지적과 토론 및 질문은 언제든지 무엇이든지 환영합니다!

지난 글에서 별이 어떻게 생기는지에 대해 간략히 소개를 해 보았다.

별이 빛나기(=불타기) 시작하면 핵융합 에너지에 의해서 자체적으로 에너지가 공급되면서 중력에 의한 수축을 멈추고 일정한 크기를 갖고 오랜 시간동안 빛나게 된다. 하지만 그것도 언젠가 끝나고, 모든 에너지가 다 방출되면 뜨겁게 불타던 별은 차갑게 식어버리게 된다. 차갑게 식어버린 별은 더이상 중력에 의해 버티지 못하고, 다시 수축을 시작한다. 그러다보면 다시 뜨거워져서 불이 좀 붙었다가 식었다 반복하다가 끝내 백색왜성도 되고 중성자별도 된다. 별의 진화과정에 대한 자세한 탐구는 이 글의 목적이 아니므로 건너뛰겠지만, 그렇게 별이 에너지를 방출하면서 변신하다 보면 블랙홀이 되어버린다. 아무 별이나 다 그렇게 되는 것은 아니고, 초신성 폭발 후에도 남아있는 잔재가 충분히 무거워서 중력붕괴를 일으킬 정도로 많아야 한다. 이것을 찬드라세카르 한계라고 한다. 그 외에도 블랙홀이 되기에 충분히 무겁지 않았지만 백색왜성이나 중성자별, 또는 잘 불타고 있던 항성 여러개가 만나서 합쳐지는 과정에서 블랙홀이 발생할 수도 있다.

별이 블랙홀이 되고나면 원래 갖고 있던 성질들을 잃어버리고 질량, 전하, 각운동량의 세가지 물리량만 남는다. 이것을 “털없는 블랙홀 정리(Blackhole’s no hair theorem)”라고 한다. 별은 원래 무엇을 갖고 있었나? 별은 온도, 부피, 밝기, 구성성분의 종류, 구성성분들의 위치, 에너지 상태, 등등 많은 정보들을 갖고 있었다. 그런데 별이 블랙홀로 붕괴한 후에는 아무것도 남지 않고 질량, 전하, 각운동량만 남는다는 것이다. 블랙홀이 되면 무슨 일이 일어나는가? 블랙홀 중심에는 특이점이 있다. 특이점은 쉽게 말해서 중력이 무한대로 발산하는 지점이다. 특이점을 향해 점점 다가가다 보면, 어느 시점에서는 빠져나올 수 없는 한계가 있는데, 슈바르츠실트 반지름이라고 한다. 무엇이든지 슈바르츠실트 반지름보다 더 가까이 다가가면 아무리 큰 에너지를 갖고 있어도 블랙홀에서 빠져나올 수 없다. 여기서, “무엇이든지”라고 했다. 이것은 빛에 대해서도 마찬가지인데, 우리 우주에서 가장 빠른 속도로 달릴 수 있는 존재조차도 블랙홀의 슈바르츠실트 반지름보다 더 가까운 곳에 접근하면 더이상 빠져나올수 없다. 그리고 과학자들은 이 경계를 사건의 지평선(Event horizon)이라고 한다.

그런데, 스티븐 호킹이 블랙홀에서 뭔가가 빠져나오는 것이 가능하다는 주장을 했다. 일단 이런 현상의 이름을 호킹 복사(Hawking radiation)이라고 부르는 것을 알아두자. 호킹 복사가 뭔지 알기 위해서는 우리 우주를 설명하는 또다른 이론인 양자역학을 이해해야 하기 때문이다. 호킹의 주장에 따르면, 모든 블랙홀에서는 호킹 복사가 일어날 수 있고, 그 결과 블랙홀이 점점 가벼워지며, 이것을 블랙홀의 증발이라고 한다. 블랙홀의 증발은 블랙홀이 가벼울수록 빠르게 일어나는데, 그 결과 블랙홀은 언젠가 소멸한다. 블랙홀은 어떻게 해서 증발하는가?

(이어서…)

3 thoughts on “블랙홀과 양자컴퓨터2

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    1. 그러게요… 이 블로그를 읽는 분이 계셨군요. 조만간 업데이트 해보도록 하겠습니다^^

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