블랙홀에 들어가면 어떻게 될까?

블랙홀에 들어가면 어떻게 될까?

시공간의 왜곡이 생기는 블랙홀에 들어가면 어떤 일이 생길까? 블랙홀을 잘 표현한 영화로 인터스텔라가 대표적입니다. 영화 속에서 보여주듯이 시공간을 이동하며, 지구로 돌아왔을 때 지구에 있는 가족은 모두 늙었지만 주인공의 모습은 그대로였습니다. 블랙홀의 신비에 대해서 알아보겠습니다.

1. 중력으로 인해 생기는 시공간의 왜곡

1-1 공간 왜곡으로 빨려 들어간다

질량과 중력의 관계의 이해를 돕기 위해 천문 학계에선 쇠구슬 비유를 합니다. 가령 어느 2차원의 세계의 경우 공간이 널따란 천의 형태가 되면, 그 천위에 놓여 있는 물질이(쇠구슬) 무거울수록 측 질량이 클수록  이 천은 심하게 움푹 파이게 됩니다. 그렇다면 그 천 위를 이동하는 물질은 그 움푹한 곳을 향해 빨려 들어가듯이 움직이게 될 것이며. 이렇게 광간 왜곡으로 인해 빨려 들어가는 것이 중력인 것입니다. 이러한 움푹함은 쇠구슬의 질량이 크면 클수록 더 깊어지며, 그에 비례해 중력도 커집니다. 이 쇠구슬의 질량이 엄청나다면 마침내 그 천에는 구멍이 뚫리듯이 움푹 파임이 끝없이 지속되는 형태가 될 것이며, 그 결과 그 위를 지나가는 물체는 그 속으로 빨려 들어가는 것인데 이것이 블랙홀입니다. 2차원의 예는 3차원에도 적용되고 우리가 살고 있는 세계인 4차원 시공간에도 적용됩니다. 4차원 시공간엔 시간축이 존재하므로 무거운 쇠 수슬이 있다면 움푹 파임은 공간뿐 아니라 시간조차 빨려 들어가 쭉 늘어져 블랙홀 주위엔 시간도 다르게 흐르게 되는 것입니다.

1-2  초신성 폭발

시간과 공간의 일그러짐은 천체의 크기가 작을수록 심해집니다. 이것은 반지름 1m의 플라스틱 공, 그리고 무게는 동일 하지만 반지름은 1cm로 훨씬 작은 쇠구슬을 같은 천 위에 올려놓으면 쇠구슬이 더 깊게 파인다는 것을 볼 수 있습니다. 같은 질량이더라도 항성일 때는 블랙홀이 되지 않다가 이항성이 초신성 폭발하면서 지구만 한 크기로 압축되면서 블랙홀이 됩니다.

1-3 사건의 지평선

별이 붕괴되어 블랙홀이 되면 대부분의 경우 발아 들이는 힘은 죄려 별이던 시절보다 약해집니다. 별이 붕괴하면서 블랙홀이 되는 부분은 극히 이 부분이고 대부분의 질량은 사방에 흩뿌려지기 때문입니다. 블랙홀의 통념을 만들어내는 주원인인 무엇이든 빨아들이는 부분은 중력권의 극히 일부에 속하는 사건의 지평선 내부에 한정됩니다. 모든 블랙홀은 공통적으로 무한대의 밀도를 가지는 특징이 있지만 이 특징 도한 외부의 관측자 입장에서 블랙홀의 질량의 제곱에 비례하는 사건의 지평선의 면적이라는 열역학 법칙을 위배되지 않는 형태로 관측됩니다. 즉, 사건의 지평선 외부에서는 블랙홀도 본질적으로 현실의 물리법칙과 동일한 법칙을 가지므로 무제한으로 빨아들이는 진공청소기나 포탈은 존재하지 않고, 오히려 블랙홀의 중력권은 본질적으로 동일한 질량, 질량 중심을 가진 천체의 중력권과 다르지 않습니다. 특이점의 밀도가 무제한임에도 관측자들이 블랙홀의 질량을 관측할 수 있는 이유는 사건의 지평선 내부를 들여다볼 수 없어도 블랙홀 중력권을 영향을 받은 물질들의 거동으로 추정이 가능하기 때문입니다.

2  무중력 상태

지구 질량 블랙홀에 100m 이내까지 다가가서 어딘가 블랙홀의 질량에 영향을 받지 않는 발판에 '서 있다면' 몸무게가 약 6만 배로 증가하기 때문에 도저히 버티지 못하고 뼈와 살이 터져나가 바닥에 펴질 것입니다. 하지만 블랙홀에 '떨어지고 있다면' 몸무게는 0kg이 됩니다. 이경우 사람이 죽데 되는 원인은 블랙홀의 특이점에 지나치게 다가가서 조석력에 의해 분해되는 것일 뿐입니다. 블랙홀에 다가가다 조석력으로 죽는 이유는 특이점으로 다가갈수록 중력의 방향이 곡선을 딕 때문입니다. 촛불 하나를 놓고 1m 앞에 서 있는다면 빛을 가장 잘 받는 부분인 허리가 가장 밝고 머리와 발끝은 어둡게 됩니다. 마찬가지로 특이점으로 다가갈수록 물체의 끝과 끝에서 받는 중력의 힘이 차이가 나므로, 허리 부분이 더욱 강하게 중력 가속도를 받다가 끊어지게 됩니다.

3  태양빛같이 먼 거리에 있는 특이점일 경우

물체의 크기에 따라 물체가 파괴될 수 있는 조석력은 약해지게 되며 태양과 질량이 비슷한 블랙홀이라면 사건의 지평선을 건너기 전에 조석력의 영향으로 죽게 됩니다. 만약 사건의 지평선 바로 위로 텔레포트하더라도 1/1000,000초란 시간 안에 조각나서 죽을 것입니다.

4 아메바, 세포라면

아메바만 한 세포라면 사건의 지평선에서 특이점으로 떨어지는 동안 살아 있는 시간이 좀 더 길어지게 됩니다. 만약 질량이 ㅈ구 정도인 작은 블랙홀이라면 세포도 금장 죽게 됩니다. 그러나 퀘이사 중심에 위치한 태양 10억 배 질량 블랙홀이라면 대양~지구 거리에 달하는 사건의 지평선을 통과하고 나서도 인류는 무려 1,000초 즉 약 15~20분 동안 살아남을 수 있습니다. 만약 태양 수천조 배 질량을 가진 블랙홀이 존재한다면 사건의 지평선을 건넌 후 사람이 수십 세대를 이어갈 시간 동안 생존할 수 있습니다.