블랙홀에 대해서 잘못알고 있는 실제 사실들

블랙홀

블랙홀은 중력장이 매우 강해서 어떤 입자나 신호도 중력의 힘을 벗어날 수 없는 우주의 영역입니다. 이 금지 구역의 경계는 "이벤트 수평선"이라고 불리는데, 이는 블랙홀 바깥의 관찰자가 내부 사건을 볼 수 없기 때문입니다.

그러한 물체의 근본적인 가능성은 뉴턴의 고전적인 중력 이론에 존재하지만, 아인슈타인의 중력 이론은 특정한 상황에서 블랙홀을 불가피하게 만듭니다. 1960년대 초 이전에는 블랙홀이 천체물리학적 타당성이 없는 흥미로운 이론적 개념으로 보였으나 1963년 퀘이사 발견으로 매우 이국적인 천체물리학적 물체의 존재가 밝혀졌죠.

오늘날, 블랙홀이 적어도 두 가지의 다른 형태로 존재한다는 것은 당연하게 여겨지며 항성 질량 블랙홀은 일부 별들의 죽음의 끝이며, 초대질량 블랙홀은 은하를 포함한 많은 은하 중심부의 결과입니다.

블랙홀 내부에서는 어떤 신호도 전파될 수 없지만, 블랙홀의 중력 영향력은 항상 존재하게되죠. 이러한 방법으로 인해서 항성 질량 구멍은 검출 가능한 X선을 생성하며, 초질량 블랙홀은 광범위한 전자기 신호를 생성하여 두 유형 모두 발광 별과 그 주변 물질의 궤도 운동으로부터 추론할 수 있습니다.

 

상대적인 블랙홀

뉴턴의 고전적인 중력이론에는 블랙홀과 같은 것이 있다. 이 이론에서는 에너지 인수는 탈출속도 SVC=2 임을 보여주고 있습니다. 질량 M과 반경 R의 구상 물체 효면에서 이 속도가 빛의 속도보다 크게되면 물체의 빛은 무한히 도망칠 수 없습니다.

따라서 이러한 보이지 않는 객체의 상태는 다음과 같다고 보시면됩니다.

고전 이론에서는, 입자는 탈출에 필요한 에너지를 제공하는 데에 있어서 충분한 강도의 엔진으로 이 중력을 극복할 수 있었습니다. 아인슈타인의 중력이론이나 일반상대성이론에서는 이에 해당하지 않습니다.
이 이론에서는 블랙홀에서 도망치는 것은 빛보다 더 빨리 움직이는 것과 같아 상대성이론으로는 불가능하게 되죠.

상대론적 블랙홀을 이해하게 되려면 우주가 중심으로 부터 멀리 떨어져 있는 것보다 빠른 속도로 인해서 안쪽으로 끌려가고 있다고 생각을하시면 이해하기 더 편리합니다. 빛의 속도로 공간이 안쪽으로 이동하는 거리는 이벤트 호라이즌의 위치를 나타나게됩니다.


이는 C보다 빠른 속도로 공간을 빠져나가는 신호가 없었기 때문입니다. 이 비교는 비유에 불과하는데 블랙홀 아날로그 실험은 가스의 흐름이나 다른 현상을 가속하도록 설계가 되어 있습니다.

뉴턴 이론과의 또 하나의 중요한 차이는 아인슈타인이나 다른 상대론적인 중력 이론은 중력이 중력의 근원이 될 수 있다는 점에서 비선형이라는 점입니다. 따라서 큰 물체가 아주 작게 붕괴하게 되면 계속 붕괴하여 블랙홀이 형성되는 경향을 멈출 수 없게 되는 가능성이 있습니다.

 

정지가 되어있는 블랙홀

뉴턴 이론에서는 중력은 전위에 의해서 설명이됩니다. 구상물체 내에서는 (r)의 형상은 내부구조에 의존하게 되지만 전위-GMR은 진공 외 재의 내부 질량에만 의존하게 됩니다. 마찬가지로 아인슈타인의 이론에서는 슈바르츠 실트 시공이라고 불리는 정지된 (시간에 의존하지 않는) 외부 해는 내부 물체의 질량에만 의존하죠.

내부물체가 아주 작은 경울 슈바르츠 실트 외부는 수평선을 가지기에 아주 작은 반경까지 연장되며 그 수평선은 바깥쪽으로 나아갈 수 없습니다. 이 수평선 반경 RH=2G Mc2는 뉴턴 이론에서 "지름" 물체의 임계 반경과 일치하게되죠.

(슈바르츠 실트 해법에서는 중심까지의 거리로서의 '지름'의 의미는 단순하지 않습니다.) Radius RH는 이벤트 호로아진의 면적 4y R2 H임을 의미하고 있습니다.

아인슈타인의 이론으로 외부 해는 내부 해 없이 적용이 될 수 있습니다. 이 경우에는 중력의 근원으로 작용하는 것이 물질이 아니라 중력 그 자체입니다. 내부의 측정할 수 있는 외부 솔루션은 중심부에 도달하지 않으며 시공간의 가교를 개입시켜서 다른 우주나 자기 자신의 다른 부분에 접속을 합니다.

물질 붕괴로 형성된 천체물리 블랙홀에서 블랙홀 내의 순 진공 슈바르츠 실트 용액 대신에 물질 분포용 물리 용액이 생성됨. 이에 대한 이해는 이상적인 수학적 블랙홀의 시공간 브리지를 결여하고 있지만 재료가 무한 밀도로 압축된 중앙의 '모로리식'을 포함하고 있다.

이 특이성에 아주 가까운 곳에 일반상대성의 법칙은 더는 적용이 되지 않으며 양자 중력의 법칙은 아직 알려져 있지않다.

아인슈타인의 보다 일반적인 고정 블랙홀 솔루션은 각운동량과 질량 양쪽을 가진 진공시공 간의 큰 솔루션으로 회전하는 블랙홀을 나타나고 있습니다. 카 홀은 순수한 수학적 형상의 시공간 브리지를 포함하고 있으나 슈바르츠 실트 블랙홀과 같이 물질 붕괴로 형성이 된 실제 블랙홀에는 존재하지 않습니다.

슈바르츠 실트 시공과는 달리 하해는 각 운동량을 갖고있는 물질 물체의 외측시공공간이 아닙니다. (실제로 마의 출현을 물질에 결합하는 현실적인 해는 발견되지 않았습니다.)

Ker해는 객체가 붕괴한 후 매우 늦은 시간에 한하여 점차 우주시공이 됩니다.

다른 2개의 정확한 수학적 블랙홀 해는 질량과 전하를 갖는 정공을 나타내는 Reissuer-Nordstrom 공간 시간과 질량, 각운동량, 전하 갖는 정공을 나타내는 Kerr-Newman 공간 시간입니다. 이 시간과 공간은 천체물리학적으로는 관계가 없습니다.

이러한 이유는 천체물리학에는 약간의 정미 전하가 있기 때문인데 예를 들면 Mister et al (1973) 제 12장 제 VI 부, 왕도 (1984)를 참고해주시면 됩니다.

각운동량을 포함한 이 시간에는 모든 것이 정지되어 있습니다. 즉 시간과는 관계가 없습니다. 그러나 상대성 이론에서 시간은 별 의미가 없어서 중요한 문제는 "정적 블랙홀은 몇 시부터 독립되어 있는가"이다.

답은 모든 시공간의 점에 좌표 4개를 사용하여 라벨을 붙일 수 있다는 것입니다. 4개의 라벨은 각 점의 위치를 일위로 식별하며 이들 좌표 중 하나는 좌표 시간이라고 불린다.

카 홀의 시공과 같이 정지해 있다고 알려진 시공은 특수한 특징을 가지고 있습니다. 시간 좌표는 이 시간 좌표상에서 언제든지 똑같이 선택할 수 있또록 선택을 할 수 있습니다.