블랙홀 촬영을 기념해서, 전에 내가 썻던 글을 다시 올린다.
최근 촬영된 블랙홀의 사진을 보면 알 수 있지만, M87 블랙홀의 쉐도우 영역에 태양계가 들어갈 만큼 초거대 블랙홀이다.
이처럼, 블랙홀의 질량이 커질수록, 블랙홀의 크기에 대응되는 사건의 지평면이 커지기에, 우주 크기만한 블랙홀도 가능하게 된다.
그리고, 우리는 우주라는 블랙홀 안에서 살고 있을 가능성이 있다.
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우주의 크기 추정하기! - 우리는 지금 블랙홀 안에서 살고 있다? 우주는 블랙홀의 내부에 존재한다!
이런 주장을 하면, 바로 많은 사람들에게서 돌이 날라올 것이다. 그러나, 당신은 이성을 가진 존재이므로?, 적당한 돌을 줍기 전에 잠시 얘기를 들어보자! 당신이 인간이라면, 어떤 크기의 돌을 던져야 하는 것인지 판단해야 하지 않겠는 가? 뭐~ 인간이 아니라 앵무새라고~흑, T.T,
하지만 놀라지 마시라, 그것 또한 나의 예측 범위 내에............. 훗~
많은 사람들이 블랙홀을 생각하면, 빛도 탈출이 불가능한 강한 중력과 사람을 엿가락처럼 늘리는 강한 조석력을 떠올리고, 이것에 따라 블랙홀 안에서 사람이 어떻게 살 수 있냐? 하는 고정관념을 가지고 있다. 블랙홀 안에서 사람이 살 수 있다는 것에 대한 강한 거부감 나아가서 반감을 가지고 있다.
이것은 사람들이 수식이 갖는 의미를 깊게 생각해 보지 않고, 자신이 얻었던 일부 지식으로부터 발생된 고정관념의 틀에 갇혀 있기 때문이다. 빛도 탈출이 불가능한 강한 중력원, 고밀도의 천체라는 관념에 사고가 갇혀 있기 때문이다. 물론 나도 때때로 그러하다.
그러나, 블랙홀의 크기를 규정하는 블랙홀의 사건의 지평선(사건의 지평면, 사상의 지평면, event horizon)인 슈바르츠쉴트 반경(블랙홀에도 몇가지 분류가 있다.) R=2GM/c^2 에는 그 이상의 정보가 담겨져 있다.
이 식은 블랙홀의 질량 M이 커질수록, 블랙홀의 반지름, 즉 크기 또한 커짐을 시사한다. 그리고 이식을 전개해서 블랙홀의 평균 밀도에 대한 식을 구하면, 아래의 식을 얻게 된다.
블랙홀 내부의 평균 밀도는 R^2에 반비례하고, R은 M에 비례하기에, 결국 블랙홀 내부의 평균밀도는 M^2에 반비례함을 알 수 있다.
즉, 블랙홀의 질량이 클수록, 블랙홀의 크기인 사건의 지평선 R 또한 커지기에, 블랙홀 내부의 평균 밀도는 급격히 감소하고, 그것이 1/M^2 형태로 밀도가 줄어들게 된다는 것이다.
질량이 큰 블랙홀을 생각할 때 사람들이 가지게 되는 고정관념의 근원은,
태양과 같은 항성을 반경 3km 이내로 축소시켜 강한 중력을 가진 블랙홀을 떠올린 다음에, 커다란 블랙홀은 이런 고밀도 천체를 그 질량의 배수만큼 가지고 있다고 생각하기 때문이다.
가령, 태양 질량의 10배 질량을 갖는 블랙홀은, 태양을 블랙홀로 만든 다음에 밀도는 유지하면서 블랙홀의 크기만 키우는 것이다.
하지만, 위 식이 말해주는 바는 전혀 다르다. 질량이 클수록 사건의 지평선 R이 커지기에 블랙홀의 평균밀도가 M^2에 반비례하고, 따라서 낮아지게 된다는 점이다.
Fig. 00. 블랙홀 내부의 평균 밀도. 블랙홀의 질량이 10배로 커지면, 블랙홀의 크기인 사건의 지평선 R도 10배로 커진다. 부피는 10^3=1000배로 커진다. 따라서 평균밀도(=질량/부피; 10/1000)는 100분의 1로 낮아진다.
실제로 계산을 해보면, 10^80개의 양성자(통상 관측가능한 우주에 존재하는 원자수)로 이루어진 블랙홀 내부의 평균 밀도는 현재 우리가 살고 있는 우주의 평균밀도와 비슷한 값을 갖게 된다. (현재 우주의 평균밀도 : 1세제곱 미터당 수소원자 6개 수준)
즉, 블랙홀의 질량이 커질수록 밀도가 점점 낮아져서, 어떤 크기의 블랙홀은 현재 우주의 평균밀도에 대응되는 밀도를 갖게 되고,
그 블랙홀 안에서 우리 인류와 같은 생명체들이 살더라도 전혀 문제가 되지 않는다는 것이다.
이와 같이 우주 크기의 블랙홀은 평균밀도가 낮기에, 거의 평탄한 시공간을 갖게 되며 당연히 사람을 분해하는 강한 조석력 따윈 없다.
* 우리 우주가 블랙홀 내에 존재하는 것이 아닐 수도 있는 데, 그러한 경우에도 일반인들이 가진 잘못된 관념 때문에 그렇게 되는 것은 아니라는 것임.
1) 대략 10^80개의 양성자로 이루어진 블랙홀의 크기(사건의 지평선)가 대략 고전적 우주 크기인 c*t 수준을 갖게 됨.
2) 우주 크기만한 블랙홀은 관측된 평균밀도에 근접하고, 강한 조석력이 존재하지 않아 생명체가 사는데 문제가 없음.
3) 우주 초기에 우리 우주가 고밀도 상태. 즉 블랙홀 상태에서 출발했을 개연성인 매우 높다는 사실.
4) 우주 내부로부터 우주 바깥으로 어느 것도 탈출할 수 없을 것이라는 관념적 추론과 블랙홀 내부로부터 블랙홀 외부로 어느 것도 탈출이 불가능하다는 특성의 일치(호킹복사니 양자 터널링 효과 같은 작은 이벤트는 무시~)
5) 특이점의 존재! 우주는 빅뱅 특이점이 존재하고, 블랙홀도 중심에 특이점이 존재한다는 수학적 결과.
등등으로부터,
"우주는 블랙홀이다", "우리는 블랙홀 안에서 살고 있다!", "우리 우주는 블랙홀의 내부이다!" 라는 주장 또는 추론이 나오게 된다.
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Size and Expansion of the Universe in Zero Energy Universe
https://www.researchgate.net/publication/309786718
** 아래 박인규교수님 글은 내가, 위의 주장의 글을 쓰고 시간이 어느 정도 지나서 올라온 글임
네이버캐스트에 박인규교수님의 블랙홀 관련 글이 올라와 있네여~
블랙홀에는 머리카락이 없다.
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3596634&cid=58941&categoryId=58960
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슈바르츠실트 반경과 블랙홀의 밀도
슈바르츠실트 반경이 어느 정도나 되는지 그 크기에 대한 감을 잡기 위해 몇 가지 예를 들어보자. 먼저 지구가 블랙홀이 되기 위한 슈바르츠실트 반경을 구해보자. 지구의 질량 6×1024kg을 공식에 넣어보면, RS가 9mm 정도가 나온다. 지름이 18mm이니 정확히 신형 10원짜리 동전과 같은 크기다.
그런데 과연 지구가 10원짜리 동전만큼 작아질 수 있을까? 일단 가능하다 치고 밀도를 한번 계산해보자. 밀도는 질량을 부피로 나누면 구할 수 있으니 계산해보면 자그마치 1세제곱미터에 2×1030kg이 된다.
이는 실로 엄청난 밀도로 원자핵의 밀도(~2×1017kg/m3)보다도 10조 배나 크다. 지구가 블랙홀이 되는 것은 실로 상상하기 힘든 일이라 할 수 있겠다. 태양의 경우라면 어떨까? 태양의 질량은 약 2×1030kg으로 태양이 블랙홀이 되기 위한 슈바르츠실트 반경은 3km 정도가 된다. 이때의 밀도를 구해보면 ~2×1019kg/m3 정도가 된다. 여전히 원자핵의 밀도보다 100여 배나 크다.
공식을 보면 금방 눈치 채겠지만 슈바르츠실트 반경은 질량에 비례해서 커진다(
). 반면 블랙홀의 밀도는 질량의 제곱에 반비례한다 (
). 즉 질량이 작은 별은 매우 단단하게 뭉쳐야만 블랙홀이 될 수 있지만, 질량이 큰 별은 굳이 큰 밀도로 뭉치지 않아도 블랙홀이 될 수 있다는 얘기다.
예를 들면, 영화 <인터스텔라>에 나오는 거대 블랙홀인 가르강튀아는 태양 질량의 1억 배나 되는데, 이 블랙홀이 만약 회전하지 않는 슈바르츠실트 블랙홀이었다면 슈바르츠실트 반경 역시 1억 배가 된다. 이 경우 밀도는 ~2000kg/m3 정도 밖에 안 된다. 이 정도면 우리 주변에 흔히 볼 수 있는 벽돌의 밀도 정도다. 따라서 우리 일상의 물질도 엄청나게 많이 뭉쳐만 놓으면 블랙홀이 될 수 있다는 이야기가 된다.
상상의 나래를 펼친 김에 더 황당한 계산을 해보자. 우주의 총 질량은 추산하는 방법에 따라 크게 달라지는데 작게는 1053kg에서 크게는 1060kg까지라고 알려져 있다. 만약 우주의 총질량이 1054kg 정도라면 슈바르츠실트 반경은 얼마나 될까? 이를 대략 계산해 보면 1600억 광년 정도라는 큰 값이 나온다.
한편 최첨단 장비로 측정한 관측 가능한 우주의 가장 먼 거리는 460억 광년 정도라고 알려져 있다. 즉 관측 가능한 우주의 크기가 슈바르츠실트 반경보다도 작은 것이다. 그럼 우리 우주는 어쩌면 통째로 블랙홀이라고 말할 수 있다. 그리고 우리는 그 블랙홀이 만드는 사건의 지평선 안쪽에 살고 있다는 황당한 결론에 도달하게 된다.
=====심심하시면~=====
1.우주의 크기 추정하기-1.우리는 지금 블랙홀 안에서 살고 있다!
https://gall.dcinside.com/board/view/?id=physicalscience&no=97992
2.우주의 크기 추정하기-2-1.Zero Energy Universe 모델
https://gall.dcinside.com/board/view/?id=physicalscience&no=98168
3.우주의 크기 추정하기-2-2.우리 우주의 크기를 계산해 보자!
https://gall.dcinside.com/board/view/?id=physicalscience&no=98666
