과학자 3명에 노벨물리학상 안긴 '블랙홀'이 뭐길래?

[사진=로이터·연합뉴스]

2020년 노벨물리학상의 영예는 블랙홀의 존재를 이론적으로 정립하고 실제 관측한 영국, 독일, 미국 과학자 세명에게 돌아갔다.

스웨덴 왕립과학원 노벨위원회는 지난 6일(현지시각) 로저 펜로즈(89) 영국 옥스퍼드대 교수, 라인하르트 겐첼(68) 미국 버클리 캘리포니아대 교수 겸 독일 막스플랑크 외계물리학연구소장, 앤드리아 게즈(55) 미국 로스앤젤레스 캘리포니아대 교수 3명을 올해 노벨물리학상 공동 수상자로 결정했다고 발표했다.

올해 노벨물리학상 상금은 1000만(약 13억140만원) 스웨덴 크로나로 펜로즈 교수가 절반을, 나머지 절반을 겐첼과 게즈 교수가 나누게 됐다.

펜로즈 교수는 1965년 빅뱅(우주 대폭발)이론, 블랙홀의 증발, 양자 중력론 등을 정립한 현대 천체물리학의 대부 故스티븐호킹과 함께 아인슈타인의 상대성이론을 바탕으로 블랙홀의 특이점을 기술한 논문을 발표해 학계에 반향을 일으켰다.

펜로즈 교수는 2010년 빅뱅 이전에 또 다른 우주가 있었다는 '공형순환우주론'(CCC이론)을 주장한 인물이기도 하다.

겐첼 교수와 게즈 교수는 중력이 크고, 거리가 멀어 관측이 불가능했던 초거대 블랙홀을 실제 관측하는 데 성공한 공로를 인정받았다. 이들은 하와이, 칠레 등 세계 각국에 설치된 천문 망원경을 이용해 블랙홀의 이미지를 관측해냈다. 

블랙홀은 중력이 너무 커서 심지어 빛조차도 빠져나갈 수 없는 천체를 말한다. '모든 것을 빨아들이고 한 번 빨려들어간 것은 빠져나가지 못한다'라는 게 블랙홀에 대한 일반적인 상식이다.

이 때문에 별이나 은하는 빛이 나오기 때문에 육안으로 관측이 가능하지만, 블랙홀은 빛이 나오지 못하므로 육안으로 식별이 불가능 했었다.

블랙홀은 지난해 4월이 돼서야 인류 최초로 8개 대륙에 위치한 전파망원경을 통해 실제 관측 이미지가 공개됐다.

공개된 이미지 속 블랙홀은 휘어진 빛이 고리모양을 이루고 있는 형태다. 이 블랙홀의 지름은 160억km이며, 질량은 태양의 65억 배에 달한다고 한다. 

영화나 드라마를 통해서 우리에게 각인된 블랙홀의 이미지는 시공간을 초월한 여행을 가능하게 하는 통로다. 영화 '인터스텔라'에서도 웜홀(블랙홀과 화이트홀을 연결하는 우주 시공간의 구멍)을 통해 시공간 여행의 가설을 시각적으로 풀어내 주목을 받았다. 

그러나 과학자들의 이론에 따르면 빛조차 빠져나올 수 없는 블랙홀로 들어가면 모든 물질이 산산이 분해되므로 시간여행은 불가능하다. 아인슈타인의 상대성이론에 따르면 시간여행이 가능하려면 빛보다 빠른 속도가 필요하다. 그러나 현존하는 물체 중 빛보다 빠른 것은 없다.

故스티븐호킹 박사는 1973년 '블랙홀은 검은 것이 아니라 뜨거운 물체처럼 빛을 발한다'고 발표해 학계의 고정관념을 뒤집었다. 호킹 박사는 이른바 '호킹복사' 이론을 통해 블랙홀은 에너지를 방출하다 궁극적으로 증발해 사라진다고 주장했다.

하지만 호킹 박사는 완전히 소실되는 정보란 없다는 양자이론의 반발을 받아들여 2004년 자신의 블랙홀 이론을 180도 뒤집은 "블랙홀에 빨려들어간 정보가 방출될 수 있다고 믿는다"고 밝혔다.

과학자들은 별의 마지막 진화단계에서 블랙홀이 생겨난다고 보거나, 약 150억 년 전 우주가 대폭발(Big Bang)에 의해서 창조될 때 물질이 크고 작은 덩어리로 뭉쳐져서 블랙홀이 생겨났다는 이론을 펼치고 있다.