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블랙홀에서 어떻게 탈출하는가스티븐 호킹의 마지막 답변

2018년 3월 아인슈타인의 생일에 사망한 우주론자이자 통속과학의 우상인 스티븐 호킹이 그의 마지막 최근 과학 논문을 통해 자신의 의견을 무덤에서 밝혔다고 10월 23일 뉴욕타임즈가 전했다. 살아 생전 그의 모습에 적합하게, 그 논문은 블랙홀에서 어떻게 탈출하는가에 관한 것이다. 추상적인 수학을 정리한 이 논문은 기억과 상실 그리고 인간이 갈망하는 가장 오래된 것, 초월에 대한 욕망을 담고 있다. 브루스 스프링스틴의 "애틀랜틱 시티(Atlantic City)" 노래 속의 불운한 인물이 노래하듯이, "모든 것은 죽는단다, 아가야, 그것은 사실이야, 하지만 언젠가는 죽는 모든 것은 아마 다시 돌아올거야."

 

호킹 박사는 인내심의 상징이었다. 루게릭 병에 걸려 휠체어를 타고 우주를 정복해냈다. 블랙홀에 갇힌 정보이나 물질의 운명은 그의 경력을 정의한 것이고, 그것은 물리학에서 가장 깊은 이슈 중 하나가 되었다. 블랙홀은 너무 밀도가 높아서, 아인슈타인의 일반 상대성 법칙에 따르면 빛조차도 빠져나갈 수 없는 물질이다. 1974년, 호킹 박사는 블랙홀과 기존의 물리학 개념을 다 뒤집어 놓았다. 그는 놀랍게도 미시 세계를 지배하는 임의의 양자효과가 블랙홀을 누출시키고, 결국 폭발하여 사라지게 한다는 것을 발견했다. 시간이 가득 차면, 그 구멍에 떨어진 모든 질량과 에너지들은 다시 나올 것이다. 하지만, 고전적인 아인슈타인의 방정식에 따르면, 블랙홀은 충격적일만큼 단순하다 : 블랙홀의 유일한 구성은 질량, 전하와 각운동량이다. 블랙홀로 떨어지는 것에 대한 다른 정보들은 우주의 기억 은행으로부터 사라진다. 블랙홀은 어떠한 합병증도 가지고 있지 않다. 즉 머리카락이 없다. 그래서 호킹박사는 1975년 자신의 논문에서 블랙홀을 빠져나가는 물질과 에너지의 분수는 무작위일 것이라고 강조했다. 만약 여러분이 블랙홀에 빠져 다시 나왔다면, 여러분은 여러분을 구성했던 모든 세부 사항들 즉, 남자 혹은 여자, 파란 눈이나 갈색눈, 양키 팬 혹은 레드 삭스 팬이었는지를 잊어버리게 될 것입니다. 그 운명을 묘사하는 방정식은 웨스트민스터 사원에 있는 호킹 박사의 묘비에 새겨져 영원히 세월의 흐름을 견뎌낼 것이다. 그것은 일종의 환생이라고 할 수 있다. 만약 자연이 여러분을 잊을 수 있다면, 그것은 무엇이든 잊을 수 있을 것이다. 그것은 과거를 재건하거나 미래를 예측하는 과학의 능력에 대한 치명적인 타격이다. "우리가 누구인지 말해주는 것은 과거이다"라고 호킹 박사는 몇 년 전 하버드의 열린 회의에서 말했다. "과거가 없다면, 우리는 정체성을 잃게 됩니다.“

사실상, 호킹 박사는 1975년 자신의 논문에서, 신은 주사위 놀이를 하지 않는다고 말한 아인슈타인이 한때 무시했던 역설적 양자 효과가 자연에 추가적인 건망증을 가중시키고 있다고 주장했다. "하느님께서는 주사위를 던지실 뿐만 아니라 종종 보이지 않는 곳에 던지십니다."라고 호킹 박사는 썼다. 하지만 그것은 다른 물리학자들에게 논쟁을 불러일으키는 발언이었다. : 역사의 유명한 필름이 뒤돌아갈 수 있다는 것은 기본적인 신조였다. 예를 들어,한 쌍의 아원자 입자가 고에너지 충돌 가속기에서 충돌하는 것을 재구성하는 것처럼 말이다.

 

30년 후 호킹 박사는 철회했지만, 논쟁은 계속되었다. 알려진 대로 "정보의 역설"은 물리학의 중심에 남아 있었다. 심지어 호킹 박사조차도 블랙홀이 실제로 어떻게 그 안으로 들어가거나 나가는 정보를 처리하는지를 설명할 수 없었기 때문이다.

하지만 과학자들은 시공간과 정보 그리고 기억의 본질에 대해 이론적으로 생각해왔다. 어떤 사람들은 다시 밖으로 빠져나오는 것은 말할 것도 없고, 에너지의 방화벽에 의해 증발되지 않으면 블랙홀에 들어갈 수도 없다고 제안했다.

최근 몇 해, 한 줄기의 희망이 보였다, 하버드 대학의 앤드류 스트로민저(Andrew Strominger)는 올바른 수학적 관점에서 볼 때, 즉 무한한 미래를 향한 광선의 관점에서 볼 때, 블랙홀은 우리가 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 것을 발견했다. 그들은 스트로민저 박사가 "소프트 헤어"라고 부르는, 블랙홀로 들어오는 물질에 의해 휘어지거나, 움직이거나, 뒤틀리거나 혹은 배열될 수 있는 가상의 광선의 형태를 가지고 있다. 원칙적으로, 이 헤어는 블랙홀의 표면의 정보를 부호화 할 수 있고 아인슈타인의 방정식이 생략한 것으로 추정되는 모든 세부 사항들을 기록할 수 있다.이것이 블랙홀에 빠진 사람은 말할 것도 없고, 물리학을 구하기에 충분한지 아닌지에 대한 것이 바로 호킹 박사가 죽기 전 몇 년 동안 연구해 왔던 것이다."40년 전에 제가 논문을 썼을 때, 저는 그 정보가 다른 우주로 전달될 수 있을 거라고 생각했어요,"라고 그가 나에게 하버드 회의에서 말했다. 그가 말하길, 지금 그것은 블랙홀의 표면에 있다고 하였다. "블랙홀이 증발해버리면 정보는 재방출 될 것이다." 프린스턴 고등연구소의 후안 말다케나(Juan Maldacena)를 포함한 다른 전문가들은, 만약 소프트 헤어가 정보의 역설을 해결하지 못하여도 적어도 도움이 될 것이라고 말하면서 좀 더 측정하였다. 언론의 혼란을 초래한 그의 최근의 사후 보고서에서, 호킹 박사와 그의 동료들은 이 낙관적인 생각이 어떻게 작용하는지 보여주려고 노력했다. 호킹 박사 외의 이 논문의 저자들은 스트로민저 박사와 케임브리지 대학의 말콤 페리, 그리고 사샤 하코 박사였다. 스트로민저 박사는 물리학자들이 언젠가 이 소프트 헤어에 쓰여진 것을 읽는 것만으로 블랙홀을 이해할 수 있을 것이라고 희망한다."우리는 그것을 증명하지 않았어요,"라고 이메일에서 그가 얘기했다.

그러나 그는 그들이 모든 작품들들이 어떻게 조화를 이룰 수 있는지를 보여주는데 성공했다고 덧붙였다. "만약 우리의 추측이 맞다면, 이 종이는 가장 중요한 것이 될 것입니다. 그렇지 않다면, 그것은 그냥 기술적인 각주가 될 것이다." 호킹 박사를 포함한 우리들 중 아무도 정보의 역설을 해결하는 것이 애틀랜틱 시티에서 기다리고 있던 어떤 것에서부터 우리의 부모님, 공룡들 혹은 조 디마지오(Joe DiMaggio)을 다시 되돌릴 수 있다는 희망을 품은 사람은 없었다. 그 과정에서 우리는 우리의 개인적인 일생이 끝날 것이라는 생각으로 어느 정도 타협을 했다. 하지만 우리는 우리가 기억될 것을 알고, 우리의 유전자와 책, 그리고 이름이 전해질 거라는 사실에 위안을 느낀다.

최근에 딸과 우연히 본 픽사/디즈니 영화 "코코"는 음악가가 되기 위한 그의 여정을 도와줄 조상을 찾기 위해 사자의 땅을 방문하는 멕시코 소년에 관한 이야기이다. 사자의 땅은 활기찬 곳이지만, 그 곳의 주민은 오직 누군가가 그들을 기억할 때까지만 거기에 머물 수 있다. 기억이 사라지면, 애니메이션 속의 해골도 사라진다.

일부 천문학자들은 심지어 이 창백한 형태의 구원이 위험에 처할지도 모른다고 말한다. 암흑 에너지라고 불리는 신비한 힘이 우주의 팽창을 가속시키고 있다. 언젠가, 이 전문가들은 팽창이 계속되면, 은하들이 더 빨리 그리고 더 빨리 멀어지게 되면, 우주의 나머지 부분은 영원히 보이지 않게 될 것이고, 우리는 영원히 보이지 않게 될 것이라고 말한니다. 그것은 마치 우리가 우리의 모든 정보와 기억이 사라지고 있는 블랙홀에 둘러싸이는 것과 같다.

우리 은하계의 작은 거품 속에서, 우리는 아레사와 클레오파트라, 셰익스피어와 스티븐 호킹을 항상 기억할지도 모른다. 하지만 나머지 우주가 우리를 기억할까?

 

전혜정 인턴기자  sustainability@sjournal.kr

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