초광속비행은 가능할까? #2 - 웜홀을 통한 여행은 가능할까

이 글에 먼저 블랙홀이란 무엇인가를 읽어 보시는 것이 좋습니다. ^^

화이트홀의 정의

우주 물리학에서 화이트홀 이란 블랙홀을 시간적으로 뒤집은 것이다. 화이트홀은 아인슈타인 방정식으로 Schwarzschild 웜홀을 설명하는 과정에서 나왔으며, 블랙홀과 달리 사건의 지평선으로부터 물질을 방출한다. 화이트홀은 수학적으로 존재하지만, 실제로 천체로서 존재할지는 불명하다. 최근에 스티븐 호킹 박사가 블랙홀에서 물질이 방출 될 수 있다는 이론을 발표 하면서, 화이트홀과 블랙홀은 같은 것 이라는 논쟁이 있다.

웜홀의 정의

웜홀은 화이트홀과 블랙홀을 연결하는 통로이다. 웜홀은 블랙홀이 회전할 때 만들어 지며, 그 속도가 빠를수록 만들기 쉬워진다. (물론 이론적으로 예상해 봤을때 말이다.) 블랙홀로 들어가는 물질은 파괴되기 때문에 웜홀을 통한 여행은 수학적으로만 가능하다. 웜홀의 존재를 가정하기 시작하면 이 문제는 3차원 영역을 넘어서 4차원적인 영역으로 넘어가게 된다. 웜홀의 개념은 아래 그림을 보면 좀 더 이해하기 쉬워진다.

출처: en.wikipedia.org by Benji64

블랙홀을 통과 하는 것은 가능할까?

블랙홀을 통과하는 물질은 그 압력으로 파괴된다. 이때 가해지는 압력을 상상해 보면 이렇게 될 것 같다.

블랙홀의 크기는 사건의 지평선의 크기로 측정 되는데, 사건의 지평선은 주위를 지나가는 빛이 블랙홀로 끌려가는 경계선을 나타낸다. 지구의 중력 가속도는 9.8m/sec 이다. 이것을 1G의 압력이라고 하고, 블랙홀의 크기(사건의 지평선의 지름)가 40만 킬로미터라고 가정하고, 물체가 블랙홀의 중심까지 끌려가는 시간을 1초라고 가정 했을때 블랙홀 근처에서의 압력은 2천만G가 넘게 된다. 인간이 만든 물건 중에 이런 압력을 견딜 수 있는 것은 아직 없는 듯 하다. 아마  블랙홀의  중력가속도는 이보다 클 가능성도 높을 것이다.

그렇다면 광속에 가까운 속도로 블랙홀에 접근하면 어떻게 될까? 상대성 이론에 의하면 물체가 광속에 가까워 지면 다른물체에 대한 상대적인 질량이 늘어나게 된다. 광속에 아주 가까운 속도가 될 수록 상대적인 질량은 무한대로 늘어나게 된다. 광속에 가까운 속도로 갈수록, 블랙홀과 비슷하게 되는 것이다. 그래서 물체는 광속보다 빠른 속도를 가질 수 없다. 그렇다면 광속에 가까운 물체가 블랙홀에 접근 한다면, 이런저런 이유로 속도는 더 이상 늘어날 수 없을 것이다. 그렇다면 가속력도 없지 않을까? 그럼 블랙홀의 엄청난 압력을 받지 않게 되는 걸까? 그럼 블랙홀을 통과해서 웜홀로 들어가는 것은 가능할까?

결론이 좀 허무하기는 하지만, 현재로서는 웜홀이 존재하는지, 또는 웜홀이 다른 장소로 연결되어 있는지 아무도 모른다. 그리고 블랙홀을 통과하는 방법이 있는지도 아무도 모른다. 하나 확실한 것은 수많은 별들이 직접 몸이 부서져가며 보여 주듯이, 블랙홀 근처에 그냥 다가서면 물체는 파괴되어 버린다. 광속에 가까운 속도로 접근하면 가능성이 있을까? 하는 상상을 하는 것이 고작이다. (그런점에서 블랙홀을 무슨 깔대기처럼 생긴 동굴이나 되는듯이 기어들어가는 만화나 영화들은 웃겨 보인다. ^^)

상대성 원리에 의하면 블랙홀을 그냥 통과하는 것은 불가능(물체는 빛의 속도보다 빠른 속도를 가질 수 없다, 블랙홀은 빛의 속도로도 탈출 하지 못하는 곳이다)하다. 블랙홀을 통과 한다면, 그 곳은 아마 다른 곳일 거라고 상상 하는 것은 그리 허황된 것 만은 아닌 것 같다.