이번 편에서는 일단 블랙홀의 간단한 정의와 생성 과정과 배경등에 대해 알아볼까 한다.

먼저 이 블랙홀이란게 도대체 무엇인지 부터 아는 것이 중요하다고 할 수 있겠다.

모든 물질 사이에는 서로 잡아당기는 힘, 즉 중력이 작용하고 있다. 물리학자 알베르트 아인슈타인 은

물질이 있으면 그 주위의 공간이 휘어지며, 그 휘어짐 자체가 바로 중력이라는 현상으로 나타난다고

해석했다.

그것은 마치 팽팽한 고무시트 위에 무거운 물체를 올려 놓았을 때의 상황을 생각하면 간단한데,

고무시트는 무거운 물체 때문에 깊이 가라앉은 상태가 된다. 여기에다 다른 물체를 얹어  놓으면, 그 물체는
 
자연히 깊이 가라앉은 중심의 물체를 향해 떨어져 내려간다.

이때 빠진 바닥으로부터 나올려면 일정 속도가 필요한데 이것을 '탈출 속도'라 한다.

만약 가라앉은 깊이가 지나치게 커지면 탈출 속도가 광속도를 넘게 되지만, 아인슈타인의 일반 상대성 이론

에서는 모든 물체는 빛보다 빨리 움직일 수가 없으므로  이 깊은 수렁에서는 이제 어떤 것도 빠져 나올

수 없다는 말이 된다. 이와 같은 상태가 바로 '블랙홀'이다.

그렇다면 이 블랙홀의 존재는 언제부터 논의되고 다뤄지게 되었을까?

처음의 논의는 뉴턴 의 '중력의 법칙'에 바탕을 둔 것이었지만, 블랙홀처럼 거대한 중력을 가진 천체를

보다 자세히 논의하고 다루기 위해서는 아인슈타인의 상대성 이론 의 등장을 기다려야 했다.

그 후 1916년, 독일의 수학자 슈바르츠실트 는 구면 대칭인 진공 상태에 일반 상대성 이론을 적용시켜

아인슈타인의 중력장 방정식의 해를 처음 발견하였다.

이를 가르켜 슈바르츠실트의 해(Schwarzschild solution)라 칭하며 그에 따른 특징으로는 다음과 같다.

슈바르츠실트 반지름 보다 안쪽에선 광선마저도 밖으로 나올 수 없으며 중심에는 중력이나 밀도가

무한대가 되는 '특이점'이 나타난다. 특히 광선이 밖으로 나오지 못하는 면을 '사상의 지평면

(事象-地平面, Event horizon)'이라 한다.

블랙홀은 밀도와 중력의 세기가 무한대인 '특이점(特異點, Singular point)' 과, 그 주위 지역을 일컫는

'사상의 지평면(事象-地平面, Event horizon)' 으로 형성되는데, 당시에는 사상의 지평면이 정확히 무엇을

의미하는지를 알 수 없어서, 제 1선의 연구자 모두가 그 연구에 몰두했었다고 한다.

그러한 연구의 결과 덕분에 지금은 사상의 지평면이, 그곳에서 부터 안쪽으로 들어가면 모든 것이 탈출할

수 없게 되는 영역과의 경계면 임을 알게 되었다.

앞서 언급한 아인슈타인의 이론에서는 빛보다 빨리 진행하는 물질은 없다고 했는데, 가령 블랙홀의

중력이 엄청나게 강하여 빛도 거기서 탈출할 수 없다면, 다른 물질 역시 그곳에서 탈출할 수 없다는 말이

된다. 즉, 블랙홀의 내부로 들어간 물질은 영구히 거기에 갇히게 된다는 말이기도 하다.

그렇다면 모든 물질이 그 곳으로 들어가 버리는 '특이점'이란 과연 어떠한 곳일까?

그 곳은 어떠한 방정식도 의미가 없으며, 심지어 우리가 알고 있는 어떠한 물리의 법칙도 전혀 통용되지

않는 세계이다. 이러한 특이점으로 들어가 버리면 어떻게 될까? 이 문제는 수많은 과학자들이 의문을 품고

연구하고는 있지만 현재로써는 정확히 알 수 있는 방법이 없다.

하지만, 오늘날 우리가 분명히 알 수 있는 사실은 블랙홀이 실제로 존재하는 것은 틀림없다는 것이다.

그러나 여기에 이르기까지는 몇 가지의 중요한 연구와 발견이 있었다고 한다.

중성자 별과 펄서 (Pilsar; 맥 동 전파원), 블랙홀의 후보인 X선 별의 발견, 영국의 물리학자 로저 펜로즈 

와 스티븐 호킹 에 의한 '특이점 정리'의 증명, 은하 중심의 거대한 블랙홀이나 우주에 있어서의 미니

블랙홀의 형성 가능성의 지적등이 그것이다.

우리는 과연 이러한 우주의 신비로운 존재인 블랙홀은 도대체 어떻게 생성되고 이루어 지는 가에 대한

의문을 품지 않을 수 없다.

기본적으로 별이 공 모양을 유지하고 있는 것은 중력과 압력이 균형을 이루고 있기 때문인데, 압력에는

한계가 있으나 중력은 무한히 강해질수 있다.

가령 예를 들어 중력이 매우 강한 별은 힘의 균형이 깨져, 결국 중력 붕괴를 일으키면서 수축을 계속하게

되고 마지막에는 한 점으로 집중하게 되는데 이 점이 바로 밀도나 중력의 세기가 모두 무한대인

'특이점'이 되는 것이라 할 수 있겠다.

청색 초거성 단계에 있는 거대 질량의 별의 공간은 일그러짐이 없이 평탄하며, 청색 거성이 중력을

견디다 못해 급격하게 수축을 시작할 때, 수축 속도는 중심부가 가장 빠르다.

중심부에는 대질량이 집중하기 때문에 중력이 강해져 공간은 일그러지면서 수축이 한없이 계속되어

질량도 보다 작은 영역으로 집중하게 되므로, 공간의 일그러짐도 커진다.

공간이 충분히 일그러지면 '사상의 지평면'이 발생하는데 그 안쪽에서는 공간이 초 광속으로 중심을 향하여
 
낙하하기 때문에, 빛은 외부에 도달할 수 없게 된다. 바로 이 사상의 지평면보다 안쪽을 '블랙홀'이라고 한다.

결국 이렇게 엄청난 일그러진 공간 상태인 블랙홀이 형성되는 것이다.

또한, 이 사상의 지평면의 안과 밖에서는 시간과 공간의 의미가 달라지는데, 사상의 지평면 밖의 시간은

미래를 향해 달릴 뿐 멈추거나 과거로 향하게 할 수는 없다.

블랙홀의 내부에서는 모든 것이 특이점을 향해 진행할 뿐 특이점으로부터 멀어진다는 것은 불가능하다.  

즉, 특이점으로부터의 거리(공간)가 시간의 역할을 하게 된다는 논리라고 볼 수 있다.
 

끝으로, 누군가가 말했듯 과학자는 어떠한 시각이나 입장에서 바라보느냐 매우 중요하다

본문 내용 중 일그러진 공간 상태의 블랙홀이란 점을 주목해 생각해 보자면, 블랙홀의 관점에서 바라본다면

빛을 빨아들이는것이지만 빛의 관점에서 본다면 빨아들이기보다는 일그러진 공간으로의 단순한

진입이라고 볼 수 있게 된다는 것이다.