개요
블랙홀 개요를 살펴보면 우주에 존재하는 것으로 생각되는 매혹적인 물체이다. 거대한 별들이 연료를 다 쓰고 재앙적인 붕괴를 겪을 때 형성되며 사건의 지평선으로 둘러싸인 중심에 특이점을 만든다. 블랙홀의 중력은 빛조차도 빠져나갈 수 없을 정도로 강력하다. 블랙홀에 대한 연구는 우주와 시간의 본질, 극한 조건에서의 물질의 행동과 같은 천체 물리학과 우주론에서 중요한 발견을 이끌어냈다. 항성 블랙홀과 초거대 블랙홀을 포함하여 질량에 따라 다른 종류의 블랙홀이 있다. 후자는 우리 은하를 포함한 대부분의 은하 중심에 존재하는 것으로 생각된다. 그럼에도 불구하고 블랙홀에 빠진 정보가 영원히 사라진다는 정보 역설과 같은 블랙홀에 대한 많은 미스터리가 풀리지 않은 채 남아있다.
블랙홀 이론 정의
블랙홀 이론 정의는 중력이 너무 강해서 심지어 빛조차도 빠져나갈 수 없는 공간의 영역을 설명하는 천체 물리학의 개념이다. 이에 대한 생각은 물리학자 존 미첼에 의해 1783년에 처음 제안되었고 나중에 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 개선되었다. 이론에 따르면 블랙홀은 거대한 별이 연료를 다 쓰고 재앙적인 붕괴를 겪을 때 형성되며 사건의 지평선으로 둘러싸인 중심에 특이점을 만든다. 블랙홀의 사건 지평선은 어떤 것도 특이점의 중력에서 벗어날 수 없는 되돌아올 수 없는 지점이다. 일단 어떤 물체가 사건의 지평선을 넘어서면 그것은 거대한 중력에 의해 부서질 때까지 점점 더 빠른 속도로 특이점을 향해 당겨진다. 특이점 자체는 물리학 법칙이 깨지고 우주에 대한 우리의 현재 이해가 실패하는 무한 밀도의 지점이다. 블랙홀은 빅뱅 직후에 형성되었을 수 있는 작은 원시 블랙홀에서부터 수십억 개의 태양에 해당하는 질량을 가질 수 있는 초대질량 블랙홀에 이르기까지 다양한 크기로 존재한다. 후자는 우리 은하를 포함한 대부분의 은하 중심에 존재하는 것으로 생각된다. 블랙홀에 대한 연구는 천체 물리학과 우주론에서 많은 중요한 발견을 이끌어냈다. 예를 들어 블랙홀은 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 시험하고 극한 조건에서 물질의 행동을 연구하며 은하의 진화를 이해하는 데 사용되어 왔다. 최근 몇 년 동안 레이저 간섭계 중력파 관측소의 중력파 탐지는 블랙홀의 존재에 대한 직접적인 증거를 제공했고 블랙홀을 연구할 수 있는 새로운 길을 열었다. 이러한 발전에도 불구하고 블랙홀에 대한 많은 미스터리들은 풀리지 않은 채로 남아있다. 가장 곤혹스러운 것 중 하나는 정보 역설인데 이는 블랙홀에 빠진 정보가 물리학 법칙을 위반하면서 영원히 손실된다는 것을 암시한다. 또 다른 미스터리는 환경과의 상호 작용으로 인해 사건의 지평을 잃은 블랙홀로 생각되는 유령 블랙홀의 존재이다. 그럼에도 불구하고 블랙홀에 대한 연구는 천체 물리학과 우주론에 대한 활발한 연구 분야로 남아있다. 새로운 기술과 관찰로 과학자들은 이 수수께끼 같은 물체들의 비밀을 풀고 공간, 시간 그리고 우주 그 자체의 본질을 밝히기 위해 지금도 끊임없는 연구 중에 있다.
공헌자 존 미첼과 발전 기여자들
블랙홀 이론의 공헌자 존 미첼과 발전 기여자들에 대해서 알아보고자 한다. 수십 년에 걸쳐 수많은 과학자들에 의해 발전되어 왔으며 각각의 과학자들은 그들의 전임자들의 연구를 기반으로 하고 있다. 가장 초기의 공헌자들 중 한 명은 물리학자 존 미첼이었는데 그는 1783년에 중력이 너무 강해서 심지어 빛도 빠져나갈 수 없는 어두운 별에 대한 아이디어를 제안했다. 하지만 20세기가 되어서야 그 이론은 더욱 발전되고 활발한 연구가 진행되기 시작했다. 1930년대에 물리학자 수 브라흐마니 안 찬드라세카르는 별의 질량이 그것의 운명을 결정하는 제한적인 요소가 될 수 있다고 역설했다. 이로 인해 백색 왜성이 재앙적인 붕괴를 겪고 블랙홀을 형성하기 전에 가질 수 있는 최대 질량을 설명하는 찬드라세카르 한계가 발견되었다. 1960년대에 물리학자 로저 펜로즈와 수학자 스티븐 호킹은 독립적으로 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 블랙홀 연구에 적용했다. 펜로즈의 연구는 블랙홀의 형성에 초점을 맞춘 반면 호킹의 연구는 그들의 방사선과 소위 정보 역설에 초점을 맞췄다. 1970년대에 과학자들이 블랙홀 근처의 물질의 행동을 연구할 수 있게 해 준 컴퓨터 시뮬레이션의 발전으로 진일보하게 되었다. 이 연구는 물리학자 제임스 바딘과 천체 물리학자 존 휠러에 의해 개척되었는데 이 물체들을 설명하기 위해 블랙홀이라는 용어를 만들었다. 1990년대에 블랙홀에 대한 연구는 은하중심에 있는 초질량 블랙홀에 의해 동력을 얻는 것으로 생각되는 퀘이사의 발견으로 혁명을 일으켰다. 이 작업은 천문학자 도널드 린든 벨과 마틴 리스에 의해 주도되었다. 최근 몇 년 동안 LIGO에 의한 중력파 탐지는 블랙홀의 존재에 대한 직접적인 증거를 제공했고 블랙홀을 연구할 수 있는 새로운 길을 열었다. 이 연구는 2017년 노벨 물리학상을 수상한 물리학자 킵 손, 레이너 바이스, 배리 배리시에 의해 주도되었다. 블랙홀 이론의 개발은 물리학에서 천문학, 수학에 이르기까지 수많은 과학자와 분야가 참여하는 협력적인 노력이었고 그들의 연구는 우주와 그것을 지배하는 기본 법칙에 대한 우리의 이해를 크게 넓혀주었다.
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