지금까지의 우주 기원에 관한 물리학 이론에 따르면 우리의 태양보다 훨씬 큰 질량을 지닌 거대 항성이 자체 붕괴로 생을 마감하는 특이점이 생기면 빛조차 탈출할 수 없는 매우 강력한 중력을 가진 블랙홀이 탄생한다.

미국의 한 여성 물리학자가 이런 블랙홀이 아예 존재할 수 없으며 이를 수학적으로 입증했다고 밝혀 학계는 물론 세상을 떠들썩하게 하고 있다. 만일 이 주장이 사실이라면 그녀의 연구는 기존 우주 기원에 관한 물리학 이론을 폐기시킬 수도 있다.

머시니 하우턴 교수는 하나의 별이 죽음을 맞이할 때 스티븐 호킹 박사가 주장했던 ‘호킹 복사’ 이른바 일종의 복사 에너지를 방출하게 된다고 말한다.영국 일간 데일리메일은 미국 노스캐롤라이나대 채플힐캠퍼스의 로라 머시니 하우턴 교수가 블랙홀이 존재할 수 없음을 수학적으로 증명했다고 발표했다고 25일(현지시간) 보도했다.

하지만 이 과정에서 이 별은 또한 엄청난 양의 질량을 내뿜기 때문에 블랙홀이 될 수 있을 정도의 밀도를 가지지 못한다는 것이 그녀의 주장이다.

그녀는 블랙홀 형성 가능성 전에 죽어가는 별이 팽창해 폭발하지만 ‘특이점’이 절대로 일어날 수 없고 따라서 ‘사상의 지평선’으로 불리는 블랙홀의 경계마저 존재하지 않는다고 말한다. 참고로 특이점이란 아인슈타인의 일반 상대성이론에서 거대 항성이 죽음을 맞아 부피가 ‘0’이 되지만 밀도는 무한대가 돼 블랙홀화 된다는 개념이다.

머시니 하우턴 교수는 “아직도 충격에서 벗어나지 못했다”면서 “우리는 50년 이상 된 이 문제를 연구했고 이 해결책은 우리에게 많은 것을 생각하게 한다”고 말했다.

장차 실험 증거를 통해 우주에 블랙홀이 존재하는지에 대해 물리적인 증명이 될 수도 있지만 지금에서만큼은 이 수학적 입증이 확실하다고 머시니 하우턴 교수는 말한다.

게다가 이번 입증은 빅뱅 이론의 진실성에 대해서도 의문을 제기한다. 대부분 물리학자는 우주가 약 138억 년 전에 빅뱅이라는 대폭발로 시작된 특이점으로 인해 형성됐다고 생각하고 있다.

하지만 머시니 하우턴 교수의 주장처럼 부분적이지만 이런 특이점의 존재 자체가 불가능하다면 빅뱅 이론 역시 의문을 가질 수밖에 없다는 것이다.

블랙홀이 이처럼 매우 기괴한 이유 중에 하나는 우주의 두 기본적 이론인 아인슈타인의 상대성이론과 양자역학의 기본 법칙을 통합할 수 없었기 때문이다.

머시니 하우턴 교수의 새 이론은 이 두 이론을 수학적으로 결합하는 것이지만 블랙홀의 존재를 부정하길 원치 않는 사람들에게는 나쁜 소식일 수 있다.

그는 “물리학자들은 수십 년간 아인슈타인의 중력 이론과 양자 역학이라는 두 이론을 결합하려 했지만, 이번 연구는 이 두 이론이 함께 화합하는 것을 제공한다”면서 “이는 큰 의미를 지닌다”고 말했다.

한편 이번 연구결과는 코넬대학 도서관이 운영하는 물리학 분야의 권위있는 온라인논문저장 사이트인 아카이브(arXiv.org)에 실렸다.

사진=NASA/JPL-Caltech

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr