블랙홀과 화이트홀

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블랙홀과 화이트홀에 관해 정리한 자료입니다.

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블랙홀은 1783년 이미 영국의 미첼이 질량 주변에서 빛이 휠 수 있다는 가능성에 대해 논했고 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의해 그 존재를 밝히고 있다. 1915년 아인슈타인은 뉴턴 역학의 모순을 해결한 일반 상대성 이론을 제창하였다. 뉴턴 역학에서는 중력을 힘의 크기와 방향으로 나타내는데 비해 일반 상대성이론에서는 중력을 4차원 시공의 기하학구조의 왜곡으로써 나타내고 있다. 뉴턴 이후의 물리학에서는 물질 시간공간은 서로 무관한 존재로 알고 있었다. 뉴턴 이후의 물리학에서는 물질 시간공간은 서로 무관한 존재로 알고 있었다. 그러나 아인슈타인은 "시공간"의 개념을 바탕으로 이들 모순을 완전히 해결하였다.

즉, 물질이 있으면 반드시 중력이 작용하며 또 중력에 의해 시간과 공간이 영향을 받는다고 생각했던 것이다. 그래서 그는 시간과 공간과 중력을 통일한 하나의 이론을 확립하였다. 1916년, 독일의 수학자 슈바르츠실트는 구면 대칭인 진공 상태에 일반 상대성 이론을 적용시켜 아인슈타인의 중력장 방정식의 해를 처음 발견하였다. 이것을 슈바르츠실트의 해라하며, 그 구면의 반지름을 슈바르츠실트의 반지름이라 한다.

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"이라 한다. 아인슈타인은 슈바르츠실트의 해에 별로 흥미를 느끼지 못했다. 그것은 점이면서도 밀도나 중력이 무한대 가 되어, 물리 법칙을 적용시킬 수 없는 특이점의 존재가 유도되기 때문이었다. 같은 무렵, 독일의 수학자 바일은 비뚤어진 구면에 중력장 방정식을 적용하여 역시 특이점이 있는 제2의 해를 찾아냈다. 그러나 이들 해에 대응하는 물리현상이 실제로 존재하리라고는 당시는 아무도 믿지 않았으며, 다만 이것은 수학 상의 문제로서만 취급되었다. 1939년 미국의 이론 물리학자인 오펜하우머는 매우 무거운 별이 계속 수축해 들어가면 중성자로만 구성된 별이 된다고 예언하였고, 특히 무거운 중성자 덩어리는 더욱 수축하여 마침내 한 점으로 집중하게 된다는 것을 이론적으로 증명하였다.

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