해밀턴·맥매컨 논문: 블랙홀 특이점은 점이 아니라 인과적으로 분리된 표면

이건 새 연구 결과라기보다 대중 과학 글의 흔한 비유를 바로잡는 글임. 일반상대론 대학원 수업을 들었다면 이미 알 내용이라는 생각임.

서스킨드의 『The Theoretical Minimum: General Relativity』에도 나옴. 비회전 블랙홀에서 특이점은 공간 속 점이 아니라 시간 방향의 표면이고, 사건의 지평선을 넘으면 공간과 시간 좌표의 역할이 바뀜.

나는 이 논문이 대중 과학 비판으로도 설득력이 약하다고 봄. 특이점의 위상이 잘 정의된 질문인지조차 불분명한데, 논문은 너무 단정적으로 말함.

'특이점'이라는 말 때문에 수학의 점 특이점과 혼동하는 경우가 있는 듯함. 예를 들어 $z=1/w$에서 $w=0$은 특이점이지만, 블랙홀 특이점에 같은 직관을 그대로 적용하면 안 됨.

펜로즈 다이어그램으로 보면 내부 인과 구조를 꽤 잘 시각화할 수 있음. 슈바르츠실트 블랙홀 그림도 공개돼 있음.

그 그림은 이 논문이 말하는 대상과는 좀 다름.

사건의 지평선을 통과하는 자유낙하 관측자 시점 렌더링 프레임이 8장 들어 있다는데, 누가 애니메이션으로 만들면 좋겠음.

회전 블랙홀은 공간만 끌고 도는 게 아니라 시간도 끌고 돈다는 점이 더 놀라움. 다만 그걸 타고 과거로 갈 수 있다는 식의 설명은 인과율 문제 때문에 성립하지 않음.

마그네타는 자기장이 $10^{10}$ 테슬라 수준이고 에너지 밀도는 $4.0×10^{25}$ J/m³라고 함. 질량 밀도로 환산하면 납의 1만 배를 넘음.

M87*의 평균 밀도는 공기보다 낮아 약 0.44 kg/m³라는 사실도 재밌음. 해수면 공기는 약 1.2 kg/m³인데, 실제로 그런 환경에 가져다 놓으면 주변 공기부터 붕괴할 거라 단순 비교일 뿐임.

바깥 관측자 기준으로는 지평선에서 시간이 멈춘 듯 보이지만, 낙하 관측자는 그렇게 느끼지 않는다는 점이 늘 이상했음.

중성자별보다 이론상의 쿼크별이 더 고밀도일 수 있다는 반론도 있음.

특이점이 점이 아니라 2차원 표면이라는 발상은 내겐 낯설지만 상대론에서는 자연스러워 보임. 정말 그렇다면 호킹 복사와 블랙홀 열역학, 양자중력에 어떻게 이어지는지 궁금함.

비물리학자에게는 블랙홀을 '한 방향 문'이라고 설명하는 편이 낫다고 봄.

나는 '아주 고밀도 물체'라는 설명도 질량에 따라 오해를 부른다고 생각함. 초대질량 블랙홀은 태양계 크기일 수 있고 평균 밀도도 낮으니, 빛조차 빠져나오지 못하는 공간 영역이라고 말하는 쪽이 정확함.