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인공 블랙홀로 호킹 복사 관측 성공했다?
  • 정희용 IT칼럼니스트
  • 승인 2016.08.19 10:30
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이스라엘 과학자인 제프 슈타인하우어(Jeff Steinhauer)가 인공 블랙홀을 만들어 스티븐 호킹 박사가 1974년 발표한 이론인 호킹 복사(Hawking radiation)와 비슷한 현상을 발표했다.

슈타인하우어가 만든 인공 블랙홀은 진짜 블랙홀처럼 빛을 포함해 뭐든 빨아들이는 게 아니라 시험용 튜브에 유체를 흐르게 하고 이를 음속 이상으로 가속, 음향적인 사건지평선을 만들어낸 것이다. 실제 블랙홀에선 빛이 도망가지 않을 위치에 사건지평선이 발생하지만 이 인공 블랙홀에선 소리가 도망칠 수 없는 위치에 사건지평선이 만들어지는 것이다.

블랙홀은 보통 모든 물질을 끌어들여 빛도 놓치지 않을 만큼 강력한 중력을 갖고 있기 때문에 우주 공간에 까맣게 아무 것도 보이지 않는 구멍이 보일 것으로 추정되고 있다. 하지만 호킹 박사는 양자 효과를 고려하면 여기에서 열적 방사가 있어야 하며 사건지평선에서 전자파 같은 에너지가 나오는데 블랙홀은 완전한 블랙이 아닌, 그러니까 아무 것도 방출하지 않는 건 아니라고 말했다.

진공 중 아무 것도 존재하지 않는 부분에서 항상 쌍으로 입자가 발생하고 있으며 이들이 빨리 결합하고 소멸하는 동작을 반복하고 있는 것으로 여겨지는 것이다. 사건지평선보다 블랙홀 중심에 가까운 곳에선 입자가 발생해도 블랙홀에만 몰리는 것으로 끝나버린다.





그런데 사건지평선에선 한쪽 입자만 블랙홀에 빠지고 다른 하나는 밖으로 도망갈 가능성이 있다는 것이다. 이렇게 되면 도망간 입자는 외계에서 블랙홀이 방출한 에너지, 그러니까 호킹 복사로 관측할 수 있게 된다.

호킹 박사는 이런 현상이 장기간 반복되면서 결국 블랙홀이 증발해 사라질 것으로 봤다. 슈타인하우어는 실험을 통해 인공 블랙홀을 7년에 걸쳐 제작했다. 인공 블랙홀이 가스를 절대 0도 근처에서 냉각, 보즈-아인슈타인 응축이라고 불리는 상태의 가스를 튜브에 흘리고 이를 레이저로 음속 이상으로 가속, 음향으로 사건지평선을 만들었다.

그리고나서 이런 음향 사건지평선에서 포논 한쌍을 발생시켜 포논 한쪽은 블랙홀에서 방출하도록 해 호킹 복사와 같은 현상이 발생하는 걸 확인했다는 것. 슈타인하우어는 고에너지 포논의 양자적 얽힘 상태를 나타내는 것으로 밝혀졌다면서 이는 호킹 복사의 중요한 증거가 되는 특징이라고 설명하고 있다.

물론 이 실험 결과에 대해 일부 학자들은 포논 얽힘 상태가 낮은 에너지 상태에서 관측되지 않은 점을 들어 불완전한 결과라고 하기도 한다. 하지만 한편으로는 호킹 복사를 어떤 식으로든 재현한 건 이번이 처음이며 실험 결과에 결함이 없다는 게 확인된다면 힉스 입자만큼 대단한 사건이라는 목소리도 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.

정희용 IT칼럼니스트  flygr@naver.com

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