[ 블랙홀 우주론 - 우리는 지금 블랙홀 안에서 살고 있다! ]
많은 사람들이 떠올리는 블랙홀(Black hole)의 이미지는 강한 중력, 조석력이 존재해서, 사람을 엿가락처럼 늘이는 이미지이지만, 블랙홀의 크기를 규정하는 슈바르츠실트 식에는 조금 다른 내용들이 포함되어 있다.
(블랙홀에도 몇가지 종류가 있지만, 간단한 분석을 위해서) 슈바르츠쉴트 식에서 블랙홀의 크기(반지름) R은 질량 M에 비례한다. 부피는 R^3에 비례하고, 질량은 R^1에 비례하기에, 평균밀도 ρ는 R/R^3 = 1/R^2 = 1/M^2에 비례하게 된다. 즉, 질량 M이 커질수록, 평균밀도 ρ가 빠르게 작아진다. 비유적으로 태양 질량의 100억배 이상인 블랙홀의 경우에는 물에 둥둥 떠다닐 수 있을 정도로, 같은 부피를 차지하는 물에 비해서도 가볍다.
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박인규 교수의 네이버캐스트 글 중에서~
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3596634&cid=58941&categoryId=58960
예를 들면, 영화 <인터스텔라>에 나오는 거대 블랙홀인 가르강튀아는 태양 질량의 1억 배나 되는데, 이 블랙홀이 만약 회전하지 않는 슈바르츠실트 블랙홀이었다면, 슈바르츠실트 반경 역시 1억 배가 된다. 이 경우 밀도는 ~ 2000kg/m^3 정도 밖에 안된다. 이 정도면 우리 주변에 흔히 볼 수 있는 벽돌의 밀도 정도다. 따라서 우리 일상의 물질도 엄청나게 뭉쳐만 놓으면 블랙홀이 될 수 있다는 이야기가 된다.
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원리적으로 블랙홀은 특별한 물질이 모인 대상이 아니라, 보통의 물질이더라도 어떤 반경(슈바르츠실트 반경) 안에 충분히 모아두기만 하면, 블랙홀이 되는 것이다. 식을 잘 보면, 질량이 작은 것은 블랙홀이 되기 위해서 밀도가 매우매우매우 높아야 하지만, 질량이 큰 것은 블랙홀이 되기 위해서 밀도가 높지 않아도 블랙홀이 될 수 있다.
그런데, 우리는 우주에 대한 관측으로부터 몇 가지 관측값을 갖고 있는데, 현재 우주의 임계밀도는 수소원자 5~6개 수준이고, 관측 가능한 우주의 크기는 대략 465억 광년(46.5Gly)이고, 전체 우주는 이보다 더 큰 것으로 추정하고 있다.
현재 우주의 밀도는 임계밀도와 거의 일치하는 상태이므로, 임계밀도 값을 구해보면,
이다. 이 값은 허블상수 H0 값에 따라 약간 달라진다. 대략 1m^3당 수소원자 5~6개 수준으로 지구보다 훨씬 낮은 밀도를 갖고 있다.
맨 위의 2번째 식으로부터, 우주 블랙홀의 크기, 반지름을 구해보면,
현재 우주의 임계밀도 또는 평균밀도(우주가 거시적인 규모에서 거의 균일하다고 추정하고 있으므로, 임계밀도와 평균밀도가 거의 같은 셈이다.)를 통해서, "우주 블랙홀"의 크기를 계산할 수 있다.
위의 값이 의미하는 바는, 현재의 임계밀도(1m^3당 수소원자 5~6개)를 갖고, 크기가 대략 R_UB=143억 광년 이상이면, 이 영역은 블랙홀이 됨을 시사한다.
물질이나 에너지가 분포하는 크기가(즉, 우주의 반지름이) 더 커질수록 블랙홀이 되기 위해 필요한 밀도 ρ는 작아지기에, 현재 우주의 밀도는 블랙홀이 되고 남음이 있는 셈이다.
우주의 크기 또는 질량 분포(반경) : (해당 질량이 만드는) 우주 블랙홀의 크기(반경)
143억광년 이하 ////////// 블랙홀 아님.
143억광년 //////////////// 143억광년
200억광년 //////////////// 391억광년
465억광년 //////////////// 4,916억광년
*예를 들어, 우주에서 질량(또는 에너지)분포가 대략 465억광년이라면, 이 465억 광년의 질량분포가 만드는 블랙홀의 크기(사상의 지평면, 사건의 지평면)는 대략 4,916억 광년이 되기 때문에, 465억 광년 크기의 질량분포는 필연적으로 블랙홀의 내부에 존재하게 된다.
현재 우리가 추정하는 관측 가능한 우주의 크기는 143억광년보다 더 크고, 전체 우주는 관측 가능한 우주보다도 더 클 것으로 추정하고 있기에, 우리 우주는 필연적으로 우주라는 거대 블랙홀의 내부에 존재하고 있게 된다.
즉, 우리는 지금 가칭 "우주 블랙홀"이라는 거대한 블랙홀 안에서 살고 있을 가능성이 높다. 단지 그 크기가 매우 크기 때문에 강한 조석력을 경험하지 않는 것이다.
이처럼 우리 우주가 블랙홀 또는 블랙홀 내부에 존재하는 모델을 블랙홀 우주론(Black hole cosmology)이라고 부르며, 이러한 모델은 1970년대에 등장한 것으로 보인다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole_cosmology
그러나, 블랙홀이 가지고 있었던 몇 가지 이미지인, 사람을 분해할 정도의 강한 조석력이나 특이점으로 모든 물질을 끓어당기고 있다는 논리나 허블법칙 등에 의한 팽창하는 우주 등은, 우리 우주가 만일 블랙홀이었다면, 모든 은하들이 특이점으로 붕괴했을 것이기에, 블랙홀 우주론이 현재의 관측 사실에 부합하지 않는 것으로 판단되었다. 따라서 블랙홀 우주론은 물리학계나 천문학계의 주류 모델이 되지 못하고, 대중 과학속에서나 일부 남아 있는 비주류 모델로 명맥을 이어오고 있는 실정이다.
즉, "우리가 블랙홀 내부에서 살고 있다"라는 블랙홀 우주론은 크게 2가지 취약점을 가지고 있다.
1) 블랙홀 내부에는 특이점이 존재하고, 모든 물질은 미래에 특이점에 떨어져서 소멸된다.
2) 우주는 팽창하고 있다. 블랙홀 우주론은 그 블랙홀 내부에서 은하들 사이의 멀어짐, 허블법칙을 설명하기 어렵다.
블랙홀 우주론 모델에 있어서 아주 어려운 문제이다. 그러나, 내가 누구인가~?
블랙홀의 내부를 탐사하기 위해 학생들을 보낸다는, 그 전설의 물리학과 출신이자,
입사지원서에 "원자로 안에서 근무 가능"을 외쳤던, 그 물리학도이다!
https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=25867991&memberNo=9433853
따라서, 다음 글에서는
특이점으로 붕괴하는 우주를 구원하고, 블랙홀 내부에서의 우주 팽창 문제를 해결해서,
모든 생명체들이 블랙홀 내부에서도 안전하게 생활할 수 있음을 증명 또는 설명해 보겠다.
--- 블랙홀 안의 생존자로부터~
Problems and Solutions of Black Hole Cosmology
https://www.researchgate.net/publication/359192496
Size and Expansion of the Universe in Zero Energy Universe
https://www.researchgate.net/publication/309786718
흠 음의 질량이라... 암흑물질 보다는 확실히 그럴듯하군... 그런데 반물질이 음의 질량이라는 이론이 있던데 그것과 당신의 이론중 어느게 더 빠르지?
반물질은 상대성이론의 총에너지식으로부터 음의 에너지 해가 나오고, 이것을 디랙이 반입자, 반물질로 해석해서 성공을 거두지만, 반물질의 에너지는 실제는 양의 에너지임. 즉 양의 질량을 갖는 대상으로 음의 질량과는 완전히 다른 대상임. 서로 다른 모델임.
반물질이 음의 중력질량(관성질량은 당연히 양으로 보겠지 그건 가속기에서 이미 관측되고있는 것이니)을 가지고 있다고 가정해서 암흑물질과 암흑 에너지를 설명하려고 시도하는 프랑스 학자들이 있음. 내가 본건 한 2010년경의 논문인데 더 오래된 논문이 있는지는 몰라서 물어본 것임. 나의 경우 암흑에너지는 아예 고려의 대상도 아니라 보는 편이고. 암흑물질도 현재의 이론은 말도안된다고 보는데. (차가운 암흑물질 이어야 하는데 빛 그리고 다른 물질과 상호작용하지 않는 암흑물질이 무슨수로 냉각되는가?) 음의 중력질량... 중력적 척력을 가진 물질이라면 일단 알려진 현상에 부합하게 아귀는 맞출수있음. 그래서 약간의 관심을 가지고 있는중. 이 이론이 정말일 가능성이 1%보다는 높다고 판단되므로 누가 먼저인지 궁금했음. ㅎㅎ
Jean-Pierre Petit가 주장한 Janus Cosmological Model이 있고, Bimetric model이라고 부르기도 하는 모델이 있음. 이 모델은 관성질량>0, 중력질량<0 인 모델을 주장하는데, 이렇게 가정하면, 반중력을 만들어내면서도 runaway motion 문제를 해결할 수 있음. 그런데, 원래 반물질이 물질과 대칭성을 가지면, 물질은 물질들로 이루어진 은하나 별을 형성하고, 반물질은 반물질로된 은하나 별을 형성하고, 두 은하(물질 은하-반물질 은하) 사이에는 반중력이 존재해서, 멀어짐. 그런데, 이 모델은 반물질로 된 은하가 존재해야하고, 이것은 우주에 대한 관측과 상이하기에, 모델의 추장자는 빛의 속도가 두개의 우주에서 다르다는 매우 기이한 가정을 통해서 이 문제를 피함.
내가 당신의 이론에서 주목한점은 음의 질량과 양의 질량 그리고 음의 질량간에도.. 즉 양과양의 질량간의 중력 제외하고는 다 척력으로 작용하는 점이었음. 이 경우 음의 질량은 은하간 공간에 엷게 퍼져 있을수밖에 없겠지.. 그경우 음의 질량이 반입자라면 조만간 검증될거라 생각중, 음 은하핵의 제트는 은하에서 멀리 떨어진 심우주에 미치니 그곳에서 쌍소멸로인한 감마선을 발생시키겠지. 그런게 있으면 입증 없으면 반증. 당신의 이론은 음의 질량의 실체가 아직 미정의로 남아있는듯. 반입자인가? 반입자가 음의 관성질량으로도 가속기내에서의 움직임을 설명할수있는가? 반입자가 아니라면 전하는 없는 일종의 암흑물질인가? .... 흥미로운 지적은 있긴했으나 아직 완성은 아닌듯. 하여간 지켜 볼테니 행운을 빔.
*문구를 약간 잘못써서 수정함. 야누스 모델은 중력질량과 관성질량의 등가원리가 성립하지 않고, 두 세계의 빛의 속도 또한 다름을 가정하는 문제 등이 있음. 어쨌든, 두 모델은 핵심 주장이 다름. 내가 나의 모델을 만들때, 그 사람의 주장을 알고 있진 못했고, 후에 researchgate 라는 연구자들 사이트에서, 그분이 직접 쓴 글에서 토론하다가 그분의 모델을 알게되었음. 야누스 모델 : 관성질량>0, 중력질량<0 음의 질량 모델 : 관성질량<0, 중력질량<0