사건의 지평선

아인슈타인 일반 상대성 이론

사건의 지평선이라는 용어는 사람들이 가장 많이 알고 있는 물리학자인 알베르트 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 나온다. 일반 상대성 이론에서 질량은 시공간을 휘게 한다. 이때 질량이 클수록 시공간을 많이 휘게 한다.

질량에 따른 시공간의 휘어짐에 따라 나타나는 힘을 중력 이라고 한다. 질량에 의해 휘어진 공간을 물체가 탈출하기 위해서는 일정 이상의 속도가 필요하다. 그 경계가 되는 속도를 탈출 속도 라고 한다. 질량이 큰 천체일수록, 천체와의 거리가 가까울수록 탈출 속도가 크며 탈출하기 어려워진다.

어떤 속도로 어느 지점을 지나느냐에 따라 탈출할 수도, 아니면 멀어졌다가 다시 돌아오는 궤도 운동을 반복할 수도 또는 천체로 빨려 들어갈 수도 있다. 이쯤에서 질문할 게 있다. 혹시 속도의 한계에 대해 알고 있는가 어떤 물체에 운동 방향으로 계속 힘을 가하면 속도를 계속 더 빠르게 할 수 있을 것 같지만 실제로는 그렇지 않다.

즉, 물질이 가질 수 있는 속도에는 한계가 있다. 바로 진공에서의 빛의 속도다. 물체의 속도가 빛의 속도에 가까워질수록 물체의 질량은 늘어난다. 빛의 속도에 근접하면 물체의 질량은 거의 무한대에 가깝기 때문에 더 이상 가속시키는 것이 불가능하다. 따라서 빛의 속도는 속도의 한계가 됐다.

물체의 속도에 한계가 있기 때문에 탈출 속도가 빛의 속도가 되는 경계선부터는 경계선 밖에서 안으로도, 안에서 밖으로도 그 무엇으로도 서로 관측이 불가능하다. 경계 안에서 일어난 사건은 경계 밖에 어떤 영향도 줄 수 없기에 이 경계를 사건의 지평선 이라고 한다.

일반 상대성의 이론 불랙홀

불랙홀과 반지름

단, 탈출 속도가 빛의 속도가 되는 지점이 생길 정도가 되려면 천체의 질량이 어마무시하게 커야 한다. 이렇게 빛조차 탈출할 수 없는 영역을 가진 천체, 그것이 바로 블랙홀이다. 혹시 블랙홀을 표현한 사진을 본 적이 있는가 특정 반지름을 기준으로 내부가 아무것도 보이지 않도록 표현한 이유가 바로 이것이다. 블랙홀의 경계가 사건의 지평선인 것이다.

어떤 별이든 성운이 모여 만들어지고 중력에 의한 수축과 핵융합 에너지로 인한 팽창을 반복하며 균형을 맞추며 반짝인다. 그중 질량이 아주 큰 별은 결국 엄청난 빛을 뿜어내는 화려한 초신성 폭발을 일으키며 블랙홀을 남기고 죽는다. 블랙홀이 된 별에서 일어나는 일은 블랙홀 밖에서는 알 수가 없다. 우리는 자연의 흐름 속에서 살고 있다. 결국 우리도 자연의 일부이기에 그 흐름과 같은 일생을 살아가고 있는 것 같다.