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죽은 별은 복사를 하지 않음

 (johncarlosbaez.wordpress.com)
1P by GN⁺ 2일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 최근 논문에서 모든 무거운 물질이 Hawking 복사를 방출하며 죽은 별도 결국 사라진다고 주장함
  • 이러한 주장은 바리온 보존 위반을 내포하며, 기존 이론과 충돌함
  • 전문가들은 이 논문의 계산법이 부정확하다고 비판하며, 실제로 정적인 질량의 중력장은 입자-반입자 쌍을 생성하지 않음
  • 수십 년 전 Ashtekar와 Magnon 등은 정적 시공간의 진공이 안정적임을 엄밀히 증명함
  • 최근 잘못된 보도를 중심으로 과장된 뉴스가 넘쳐나지만, 기존 물리학적 원칙은 변하지 않음

죽은 별의 Hawking 복사 주장

최근 Michael F. Wondrak, Walter D. van Suijlekom, Heino Falcke 세 연구자는 블랙홀뿐 아니라 모든 무거운 물질이 Hawking 복사를 방출한다고 주장함

  • 이들은 차가운 죽은 별조차도 Hawking 복사를 하여 서서히 질량을 잃고 결국에는 존재가 사라질 것이라 주장함
  • 이러한 주장에 따르면 우주의 소멸 시점이 기존 예상보다 훨씬 앞당겨질 가능성이 언급됨

이 이론은 기존의 바리온 보존 법칙을 위반함

  • 별을 이루는 양성자와 중성자의 소멸 메커니즘에 대한 명확한 설명이 없음
  • 이들은 별의 중력장이 입자-반입자 쌍을 생성해 별이 질량을 잃는다고만 주장함

전문가들의 반응

만약 전문가들이 이 주장이 타당하다고 여긴다면, 이는 양자 중력이론 분야에서 혁명적인 사건이 될 내용임

  • 기존에는 정지한 물질은 Hawking 복사를 방출하지 않는 것이 정설이었음
  • 만약 이론이 맞다면, 곡률 시공간에서의 양자장론은 바리온 수 보존이 깨질 수밖에 없으므로, 물리학에서 큰 충격이 됨

하지만 실제로는 이 논문들이 물리학계에 거의 영향을 끼치지 못함

  • Antonio Ferreiro, José Navarro-Salas, Silvia Pla 등의 논문에서 이들이 단순화한 근사법이 심각한 오류를 내고 있음을 지적함
  • E. T. Akhmedov 등도 비슷한 비판을 제기함

진정한 전문가들은 정적인 질량의 중력장이 입자-반입자 쌍의 생성을 유발하지 않음을 이미 1975년 전부터 알고 있었음

언론 보도와 대중의 오해

Wondrak 등이 제출한 논문은 전문적 심사를 거쳤으나, 실제로 해당 분야 전문가에 의해 검증된 것이 아님

  • 유명 물리학 저널에 실렸다고 해서 무조건 신뢰할 수 없음
  • 이 주장을 다룬 언론 기사들은 사실관계를 제대로 확인하지 않고 자극적으로 보도함

대표적인 기사 예시

  • CBS News: “우주가 기존보다 훨씬 빨리 소멸할 것”
  • Space.com, Forbes 등 여러 매체에서 이슈를 부각하여 대중적 혼란을 가중시킴
  • 허위 정보가 빠르게 확산되어 올바른 사실이 전달되기 어려운 상황임

엄밀한 이론적 배경

실제 Ashtekar와 Magnon(1975)은 곡률 시공간에서의 양자장론을 엄밀히 연구함

  • 정적인 시공간에는 ‘어디서나 시공간 대칭(timelike Killing field) ’이 존재한다면 진공 상태가 안정적임을 증명함
  • 이 조건에서 입자-반입자 쌍의 자연 발생(자발적 생성) 이 일어나지 않음

Robert Wald의 교과서에서도 이러한 내용이 상세히 다루어짐

  • 곡률 시공간에서의 에너지 개념 정의, 진공의 안정성, 입자/반입자 구분의 엄밀한 방법을 설명함
  • Schwarzschild 해(즉, 정지 블랙홀)도 Killing field를 갖지만, 사건의 지평선에서는 성질이 달라져서 이 결과가 직접 적용되지 않음

Ashtekar와 Magnon, 그리고 Wald의 연구에 따라, 정적 천체의 중력장은 입자 생성 현상을 설명하지 않음이 정설로 자리잡게 됨

결론 및 현재 상황

  • 별이나 물질의 정적인 중력장은 Hawking 복사나 입자쌍 생성을 유발하지 않는 것으로 수십 년간 확립된 내용임
  • 최근 논문에서 제시한 근사계산 방식은 이와 상충하며, 그 오류도 이미 여러 곳에서 지적됨
  • 이 사안은 근사방법의 결함 때문에 오랜 논의를 필요로 하지 않음
  • 50년 이상 전에 이미 논의가 정리된 문제여서, 새로운 결과라 하기도 어려움
  • 최근 논문은 기존 이론의 깊이를 따라가지 못하는 과장 및 오해의 소지가 있음

참고 자료

  • Abhay Ashtekar, Anne Magnon: Quantum fields in curved space-times (1975)
  • Robert Wald: Quantum Field Theory in Curved Spacetime and Black Hole Thermodynamics (1994)
  • Valeria Michelle Carrión Álvarez의 박사학위 논문(2004) 등

죽은 별을 비롯한 정적 천체는 Hawking 복사를 방출하지 않는다는 점이 수십 년간의 이론적, 실험적 연구로 명확히 확인된 상황임

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GN⁺ 2일전  [-]
Hacker News 의견

  • 우주에는 아직 우리가 놓치고 있는 무언가가 있다고 생각하고, 앞으로 수십억 년 동안 이어질 거대한 이론들은 그걸 포함하지 못하고 있다는 느낌을 받는 감각

  • 중력 퍼텐셜 웰의 탈출속도가 빛의 속도보다 빠르지 않다면, 이 상황에서 Hawking radiation이 어떻게 발생하는지 의문점 제기. 가상 입자 쌍 모두 살아남고, 한쪽이 사건의 지평선을 넘지 않았다면 사라지는 이유가 없다는 문제 제기

    • Hawking radiation에 대한 '쌍 중 한 입자가 사건의 지평선에 갇힌다'는 설명은 실제 현실의 단순화된 비유에 불과하다는 점 상기. 실제로는 사건의 지평선에서 일어나는 입자(또는 장)의 산란이 진짜 현상이라는 설명. Hawking 자신도 이런 그림은 단지 휴리스틱적 비유일 뿐 절대로 문자 그대로 받아들이면 안 된다고 강조했다는 지적
    • 실제로 저 비유는 Hawking radiation의 작동 원리를 설명하려고 만든 허구적 예시일 뿐이며, 과학 저널리스트들을 만족시키기 위한 과장된 은유에 불과하다는 의견

  • 왜 질량이 큰 천체들은 중력파 방출을 하지 않는지 간단히 이해할 수 있는 방법에 대한 질문. 가속받는 관측자는 Unruh 효과로 열복사를 본다는데, 행성 위에 서 있으면 중력에 의해 가속 중이므로 Unruh 복사를 보게 되는지, 이것이 Hawking radiation과 어떤 관련이 있는지 궁금증 제기

    • 일반인 입장에서 보면, 행성 위에 서 있을 때는 실제로 가속받고 있는 것이 아니고, 바닥이 받쳐주고 있으므로 자유 낙하 중이 아니라면 실제 가속이 없다는 지적

  • 며칠 전 비슷한 논평을 썼다는 사실을 즐겁게 언급. 해당 논문의 내용은 터무니없고, 프리프린트 서버엔 동료 검토를 통과하지 못할 논문이 올라올 때가 있다는 점 경고. 보도매체는 이에 대해 조심할 필요가 있다는 점 강조

    • 해당 논문은 PRL에도 실렸기 때문에 자신도 비슷한 논문을 써서 보냈으면 경력에 도움이 되었을지도 모르겠다는 농담
    • 논문이 엉터리인지 아닌지와 상관없이, 비판적 평가에서 인용된 ‘충격적인 발견에 관한 기사라면 과학 기자는 반드시 전문가에게 사실 확인을 해야 한다’는 태도에 대해, 그런 태도라면 과거 전문가들이 지구가 평평하거나 태양이 지구를 돈다는 잘못된 믿음을 퍼뜨렸을 때도 모두 믿게 되었을 것이라는 우려 표출

  • 이번 논란이 보여준 문제는 원 저자들이 멍청했다기보다는, 학문 분야마다 지식이 나눠진 채 흩어져 있다는 현실. 모두의 지식 발전이 목적이라면 이런 분할된 지식 상태는 바람직하지 않다고 생각한다는 의견. 학계 내부에서 연관 분야에 문제가 발생하고 있다는 지적

    • 정말로 그 정도로 분절되어 있는지 의문 제기. 해당 논문에 등장하는 ‘글로벌 타임라이크 킬링 벡터’ 조건은 양자장론에서 기초적으로 다루는 것인데, 논문 저자들이 관련 없는 것도 아니니 언급 정도는 해야 했다는 아쉬움. 연구진이 사악하거나 멍청한 건 아니지만, 충격적인 결론을 내면서 전문가와 충분히 논의하지 않은 점은 경솔했다고 생각
    • 실제로는 연구계의 목표가 가능한 한 널리, 공개적으로 논문을 발표하는 것이니 진짜 지식의 분절은 아니라고 생각. 하지만 대부분 연구자들이 프리프린트로 공개 발표하기 전까지는 결과를 꽁꽁 숨기는 경향이 있어서 자신의 연구에 이미 치명적 문제가 있음을 아무도 일러주지 못하는 경우가 많다는 현상. 결국 수많은 연구자 간 네트워킹, 인풋, 피드백 과부하 등 인적 한계가 존재. 이런 홍보성 보도자료가 사실 확인 없이 언론에 나가는 것은 막을 수 있겠지만, 근본적 문제는 아니라고 지적
    • 또 다른 측면으로, 원래 논문 저자와 대중 과학 기자들은 어디서 잘못됐는지 모르거나 대담한 주장이 왜 말이 안되는지 이해하지 못하는 경향이 존재. 이미 2년이 지나도록 논쟁이 끝나지 않는 이유인 고질적 문제
    • 실제 이슈는 나눠진 전문 지식보다도 대중이 자극적인 이야기의 유포와 논의를 좋아하는 심리라는 점. 전문가의 반론이 재미를 망치기 때문에 잘 들으려 하지 않는다는 설명. HN에도 해당 논문의 반박 댓글이 있었으나 많은 사람이 이를 심심풀이 재미를 위해 외면했다는 경험담
    • 논문 내용이 ‘분절된 지식’ 때문은 아니며, arxiv에 모두 공개되어 있음. 문제는 누구나 자신의 전공 밖에서 실수하기 쉽다는 점. 과학의 본질은 많은 사람의 검토를 거치도록 하는 것이고, 논쟁 끝에 결론이 정리되는 시스템의 작동 사례로, 시스템은 잘 돌아갔다는 긍정적 관점. 다만 새로운 아이디어가 신문 기사로 포장되기 전 걸러지는 장치는 부족하다는 점 인정

  • ‘만약 바리온 수 보존이 깨진다면 정말 충격적’이라는 주장에 대해, 오히려 이는 오랜 전에 Hawking radiation에서 논의된 논리적 귀결 아닌지, 이미 오래전에 충격으로 받아들였다가 지금은 자연스럽게 보는 분위기라는 생각. 논문 저자 계산에 문제가 있을 수는 있지만, 블로그 글 내용에 너무 자명한 진술처럼 제시된 문장들이 오히려 신뢰를 깎는다는 느낀 점. 위키피디어와 MIT의 Daniel Harlow의 인용을 통해, 블랙홀 증발과 바리온 수 보존 불일치 가능성이 이미 잘 알려진 사실이라는 설명

    • 감정적 글쓰기보다는, John Carlos Baez가 인용한 PRL 논문의 전문적 평가처럼 깔끔하게 수식과 논리로 비판하는 방식이 더 읽기 좋다고 생각. 해당 논문에서는 논문 내 공식이 실제로 약전계 근사에서는 올바르지 않다는 점, 전자기적/중력적 쌍생성 상황을 제대로 다루지 못한다는 점을 전문가 수준에서 설명
    • 이미 많은 관련 논문과 교과서가 링크되어 있고, John Baez는 전문성 있는 인물이라는 신뢰 표명. 논쟁의 핵심은, 블랙홀 없이도 바리온 수 비보존이 가능하다고 주장하는 것이 정말 충격적이라는 점
    • 바리온 수 보존 법칙 위반을 측정하려는 실험들은 지구에서 흑홀 없이도 시도되고 있으며, 실제로 현재까지는 검출되지 않아 양성자의 반감기가 최소 2.4E34년 이상임이 입증된 상황. Quantamagazine의 관련 실험 기사와 HN 토론 소개
    • 표준모형 내에도 비섭동적으로 바리온 수 비보존 현상이 들어있다는 점 언급
    • 블랙홀 증발과 바리온 수 보존의 불일치에 대해, 실제로는 이런 양자 수 보존이 가능한 블랙홀 모델도 존재함을 강조. 펜로즈의 의견처럼 비물리적 가정(무한 시공간 등)을 반복적으로 인용하는 것은 잘못된 주장임을 비판. 대중 과학에서 “블랙홀 사건의 지평선엔 아무 일도 없다”와 “외부 관측자는 희생자가 블랙홀에 떨어지는 것을 절대 보지 못한다”라는 진술을 동시에 하곤 하는데, 두 관측자는 같은 우주에서 물리적 사건에 대해 서로 다를 수 없다는 논리적 지적. 논리적으로 정합적인 해석은 아무도 사건의 지평선을 넘지 못하고, 모든 양자 수가 보존되는 모델밖에 없다는 주장. 블랙홀 증발이 가속되는 현상 등, 모든 관측자 관점에서 일관적 해석 제시

  • 1975년 Ashtekar와 Magnon 논문에서 ‘시공간이 전역적으로 쌍곡선 구조’라는 가정에 관심이 간다는 지점 포착. 현대엔 시공간이 전역적으로 평탄하다는 가정이 보편적 아닌지 의문

    • ‘전역적으로 쌍곡선’은 시공간의 인과적 구조를 의미하며, 위키피디아 참고
    • 시공간 곡률과 공간 곡률의 차이는 별개이며, 세차원 단면이 평평해도 시공간 전체는 쌍곡적일 수 있다는 점. 일반상대론은 전체적 공간 곡률을 규정하지 않으니, 현재까지 특별한 증거는 없다는 설명

  • 단순화된 계산을 실제 현실처럼 다루어 영구기관을 제안하는 사례를 본 경험 공유

  • 고전적인 문제와 그것의 현재적 형태는 모두 이해되었지만, 이제 어떻게 할 수 있는지가 중요하다는 문제의식. 과학은 원래 허위 정보의 장이 아니어야 하지만, 현재로선 방어 체계가 부재함. 누군가는 거짓을 퍼뜨리는 데 돈을 받고, 반대로 거짓임을 지적하는 역할에 대한 보상이 없으니, 외부에서는 과학 내 논쟁이 정치 싸움처럼 보이고 결국 과학자 신뢰도가 훼손된다는 우려. 진짜 심각한 문제 제기

  • 저명한 연구자 Eskil Simonsson의 가르침처럼, ‘죽은 별도 여전히 빛난다’는 이치의 인용

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