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대폭발이 블랙홀 내부에서 일어났을 수 있다는 연구 결과

 (port.ac.uk)
2P by GN⁺ 3일전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 최근 연구에서 대폭발(Big Bang)이 사실 블랙홀 내부에서 발생했을 가능성 제기
  • 이 가설은 우주 기원에 대한 기존 표준이론을 보완 또는 변화시킬 수 있음
  • 블랙홀 내부의 특이점과 양자 중력 현상이 중요한 핵심 주제임
  • 관측 데이터와 이론 물리 기반 분석을 바탕으로 새로운 전망 제시됨
  • 우주 탄생 및 초기 과정에 대한 이해 확장 및 탐구 방향성 제시

대폭발(Big Bang)과 블랙홀 내부 기원 가설

최근 발표된 연구에 따르면, 우주의 기원으로 잘 알려진 대폭발(Big Bang)은 실제로 블랙홀 내부에서 발생했을 가능성이 언급됨. 기존 표준 모델에서는 대폭발이 시간과 공간의 완전한 시작점이라고 이해하지만, 새로운 이론은 대폭발 이전에 이미 블랙홀 같은 천체 내부에서 주요 현상이 시작되었을 가능성을 고려함.

기존 표준 이론과의 차별점

  • 표준 우주론에서는 특이점(singularity) , 즉 모든 것이 무한히 밀집된 한 점에서 우주가 시작했다는 관점이 주를 이룸
  • 새로운 연구는 이 특이점이 블랙홀 내부에 존재했고, 블랙홀의 내부적 조건과 양자 중력 효과로 인해 대폭발과 같은 현상이 발생했을 가능성을 탐구함
  • 이 이론은 스티븐 호킹 등 일부 이론물리학자들의 선행 연구와도 맞닿는 측면을 보임

연구 방법과 주요 논점

  • 연구진은 최신 관측 데이터와 이론 물리 계산을 바탕으로 블랙홀 내부의 시간적·공간적 구조를 자세히 분석함
  • 블랙홀 내에서 시간과 공간의 성질이 일반적인 우주와 다르게 작용할 수 있음을 강조함
  • 이에 따라 우주가 처음 등장한 방식과 팽창 과정에 대한 새로운 해석 가능성을 제시함

의미 및 향후 탐구

  • 이 가설은 우주의 탄생과 초기 조건에 관한 논의에 큰 영향을 줄 수 있음
  • 알고리듬 발전 및 수치 모형 연구를 통해, 블랙홀 내부 기원 가설의 타당성을 더욱 검증할 수 있음
  • 기존 표준 모형을 대체하기보다는, 보완적 시도로 우주 기원을 이해할 새로운 틀을 제공함

결론

이 연구는 우주론과 블랙홀 연구, 그리고 양자 중력 문제 등 다양한 분야와 긴밀히 연결되어 있음. 대폭발을 둘러싼 오랜 의문에 대한 새로운 관점을 제안하며, 향후 심층적인 논의와 실험적 검증을 촉진시키는 계기가 될 전망임.

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GN⁺ 3일전  [-]
Hacker News 의견

  • 이 주제와 관련해 "무엇이 걸려 있는지" 궁금증이 생김, 본문에서 다루는 예측들이 먼 미래에 중요한 문제로 이어질까 궁금증, 혹은 가까운 미래의 문제에도 도움이 되는지 알고 싶음, 연구 자체를 폄하하려는 의도가 아니라 순수한 호기심임

  • 이 요약문을 작성한 사람이 논문의 저자 중 한 명이라는 점이 인상적임, 과도한 단순화 부담은 있지만, 최소한 과학을 잘못 이해할 위험성은 제거된다는 점에서 장점

    • 정말 재미있게 읽음, 더 많은 연구자들이 화이트페이퍼와 블로그글을 같이 올리면 좋겠다는 바람임, 물론 모든 과학자가 블로그를 잘 쓰거나 쓰고 싶어하는 건 아니라는 점도 이해함, 그리고 연구자의 블로그 인기(바이럴성)만으로 평가받는 세상이 온다면 걱정이 되기도 함

    • 대학 홍보팀이 과장된 글을 쓰는 것보다는 훨씬 낫다는 생각임, 괜히 세계 최초니 패러다임의 전환이니 식상한 수사를 반복하는 대신, 작성자가 진짜 중요한 점에 집중함, 예를 들어 이게 실험적으로 검증 가능한가? 가능하다면 어떻게 관측해야 하는가에 초점을 맞춤

    • 정말 좋은 글이었음, 이 사람이 제시한 해법은 정말 단순하면서 기존 모델들의 문제를 완전히 해결하는 느낌임, 아마 모든 블랙홀마다 그 안에 각기 다른 우주가 있을 수도 있다는 상상

  • 흥미로운 이야기지만, 저자 말이 맞아서 실제로 우주가 더 큰 블랙홀 내부에서 탄생했다 해도, 그렇다면 그 상위 우주는 어떻게 생성된 것인지 또 다른 궁금증이 생김, 이는 영원히 알 수 없는 문제일 수도 있음

    • 어쩌면 더 큰 우주와 그 안에 든 우주가 똑같이 닮은꼴(프랙탈) 구조일 수도 있음, 그럼 이 의문이 해결된다는 생각

    • 밑이 거북이로 끝도 없이 이어진다는 우스갯소리

    • 이건 우주를 너무 3차원적인 관점으로 본 셈이라는 느낌

    • 양자역학을 공부해 보면 "상상 가능한 모든 것이 동시에 실제로 존재한다"는 측면으로 우리를 안내하는 듯함, 즉 모든 가능한 우주와 물리 법칙이 실제로 어떤 형태로든 다 존재하고, 우리는 그 중 하나에 속할 뿐임, 마치 지구가 태양계의 특별한 행성처럼 보이지만 사실 우주 입장에선 그렇지 않다는 사실과 비슷한 인식

  • 이 주제에 대해 예전부터 궁금증이 엄청 많았음, 물리학 교육을 받지 않았지만 블랙홀 질량이 슈바르츠실트 반지름에 선형 비례한다는 걸 알게 된 후 정말 그럴듯해 보였음, 블랙홀 크기가 커질수록 밀도는 감소하게 되고, 우리 우주가 대규모에서 밀도가 거의 일정하다는 관측과 결합하면, 결국 특정 지점에서 초거대 블랙홀의 감소하는 밀도와 우주 전체의 고정된 밀도가 만나는 교차점이 있을 거란 생각임, 동료들과 물리 이야기를 종종 나누지만 명확한 답은 듣지 못함, 게다가 여기에 관련된 함의는 정말로 흥미진진함

    암흑에너지가 실제 에너지를 대신 설명하는 방식에 다소 불편함을 느낌, 보통은 ‘모든 것을 밀어내는 원인’이라 소개되는데, 오히려 암흑에너지는 에너지가 우주에서 빠져나가는 일종의 마이너스 에너지, 즉 전체 에너지의 손실처럼 보임, 고전적 물리에서 두 물체가 멀어질수록 잠재적 에너지가 저장되고 나중에 회수 가능하지만, 암흑에너지는 이와 다르게 거리가 멀어질수록 오히려 계속 더 빨리 멀어지게 함, 즉 세계적 관점에서 보면 에너지 손실 구조임, 양자적 세계에서도 이 현상은 이어짐, 고주파 광자가 저주파로 바뀜, 암흑에너지는 우주에서 돌이킬 수 없이 빠져나가는 에너지처럼 생각됨, 마치 블랙홀 내부에서 증발처럼

    현실에서 이 질문을 하면 보통 암흑에너지의 "에너지" 성분은 우주의 "장력" 형태로 노멀라이즈되어 있는 것이라는 답을 듣지만, 이 설명이 그리 만족스럽게 들리진 않음

    • 예전에 HN에서 본 기발한 이론이 떠오름, 왜 우주가 점점 더 빠르게 팽창하는가에 대한 가설 중에 질량에 따라 시간의 속도가 다르게 흐른다는 설명이 있었음, 은하들 사이의 공간(보이드)에서는 시간이 은하 내부보다 더 빠르다는 가정인데, 전체 우주적 스케일에서는 이 누적된 차이가 커질 수 있음, 나 같은 비전공자 입장에서는 그럴듯하다고 느낌

    • “암흑에너지가 우주에서 빠져나가는 에너지처럼 느껴진다, 블랙홀 내부에서 증발하는 것처럼…”이라는 생각에 대해, 사실 블랙홀은 물질이 이벤트 호라이즌으로 유입되면 크기가 더 커지고, 증발하면 작아지는 구조가 됨, 우주 팽창과 에너지 손실을 블랙홀 프레임에 빗대면, 오히려 더 많은 에너지가 유입되는 셈이라는 반론

    • 우주의 질량 추정치를 슈바르츠실트 공식에 대입해보면 관측 가능한 우주 크기와 엄청나게 근접함을 알게 됨

    • “암흑에너지를 마이너스 에너지로 보는 게 더 그럴듯하지 않냐”는 질문에 대해, 또 다른 비전공자 입장에서 생각함, 블랙홀에서 이론상 잃는 에너지는 너무 미약해서 탐지 불가이고, 암흑에너지의 총량은 관측 우주에서 가장 큰 구성 요소임, 수치적으로 답이 맞는지 의문

    • 관측상 우리 우주가 대규모에서 균질 밀도를 보인다는 주장 중, 사실 recombination(재결합) 시점에서는 그랬지만 지금까지의 진화 과정을 전부 균질하다고 보는 가정이 LCDM(람다-콜드다크매터) 표준이지만 이 역시 실증적으로 충분히 근거가 있는 건 아니라고 봄 Cosmic web, Inhomogeneous cosmology 참조

      “암흑에너지는 마이너스 에너지 같다”는 데 직관적으로 동의, 아인슈타인 방정식에서 람다 항을 에너지-운동량 텐서 쪽으로 옮기면 실제로 음의 역할을 하고, 관측 결과 람다가 양수인 것으로 보임

      고전 계(system)에서는 두 대상이 멀어질수록 저장된 잠재 에너지가 나중에 회수될 수 있지만, 암흑에너지는 그런 구조가 아님(더 멀어질수록 가속), 즉 글로벌 관점에서 에너지 손실이라고 볼 수 있음

      일반상대성이론에서는 에너지 보존이 전체 우주적(글로벌)으로 성립하지 않음Conservation of energy, 국소(local)적으로만 성립하며, 심지어 시간-공간의 에너지를 엄밀하게 정의하는 것도 어려움Stress–energy tensor, Mass in general relativity

      암흑에너지(코스모로지컬 상수)는 말 그대로 상수라서 공간이 팽창하면서 에너지 손실이 있더라도 중력 상수가 바뀌는 건 아님, arxiv 논문 참고

  • 이번 논문이 핵심으로 삼는 ‘페르미온 바운스’ 이야기를 보면 우리가 알고 있는 질량과 에너지 규모를 비교했을 때 결과적으로 엄청난 블랙홀이 됨, 그만큼 큰 블랙홀이 존재했다면 그게 어떤 환경에 있었는지도 새삼 궁금증, 그게 양의 곡률로 인해 안에서 왔다갔다 갇힌 상태더라도…

    다만 블랙홀-우주 이론과 관련된 논의는 꽤 오래됐음, 혁명적이거나 급진적인 대안이라 보긴 어렵고, 이벤트 호라이즌 개념만 이해해도 자연스럽게 떠올릴 수 있는 생각임, 이번 논문의 새로운 점은 ‘분석적 해’를 냈다는 데 있음

  • 하드 SF 읽을거리로 Gregory Benford가 1999년에 쓴 "Cosm"을 추천함, 실험실에서 볼링공 크기의 소우주를 만들고, 그 과학자가 정부 요원을 피해 우주를 지키려고 노력하는 얘기임, 이 우주는 시간도 크기만큼 상대적이라 오래 기다릴 필요도 없다는 게 흥미 포인트

    • 추천 목록에 바로 추가함, HN에서 SF 추천을 자주 볼 수 있어 정말 좋음, 다만 좋은 책이 너무 많아 읽어야 할 목록만 쌓여서 평생 다 못 읽을 듯한 한숨

    • 이 설정은 "Horton Hears a Who"(허튼 헤어스 어 후)랑 비슷하다는 생각

    • 비슷한 고전으로 Theodore Sturgeon의 "Microcosmic God"(1941) 언급

    • Star Trek DS9에 이런 비슷한 에피소드가 있었던 것으로 기억

    • Rick and Morty 시즌2 에피소드 6 'The Ricks Must be Crazy'에서 Rick이 자기 우주선 배터리로 쓰기 위해 마이크로버스 전체를 만들어내고, 그 안의 과학자가 또 미니버스를 만드는 에피소드도 떠오름

  • 어디선가 우리 3D 우주가 4D 블랙홀 내부에 있다는 가설을 읽은 적이 있음, 블랙홀 이벤트 호라이즌을 넘게 되면 반지름 좌표가 시간처럼 변해 1차원의 자유도가 사라진다는 이론, 대신 각방향 공간은 여전히 움직일 수 있기에 N-1 차원 우주가 형성, 즉 3D 우주는 4D 블랙홀에서 유입된 물질, 3D 블랙홀은 2D 플랫랜드, 그리고 바깥 4D 우주는 또 5D 블랙홀… 식의 상상임

    • 4차원에서는 컬 연산자(curl operator)가 안 된다는 지적

    • "이벤트 호라이즌을 넘으면 반지름 좌표가 시간처럼 변해 1공간 차원을 잃는다"는 말에 대해, 시간 좌표 역시 동시에 공간적으로 바뀌기 때문에 여전히 3차원 자유도가 남음, 차원이 그냥 사라지는게 아니고, 시공간이 4D 로렌츠 매니폴드라는 물리학적 전제를 따름, 게다가 블랙홀 특이점은 일종의 미래에 속해 있어, 실제로 입자로 건드릴 수 있는 '장소'가 아니란 설명

    • 그 다음에는 "우리 우주의 익숙한 물리 상수가 사실은 고차원에서 끈처럼 당겨진(spaghetified) 잔재일지도"라는 상상 게임도 있음, 예전에 빛의 속도 c가 바로 그런 spaghettified 상수라고 생각해 본 적이 있음, 아마 모든 상수가 상위 우주의 잔재일 수도 있다는 농담

    • 1차원 블랙홀 안에는 무엇이 있을까 궁금증

  • “빅뱅은 우주가 폭발적으로 탄생한 특이점”이라는 묘사에 대해, 언론에서는 이렇게 자주 보도하지만 실제로는 현재의 표준 이론이 아니라는 점, "빅뱅 이전에 시공간이 없었다"는 식의 시나리오는 스티븐 호킹의 개인적 견해에 더 가까움

    • 더 정확한 설명은, 현재 우리의 이론은 "빅뱅" 이전을 설명할 방법 자체가 없다는 것임, 양자중력이 필요한 지점까지 이론으로 도달하면 우리의 수학이 완전히 깨짐, 그래서 빅뱅 이전 상태에 대해 그 어떤 주장도 할 수 없는 상황, 즉 빅뱅 이전에 시공간이 없었다는 얘기도 어디까지나 추측일 뿐임, 언론에서는 끊임없이 이런 추론을 '과학 뉴스'처럼 보도하지만, 본질적으로 과학은 이 문제에 공식적 입장이 없었고, 모든 주장이 전부 추측임, 언론이 이런 추측을 자주 과학의 결론처럼 잘못 전달

    • 많은 사람들이, 의식적으로든 아니든, "빅뱅 이전이 없다"는 표준모델(람다-CDM)의 본질을 잘 이해하지 못하는 듯함, t=0 이전에는 시간 개념 자체가 없는 구조

    • 현재 표준 이론이 정확히 무엇인지 궁금증

    • 결국 언젠가는 우리 우주의 주기가 하나뿐이 아니라는 것, 즉 우리가 유일한 우주, 유일한 사이클이 아니라는 사실이 밝혀질 거라 예감함, 역사적으로도 지구가 우주 중심이라는 생각에서 태양계 중심, 그리고 이제는 우리 우주가 우주들 사이에 별로 특별할 것이 없다는 인식 단계로 온 것 같음

    • "스스로 발생했다"는 우주 탄생을 받아들이기 힘들다면 신을 믿는게 별반 다르지 않을 거라는 우스갯소리

  • “Penrose의 정리에 따르면 양자적 배제 원리(두 페르미온이 동일한 상태를 점유 불가)가 물질이 무한정 압축되는 걸 막는다, 그래서 붕괴가 중단되고 되튕김이 발생한다”는 논문 설명에 대해, 그렇다면 왜 중성자별은 이런 배제 원리를 지키고 있음에도 블랙홀로 붕괴하는지 질문

    • 블랙홀은 시공간의 거시적 왜곡이고, 국소적인 양자 특성만의 현상이 아니기 때문이 아닐까라는 추측

    • 중성자별이 블랙홀로 붕괴하는 이유 중 하나는 강제적으로 전자가 양성자와 결합해 중성자와 중성미자를 만드는 '전자포획' 현상 때문, 압력이 충분하면 여러 단계의 축퇴물질(degenerate matter) 상태를 거치는데, 이론적으로 마지막 축퇴 단계에서는 슈바르츠실트 반지름보다 작은 크기의 물체도 가능해짐, 그러나 이러한 물질 상태는 관측 불가라 불확실성이 큼, 슈바르츠실트 반경 내부에서 일어나는 현상은 아무도 모름, 다양한 아이디어는 있지만 확정적 설명은 없음, 블랙홀 특이점 근방의 양자 물리 현상은 아직 미지

    • 질량이 충분히 크면 중력이 워낙 강해서 모든 페르미온이 서로 다른 상태에 있어도 붕괴가 계속된다는 게 답변

  • “블랙홀 우주 이론은 우리 우주 전체가 상위 우주 내 블랙홀 내부에서 생성됐다는 관점”이라는 설명에서, 그렇다면 우리 우주 블랙홀 안에도 또 다른 우주가 있는지? 상상만으로 충격적인 이야기라는 반응

    • 이런 아이디어는 이미 예전부터 있었음, 다만 블랙홀 안의 우주를 ‘포함’한다고 표현하는 건 정확하지 않을 수도 있음, White hole Big Bang/Supermassive White Hole 문서 참조

    • Men In Black 영화가 사실 다큐멘터리였던 게 아니냐는 농담

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