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당신이 알고 있는 블랙홀에 대한 모든 상식은 오류투성이이다!

옥스퍼드 대학교 천체물리학자이자, 70만 명이 넘는 구독자들의 열렬한 지지를 받는
유튜브 ‘베키 박사’의 운영자인 베키 스메서스트 박사가 들려주는 블랙홀의 진짜 이야기

블랙홀 하면 우리가 으레 떠올리는 이미지는 빛도 빠져나올 수 없는 시커먼 구멍, 모든 것을 가차 없이 빨아들이는 검은 구멍이다. 또한 우리와는 상관없는 머나먼 우주에 존재하는 무시무시한 천체라고 생각한다. 그러나 유튜브 채널을 운영하며 일반 대중의 눈높이로 우주에 대한 이야기들을 재치 있게 설명해온 저자는 이 모든 것이 사실이 아니라고 단언한다. 2019년에 처음으로 촬영된 블랙홀의 이미지는 눈이 부실 정도로 밝게 빛나고 있었다. 그뿐만 아니라 2014년에 관측된 바에 따르면, 블랙홀 주변을 지나가는 가스 구름은 블랙홀로 빨려들어가지 않았다! 그리고 놀랍게도 우리는 우리은하 중심에 있는 초대질량 블랙홀 주변을 돌고 있다. 저자는 이렇듯 우리가 알고 있는 블랙홀에 대한 지식에 잘못된 구멍들이 너무나 많다고 설명하면서, 블랙홀이라는 이름 자체부터 이런 오해를 불러일으킨다고 지적한다. 실제로 블랙홀은 검은 구멍이 아니다. 오히려 물질이 너무나 많이 엄청나게 높은 밀도로 쌓여 있는, 우주에서 가장 밝게 빛나는 산이다. 또한 빛조차 빠져나올 수 없을 정도로 모든 것을 엄청난 힘으로 빨아들이는 싱크대 구멍이나 진공청소기가 아니라 오히려 푹신한 소파 쿠션에 가깝다. 저자는 왜 이렇게 블랙홀에 대한 오해와 오류가 쌓이게 되었는지를 과학의 역사와 최신 연구 성과를 곁들여 흥미로운 이야기로 풀어놓는다. 이 책은 우리가 알아야 할 블랙홀의 진짜 모습을 생생하게 설명하는 동시에, 블랙홀에 대한 우리의 관점을 무시무시한 천체에서 우리와 함께 살아가는 친절한 이웃으로 바꿔놓는다.


블랙홀의 역사이자, 물리학의 역사를 아우르는
블랙홀의 진짜 모습에 대한 거의 모든 것
먼저 블랙홀이 왜 블랙홀이라고 불리게 되었는지 살펴보자. 블랙홀이라는 개념은 오래 전부터 존재해왔다. 1783년 영국에서 낮에는 성직자로 활동하고 밤에는 천문학자가 되어 하늘을 관찰한 존 미첼은 빛도 빠져나오지 못할 만큼 질량이 매우 큰 물체를 상상하며 이를 “검은 별dark star”이라고 불렀다. 1915년 독일의 물리학자이자 천문학자인 카를 슈바르츠실트는 일반상대성 이론이 발표되고 몇 달 지나지 않아 의도치 않게 아인슈타인의 공식들을 통해서 처음으로 블랙홀을 수학적으로 규명했다. 슈바르츠실트는 시간마저도 멈추게 하는 이 같은 물체를 “얼음 별frozen star”이라고 불렀다. 블랙홀이라는 표현을 천문학계에 본격적으로 도입한 사람은 미국의 저명한 물리학자 로버트 H. 디키로 추정된다. 1961년 댈러스에서 처음으로 열린 학술대회에서 디키는 발표를 하는 동안 “중력에 의해서 완전히 붕괴한 별”을, 인도 콜카타의 포트 윌리엄에서 “콜카타 블랙홀”로 불리던 지하 감옥에 비유했다고 한다. 그러나 블랙홀을 널리 알려 일종의 비유가 아닌 과학 용어로 자리매김하는 데에 가장 크게 기여한 사람은 존 휠러이다. 1968년 휠러는 뉴욕에 있는 NASA 고다드 우주연구소에서 “중력에 의해서 완전히 붕괴한 물체”에 관한 자신의 최신 연구 성과를 발표하면서 이 표현이 너무 길어 매번 반복하기가 힘들다고 농담조로 푸념했다. 그때 청중 가운데 누군가가 “블랙홀이라는 단어를 쓰면 어떨까요?”라고 제안했고, 휠러는 그 제안을 받아들여 이후 블랙홀이라는 표현을 본격적으로 사용하기 시작했다. 1969년에는 독일의 물리학자 페터 카프카가 처음으로 과학 논문에서 블랙홀을 언급했고, 1971년에 스티븐 호킹을 비롯한 여러 학자들도 그 뒤를 따르면서 블랙홀은 공식적인 과학 용어가 되었다. 그뿐만 아니라 스티븐 호킹과 로저 펜로즈, 뉴질랜드 수학자 로이 커가 회전하는 블랙홀을 아인슈타인의 일반상대성 공식으로 설명하면서 최소한 이론적으로는 블랙홀이 받아들여졌다. 이렇게 블랙홀은 블랙홀이 되었고, 그 이름으로 인해서 수많은 오해와 오류가 사람들의 뇌리에 박히게 된 것이다. 실제로 블랙홀은 검지 않으며, 오히려 태양이 빛을 내는 핵융합보다 에너지 효율이 더 높은, 우주에서 가장 밝게 빛나는 천체이다. 그리고 주변의 모든 것을 빨아들이는 구멍이 아니라, 물질이 엄청나게 높은 밀도로 쌓여 있는 깊은 산이다. 저자는 블랙홀의 이런 실제 모습을 있는 그대로 전달하면서, 중력을 설명한 뉴턴, 상대성 이론을 발표하여 우리의 우주관을 완전히 변화시킨 아인슈타인은 물론이고, 블랙홀 하면 우리의 머릿속에 떠오르는 스티븐 호킹, 중력파를 발견하여 관측의 지평을 넓힌 킵 손, 블랙홀을 실제로 관측하기 위해서 힘써온 수많은 과학자들의 이야기를 풀어놓는다. 또한 천체물리학자로서 저자 자신이 별을 관측하려고 야생동물이 우글대는 천문대에서 밤을 지새운 경험담, 슈바르츠실트의 반지름에 대해서 배우고서 자신이 블랙홀이 된다면 얼마나 큰 블랙홀이 될지 계산한 이야기 등을 곁들여 독자들이 재미있게 과학의 현장을 엿볼 수 있게 한다.


블랙홀에 정말로 빠지게 되면 어떤 일이 벌어질까?
블랙홀의 실제 모습을 생생하게 담아내다
블랙홀에 실제로 들어가게 된다면, 즉 블랙홀의 경계선을 일컫는 사건의 지평선 너머에서는 과연 무엇을 보게 될까? 아마도 스파게티화 현상을 겪게 될 것이다. 그러니까 블랙홀 주변은 중력이 매우 강하므로 블랙홀로 나아갈 때 머리가 앞에 있다면 머리에 작용하는 중력이 다리에 작용하는 중력보다 훨씬 세서 몸을 이루는 원자들이 블랙홀 가운데를 향해 얇고 긴 줄로 늘어지면서 사람이 아닌 스파게티의 모습이 된다는 말이다. 그렇지만 만약 스파게티화의 영향을 받지 않는 우주선을 타고 블랙홀 내부를 여행한다면, 눈앞에 어떤 광경이 펼쳐질까? 블랙홀은 시공간을 극단적으로 왜곡하므로 블랙홀 뒤와 주변의 빛이 휘어져 우리의 인지 감각에 혼란이 일어날 것이다. 블랙홀은 복어처럼 자신의 몸을 부풀려 실제보다 커 보이도록 한다. 어둠이 모든 각도에서 우주선을 서서히 집어삼킨다. 뒤를 돌아보면 우리가 이제까지 지나온 길의 광경뿐 아니라 블랙홀 뒤의 모습도 우리의 눈으로 휘어져 들어온다. 이 같은 360도 파노라마 광경을 담은 원은 블랙홀로 향할수록 점점 작아지다가 사건의 지평선에 이르면 하나의 점이 된다. 다시 말해서 사건의 지평선을 건너 미지와 마주하기 전 뒤를 돌아본다면, 어깨 너머로 보이는 우주의 마지막 모습은 우주 전체의 빛이 우리의 눈으로 모인 하나의 점일 것이다. 그리고 우리는 아직 사건의 지평선 너머에서 무엇을 보게 될지 알지 못한다. 다만 확실한 것은 우리가 무엇을 보게 되든, 그 내용을 우주로 전달할 수 없다는 사실이다.

이 책은 블랙홀에 대해서 우리가 알아야 할 거의 모든 것을 담아낸다. 자칫 진중한 과학으로 빠질 수 있는 블랙홀이라는 대상을, 저자는 자신의 삶을 풍요롭게 해준 영화, 음악, 뮤지컬 등 다양한 대중문화의 영역에 빗대어 독자들이 더욱 친근하게 받아들일 수 있도록 돕는다. 블랙홀의 진짜 모습을 밝혀나가는 과정에서 독자들은 과학의 거인들이 쌓아올린 연구 결과들이 어떻게 현재의 과학으로 이어졌는지를 명확하게 이해하게 될 것이다.

프롤로그 : 거인의 어깨 위에서

1 별들은 왜 빛날까?
2 짧고 굵은 삶
3 나와 당신 사이를 가로막는 높은 산
4 블랙홀은 왜 “검을까?”
5 중성자 한 스푼이면 무너질 별!
6 “E-S-C-A-P-E”? 에잇, 탈출이라고 쓰여 있는 줄 알았잖아!
7 블랙홀은 왜 “검지” 않을까?
8 둘이 하나가 될 때
9 당신의 친절한 이웃, 블랙홀
10 슈퍼매시브 사이즈 미
11 블랙홀은 주변을 빨아들이지 않는다
12 옛날의 은하는 지금 전화를 받을 수 없습니다. 왜죠? 죽었기 때문입니다
13 내일이 오는 것을 막을 수는 없다
14 주디, 당신이 해냈군요. 모니카의 배를 마침내 채웠어요
15 죽은 모든 것은 언젠가 되돌아온다

에필로그 : 마침내 모든 것의 끝이다
감사의 말
참고 문헌
역자 후기
인명 색인