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간접적인 방법으로 확인한 호킹 복사



(Credit: CC0 Public Domain)


 이제는 고인이 된 스티븐 호킹 박사의 중요한 이론 중 하나는 호킹 복사입니다. 이는 블랙홀이 완전히 검지 않다는 이론으로 블랙홀의 사상의 지평면에서 쌍생성 - 쌍소멸 되는 물질과 반물질이 일부 블랙홀을 탈출할 수 있다는 이론을 담고 있습니다. 이 경우 블랙홀을 빠져 나오는 물질은 열에너지의 형태일 것으로 예측했습니다.  



 문제는 호킹 복사가 실제로 일어난다고 해도 이를 직접 관측하기는 매우 어렵다는 것입니다. 호킹 복사는 블랙홀의 질량에 반비례 하기 때문에 은하 중심 블랙홀 같은 대형 블랙홀에서는 관측이 어려우며 이런 블랙홀이 두꺼운 가스에 둘러쌓여 강력한 제트를 내뿜기 때문에 현실적으로 관측이 불가능합니다. 


 이스라엘 공대의 연구팀은 노팅햄 대학의 과학자와 함께 음향 입자 (phonon)을 이용한 실험을 통해 실제 입자들이 호킹 복사에서 예측한 것처럼 움직인다는 사실을 확인했습니다. 레이저를 이용해 재현한 보스 아인슈타인 응축 (Bose-Einstein condensate) 상태의 원자는 음파의 방해에도 가상 블랙홀을 탈출할 수 있는 것으로 나타났습니다. 


 물론 이는 간접적인 증명일 뿐이고 실제 검증을 위해서는 블랙홀을 직접 관측해야 합니다. 만약 매우 작은 질량의 마이크로 블랙홀을 관측할 수 있다면 호킹 복사로 증발하는 모습을 확인할 수 있을 것입니다. 다만 그럴 가능성이 낮다는 것이 문제입니다. 


 호킹 복사는 블랙홀이 실제로는 완전히 검지 않다는 놀라운 이론이었습니다. 만약 이 이론이 실제 관측을 통해 입증되었다면 노벨 물리학상을 받을 수 있었을 것입니다. 아쉽지만 호킹 박사 사후에 반드시 검증되기를 희망합니다. 


 참고 


Juan Ramón Muñoz de Nova et al. Observation of thermal Hawking radiation and its temperature in an analogue black hole, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1241-0

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