스티븐 호킹은 정말 ‘블랙홀 미스터리’를 풀었나?

-물리학에서 가장 골치 아픈 '정보 역설' 미스터리

물리학에서 가장 골치 아픈 문제 중의 하나인 이른바 '정보 역설'(Information Paradox) 미스터리를 스티븐 호킹이 과연 풀었을까?

스티븐 호킹이 이에 관한 자신의 견해를 25일(현지시간) 스웨덴 왕립기술원에서 밝혀 관심을 끌고 있다.

아인슈타인의 일반 상대성 이론에 의하면, 블랙홀이 집어삼킨 물질에 대한 물리적 정보는 모두 파괴된다고 한다. 하지만 이것은 정보가 결코 손실되지 않는다는 양자역학의 원리에 위배된다. 원래의 물체가 블랙홀에게 잡아먹힌 후에도 그 물체와 관련된 정보는 우주의 어딘가에 남아 있어야 한다고 양자역학은 말한다.

이것이 이른바 유명한 블랙홀의 '정보 역설'(Information Paradox)로, 호킹이 제기한 패러독스이다. 호킹은 블랙홀로 무언가를 던졌을 때 그 안에 들어있는 정보는 '영원히 소실된다'고 주장했다. 과연 어느 쪽이 맞을까?

현재 이 논쟁에서 즐겨 다루고 있는 문제는 양자역학적으로 '얽혀 있는' 두 입자 중 한 입자가 블랙홀의 사건 지평선을 넘었을 경우 어떤 일이 있어나는가 하는 것이다.

하나의 원천 입자가 붕괴되어 두 입자로 나누어졌을 때, 짝을 이룬 이 두 입자는 전하, 스핀 등으로 얽힌 상태에 있다고 하며, 두 입자가 각각 우주의 양끝에 있더라도 이 얽힌 상태는 풀어지지 않는다. 그렇다면 블랙홀에 빠진 한 입자는 과연 어떻게 될까?

영국 케임브리지 대학의 맬컴 페리, 미국 하버드 대학의 앤드류 스트롬버그와 공동연구를 진행한 스티븐 호킹은 하나의 해법을 내놓았다.

'블랙홀에 빠진 입자의 양자역학적 정보는 모두 사라진다.'

"나는 입자의 정보가 블랙홀 안에서는 보존되지 않으리라고 본다. 하지만 블랙홀 사건 지평선 위에서는 보존될 것"이라고 스티븐 호킹은 25일(현지시간) 스웨덴 왕립기술원에서 가진 기자회견에서 말했다. 덧붙여 "정보는 사건 지평선 위에서 '슈퍼 트랜슬레이션'(super translations)으로 알려진 '2차원 홀로그램 상태로 보존될 것" 이라고 그는 설명했다.

"사건 지평선 안으로 들어간 입자의 정보는 완전히 사라지지는 않겠지만, 망가져서 쓸모없는 것이 될 것이다. 모든 정보는 사라지고 결코 재현되지 않을 것이다."

호킹은 블랙홀에 관해서도 의견을 개진했는데, 블랙홀의 중력이 너무나 강한 나머지 사건 지평선을 넘어간 것은 그 무엇이라도, 설령 빛이라 하더라도 그곳을 탈출할 수 없다"고 전날 스톡홀름에서 있었던 강의에서 말했다.

또한 호킹은 블랙홀이 다른 우주로 통하는 관문이 될 수도 있다고 밝혔다. "블랙홀의 구멍은 회전이 가능할 만큼 넓을 것이다. 그리고 다른 우주로 통하는 길목이 될 수도 있겠지만, 그곳을 지나면 다시는 돌아올 순 없을 것" 이라고 말하면서 다음 말을 덧붙였다고 왕립기술원은 전했다.

"나는 우주여행을 아주 좋아하지만, 블랙홀을 통과하고 싶지는 않다."

이광식 통신원 joand999@naver.com