블랙 홀은“다른 우주”에의 문？

Ker Than
for National Geographic News April 13, 2010

　우주는 러시아의 마트료시카 인형과 같이 상자 구조가 되어 있을지도 모른다.최신의 연구에 의하면, 우리 (이)가 사는 우주는, 다른 큰 우주의 블랙 홀 내부에 파묻히고 있을 가능성이 있다고 한다.같이 우리의 우주의 블랙 홀도, 극소 사이즈로부터 대질 양의 것까지 모두“별세계”로 연결되는 출입구의 가능성이 있다.

　매우 충격적인 이 신이론에 의하면, 블랙 홀은 우주와 우주의 사이를 잇는 터널, 즉 시공을 고속으로 이동할 수 있는 웜 홀의 일종이라고 하는 것에 된다.또, 블랙 홀에 끌어 들일 수 있었던 물질은 블랙 홀의 중심(특이점)으로 눌러진다는 것이 통설이지만, 블랙 홀의 뒤편에“WHY 트호르”를 상정하고 거기로부터 넘쳐 나와 간다고 생각하고 있다(「Physics Letters B」잡지 4월 12일호게재).

　이 연구를 실시한 인디애나 대학의 물리학자 니코젬・포프라우스키씨는, 「블랙 홀에 떨어져 가는 물질의 나선 운동에 관해서 새로운 수학 모델을 제 가리킨」와 설명.알베르트・아인슈타인이 블랙 홀의 중심에 있다고 예측한「시공 특이점」에 대신하는 존재로서 동씨의 방정식이 가리키는 웜호- 르는 충분히 있다고 한다.

　아인슈타인의 일반 상대성 이론 방정식에 의하면, 어느 영역내의 물질이 지극히 높은 밀도를 가지게 되면 항상 그러한 특이점(모든 물리량이 무한대 (이)가 되어 버리는 점)이 태어난다고 여겨지고 있어 블랙 홀의 초고밀도의 중심부가 자주(잘) 언급된다.

　아인슈타인 이론에서는, 특이점은 제로의 체적으로, 반대로 에너지와 물질의 밀도는 무한대가 된다고 여겨지고 있다.이 개념은 다양한 방면에서 얻을 수 있던 간접 적인 증거에 의해서 지지를 받고 있지만, 이 파라독스는 현재의 과학자를 괴롭힐 수 있는 최대의 난문이다.

　그러나 포프라우스키씨의 생각이 올바르면, 이러한 특이점설을 받아 들일 필요는 없어진다.니이가타정도식에 의하면, 블랙 홀에 빨려 들여가 파괴될까 (와)과 같이 생각되는 물질은, 실은 토해내지고, 다른 현실 세계의 은하나 항성, 혹성의 구성 성분이 되고 있다고 한다.

「블랙 홀을 웜 홀이라고 생각하는 것으로, 현재의 우주론의 수수께끼를 몇개인가 해명할 수 있을 가능성이 있는」와 포프라우스키씨는 이야기한다.예를 들면, 빅뱅 이론 에 의하면, 이 우주는 있는 특이점으로부터 시작되었다.그러나, 「그러한 특이점이 어떻게 형성되었는지」라고 하는 점에 대하고 만족이 가는 설명을 제시할 수 있는 전문 집은 없다.

　포프라우스키씨는, 「우리가 사는 우주가 특이점은 아니고 화이트 홀로부터 탄생했다고 하면, 블랙 홀이나 빅뱅의 특이점에 관한 문제도 동시 에 해명되는」라고 이야기한다.

　또, 「감마선 버스트」로 불리는 현상에 대해서도 설명할 수 있을 가능성이 있다.이 우주로 빅뱅에 뒤잇는 강력한 폭발 현상인 감마선 버스트는, 발 이쿠하라인이 여전히 수수께끼에 싸이고 있지만, 별우주로부터 웜 홀을 통과해 온 물질의 방전이라고 해석할 수 있다.

　포프라우스키씨의 이론은 검증 가능한가 아닌가.동씨는 방법이 적어도 1개있다고 한다.블랙 홀에는 회전하고 있는 타입이 있다.이 우주 자체가 회전 블랙 홀 내부에서 태어났다고 가정하면, 우리도“부모”의 회전을 계승하고 있다고 생각해도 이상하지 않다.

「장래, 우리가 사는 우주가 예측 가능한 방향으로 회전하고 있다고 알면, 웜 홀설을 지지하는 간접적인 증거가 되는」와 포프라우스키씨는 이야기한다.

　게다가 웜 홀설은「왜 이 우주는 물리학 이론의 예상과 어긋나는지」라고 하는 점에 대해서도 해명의 실마리가 된다고 생각된다.

　표준적인 물리학 모델에 근거하면, 빅뱅 이후, 이 우주의 곡율은 시간의 경과와 함께 증대하고 있을 것이다.즉, 크기는 유한하지만 끝은 없다. 137억년이 경과하고 싶은까지는, 우리가 있는 장소는 닫은 구형의 면을 가지는 우주라는 것이 된다. 그러나, 지금까지의 관측 결과에 의하면, 이 우주는 어느 방향을 봐도 꽤 평평한 것 같다.이 수수께끼는 빅뱅 이론에 있어「평탄성(에 있던 탓) 문제」와 불리고 있다.

　또, 매우 초기의 우주로 탄생한 빛을 해석한 데이터에 의해, 빅뱅 직후의 물질은 모든 것이 꽤 균질인 온도였던 것을 알고 있다.「우주의 지평 선」의 양단에 있어 서로 작용했음이 분명한 않는 천체가, 왜 한 모양의 성질을 가지는 것인가.이 수수께끼는「지평선 문제」로 불리고 있다.

　이러한 모순점을 설명하기 위해(때문에), 「우주의 인플레이션」라고 하는 개념이 고안 되었다.인플레이션 이론에서는, 우주의 탄생 직후, 지수함수적으로 빛보다 도 빠른 속도로 팽창했다고 생각되고 있다.인플레이션이 진행되어, 우주는 원자보다 작은 사이즈로부터 1초나 경과하기 전에 천문학적인 크기에 퍼지고 있어 .그리고, 이 이론이 우주의 지평선 문제와 평탄함의 문제를 한꺼번에 해결했다.

　그러나, 인플레이션이 실제로 있었다고 해도, 그 계기로 붙어 전문가들은 언제나 설명에 괴로워하고 있다.거기서, 새로운 웜 홀설의 등장 (이)다.

　일부의 인플레이션 이론에서는, 통상의 물질과는 다른 이론상의「이그조틱 물질」를 상정하고 있다.중량에 따라 끌어당기는 것보다, 오히려 치우는 부의 성 질을 띠고 있다.

　포프라우스키씨는, 「이그조틱 물질의 탄생, 그것은 첫 대질량별의 일부가 붕괴해 웜 홀이 되었을 때와 제 쪽정도식은 가리키고 있는」라고 이야기한다.「워 무호르를 형성하는 이그조틱 물질과 인플레이션의 발단이 된 이그조틱 물질의 사이에는, 하등의 관계가 있다고 보고 있는 」.

「블랙 홀의 내부에 다른 우주가 존재하는」라고 하는 설을 주창한 것은, 포프라우스키씨가 처음은 아니다.이전, 그 가능성을 지적하고 있던 애리조나 주립대 학의 이론 물리학자 다미안・이산씨는 다음과 같이 이야기한다.

「우리의 연구에서는 해가 존재할 가능성을 나타냈을 뿐이었지만, 포프라우스키씨는 일반 상대성 이론의 범위내의 방정식에서 블랙 홀이 우주간의 출입구가 된다 현실해를 발견하고 있는 」.

「다만」와 이산씨는 계속한다.「어디까지나 이론상의 아이디어이지만.소립자 레벨을 취급하는 료코 중력의 연구가 향후 진행되면, 이 방정식도 세련 되어 웜 홀 설을 지지할 수 있을까 기각될까 판단할 수 있을 것이다 」.

　캘리포니아 대학 데이비스교의 물리학자 안드레아스・알 치우침 사람씨도 다음과 같이 이야기한다.「전체적으로, 웜 홀설은 흥미롭지만, 우리의 우주의 기원 (을)를 설명할 수 있는 획기적인 해답이 아닌 」.

　만약 다른 친우주의 물질이 넘쳐 나왔다고 해도, 기원이라고 하는 문제에 관해서는, 수수께끼를 다른 현실 세계에 전가한 것 만이 아닌가.그 친우주 쪽은 도대체 어떻게 된다 의일 것이다.

「단지, 우주를 잇는 웜 홀이라고 하는 아이디어는, 블랙 홀의 특이점이라고 하는 아이디어와 비교해서 특히 엉뚱한 이야기라고 하는 것도 아니다.새로운 학설이 진묘하게 소문 라고 해도 치워 버리려면 아깝다.이 분야에서 취급하는 사상은 모두, 꽤 이색적이다 」.

Image courtesy NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al., MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. and ESO/WFI