화이트홀
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1. 개요
화이트홀은 1930년대에 이론적으로 제안된 시공간의 개념으로, 블랙홀과 반대되는 특징을 가진다. 아인슈타인 방정식의 해로 제시되었으며, 블랙홀이 물질을 흡수하는 반면 화이트홀은 물질을 밖으로 뿜어내는 것으로 묘사된다. 웜홀과 연관되어 논의되기도 하지만, 현재까지 화이트홀의 존재를 증명할 만한 관측 증거는 발견되지 않았으며, 학계에서는 수학적 가설로 여겨지는 경우가 많다. 빅뱅과 연관하여 새로운 우주의 시작점으로 여겨지기도 한다.
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| 화이트홀 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 특징 | |
| 정의 | 블랙홀의 시간 역전 해 |
| 일반 상대성 이론 | 허용 |
| 관측 가능성 | 관측된 사례 없음 |
| 이론적 배경 | |
| 슈바르츠실트 해 | 블랙홀과 화이트홀의 연결 |
| 특이점 | 화이트홀 내부 존재 가능성 |
| 사건 지평선 | 통과 불가 |
| 연결 이론 | |
| 웜홀 | 블랙홀과 화이트홀을 연결하는 통로 |
| 양자역학 | 블랙홀 증발과의 연관성 |
| 논쟁 | |
| 존재 여부 | 증거 부족으로 논쟁 중 |
| 안정성 | 불안정성 문제 제기 |
| 관련 용어 | |
| 블랙홀 | 모든 것을 흡수하는 천체 |
| 웜홀 | 시공간의 지름길 |
| 사건 지평선 | 빛조차 탈출할 수 없는 경계 |
| 특이점 | 밀도가 무한대가 되는 지점 |
2. 역사
화이트홀의 개념은 1930년대 로버트 오펜하이머와 하트랜드 스나이더가 아인슈타인 방정식의 해를 통해 처음 제시했으며, 이는 현대 물리학의 기초가 되는 방정식으로 질량이 큰 물체로 인한 시공간의 곡률을 설명한다.[6] 1964년 이고르 노비코프가 화이트홀의 존재 가능성을 제시하고, 니콜라이 카르다셰프가 발전시켰다.[7][8]
블랙홀이 별의 붕괴로 생성되는 반면, 화이트홀은 이론적으로 공간, 시간, 그리고 우주의 탄생을 나타낸다.[6] 화이트홀은 슈바르츠실트 메트릭의 최대 확장된 버전인 아인슈타인 방정식의 해로 예측되는데, 여기서 '최대 확장'은 시공간에 가장자리가 없어야 함을 의미한다.
최대 확장된 시공간은 두 개의 외부 영역, 즉 두 개의 다른 "우주"를 가지며, 이를 통해 내부 영역의 입자 궤적을 추정할 수 있다. 크루스칼-세케레스 좌표계를 사용한 시공간 다이어그램에서 네 영역을 모두 볼 수 있다.[9] 이 시공간에서 특정 시간의 초표면을 선택하고 공간 곡률을 나타내는 임베딩 다이어그램을 그리면, 두 외부 영역을 연결하는 튜브 형태의 "슈바르츠실트 웜홀"이 나타난다.[9]
최대 확장된 슈바르츠실트 메트릭은 영원히 존재하는 이상적인 블랙홀/화이트홀을 설명하지만, 특정 시간에 별이 붕괴되어 형성되는 현실적인 블랙홀은 다른 메트릭을 필요로 한다. 붕괴하는 별 물질을 블랙홀 역사 다이어그램에 추가하면 화이트홀 내부 영역에 해당하는 부분이 제거된다.[10] 그러나 일반 상대성 이론의 방정식은 시간 반전 대칭을 가지므로, "현실적인" 블랙홀의 시간 반전, 즉 우주 시작부터 존재하며 물질을 방출하다 폭발하는 화이트홀 또한 허용되어야 한다.[11]
이론적으로 화이트홀이 허용되지만, 자연적인 형성 과정이 없어 물리학자들은 블랙홀만큼 진지하게 여기지 않는다. 이들은 빅뱅 초기 조건에서만 존재할 수 있다고 여겨지며,[11] 외부 물질 유입으로 폭발이 방지될 수 있어 불안정할 것으로 예측된다.[12]
1980년대 후반, 블랙홀 형성 시 코어/특이점에서 빅뱅이 발생하여 새로운 우주가 확장될 수 있다는 제안이 나왔다.[14][15][16] 아인슈타인-카르탕 이론에서는 극도로 높은 밀도의 페르미온 물질에서 스핀-스핀 상호작용이 발생하여 중력 특이점 형성을 막고, 붕괴하는 물질이 반동하여 아인슈타인-로젠 다리를 형성한다.[17] 이 다리 반대편은 성장하는 아기 우주가 되며, 아기 우주 관찰자에게 모체 우주는 화이트홀로 보인다. 관측 가능한 우주는 더 큰 우주 속 블랙홀 내부이며, 빅뱅은 비특이 빅 바운스였다.[18]
2003년 충격파 우주론은 "빅뱅"을 블랙홀 내부 폭발로 간주하여 팽창하는 공간과 물질을 생성하고, 이 블랙홀은 결국 화이트홀이 된다고 제안했다.[19] 2012년 논문은 빅뱅 자체가 화이트홀이며, "스몰 뱅"이라 명명된 화이트홀 출현은 자발적이고 모든 물질이 단일 펄스로 방출된다고 주장하며, 새로운 감마선 폭발 그룹과의 연관성을 제시했다.[21]
2006년 관측된 GRB 060614는 화이트홀 존재를 시사하는 최초의 사례였다.[28] 블랙홀 열역학에서 호킹 복사로 블랙홀이 증발하는 과정은 시간 반전 대칭을 가지므로, 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
2. 1. 초기 개념
1930년대에 물리학자 로버트 오펜하이머와 하트랜드 스나이더는 아인슈타인 방정식의 해로서 화이트홀 개념을 도입했다.[6] 현대 물리학의 기초인 이 방정식은 질량이 큰 물체로 인한 시공간의 곡률을 설명한다. 블랙홀이 별의 붕괴로부터 생성되는 반면, 화이트홀은 공간, 시간, 그리고 잠재적으로 우주의 이론적인 탄생을 나타낸다. 중심에서 공간과 시간은 특이점으로 끝나지 않고, 아인슈타인 방정식이 양자 효과에 의해 위배되는 짧은 전이 영역을 가로질러 계속된다. 이 영역에서 공간과 시간은 존 라이튼 신지가 이미 제안한 가능성인 화이트홀 내부의 구조로 나타난다.[6]화이트홀의 존재 가능성은 1964년에 이고르 노비코프에 의해 제시되었고,[7] 니콜라이 카르다셰프에 의해 발전되었다.[8] 화이트홀은 전하와 회전이 없는 영원한 블랙홀을 설명하는 슈바르츠실트 메트릭의 최대 확장된 버전으로 알려진 아인슈타인 방정식의 해의 일부로 예측된다. 여기서 "최대 확장"은 시공간이 어떠한 "가장자리"도 가져서는 안 된다는 것을 의미한다.
시공간에서 자유 낙하하는 입자의 가능한 모든 궤적(측지선을 따름)에 대해, 궤적이 블랙홀 내부 중심에 있는 것과 같은 중력 특이점에 도달하지 않는 한, 이 경로는 입자의 미래로 임의로 계속될 수 있어야 한다. 이 요구 사항을 충족하기 위해, 입자가 외부에서 사건의 지평선을 통과하여 들어갈 때 블랙홀 내부 영역 외에도, 외부 관찰자가 사건의 지평선에서 ''멀어지는'' 입자의 궤적을 외삽할 수 있도록 하는 별도의 화이트홀 내부 영역이 있어야 한다. 슈바르츠실트 좌표계를 사용하는 외부 관찰자의 경우, 입자는 미래에 무한히 멀리 떨어진 블랙홀 지평선에 도달하는 데 무한한 시간이 걸리는 반면, 관찰자를 통과하는 외부로 나가는 입자는 과거에 무한히 멀리 떨어진 화이트홀 지평선을 건너간 이후 무한한 시간 동안 바깥으로 이동해 왔다(그러나 입자 또는 다른 물체는 지평선을 건너 관찰자를 통과하는 사이에 유한한 고유 시간만 경험한다). 블랙홀/화이트홀은 외부 관찰자의 관점에서 "영원한" 것으로 보이며, 화이트홀 내부 영역에서 바깥으로 이동하는 입자는 언제든지 관찰자를 통과할 수 있고, 블랙홀 내부 영역에 결국 도달할 입자는 언제든지 관찰자를 통과할 수 있다는 의미이다.
최대 확장된 시공간에는 두 개의 별도 내부 영역이 있는 것처럼, 두 개의 별도 외부 영역도 있으며, 때로는 두 개의 다른 "우주"라고 불리며, 두 번째 우주는 두 내부 영역의 일부 가능한 입자 궤적을 외삽할 수 있게 해준다. 이는 내부 블랙홀 영역이 두 우주 중 하나에서 떨어진 입자의 혼합을 포함할 수 있고(따라서 한 우주에서 떨어진 관찰자는 다른 우주에서 떨어진 빛을 볼 수 있음), 마찬가지로 내부 화이트홀 영역의 입자는 두 우주 중 하나로 탈출할 수 있음을 의미한다. 네 영역 모두 크루스칼-세케레스 좌표계를 사용하는 시공간 다이어그램에서 볼 수 있다.[9]
이 시공간에서 일정한 시간의 초표면 (모두 동일한 시간 좌표를 갖는 점의 집합, 표면의 모든 점이 공간형 분리를 갖는, '공간형 표면'이라고 함)을 선택하고, 해당 시간에 공간의 곡률을 나타내는 "임베딩 다이어그램"을 그리면, 임베딩 다이어그램은 두 외부 영역을 연결하는 튜브처럼 보이며, 이는 "아인슈타인-로젠 다리" 또는 슈바르츠실트 웜홀로 알려져 있다.[9] 공간형 초표면이 선택된 위치에 따라, 아인슈타인-로젠 다리는 각 우주의 두 블랙홀 사건의 지평선을 연결할 수 있으며(다리의 내부는 시공간의 블랙홀 영역의 일부임), 또는 각 우주의 두 화이트홀 사건의 지평선을 연결할 수 있다(다리의 내부는 화이트홀 영역의 일부임). 그러나 다리를 사용하여 한 우주에서 다른 우주로 건너갈 수 없는데, 외부에서 화이트홀 사건의 지평선에 들어갈 수 없고, 어느 우주에서든 블랙홀 지평선에 들어가는 사람은 필연적으로 블랙홀 특이점에 도달하기 때문이다.
최대 확장된 슈바르츠실트 메트릭은 외부 관찰자의 관점에서 영원히 존재하는 이상적인 블랙홀/화이트홀을 설명한다는 점에 유의해야 한다. 붕괴하는 별에서 어떤 특정한 시간에 형성되는 더 현실적인 블랙홀에는 다른 메트릭이 필요하다. 붕괴하는 별 물질이 블랙홀의 역사 다이어그램에 추가되면, 다이어그램에서 화이트홀 내부 영역에 해당하는 부분이 제거된다.[10] 그러나 일반 상대성 이론의 방정식이 시간 반전 가능하기 때문에 – 시간 반전 대칭을 나타냄 – 일반 상대성 이론은 또한 붕괴하는 물질에서 형성되는 이러한 유형의 "현실적인" 블랙홀의 시간 반전을 허용해야 한다. 시간 반전된 경우는 우주의 시작부터 존재해 왔고, 마침내 "폭발"하여 사라질 때까지 물질을 방출하는 화이트홀이 될 것이다.[11] 그러한 물체가 이론적으로 허용된다는 사실에도 불구하고, 자연적으로 그 형성을 이끌어낼 과정이 없기 때문에 물리학자들은 블랙홀만큼 진지하게 받아들이지 않는다. 그들은 빅뱅의 초기 조건에 구축된 경우에만 존재할 수 있다.[11] 또한, 그러한 화이트홀은 외부에서 지평선으로 떨어지는 물질의 소량이라도 화이트홀의 폭발을 방지할 것이기 때문에, 멀리 있는 관찰자가 볼 때 고도로 "불안정"할 것으로 예측된다. 특이점에서 방출된 물질은 화이트홀의 중력 반경에서 탈출할 수 없다.[12]
2. 2. 이론적 발전
1930년대에 물리학자 로버트 오펜하이머와 하트랜드 스나이더는 아인슈타인 방정식의 해로서 화이트홀 개념을 도입했다. 현대 물리학의 기초인 이 방정식은 질량이 큰 물체로 인한 시공간의 곡률을 설명한다. 블랙홀이 별의 붕괴로부터 생성되는 반면, 화이트홀은 공간, 시간, 그리고 잠재적으로 우주의 이론적인 탄생을 나타낸다. 중심에서 공간과 시간은 특이점으로 끝나지 않고, 아인슈타인 방정식이 양자 효과에 의해 위배되는 짧은 전이 영역을 가로질러 계속된다. 이 영역에서 공간과 시간은 존 라이튼 신지가 이미 제안한 가능성인 화이트홀 내부의 구조로 나타난다.[6]1964년에 이고르 노비코프가 화이트홀의 존재 가능성을 제시했고,[7] 니콜라이 카르다셰프가 이를 발전시켰다.[8] 화이트홀은 전하와 회전이 없는 영원한 블랙홀을 설명하는 슈바르츠실트 메트릭의 최대 확장된 버전으로 알려진 아인슈타인 방정식의 해의 일부로 예측된다. 여기서 "최대 확장"은 시공간이 어떠한 "가장자리"도 가져서는 안 된다는 것을 의미한다. 시공간에서 자유 낙하하는 입자의 가능한 모든 궤적(측지선을 따름)에 대해, 궤적이 블랙홀 내부 중심에 있는 것과 같은 중력 특이점에 도달하지 않는 한, 이 경로는 입자의 미래로 임의로 계속될 수 있어야 한다. 이 요구 사항을 충족하기 위해, 입자가 외부에서 사건의 지평선을 통과하여 들어갈 때 블랙홀 내부 영역 외에도, 외부 관찰자가 사건의 지평선에서 ''멀어지는'' 입자의 궤적을 외삽할 수 있도록 하는 별도의 화이트홀 내부 영역이 있어야 한다. 슈바르츠실트 좌표계를 사용하는 외부 관찰자의 경우, 입자는 미래에 무한히 멀리 떨어진 블랙홀 지평선에 도달하는 데 무한한 시간이 걸리는 반면, 관찰자를 통과하는 외부로 나가는 입자는 과거에 무한히 멀리 떨어진 화이트홀 지평선을 건너간 이후 무한한 시간 동안 바깥으로 이동해 왔다(그러나 입자 또는 다른 물체는 지평선을 건너 관찰자를 통과하는 사이에 유한한 고유 시간만 경험한다). 블랙홀/화이트홀은 외부 관찰자의 관점에서 "영원한" 것으로 보이며, 화이트홀 내부 영역에서 바깥으로 이동하는 입자는 언제든지 관찰자를 통과할 수 있고, 블랙홀 내부 영역에 결국 도달할 입자는 언제든지 관찰자를 통과할 수 있다는 의미이다.
최대 확장된 시공간에는 두 개의 별도 내부 영역이 있는 것처럼, 두 개의 별도 외부 영역도 있으며, 때로는 두 개의 다른 "우주"라고 불리며, 두 번째 우주는 두 내부 영역의 일부 가능한 입자 궤적을 외삽할 수 있게 해준다. 이는 내부 블랙홀 영역이 두 우주 중 하나에서 떨어진 입자의 혼합을 포함할 수 있고(따라서 한 우주에서 떨어진 관찰자는 다른 우주에서 떨어진 빛을 볼 수 있음), 마찬가지로 내부 화이트홀 영역의 입자는 두 우주 중 하나로 탈출할 수 있음을 의미한다. 네 영역 모두 크루스칼-세케레스 좌표계를 사용하는 시공간 다이어그램에서 볼 수 있다(그림 참조).[9]
이 시공간에서 일정한 시간의 초표면 (모두 동일한 시간 좌표를 갖는 점의 집합, 표면의 모든 점이 공간형 분리를 갖는, '공간형 표면'이라고 함)을 선택하고, 해당 시간에 공간의 곡률을 나타내는 "임베딩 다이어그램"을 그리면, 임베딩 다이어그램은 두 외부 영역을 연결하는 튜브처럼 보이며, 이는 "아인슈타인-로젠 다리" 또는 슈바르츠실트 웜홀로 알려져 있다.[9] 공간형 초표면이 선택된 위치에 따라, 아인슈타인-로젠 다리는 각 우주의 두 블랙홀 사건의 지평선을 연결할 수 있으며(다리의 내부는 시공간의 블랙홀 영역의 일부임), 또는 각 우주의 두 화이트홀 사건의 지평선을 연결할 수 있다(다리의 내부는 화이트홀 영역의 일부임). 그러나 다리를 사용하여 한 우주에서 다른 우주로 건너갈 수 없는데, 외부에서 화이트홀 사건의 지평선에 들어갈 수 없고, 어느 우주에서든 블랙홀 지평선에 들어가는 사람은 필연적으로 블랙홀 특이점에 도달하기 때문이다.
최대 확장된 슈바르츠실트 메트릭은 외부 관찰자의 관점에서 영원히 존재하는 이상적인 블랙홀/화이트홀을 설명한다는 점에 유의해야 한다. 붕괴하는 별에서 어떤 특정한 시간에 형성되는 더 현실적인 블랙홀에는 다른 메트릭이 필요하다. 붕괴하는 별 물질이 블랙홀의 역사 다이어그램에 추가되면, 다이어그램에서 화이트홀 내부 영역에 해당하는 부분이 제거된다.[10] 그러나 일반 상대성 이론의 방정식이 시간 반전 가능하기 때문에 – 시간 반전 대칭을 나타냄 – 일반 상대성 이론은 또한 붕괴하는 물질에서 형성되는 이러한 유형의 "현실적인" 블랙홀의 시간 반전을 허용해야 한다. 시간 반전된 경우는 우주의 시작부터 존재해 왔고, 마침내 "폭발"하여 사라질 때까지 물질을 방출하는 화이트홀이 될 것이다.[11] 그러한 물체가 이론적으로 허용된다는 사실에도 불구하고, 자연적으로 그 형성을 이끌어낼 과정이 없기 때문에 물리학자들은 블랙홀만큼 진지하게 받아들이지 않는다. 그들은 빅뱅의 초기 조건에 구축된 경우에만 존재할 수 있다.[11] 또한, 그러한 화이트홀은 외부에서 지평선으로 떨어지는 물질의 소량이라도 화이트홀의 폭발을 방지할 것이기 때문에, 멀리 있는 관찰자가 볼 때 고도로 "불안정"할 것으로 예측된다. 특이점에서 방출된 물질은 화이트홀의 중력 반경에서 탈출할 수 없다.[12]
2006년에 관측된 GRB 060614는 처음으로 화이트홀의 존재를 시사했다.[28]
블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 최종적으로 증발할 것을 예언하지만, 이 과정 또한 시간 반전에 대해 대칭이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 그렇다면, 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
2. 3. 빅뱅과 연관성
1930년대에 물리학자 로버트 오펜하이머와 하트랜드 스나이더는 아인슈타인 방정식의 해로서 화이트홀 개념을 도입했다. 블랙홀이 별의 붕괴로부터 생성되는 반면, 화이트홀은 공간, 시간, 그리고 잠재적으로 우주의 이론적인 탄생을 나타낸다.[6] 중심에서 공간과 시간은 특이점으로 끝나지 않고, 아인슈타인 방정식이 양자 효과에 의해 위배되는 짧은 전이 영역을 가로질러 계속되며, 이 영역에서 공간과 시간은 화이트홀 내부의 구조로 나타난다.[6]화이트홀의 존재 가능성은 1964년에 이고르 노비코프에 의해 제시되었고,[7] 니콜라이 카르다셰프에 의해 발전되었다.[8] 화이트홀은 전하와 회전이 없는 영원한 블랙홀을 설명하는 슈바르츠실트 메트릭의 최대 확장된 버전으로 알려진 아인슈타인 방정식의 해의 일부로 예측된다. "최대 확장"은 시공간이 어떠한 "가장자리"도 가져서는 안 된다는 것을 의미한다.
최대 확장된 시공간에는 두 개의 별도 외부 영역도 있으며, 때로는 두 개의 다른 "우주"라고 불린다. 두 번째 우주는 두 내부 영역의 일부 가능한 입자 궤적을 외삽할 수 있게 해주며, 이는 내부 블랙홀 영역이 두 우주 중 하나에서 떨어진 입자의 혼합을 포함할 수 있음을 의미한다. 네 영역 모두 크루스칼-세케레스 좌표계를 사용하는 시공간 다이어그램에서 볼 수 있다.[9]
이 시공간에서 일정한 시간의 초표면을 선택하고, 해당 시간에 공간의 곡률을 나타내는 "임베딩 다이어그램"을 그리면, 임베딩 다이어그램은 "아인슈타인-로젠 다리" 또는 슈바르츠실트 웜홀로 알려진 두 외부 영역을 연결하는 튜브처럼 보인다.[9]
최대 확장된 슈바르츠실트 메트릭은 외부 관찰자의 관점에서 영원히 존재하는 이상적인 블랙홀/화이트홀을 설명한다. 붕괴하는 별에서 어떤 특정한 시간에 형성되는 더 현실적인 블랙홀에는 다른 메트릭이 필요하며, 붕괴하는 별 물질이 블랙홀의 역사 다이어그램에 추가되면, 다이어그램에서 화이트홀 내부 영역에 해당하는 부분이 제거된다.[10] 그러나 일반 상대성 이론의 방정식은 시간 반전 대칭을 나타내기 때문에, 일반 상대성 이론은 또한 붕괴하는 물질에서 형성되는 이러한 유형의 "현실적인" 블랙홀의 시간 반전을 허용해야 한다. 시간 반전된 경우는 우주의 시작부터 존재해 왔고, 마침내 "폭발"하여 사라질 때까지 물질을 방출하는 화이트홀이 될 것이다.[11]
그러한 물체가 이론적으로 허용된다는 사실에도 불구하고, 물리학자들은 자연적으로 그 형성을 이끌어낼 과정이 없기 때문에 블랙홀만큼 진지하게 받아들이지 않는다. 그들은 빅뱅의 초기 조건에 구축된 경우에만 존재할 수 있다.[11] 또한, 그러한 화이트홀은 외부에서 지평선으로 떨어지는 물질의 소량이라도 화이트홀의 폭발을 방지할 것이기 때문에, 멀리 있는 관찰자가 볼 때 고도로 "불안정"할 것으로 예측된다.[12]
1980년대 후반에 처음 제안된 블랙홀에 대한 한 관점은 고전적인 화이트홀의 본질에 대한 일부 통찰력을 제공하는 것으로 해석될 수 있다. 일부 연구자들은 블랙홀이 형성될 때 코어/특이점에서 빅뱅이 발생하여 새로운 우주가 모체 우주 외부로 확장될 수 있다고 제안했다.[14][15][16]
아인슈타인-카르탕-스키아마-키블 중력 이론은 아핀 연결의 대칭성 제약을 제거하고 비대칭 부분을 동적 변수로 간주하여 일반 상대성 이론을 확장한다. 아인슈타인-카르탕 이론에서는 비틀림과 디랙 스피너 사이의 최소 결합이 극도로 높은 밀도에서 페르미온 물질에서 중요한 반발 스핀-스핀 상호작용을 생성하여 중력 특이점의 형성을 방지한다. 대신, 사건 지평선의 반대편에서 붕괴하는 물질은 거대하지만 유한한 밀도에 도달하여 반동하여 정규 아인슈타인-로젠 브리지를 형성한다.[17] 브리지의 반대편은 새롭고 성장하는 아기 우주가 된다. 아기 우주에 있는 관찰자에게 모체 우주는 유일한 화이트홀로 보인다. 이에 따라 관측 가능한 우주는 더 큰 우주 내부의 수많은 블랙홀 중 하나로 존재하는 블랙홀의 아인슈타인-로젠 내부이다. 빅뱅은 관측 가능한 우주가 유한하고 최소한의 스케일 인자를 갖는 비특이 빅 바운스였다.[18]
2003년 조엘 스몰러와 블레이크 템플이 제안한 충격파 우주론은 "빅뱅"을 블랙홀 내부의 폭발로 간주하여 관측 가능한 우주를 포함하는 팽창하는 공간과 물질을 생성한다.[19] 이 블랙홀은 결국 물질 밀도가 팽창하면서 감소함에 따라 화이트홀이 된다.
2012년 논문은 빅뱅 자체가 화이트홀이라고 주장한다.[21] 이 논문은 또한 "스몰 뱅"이라고 명명된 화이트홀의 출현이 자발적이며 모든 물질이 단일 펄스로 방출된다고 제안한다. 따라서 블랙홀과 달리 화이트홀은 지속적으로 관찰할 수 없으며, 오히려 그 영향은 사건 주변에서만 감지할 수 있다. 이 논문은 심지어 화이트홀과 새로운 감마선 폭발 그룹을 식별하는 것을 제안했다.
2006년에 관측된 GRB 060614는 처음으로 화이트홀의 존재를 시사했다.[28]
블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 최종적으로 증발할 것을 예언하지만, 이 과정 또한 시간 반전 대칭을 보이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 그렇다면, 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
3. 성질
블랙홀과 마찬가지로, 화이트홀은 질량, 전하, 각운동량과 같은 속성을 갖는다. 다른 질량체처럼 물질을 끌어들이지만, 화이트홀을 향해 떨어지는 물체는 실제로 화이트홀의 사건의 지평선에 도달하지 못한다.[4] 다만 최대 확장된 Schwarzschild 해의 경우, 과거의 화이트홀 사건의 지평선은 미래의 블랙홀 사건의 지평선이 되므로, 이를 향해 떨어지는 모든 물체는 결국 블랙홀 지평선에 도달하게 된다.
고려되는 블랙홀 해의 유형에 따라 여러 유형의 화이트홀이 있다. 위에 언급된 슈바르츠실트 블랙홀의 경우, 화이트홀에서 나오는 측지선은 그것이 포함하고 있는 "중력 특이점"에서 비롯된다. 전기적 전하를 가진 블랙홀(Reissner-Nordström 블랙홀) 또는 각운동량을 가진 블랙홀의 경우, 화이트홀은 다른 우주에 존재하는 블랙홀의 "출구"가 된다. 그러한 블랙홀-화이트홀 구성은 웜홀이라고 불린다. 그러나 두 경우 모두, 화이트홀 "안"의 영역에 도달하는 것은 불가능하므로, 화이트홀의 동작, 특히 화이트홀에서 나올 수 있는 것은 예측하는 것이 완전히 불가능하다. 이런 의미에서 화이트홀은 우주의 진화를 예측할 수 없는 구성인데, 이는 결정론적이지 않기 때문이다.[13]
2006년에 관측된 GRB 060614는 처음으로 화이트홀의 존재를 시사했다.[28]
3. 1. 기본 속성
블랙홀과 마찬가지로, 화이트홀은 질량, 전하, 각운동량과 같은 속성을 갖는다. 다른 질량체처럼 물질을 끌어들이지만, 화이트홀을 향해 떨어지는 물체는 실제로 화이트홀의 사건의 지평선에 도달하지 못한다.[4] 표면이 없는 중력장을 상상해 보라. 중력에 의한 가속도는 모든 물체의 표면에서 가장 크지만, 블랙홀에는 표면이 없기 때문에 중력에 의한 가속도는 기하급수적으로 증가하며, 특이점에는 고려되는 표면이 없으므로 최종 값에 도달하지 않는다.양자역학에서 블랙홀은 호킹 복사를 방출하므로, 복사 가스와 열적 평형을 이룰 수 있다. 열적 평형 상태는 시간 반전 불변성이 있으므로, 스티븐 호킹은 열적 평형 상태의 블랙홀을 시간 반전하면 열적 평형 상태의 화이트홀이 된다고 주장했다.[4] 결과적으로, 이는 블랙홀과 화이트홀이 상호 구조를 가질 수 있음을 시사하며, 일반적인 블랙홀의 호킹 복사는 화이트홀의 에너지 및 물질 방출과 동일시된다. 호킹의 반고전적 주장은 반-드 시터 공간의 블랙홀이 게이지 이론의 열적 가스로 설명되는 AdS/CFT 처리[5]에서 재현되며, 시간 반전은 그 자체와 동일하다.
블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 최종적으로 증발할 것을 예측하지만, 이 과정 또한 시간 반전에 대해 대칭이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 따라서 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
3. 2. 호킹 복사와의 관계
양자역학에서 블랙홀은 호킹 복사를 방출하므로, 복사 가스와 열적 평형을 이룰 수 있다(필수는 아님). 열적 평형 상태는 시간 반전 불변성이 있으므로, 스티븐 호킹은 열적 평형 상태의 블랙홀의 시간 반전은 열적 평형 상태의 화이트홀을 초래한다고 주장했다(각각 동등한 정도로 에너지를 흡수하고 방출).[4] 결과적으로, 이는 블랙홀과 화이트홀이 상호 구조를 가질 수 있음을 시사하며, 여기서 일반적인 블랙홀의 호킹 복사는 화이트홀의 에너지 및 물질 방출과 동일시된다. 호킹의 반고전적 주장은 반-드 시터 공간의 블랙홀이 게이지 이론의 열적 가스로 설명되는 AdS/CFT 처리[5]에서 재현되며, 시간 반전은 그 자체와 동일하다.블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 최종적으로 증발할 것을 예언하지만, 이 과정 또한 시간 반전에 대해 대칭이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 그렇다면, 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
3. 3. 웜홀과의 연관성
고려되는 블랙홀 해의 유형에 따라 여러 유형의 화이트홀이 있다. 위에 언급된 슈바르츠실트 블랙홀의 경우, 화이트홀에서 나오는 측지선은 그것이 포함하고 있는 "중력 특이점"에서 비롯된다. 전기적 전하를 가진 블랙홀(Reissner-Nordström 블랙홀) 또는 각운동량을 가진 블랙홀의 경우, 화이트홀은 다른 우주에 존재하는 블랙홀의 "출구"가 된다. 그러한 블랙홀-화이트홀 구성은 웜홀이라고 불린다. 그러나 두 경우 모두, 화이트홀 "안"의 영역에 도달하는 것은 불가능하므로, 화이트홀의 동작, 특히 화이트홀에서 나올 수 있는 것은 예측하는 것이 완전히 불가능하다. 이런 의미에서 화이트홀은 우주의 진화를 예측할 수 없는 구성인데, 이는 결정론적이지 않기 때문이다.[13]화이트홀은 모든 물질을 방출하는 천체로 정의된다. 그러나 이 정의에 따르면, 화이트홀은 결국 물질을 다 방출하고 소멸해 버린다. 이 때문에 과거에는 "화이트홀이 발견되지 않는 것은 이미 전부 소멸했기 때문"이라고 설명되어 왔다. 하지만, 이 설명대로 화이트홀을 해석하면, 빅뱅 이전에 화이트홀이 이미 존재했어야 한다는 모순이 발생한다. 또한, 블랙홀과 화이트홀이 일방통행의 웜홀을 통해 연결되어 있어 블랙홀에 빨려 들어간 물질이 화이트홀에서 방출된다는 가설도 존재하지만, 이 가설에는 블랙홀에 빨려 들어간 물질이 그 후에 어떻게 되는지에 대해 설명할 수 없다는 모순도 존재한다. 이러한 점들에서, 화이트홀은 수학적 해석에 의해 상상된 가공의 천체에 지나지 않으며, 현실에는 존재하지 않는다는 설이 지지받고 있다.
블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 최종적으로 증발할 것을 예언하지만, 이 과정 또한 시간 반전에 대해 대칭이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 그렇다면, 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
4. 종류
화이트홀은 블랙홀 해의 유형에 따라 여러 종류로 나뉜다.
슈바르츠실트 블랙홀의 경우, 화이트홀에서 나오는 측지선은 "중력 특이점"에서 비롯된다. 전기 전하를 가진 라이스너-노르드스트룀 블랙홀이나 각운동량을 가진 커 블랙홀의 경우, 화이트홀은 다른 우주에 존재하는 블랙홀의 "출구"가 된다. 이러한 블랙홀-화이트홀 구성을 웜홀이라고 부른다.[13]
하지만 두 경우 모두 화이트홀 "안"의 영역에 도달하는 것은 불가능하므로, 화이트홀의 동작, 특히 화이트홀에서 나올 수 있는 것은 예측하기 어렵다. 이러한 의미에서 화이트홀은 우주의 진화를 예측할 수 없는 비결정론적인 구성이다. "베어 특이점"은 비결정론적 구성의 또 다른 예이지만, 주어진 영역에서 접근할 수 없는 영역이 없기 때문에 화이트홀의 지위를 갖지는 않는다. 기본 개념에서 빅뱅은 외계 공간의 노출된 특이점으로 볼 수 있지만, 화이트홀에 해당하지는 않는다.[13]
일반 상대성 이론의 방정식은 시간 반전 대칭을 나타내기 때문에, 붕괴하는 물질에서 형성되는 "현실적인" 블랙홀의 시간 반전을 허용한다. 시간 반전된 경우는 우주의 시작부터 존재해 왔고, 마침내 "폭발"하여 사라질 때까지 물질을 방출하는 화이트홀이 될 것이다.[11] 이러한 물체가 이론적으로 허용되지만, 자연적으로 그 형성을 이끌어낼 과정이 없기 때문에 물리학자들은 블랙홀만큼 진지하게 받아들이지 않는다. 이들은 빅뱅의 초기 조건에 구축된 경우에만 존재할 수 있다.[11] 또한, 그러한 화이트홀은 외부에서 지평선으로 떨어지는 물질의 소량이라도 화이트홀의 폭발을 방지할 것이기 때문에, 멀리 있는 관찰자가 볼 때 고도로 "불안정"할 것으로 예측된다. 특이점에서 방출된 물질은 화이트홀의 중력 반경에서 탈출할 수 없다.[12]
4. 1. 슈바르츠실트 화이트홀
로버트 오펜하이머와 하트랜드 스나이더는 1930년대에 아인슈타인 방정식의 해로서 화이트홀 개념을 도입했다. 블랙홀이 별의 붕괴로부터 생성되는 반면, 화이트홀은 공간, 시간, 그리고 잠재적으로 우주의 이론적인 탄생을 나타낸다. 중심에서 공간과 시간은 특이점으로 끝나지 않고, 아인슈타인 방정식이 양자 효과에 의해 위배되는 짧은 전이 영역을 가로지르며, 이 영역에서 공간과 시간은 화이트홀 내부의 구조로 나타난다.[6]1964년에 이고르 노비코프가 화이트홀의 존재 가능성을 제시했고,[7] 니콜라이 카르다셰프가 이를 발전시켰다.[8] 화이트홀은 전하와 회전이 없는 영원한 블랙홀을 설명하는 슈바르츠실트 메트릭의 최대 확장된 버전으로 알려진 아인슈타인 방정식의 해의 일부로 예측된다. 여기서 "최대 확장"은 시공간이 어떠한 "가장자리"도 가져서는 안 된다는 것을 의미한다.
최대 확장된 시공간에는 두 개의 별도 내부 영역과 두 개의 별도 외부 영역이 있는데, 때로는 두 개의 다른 "우주"라고 불린다. 네 영역 모두 크루스칼-세케레스 좌표계를 사용하는 시공간 다이어그램에서 볼 수 있다(그림 참조).[9]
슈바르츠실트 웜홀로 알려진 "아인슈타인-로젠 다리"는 두 외부 영역을 연결하는 튜브처럼 보인다.[9] 그러나 이 다리를 사용하여 한 우주에서 다른 우주로 건너갈 수는 없다. 왜냐하면 외부에서 화이트홀 사건의 지평선에 들어갈 수 없고, 어느 우주에서든 블랙홀 지평선에 들어가는 사람은 필연적으로 블랙홀 특이점에 도달하기 때문이다.
최대 확장된 슈바르츠실트 메트릭은 외부 관찰자의 관점에서 영원히 존재하는 이상적인 블랙홀/화이트홀을 설명한다. 붕괴하는 별에서 어떤 특정한 시간에 형성되는 더 현실적인 블랙홀에는 다른 메트릭이 필요하다. 붕괴하는 별 물질이 블랙홀의 역사 다이어그램에 추가되면, 다이어그램에서 화이트홀 내부 영역에 해당하는 부분이 제거된다.[10]
4. 2. 라이스너-노르드스트룀 화이트홀
고려되는 블랙홀 해의 유형에 따라 여러 유형의 화이트홀이 있다. 위에 언급된 슈바르츠실트 블랙홀의 경우, 화이트홀에서 나오는 측지선은 그것이 포함하고 있는 "중력 특이점"에서 비롯된다. 전기 전하를 가진 블랙홀(라이스너-노르드스트룀 블랙홀)의 경우, 화이트홀은 다른 우주에 존재하는 블랙홀의 "출구"가 된다. 그러한 블랙홀-화이트홀 구성은 웜홀이라고 불린다.[13]4. 3. 커 화이트홀
슈바르츠실트 블랙홀의 경우, 화이트홀에서 나오는 측지선은 그것이 포함하고 있는 "중력 특이점"에서 비롯된다. Reissner-Nordström 블랙홀처럼 전기적 전하나 각운동량을 가진 블랙홀의 경우, 화이트홀은 다른 우주에 존재하는 블랙홀의 "출구"가 된다. 그러한 블랙홀-화이트홀 구성을 웜홀이라고 부른다. 그러나 두 경우 모두, 화이트홀 "안"의 영역에 도달하는 것은 불가능하므로, 화이트홀의 동작, 특히 화이트홀에서 나올 수 있는 것은 예측하는 것이 완전히 불가능하다. 이런 의미에서 화이트홀은 우주의 진화를 예측할 수 없는 구성인데, 이는 결정론적이지 않기 때문이다. "베어 특이점"은 비결정론적 구성의 또 다른 예이지만, 주어진 영역에서 접근할 수 없는 영역이 없기 때문에 화이트홀의 지위를 갖지는 않는다. 기본 개념에서 빅뱅은 외계 공간의 노출된 특이점으로 볼 수 있지만, 화이트홀에 해당하지는 않는다.[13]5. 물리적 실재성
1930년대에 물리학자 로버트 오펜하이머와 하트랜드 스나이더는 아인슈타인 방정식의 해로서 화이트홀 개념을 도입했다. 블랙홀이 별의 붕괴로부터 생성되는 반면, 화이트홀은 공간, 시간, 그리고 잠재적으로 우주의 이론적인 탄생을 나타낸다.[6] 중심에서 공간과 시간은 특이점으로 끝나지 않고, 아인슈타인 방정식이 양자 효과에 의해 위배되는 짧은 전이 영역을 가로질러 계속되며, 이 영역에서 공간과 시간은 존 라이튼 신지가 이미 제안한 가능성인 화이트홀 내부의 구조로 나타난다.[6]
화이트홀의 존재 가능성은 1964년에 이고르 노비코프에 의해 제시되었고,[7] 니콜라이 카르다셰프에 의해 발전되었다.[8] 화이트홀은 전하와 회전이 없는 영원한 블랙홀을 설명하는 슈바르츠실트 메트릭의 최대 확장된 버전으로 알려진 아인슈타인 방정식의 해의 일부로 예측된다. 여기서 "최대 확장"은 시공간이 어떠한 "가장자리"도 가져서는 안 된다는 것을 의미한다.
최대 확장된 시공간에는 두 개의 별도 외부 영역이 있는데, 때로는 두 개의 다른 "우주"라고 불리며, 두 번째 우주는 두 내부 영역의 일부 가능한 입자 궤적을 외삽할 수 있게 해준다. 이는 내부 블랙홀 영역이 두 우주 중 하나에서 떨어진 입자의 혼합을 포함할 수 있고, 마찬가지로 내부 화이트홀 영역의 입자는 두 우주 중 하나로 탈출할 수 있음을 의미한다. 네 영역 모두 크루스칼-세케레스 좌표계를 사용하는 시공간 다이어그램에서 볼 수 있다.[9]
이 시공간에서 초표면을 선택하고 해당 시간에 공간의 곡률을 나타내는 임베딩 다이어그램을 그리면, 두 외부 영역을 연결하는 튜브처럼 보이는 "아인슈타인-로젠 다리" 또는 슈바르츠실트 웜홀이 나타난다.[9] 아인슈타인-로젠 다리는 각 우주의 두 블랙홀 사건의 지평선을 연결하거나, 각 우주의 두 화이트홀 사건의 지평선을 연결할 수 있다. 그러나 다리를 통해 한 우주에서 다른 우주로 건너갈 수는 없다.[9]
최대 확장된 슈바르츠실트 메트릭은 외부 관찰자의 관점에서 영원히 존재하는 이상적인 블랙홀/화이트홀을 설명한다. 붕괴하는 별에서 형성되는 더 현실적인 블랙홀에는 다른 메트릭이 필요하며, 이 경우 다이어그램에서 화이트홀 내부 영역에 해당하는 부분이 제거된다.[10]
일반 상대성 이론의 방정식은 시간 반전 대칭을 나타내므로, "현실적인" 블랙홀의 시간 반전 역시 허용한다. 시간 반전된 경우는 우주의 시작부터 존재해 왔고, 마침내 "폭발"하여 사라질 때까지 물질을 방출하는 화이트홀이 될 것이다.[11] 그러나 이러한 화이트홀은 고도로 "불안정"할 것으로 예측된다.[12]
5. 1. 관측 증거 부족
블랙홀은 거대한 별의 잔해가 수축하여 형성되는데, 이러한 과정은 정적이지 않다. 블랙홀은 영원히 존재하는 것이 아니며, 이에 상응하는 화이트홀도 없다.[13] 화이트홀이 존재하려면 형성 과정이나 우주 생성과 함께 존재해야 하는데, 이러한 해결책은 모두 만족스럽지 않다. 알려진 천체물리학적 과정으로는 화이트홀을 형성할 수 없으며, 우주 생성부터 화이트홀을 가정하는 것은 구체적인 동기가 없는 매우 특정한 초기 조건을 가정하는 것과 같다.[13]퀘이사의 엄청난 복사량 때문에 수십억 광년 떨어진 곳에서도 관측이 가능하며, 한때 퀘이사가 화이트홀과 같은 현상이나 물질 생성의 자리라고 추정되었다(정상 상태 이론). 그러나 이 아이디어는 폐기되었고, 퀘이사의 관측된 특성은 초대질량 블랙홀이 중심에 있는 강착 원반의 특성으로 매우 잘 설명된다.[13]
블랙홀은 중력 붕괴라는 잘 연구된 과정을 통해 생성되지만, 화이트홀 생성으로 이어지는 명확한 과정은 없다. 몇 가지 가설이 제시되었는데, 웜홀로 연결된 블랙홀의 "출구"일 수 있다는 가설, 매우 불안정하여 짧은 시간 동안만 존재하고 붕괴하여 블랙홀이 된다는 가설 등이 있다. 퀘이사가 발견되었을 때 화이트홀로 추정했지만, 현재는 폐기되었다.[22]
2006년 GRB 060614의 비정상적인 감마선 폭발이 화이트홀이라는 주장도 제기되었다.[21][23] 2014년에는 빅뱅이 초대질량 화이트홀 폭발로 생성되었다는 아이디어도 탐구되었다.[24] 또한, 화이트홀이 블랙홀의 시간적 역(temporal inverse)일 수 있다는 가설도 있다.[25][26]
현재 화이트홀의 존재를 믿는 과학자는 거의 없으며, 실제 대응물이 없는 수학적 연습으로 간주된다.[27] 화이트홀의 존재는 결정적이지 않지만, 2006년 관측된 GRB 060614는 처음으로 화이트홀의 존재를 시사했다.[28]
화이트홀은 모든 물질을 방출하는 천체로 정의되지만, 이 정의에 따르면 결국 소멸한다. 과거에는 "화이트홀이 발견되지 않는 것은 이미 전부 소멸했기 때문"이라고 설명했지만, 이 설명은 빅뱅 이전에 화이트홀이 이미 존재했어야 한다는 모순을 낳는다. 블랙홀과 화이트홀이 웜홀로 연결되어 블랙홀에 빨려 들어간 물질이 화이트홀에서 방출된다는 가설도 있지만, 빨려 들어간 물질의 이후 행방을 설명할 수 없다는 모순이 있다. 이러한 점들 때문에 화이트홀은 수학적 해석으로 상상된 가공의 천체이며, 현실에는 존재하지 않는다는 설이 지지받고 있다.
블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 증발할 것을 예측하지만, 이 과정은 시간 반전에 대해 대칭이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 따라서 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
5. 2. 이론적 문제점
1930년대에 물리학자 로버트 오펜하이머와 하트랜드 스나이더는 아인슈타인 방정식의 해로서 화이트홀 개념을 도입했다. 블랙홀이 별의 붕괴로부터 생성되는 반면, 화이트홀은 공간, 시간, 그리고 잠재적으로 우주의 이론적인 탄생을 나타낸다.[6]화이트홀의 존재 가능성은 1964년에 이고르 노비코프에 의해 제시되었고,[7] 니콜라이 카르다셰프에 의해 발전되었다.[8] 화이트홀은 전하와 회전이 없는 영원한 블랙홀을 설명하는 슈바르츠실트 메트릭의 최대 확장된 버전으로 알려진 아인슈타인 방정식의 해의 일부로 예측된다.
최대 확장된 시공간에는 두 개의 별도 외부 영역이 있는데, 때로는 두 개의 다른 "우주"라고 불리며, 두 번째 우주는 두 내부 영역의 일부 가능한 입자 궤적을 외삽할 수 있게 해준다. 이는 내부 블랙홀 영역이 두 우주 중 하나에서 떨어진 입자의 혼합을 포함할 수 있고(따라서 한 우주에서 떨어진 관찰자는 다른 우주에서 떨어진 빛을 볼 수 있음), 마찬가지로 내부 화이트홀 영역의 입자는 두 우주 중 하나로 탈출할 수 있음을 의미한다. 네 영역 모두 크루스칼-세케레스 좌표계를 사용하는 시공간 다이어그램에서 볼 수 있다.[9]
이 시공간에서, 아인슈타인-로젠 다리는 각 우주의 두 블랙홀 사건의 지평선을 연결할 수 있으며(다리의 내부는 시공간의 블랙홀 영역의 일부임), 또는 각 우주의 두 화이트홀 사건의 지평선을 연결할 수 있다(다리의 내부는 화이트홀 영역의 일부임). 그러나 다리를 사용하여 한 우주에서 다른 우주로 건너갈 수 없는데, 외부에서 화이트홀 사건의 지평선에 들어갈 수 없고, 어느 우주에서든 블랙홀 지평선에 들어가는 사람은 필연적으로 블랙홀 특이점에 도달하기 때문이다.[9]
최대 확장된 슈바르츠실트 메트릭은 외부 관찰자의 관점에서 영원히 존재하는 이상적인 블랙홀/화이트홀을 설명한다. 붕괴하는 별에서 어떤 특정한 시간에 형성되는 더 현실적인 블랙홀에는 다른 메트릭이 필요하다. 붕괴하는 별 물질이 블랙홀의 역사 다이어그램에 추가되면, 다이어그램에서 화이트홀 내부 영역에 해당하는 부분이 제거된다.[10]
일반 상대성 이론의 방정식이 시간 반전 대칭을 나타내기 때문에, 일반 상대성 이론은 또한 붕괴하는 물질에서 형성되는 이러한 유형의 "현실적인" 블랙홀의 시간 반전을 허용해야 한다. 시간 반전된 경우는 우주의 시작부터 존재해 왔고, 마침내 "폭발"하여 사라질 때까지 물질을 방출하는 화이트홀이 될 것이다.[11] 그러한 물체가 이론적으로 허용된다는 사실에도 불구하고, 자연적으로 그 형성을 이끌어낼 과정이 없기 때문에 물리학자들은 블랙홀만큼 진지하게 받아들이지 않는다. 그들은 빅뱅의 초기 조건에 구축된 경우에만 존재할 수 있다.[11] 또한, 그러한 화이트홀은 외부에서 지평선으로 떨어지는 물질의 소량이라도 화이트홀의 폭발을 방지할 것이기 때문에, 멀리 있는 관찰자가 볼 때 고도로 "불안정"할 것으로 예측된다. 특이점에서 방출된 물질은 화이트홀의 중력 반경에서 탈출할 수 없다.[12]
블랙홀은 중력 붕괴라는 잘 연구된 물리적 과정을 통해 생성되지만, 화이트홀의 생성으로 이어지는 명확한 유사 과정은 존재하지 않는다.
화이트홀이 존재하기 위해서는 형성으로 이어지는 물리적 과정에서 발생하거나, 우주의 생성과 함께 존재해야 한다. 그러한 구성을 형성할 수 있는 알려진 천체물리학적 과정은 없다.
퀘이사가 방출하는 엄청난 양의 복사를 고려할 때, 퀘이사가 화이트홀과 같은 기묘한 물리 현상이나 물질의 지속적인 생성 현상의 자리라고 가정했지만, 현재 이 추정은 폐기되었다.[13]
몇 가지 가설이 제시되었다:
- 화이트홀은 블랙홀의 일종의 "출구"일 수 있으며, 두 종류의 특이점은 웜홀로 연결될 수 있다(화이트홀과 마찬가지로 웜홀도 아직 발견되지 않았다). 퀘이사가 발견되었을 때, 이것이 찾고 있던 화이트홀이라고 추정했지만, 현재 이 추정은 폐기되었다.[22]
- 또 다른 널리 퍼진 생각은 화이트홀이 매우 불안정하며, 매우 짧은 시간 동안 지속되고, 생성된 후에도 붕괴되어 블랙홀이 될 수 있다는 것이다.
- 천문학자 알론 레터(Alon Retter)와 슐로모 헬러(Shlomo Heller)는 2006년에 발생한 GRB 060614의 비정상적인 감마선 폭발이 "화이트홀"이라고 주장한다.[21][23]
- 2014년, 마드리즈 아귈라(Madriz Aguilar), 모레노(Moreno) 및 벨리니(Bellini)는 5차원 진공의 틀 내에서 빅뱅이 초대질량 화이트홀 폭발에 의해 생성되었다는 아이디어를 탐구했다.[24]
- 마지막으로, 화이트홀은 블랙홀의 시간적 역(temporal inverse)일 수 있다는 가설이 제기되었다.[25][26]
현재, 화이트홀의 존재를 믿는 과학자는 거의 없으며, 이는 실제 대응물이 없는 단순한 수학적 연습으로 간주된다.[27] 화이트홀의 존재는 결정적이지 않지만, 2006년에 관측된 GRB 060614는 처음으로 화이트홀의 존재를 시사했다.[28]
블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 최종적으로 증발할 것을 예언하지만, 이 과정 또한 시간 반전에 대해 대칭이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 그렇다면, 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
5. 3. 학계의 회의적 시각
블랙홀은 거대한 별의 잔해가 수축하여 형성되는데, 이는 정적인 과정이 아니다. 거대하고 확장된 물체에서 시작하여 수축하여 블랙홀이 되기 때문에 블랙홀은 영원히 존재하지 않으며, 이에 상응하는 화이트홀도 존재할 수 없다.화이트홀이 존재하려면 형성 과정이나 우주 생성과 함께 존재해야 하는데, 두 해결책 모두 만족스럽지 않다. 알려진 천체물리학적 과정으로는 화이트홀을 형성할 수 없으며, 우주 생성부터 화이트홀을 가정하는 것은 구체적인 동기가 없는 매우 특정한 초기 조건을 가정하는 것과 같다.
퀘이사의 엄청난 복사량은 수십억 광년 떨어진 곳에서도 관측 가능하게 하며, 퀘이사가 화이트홀과 같은 기묘한 물리 현상이나 물질 생성 현상의 자리라는 가설(정상 상태 이론)이 제기되기도 했다. 그러나 이 아이디어는 현재 폐기되었으며, 퀘이사의 관측된 특성은 초대질량 블랙홀이 중심에 있는 강착 원반의 특성으로 매우 잘 설명된다.[13] 2006년에 관측된 GRB 060614는 화이트홀의 존재를 시사하기도 했지만, 결정적인 증거는 아니다.[28]
화이트홀은 모든 물질을 방출하는 천체로 정의되기도 하지만, 이 정의에 따르면 결국 모든 물질을 방출하고 소멸해 버린다. 과거에는 "화이트홀이 발견되지 않는 것은 이미 전부 소멸했기 때문"이라고 설명했지만, 이 설명은 빅뱅 이전에 화이트홀이 이미 존재했어야 한다는 모순을 낳는다. 블랙홀과 화이트홀이 웜홀을 통해 연결되어 블랙홀에 빨려 들어간 물질이 화이트홀에서 방출된다는 가설도 있지만, 이 역시 블랙홀에 빨려 들어간 물질의 행방을 설명할 수 없다는 모순이 있다. 이러한 이유로 화이트홀은 수학적 해석으로 상상된 가공의 천체이며, 현실에는 존재하지 않는다는 설이 지지받고 있다.
블랙홀 열역학은 호킹 복사에 의해 블랙홀이 증발할 것을 예측하지만, 이 과정은 시간 반전에 대해 대칭이므로, 열적 평형 상태에 있는 블랙홀의 시간 반전 해 역시 블랙홀 해이다. 따라서 블랙홀과 화이트홀은 같은 천체로 해석될 수 있다.[29]
6. 빅뱅/초대질량 화이트홀
블랙홀과 마찬가지로 화이트홀은 질량, 전하, 각운동량과 같은 속성을 가진다. 다른 질량체처럼 물질을 끌어들이지만, 화이트홀을 향해 떨어지는 물체는 실제로 화이트홀의 사건의 지평선에 도달하지 못한다.[4] 양자역학에서 블랙홀은 호킹 복사를 방출하므로, 복사 가스와 열적 평형을 이룰 수 있다. 스티븐 호킹은 열적 평형 상태의 블랙홀을 시간 반전하면 열적 평형 상태의 화이트홀이 된다고 주장했다.[4] 결과적으로, 블랙홀과 화이트홀은 상호 구조를 가질 수 있으며, 일반적인 블랙홀의 호킹 복사는 화이트홀의 에너지 및 물질 방출과 동일시된다.
1980년대 후반, 일부 연구자들은 블랙홀이 형성될 때 코어/특이점에서 빅뱅이 발생하여 새로운 우주가 ''모체 우주'' 외부로 확장될 수 있다고 제안했다.[14][15][16] 아인슈타인-카르탕-스키아마-키블 중력 이론에서 비틀림과 디랙 스피너 사이의 최소 결합은 극도로 높은 밀도에서 페르미온 물질에서 중요한 반발 스핀-스핀 상호작용을 생성하여 중력 특이점의 형성을 방지한다. 대신, 사건 지평선의 반대편에서 붕괴하는 물질은 거대하지만 유한한 밀도에 도달하여 반동하여 정규 아인슈타인-로젠 브리지를 형성한다.[17] 브리지의 반대편은 새롭고 성장하는 아기 우주가 되며, 아기 우주에 있는 관찰자에게 모체 우주는 유일한 화이트홀로 보인다. 관측 가능한 우주는 더 큰 우주 내부의 수많은 블랙홀 중 하나로 존재하는 블랙홀의 아인슈타인-로젠 내부이며, 빅뱅은 관측 가능한 우주가 유한하고 최소한의 스케일 인자를 갖는 비특이 빅 바운스였다.[18]
2003년 조엘 스몰러와 블레이크 템플은 충격파 우주론을 제안했는데, 이는 "빅뱅"을 블랙홀 내부의 폭발로 간주하여 관측 가능한 우주를 포함하는 팽창하는 공간과 물질을 생성한다.[19] 이 블랙홀은 결국 물질 밀도가 팽창하면서 감소함에 따라 화이트홀이 된다.
2012년 논문은 빅뱅 자체가 화이트홀이라고 주장한다.[21] 이 논문은 "스몰 뱅"이라고 명명된 화이트홀의 출현이 자발적이며 모든 물질이 단일 펄스로 방출된다고 제안한다. 블랙홀과 달리 화이트홀은 지속적으로 관찰할 수 없으며, 그 영향은 사건 주변에서만 감지할 수 있다. 이 논문은 화이트홀과 새로운 감마선 폭발 그룹을 식별하는 것을 제안했다.
7. 대중문화 속 화이트홀
참조
[1]
서적
Spacetime and Geometry
Addison-Wesley
2004
[2]
서적
The nature of space and time
Princeton University Press
1996
[3]
웹사이트
Is the Big Bang a black hole?
http://math.ucr.edu/[...]
1997
[4]
논문
Black Holes and Thermodynamics
1976
[5]
서적
Strings, Branes and Gravity
http://www.worldscie[...]
World Scientific
2001-10
[6]
논문
Black Hole Evolution Traced Out with Loop Quantum Gravity
https://physics.aps.[...]
2018-12-10
[7]
간행물
БЁЛАЯ ДЫРА
Советская энциклопедия
[8]
서적
https://books.google[...]
Наука
1976
[9]
웹사이트
White Holes and Wormholes
http://casa.colorado[...]
2011-10-12
[10]
웹사이트
Collapse to a black hole
http://casa.colorado[...]
2011-10-12
[11]
서적
Cosmic Catastrophes: Exploding Stars, Black Holes, and Mapping the Universe
https://archive.org/[...]
Cambridge University Press
2007
[12]
서적
Black Hole Physics: Basic Concepts and New Developments
Springer
1998
[13]
웹사이트
Trou blanc : définition et explications
https://www.techno-s[...]
[14]
논문
An obstacle to creating a universe in the laboratory
https://linkinghub.e[...]
1987-01
[15]
논문
Radial motion into an Einstein–Rosen bridge
https://linkinghub.e[...]
2010-04
[16]
웹사이트
Every Black Hole Contains Another Universe?
https://www.national[...]
2010-04-12
[17]
논문
Cosmology with torsion: An alternative to cosmic inflation
https://linkinghub.e[...]
2010-11
[18]
논문
Nonsingular, big-bounce cosmology from spinor-torsion coupling
https://journals.aps[...]
2012-05-29
[19]
웹사이트
Did cosmos begin as a black hole?
https://www.nbcnews.[...]
2024-03-23
[20]
웹사이트
'Big Wave' Theory Offers Alternative to Dark Energy
https://www.space.co[...]
2024-03-23
[21]
논문
The revival of white holes as Small Bangs
2012
[22]
웹사이트
Sitio oficial de la Nasa en donde se explica la cuestión: los cuásares fueron supuestos como agujeros blancos pero la hipótesis quedó descartada
http://imagine.gsfc.[...]
[23]
웹사이트
Израильтяне нашли белую дыру
http://www.membrana.[...]
2012-05-03
[24]
논문
The primordial explosion of a false white hole from a 5D vacuum
https://linkinghub.e[...]
2014-01
[25]
웹사이트
Descubren nuevas evidencias de la transición al blanco de los agujeros negros, Universidad Complutense de Madrid
https://www.ucm.es/o[...]
[26]
논문
Exponential fading to white of black holes in quantum gravity
https://iopscience.i[...]
2017-05-18
[27]
웹사이트
¿Hemos detectado ya agujeros blancos y no los hemos reconocido?
https://www.abc.es/c[...]
2018-12-17
[28]
웹사이트
Is the Big Bang a black hole?
https://math.ucr.edu[...]
2020-04-28
[29]
논문
Journal Paper
1976
[30]
문서
한국천문학회 편 천문학용어집 306쪽 좌단 7째줄
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