블랙홀의 반대, 화이트홀

천문학에 관심이 있는 사람들이라면, 화이트홀에 대하여 들어보았을 것이다. 화이트홀(white hole)이란, 엄연히 물리학적·수학적 근원을 가진 천체물리학적 개념으로서, 최근 화이트홀 연구가 진지하게 진행 중이다. 화이트홀을 연구하다보면 그동안 물리학자들의 난제였던 암흑물질과 빅뱅에 관련된 의문점을 말끔하게 해소할 수도 있다고 전망한다. 화이트홀(white hole)은 엄연히 물리학적·수학적 근원을 가진 천체물리학적 개념이며 공상과학소설·영화에만 존재하는 허구적 개념으로만 치부할 수 없다. 다만 아직 그 존재를 증명하지 못했을 뿐이다. 최근 화이트홀 연구가 진지하게 진행되고 있으며 화이트홀을 연구하다보면 그동안 물리학자들의 골머리를 썩여온 암흑물질과 빅뱅에 관련된 의문점을 말끔하게 해소할 수도 있다고 한다. 화이트홀의 기원도 블랙홀처럼 아인슈타인의 일방상대성이론이라고 알려져있다. 이론의 복잡한 수식들이 어떤 해(解)는 화이트 홀을, 그리고 어떤 해는 블랙홀을 만든다는 것이 밝혀졌다. 이러한 근거로, 이 둘은 수학적으로는 존재할 확률이 같다. 게다가 블랙홀과 화이트홀은 이름이 말해주듯이 밀접하게 관련이 있다. NASA의 천체물리학자들은 화이트홀을 ‘블랙홀의 시간 역전’이라고 칭해왔다. 한마디로, 블랙홀이 담긴 장면을 되감기하면 화이트홀을 얻을 수 있다는 것이다. 그 반대도 역시나 마찬가지이다. 그렇다면 이것이 의미하는 바는 무엇일까? 화이트홀은 단순히 블랙홀 끝의 반대편에 존재하며, 웜홀이라 부르는 이론적인 시공간 터널에 연결되어 있다고 추정한다. 그래서 블랙홀로 빠진 모든 물질과 에너지는 결국 이 우주 혹은 다른 우주의 화이트홀로 발사된다는 것이다. 그렇다고 해서 지금 당장 먼 곳으로 여행 갈 생각에 블랙홀로 뛰어들지는 말아야 할 것이다. 아마 엄청난 중력에 우리와 우리의 짐 가방이 짓이겨져 부서진 채로 반대편의 화이트홀로 나오게 될 수도 있다. 한 편, 천체 물리학자 에스겔 트라이스터(Ezequiel Treister)는 2011년 NASA 채팅에서 “우리는 빅뱅을 가장 큰 화이트홀로 생각할 수 있다”라고 주장했다. 왜냐하면 빅뱅의 생성과 화이트홀의 복사를 다루기 위한 수학은 매우 비슷한 면이 있기 때문이다. 물론 두 현상의 근원에 대해서는 아직도 제대로 알 수 없다. 무엇이 빅뱅을 일으켰고, 빅뱅 이전에 무엇이 있었는지 상상하기란 매우 어렵다. 또 한, 블랙홀의 탄생은 확실하게 이해할 수 있는데 비해 화이트홀의 탄생은 대부분 알지 못한다. 뿐만 아니라, 아인슈타인의 방정식은 화이트홀의 존재 가능성에 대해서만 설명할 수 있을 뿐, 어떻게 생겨났는지에 대한 답을 주지 못한다. 물론 많은 물리학자들이 화이트홀과 빅뱅이 하나이며 같은 것임을 주장할 만한 둘의 유사점들은 충분히 많다. “정의에 따르면, 화이트홀은 저절로 생겨날 수 없다. 그래서 유일하게 만들어질 수 있는 방법은 우주와 같이 생겨나는 것이다.”라고 말한 트라이스터처럼, 우리와 나머지 우주는 138억년 전 화이트홀이 바깥으로 방출한 물질의 일부일지도 모른다.