[Kurzgesagt] 블랙홀 폭탄과 블랙홀 문명

 

 

블랙홀은 우주에 있는 것들 중 가장 큰

순수하고 폭력적인 에너지의 집합입니다.

너무 가까이 가면

우리를 집어삼켜 우리의 에너지를 자기 것으로 만들죠.

우리는 그 에너지는 영영 잃어버리고 말고요.

하지만 그게 정말일까요?

 

사실 우주에는 치트키가 있습니다.

모든 것이 죽을 때까지 문명의 에너지를 공급하거나

우주에서 가장 큰 폭탄에 만드는 방법입니다.

어떻게요?

블랙홀은 모든 에너지를 빨아들이지 않나요? 심지어 빛도요.

 

어 맞습니다.

우주에서 가장 신비로운 것들에 대한 지식이

하나의 단순한 사실 때문에 이제 더 이상해질 겁니다.

블랙홀은 회전하고 있습니다.

 

 

--블랙홀이 회전하는 이유

 

정말정말 별이 죽으면

핵이 그 자체 중력으로 붕괴하면서 블랙홀이 탄생합니다.

이 말은 무지하게 큰 게 엄청나게 작은 게 된다는 뜻입니다.

이 우주에서 작아질 수 있는 한계만큼 작아지는 거죠

 

하지만 별은 회전하고

우주의 기본 원리에 따르면

회전하는 것은 회전을 멈추고 싶지 않아 합니다.

우리는 이를 각 운동량이라고 합니다.

그리고이 각 운동량은 사라지지 않습니다.

 

회전하는 큰 것이 작아지면

회전은 더 빨라집니다.

그러니 별이 붕괴할 때 각 운동량은 회전속도를 더 빠르게 합니다.

그러다 결국 붕괴하여 블랙홀이 됩니다.

 

그리고 블랙홀도 계속 돕니다.

형언할 수 없을 정도로 빠르게요.

어떤 것들은 초당 수백만 번씩 돕니다.

 

 

--왜 회전하는 블랙홀은 특별할까?

 

회전하지 않는 블랙홀처럼 회전하는 블랙홀에도

사건의 지평선이 있고, 중심에는 특이점이 있습니다.

모든 질량이 모여 있는 지점이죠.

 

특이점은 보통 한 점으로 묘사됩니다.

무한대로 작은 점이며 표면적이 없다고요.

하지만 점은 회전할 수 없습니다.

따라서 회전하는 특이점은 점일 수가 없습니다.

그래서 링 특이점이라 합니다.

 

링 특이점은 두께가 0이고 표면이 없는 링이

매우 빨리 회전하는 것입니다.

블랙홀의 모든 질량을 갖고 있겠죠.

 

이 블랙홀은 너무 빨리 돌아서 시공간 자체를 뒤틉니다.

공간을 같이 끌고 회전할 정도로 강력합니다.

때문에 새롭고 되게 이상한 어떤 시공간 영역이 생깁니다.

바로 작용권이라는 겁니다.

블랙홀을 감싸고 있는 부분입니다.

 

시공간이 사건의 지평선 내부에서 완전히 망가진다면

작용권 안에서는 반만 망가집니다.

작용권 안에서는 말이 되는 게 없습니다.

들어갔다 나올 수는 있습니다.

하지만 좋은 경험은 아닐 겁니다.

 

이렇게 상상할 수 있습니다.

회전하지 않는 블랙홀에 빠지는 건 구멍으로 빠지는 것 같습니다.

회전하는 블랙홀의 작용권에 있는 건

죽음으로 가는 하수구를 빙글빙글 돌며 내려가는 것 같습니다.

 

블랙홀은 자신의 운동 에너지를

회전의 형태로 작용권에 들어오는 모든 것에 전달합니다.

링 특이점은 원하든 원하지 않든 우리를 춤추게 합니다.

가만히 서 있으려고만 해도 빛보다 빨리 움직여야 합니다.

불가능하다는 거죠.

 

하지만 여기서 치트키가 등장합니다.

이 에너지를 훔칠 수 있습니다.

그리고 훔칠 에너지는 많습니다.

 

 

--괴물한테서 에너지를 훔치는 방법.

 

우리은하 가운데에 있는 초거대 블랙홀을 예로 들면

우리은하의 모든 별이

십억 년 동안 방출하는 에너지만큼을 훔칠 수 있습니다.

가장 쉽게 훔치는 방법은

희한하게도 뭔가를 집어넣는 겁니다.

 

링 특이점이 작용권에 들어간 사람에게

에너지를 전달하는 것을 보았습니다.

시공간이 빙빙 도는 소형돌이에 들어간 것과 비슷합니다.

 

여기서 똑똑한 사람은 물살을 이용해

이전보다 빠르게 헤엄칠 수 있을 겁니다.

실제로는 로켓을 작용권 내로 들여보내

블랙홀과 거래를 하는 것에 가깝습니다.

질량 에너지를 좀 주고 회전 에너지를 좀 받는 겁니다.

공평한 거래는 아닙니다.

우리가 더 이득입니다.

 

보통 로켓을 발사하면 화학적 에너지가 운동 에너지로 바뀝니다.

수영장에서 물을 차고 앞으로 나가는 것과 비슷합니다.

하지만 작용권 안에서 로켓을 발사하면

파도풀에서 앞으로 나가는 것과 같습니다.

파도의 해전 에너지가 훨씬 크게 몸을 밀어줘

발로 차고 나가는 것보다 훨씬 멀리 갈 수 있습니다.

 

블랙홀 회전이 주는 이 힘은

들어갈 때보다 훨씬 큰 에너지로 작용권을 탈출할 수 있을 정도로 큽니다.

 

블랙홀은 자신의 회전 에너지 중 극소량을 쓰고 약간 느려집니다.

물론 여기에는 연료가 필요합니다.

다행히 블랙홀은 아무거나 잘 먹습니다.

 

발전된 미래 문명은

아마 운석을 채취해 블랙홀에 떨어뜨려 에너지를 보충할 겁니다.

하지만 블랙홀에서 에너지를 얻는 더 좋은 방법이 있습니다.

희한하게도 이 방법으로는

생명체가 만들 수 있는 최대의 폭탄을 만들 수 있습니다.

 

 

--블랙홀 폭탄

 

블랙홀 폭탄에는 두 가지만 있으면 됩니다.

빠르게 회전하는 블랙홀과 큰 거울입니다.

거울은 블랙홀을 완전히 둘러싸야 합니다.

다이슨 구체와 비슷합니다.

별 하나의 에너지를 통째로 수확하는 초거대 구조물이죠.

우리 거울은 만들기가 더 쉬울 테지만요.

 

거울은 더 간단합니다.

그리고 블랙홀은 별에 비하면 크기가 훨씬 훨씬 작죠.

10cm 두께로 거울을 만든다면

큰 소행성에 매장된 금속 정도면

우리 태양 질량 정도의 블랙홀을 둘러쌀 수 있을 겁니다.

 

거울이 자리를 잡으면

창을 열어 전자기파를 블랙홀에 쏘기만 하면 됩니다.

무슨 일이 일어날지는

벽에 던진 공이 총알보다 빠르게 되돌아오는 걸 상상해 보면 됩니다.

전자기파는 빛의 속도로 블랙홀을 때립니다.

작은 부분은 사건의 지평선 너머로 영영 사라집니다.

 

하지만 훨씬 더 많은 전자기파가 작용권에 갇혀 돕니다.

블랙홀은 자신의 회전 에너지를 전달해

이 전자기파의 에너지를 증폭시킵니다.

 

이제 초방사 산란이 시작됩니다.

복잡한 과학 용어지만

간단하게 거울과 블랙홀 사이에서 튕겨 다니며 더 세진다는 뜻입니다.

 

한 번 돌 때마다 기하급수적으로 강해집니다.

창을 몇 개 열면 에너지 증가의 속도만큼

빠르게 에너지를 추출할 수 있습니다.

 

이걸 이용하면

이론적으로 사실상 수조 년 동안 쓸 수 있는

무한한 에너지원을 얻을 수 있습니다.

아니면 폭파시킬 수도 있죠.

 

전자기파를 방출시키지 않으면

계속 강해지고 강해져

블랙홀에서 점점 더 많은 에너지를 얻고

결국 거울이 깨질 겁니다.

 

초거대 블랙홀은 초신성과 맞먹는 에너지를 방출할 겁니다.

생명체가 만들 수 있는 가장 큰 폭발이 되는 겁니다.

 

 

--죽어가는 우주에 남은 마지막 고향

 

블랙홀 폭탄, 펜로즈 과정, 초방사 산란이 멋진 건

이들이 공산과학 이야기가 아니라는 점입니다.

머나 먼 미래에는

죽어가는 우주에서 생존할 수 있는 유일한 길이

이것들일 수 있습니다.

 

모든 적색 왜성이 식고

모든 백색왜성이 흑색왜성으로 변하면

우주에는 영원한 어둠이 찾아옵니다.

 

그때 회전하는 블랙홀은

생명체가 수확할 수 있는 유일한 에너지원일지 모릅니다.

 

그렇다면 존재하는 마지막 생명체는

그 종말을 블랙홀 곁에서 맞게 될 수도 있습니다.

 

무서운 동시에 희망적입니다.

모든 빛이 꺼져도 우리가 갈 곳은 있습니다.