단절 경계
시간의 지평선은 일반 상대성 이론에서 정의되는 개념으로, 빛의 속도로 움직이는 입자가 탈출할 수 없는 경계를 말합니다. 천체 물리학에서는 블랙홀의 경계를 나타내는 용어로 사용됩니다. 블랙홀의 사건의 지평선 안쪽에서는 중력이 매우 강하여 빛도 빠져나올 수 없으며, 외부에서는 안쪽으로 물질이나 빛이 빨려 들어갈 수 있지만 내부에서는 블랙홀의 중력에 의한 붕괴 속도가 탈출하려는 빛의 속도보다 커지므로 내부로 들어온 물질이나 빛은 외부로 빠져나갈 수 없게 됩니다. 사상 지평이라고도 부르며, 영어로는 event horizon입니다. 내부에서 일어난 사건이 외부에 아무 영향도 미치지 않게 되는 경계면을 가리킵니다.
사건의 지평선의 기원
사건의 지평선(event horizon)이라는 용어는 1950년대에 물리학자 볼프강 린들러가 처음 사용했습니다. 하지만 이 개념의 기원은 그보다 훨씬 이전으로 거슬러 올라갑니다.
1916년 카를 슈바르츠실트는 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 기반하여 블랙홀의 수학적 해를 발견했습니다. 그의 해는 특정 반경(현재 슈바르츠실트 반경으로 알려진)에서 시공간이 극단적으로 휘어진다는 것을 보여주었습니다.
1930년대에 들어 로버트 오펜하이머와 그의 학생들은 충분히 무거운 별이 중력 붕괴를 통해 블랙홀이 될 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이 과정에서 빛조차 탈출할 수 없는 경계가 형성된다는 것을 인식했습니다.
린들러가 "사건의 지평선"이라는 용어를 도입한 후, 이 개념은 블랙홀 물리학에서 중요한 역할을 하게 되었습니다. 이는 블랙홀 내부의 사건들이 외부 관찰자에게 영원히 숨겨지는 경계를 의미합니다.
사건의 지평선의 특징
1. 일방향성(단방향성)
사건의 지평선은 일방통행로와 같습니다. 물질이나 정보가 이 경계를 한 번 통과하면 다시 나올 수 없습니다. 블랙홀의 중력이 너무 강해서 빛조차도 탈출할 수 없기 때문입니다. 이로 인해 블랙홀 내부의 정보는 외부 세계로 전달될 수 없으며, 물리학에서 '정보 손실 문제'라고 알려진 논쟁을 야기합니다.
2. 시간 지연과 정지
사건의 지평선 근처에서는 시간이 극도로 느리게 흐릅니다. 외부 관찰자의 관점에서 볼 때, 사건의 지평선에 접근하는 물체는 점점 느려지다가 결국 멈춘 것처럼 보입니다. 일반 상대성 이론에서 예측하는 중력 시간 지연 효과 때문입니다. 이론적으로, 사건의 지평선 바로 위에서는 시간이 완전히 정지한 것처럼 보일 것입니다.
3. 관찰 불가와 열역학적 특성
사건의 지평선 자체는 직접 관찰할 수 없습니다. 그것은 수학적인 경계이며, 물리적인 '표면'이 아닙니다. 그러나 스티븐 호킹의 연구에 따르면, 사건의 지평선은 열역학적 특성을 가집니다. 블랙홀은 온도를 가지며 복사(호킹 복사)를 방출합니다. 이 관점에서 사건의 지평선의 면적은 블랙홀의 엔트로피에 비례하며, 블랙홀 열역학의 핵심 원리 중 하나입니다.