SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
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다른 커뮤니티에서 봤던 질문인데, 제가 답해놓고도 좀 지나서 생각하니 이게 맞는가 싶어서 다른 분들의 말씀을 듣기 위해 글 올려봅니다.
일단 올라온 질문은 이러합니다.
저는 대충 이런식으로 대답했습니다.
그리고 다시 질문이 돌아왔습니다.
저는 이렇게 답했습니다.
애초에 막대한 질량이 없는 상황이라도 우주선이 빠르게 가속하기만 하면 시간지연이 일어나므로, 공간왜곡이 없어도 시간지연이 일어난다. 질량에 의한 시간지연은 공간왜곡(=중력)때문에 받는 가속도 때문에 시간지연이 일어나는 것이므로, 우주선이 가속해서 중력장 같은게 생긴게 아니라, 중력장 안에 있어서 가속을 받는 것이 되는거다.
그리고 볼링공의 비유는 어디까지나 질량에 의한 공간왜곡을 이해하기 쉽게 보여주는 예시이므로 그대로 받아들이면 사실과 달라진다. 고무막의 세계는 2차원이므로 볼링공에 의한 공간왜곡도 어디까지나 2차원적으로 봐야하기 때문에 제3의 방향으로 고무막이 늘어난 것을 고려해서는 안된다. 보다 정확한 비유를 하려면 고무막이 볼링공 때문에 아래로 쳐지는 것이 아니라, 고무막은 평평하게 있는데 질량중심쪽으로 끝없이 고무막이 잡아당겨지는 상황이라고 봐야한다. 그리고 이 상황에서 우주선은 아래로 쳐지지도 않고 어느 한 쪽으로 끌려가지도 않으므로 시간지연이 일어나지 않는다고 봐야한다.
그런데 나중에 생각해보니, 이 설명이 맞는가 싶었습니다.
쌍둥이 블랙홀이 있으면, 블랙홀에서 멀리 떨어진 곳에서는 결국 블랙홀이 하나 있을 때보다 더 강한 중력으로 잡아당겨지게 됩니다.
고로 쌍둥이 블랙홀의 사이에도 보다 강력한 중력장이 형성되므로 결국 시간지연이 되지는 않을까 하는 생각이 들었습니다.
그런데 또 생각해보면, 질량의 전부가 껍데기에 존재하는 구 내부(그러니까 지구공동설에서 말하는 지구 형태)에서 구의 내부에서는 가우스의 법칙에 따라 중력이 0이 되므로, 쌍둥이 블랙홀 사이에서도 중력이 0이 되는 것 아닌가 싶고요.
고무막과 볼링공에 대한 비유도 제가 제대로 알고 있는지 의심스럽네요.
뭐가 맞나요?
폭주_고양이
블랙홀의 중력 가속도 때문에 블랙홀에 빨려들어가지 않는 궤도를 유지하기 위한 "속도"가 필요하고 이를 위해 블랙홀에 다가갈 수록 더 빠른 속도를 내야 합니다. 일단 지금까지의 연구 결과로는 우리의 시간은 광속도 대비 우리의 속도로 구해지므로 속도가 늘어난 만큼 시간이 지연되고 광속도에 다다를 수록 이 시간지연 효과는 점점 더 거시적으로 나타나죠.
블랙홀 주변에서 시간이 멈춘다(x)
블랙홀 주변의 시공간이 블랙홀에 의해 광속도에 가까운 속도로 블랙홀로 떨어지고 있으므로 이 공간의 시간은 점점 늘어나고 여기서 블랙홀에 빨려들어가지 않기 위한 우주선의 속도도 그만큼 필요하므로 우주선의 시간이 굉장히 늘어나는 것으로 보인다.(o)
만약 우주선이 블랙홀에 빨려들어가는 시공간에 상대적으로 완전히 정지하고 있다면 그 우주선은 시공간의 속도에 따라 블랙홀로 빨려들어갑니다. 점점 빨라지다가 사건의 지평선에 다다르면 광속에 도달함과 동시에 시간이 정지하겠죠.
여기서 사건의 지평선은 블랙홀에 의해 시공간이 떨어지는 속도가 광속을 넘는 지점이므로 이 지평선을 넘어가면 물질은 광속을 넘을 수 없으므로 우리가 아는 질량, 혹은 공간은 블랙홀에서 벗어날 수 없고 오로지 블랙홀의 특이점을 향해서만 떨어집니다.
이때 시간지연은 다른 속도로 운동하고 있는 외부 관찰자에서 볼때 시간이 한없이 늘어나는 결과로 보이죠. 광속의 99%에 다다른 우주선에서도 빛은 여전히 광속으로 움직이니 사건의 지평선에 거의 다다른 우주선의 탑승자가 느끼는 시간은 광속도 불변처럼 아무런 변화가 없을겁니다.
그리고 E=mc^2에 의해 질량과 에너지는 같이 취급할수 있게 되었죠. 광속의 99%로 운동하는 우주선의 에너지는 그만큼의 질량이 더해진것과 같이 취급할 수 있다는 말입니다. 그만큼의 질량이 있으므로 블랙홀처럼 주변 시공간을 휘어버리는 효과가 나타나겠죠.
사실 블랙홀에 대해 중력이나 시공간적으로 특별 취급할 필요는 없어요. 극단적으로 밀도가 높아지고 부피가 작아져서 가까이 갈수록 중력이 커지는 것 뿐, 태양이 블랙홀이더라도 태양계에는 아무런 변화도 없고 별다른 시간지연 같은 것도 발생하지 않습니다. 블랙홀 근처에서의 시간지연이란건 멀리서 다른 관성계와 속도를 가진 관찰자가 볼때 그렇게 보이는 것 뿐입니다.
시간이 느려지고, 질량이 증가하고, 길이가 짧아지고... 이것들은 모두 속도가 증가함에 따라 일어나는 현상입니다. 어느 하나가 원인이고 다른 것이 결과이거나 하는 식이 아니라, 전부 결과적인 '현상'이죠. 따라서 이론상 서로 공전하는 두 블랙홀의 중력적 중심점에 위치할 수 있다면, 그 관성계와 동일한 관성계(단 블랙홀 외부의)에서 볼 때 시간의 흐름은 그대로가 되겠죠. 가속도가 제로이고, 속도 또한 제로니까요.