Q. 스티븐 호킹의 블랙홀 연구와 우주론 이론이 현대 천문학과 물리학에 미친 영향은 무엇인가요?
스티븐 호킹은 블랙홀 물리학과 우주론에서 혁명적인 연구를 수행했다고 알려져 있는데 특히 그는 블랙홀의 양자역학적 성질, 우주의 기원, 블랙홀 정보 등에 대한 여러가지 정보를 알아내게 되었습니다. 블랙홀은 중력이 너무 강하기에 어떤 물질도 빠져나올수 없을것이라고 여겼지만 블랙홀도 증발하게 되고 호킹복사라는것을 낸다고 이야기하였습니다. 블랙홀 주변의 양자요동으로 인해 입자-반입자 쌍이 생성되고 이 중 한 입자가 블랙홀 내부로 빨려 들어가고 다른 입자는 방출하는 과정을 거치게 되고 블랙홀이 이 과정중에 에너지를 잃으며 점차 증발하는 과정을 거치게 된것으로 보게 됩니다. 충분히 오랜 시간이 지나면 블랙홀은 완전히 사라질수 있게 되는 것을 의미하죠. 즉 블랙홀은 완전히 검은것이 아니라 에너지를 방출하며 서서히 사라지는것이라고 본다고 연구결과 밝히게 됩니다. 블랙홀도 온도와 엔트로피를 가진다는 개념을 확립하게 되었고 단순한 중력적 대상이 아닌 양자역학과 연결된 물체라는 것을 알려주게 된것이죠. 블랙홀이 영원히 존재하는 것이 아닌 아주 오랜 시간이 지나면 완전히 사라질수도 있으며 양자역학과 일반상대성이론을 결합하려는 연구를 활발하게 할 수 있또록 만들어준 계기가 된 것 입니다. 호킹 복사 개념이 등장하며 블랙홀이 증발하면서 내부 정보는 완전히 사라지는가?라는 블랙홀 정보 역설이 생겨나게 되었고 양자역학에선 저보가 절대 사라지지 않아야 하지만 블랙홀에서는 이러한것들이 나타나지 않기에 일반상대성 이론과 양자역학이 충돌하게 되는 것이지요. 따라서 현재 진행중인 연구과정으로서 정보 보존이 주장되기도 하고 정보가 호킹 복사를 통해 복원될수도 있다고 연구하고 있습니다. 따라서 현대 물리학의 최대 난제중 하나라고 할수 있지요~ 호킹은 특이점 정리를 통해 일반상대성이론을 기반으로 블랙홀과 빅뱅 초기 우주의 특이점을 설명하였고, 강한 중력장은 시공간을 극도로 휘게 만들며 결국 특이점을 형성한다고 하는데 블랙홀 내부에는 무한히 작은 크기와 무한히 높은 밀도를 가진 특이점이 존재해야 하는데 빅뱅이론에서도 우주는 특이점에서 시작되었을 가능성이 높고 블랙홀과 빅뱅의 기원은 동일한 특이점 개념을 공유하게 된다는 것이지요! 호킹의 연구는 빅뱅 이론이 단순한 가설이 아니라 일반상대성이론의 필연적 결과임을을 보여주었고 우주가 특이점에서 시작되었으며 시간이 과거로 무한히 연장되지 않는다는 점을 지지하게 해 주었습니다. 블랙홀 내부 특이점 연구는 빅뱅 연구와 밀접한 관련이 있고 양자중력 연구가 빅뱅의 특이점을 설명하는데 필요하다는점을 강조하게 되었습니다! 2019년 사건의 지평선 망원경이 M87 블랙홀을 촬영하며 호킹의 여 ㄴ구가 현실적으로 검증되었고 호킹 복사가 직접적으로 검출되진 않았지만 블랙홀의 존재와 성질을 실험적으로 연구할 수 있는 기반을 마련하게 되었습니다. 2015년 LIGO가 블랙홀 충돌로 인한 중력파를 감지하였고 일반 상대성이론을 실험적으로 검증한 사례가 됭ㅆ습니다. 이는 호킹이 예측한 블랙홀의 병합과 진화 과정을 뒷받침하였으므로 호킹의 이론이 블랙홀 이미지 촬영, 중력파 검출 등 현대 연구와 연결되어 있음을 이야기하게 되었ㅉ요!
Q. 지구의 움직임에 움직인다고 느끼는 것은?
우리는 초고속으로 우주를 이동중이지만 느낄수 없게 되는데 이는 속도가 아닌 가속도를 감지해야 하기 때문인데 등속 운동을 하는 물체는 내부에서 움직임을 못느끼게 되지요. 지구의 공전, 자전, 은하 운동은 거의 일저한 속도로 진행되고 비행기에서 순항 중일때 가만히 있으면 속도를 느낄수 없는 것과 같은 원리인 것입니다! 가속도가 없으면 감지할 수 없게 되는 것이죠. 우리가 차가 출발할때 뒤로 밀리거나 급정거할때 앞으로 쏠리는 것은 가속도가 있기 때문인데 지구의 중력이 우리를 고정시킨 상태이기에 지구가 움직이더라도 우리는 그 위에서 변화 없이 안정적으로 존재할수 있게 되는 것입니다! 지구의 움직임을 감지할수 잇는 것은 푸코 진자, 코리올리 효과, 연주시차, 도플로 효과 등을 통하여 간접적으로 확인 가능하지요!
Q. 달이 공전을 하면서 지구의 낮 쪽에 떠 있을 땐 밤에 어떻게 달이 보이는건가요?
달이 지구 주위를 공전하면서 태양의 빛을 반사하기에 위치에 따라 밤에 보이는 모습이 달라지게 됩니다. 달은 지구 주위를 약 27.3일 주기로 공전하게 되고 태양이 비추는 달으 ㅣ면적은 항상 동일하지만 우리가 보는 각도가 변하면서 위상이 달라지게 되는것이지요. 달이 공전하면서 지구의 낮 쪽에는 우리가 그 달을 보지 못하거나 낮에만 볼수 있게 됩니다. 하지만 달의 위치가 바뀌면 밤에 다시 보이게 되는 것이지요. 달이 공전하면서 밤에 보이는 달의 위치도 바뀌게 되며 달이 태양 방향에 있을때는 밤에 보이지 않게 되는 것 입니다! 달의 위치에 따라 우리가 볼 수 있는 시간대가 달라지게 되고 달이 지구의 낮 쪽에 있다면 초승달, 상현달이, 지구의 밤쪽에 있다볌 보름달, 하현달이 보이게 되는 것입니다!
Q. 지구는 행성 중에서 몇번째로 크나요?
지구는 8개의 태양계 행성중 크기로는 5번째입니다! 가장 큰 행성은 목성 그다음 토성, 천왕성, 해왕성, 지구, 금성, 화성, 수성 순입니다! 표면적을 비교해보면 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 지구, 금성, 화성, 수성 순이며 부피를 비교해보면 목성, 토성, 천왕성, 해왕성, 지구, 금성, 화성, 수성 순입니다! 목성은 태양계에서 가장 크며 부피로 보면 지구의 약 1321배정도입니다!