5D 블랙홀은 '상대성 이론'을 깨뜨릴 수 있다는 새로운 연구 결과

고리 모양의 5차원 블랙홀이 아인슈타인의 일반상대성이론을 깨뜨릴 수 있다는 새로운 연구 결과가 나왔습니다. 물론 문제가 있습니다. 이 5D '검은색 고리'는 누구나 알 수 있는 한 존재하지 않습니다. 대신, 새로운 이론적 모델은 우리가 4차원 우주에 살고 있는 이유 중 하나를 지적할 수 있습니다. 다른 선택은 엉망이 될 수 있습니다. 영국 케임브리지 대학의 이론 물리학자인 울리히 스페르헤이크는 "여기서 우리는 4개의 시공간 차원이 매우 좋은 선택이라는 것을 처음으로 엿볼 수 있다. 그렇지 않으면 우주에서 꽤 나쁜 일이 일어나기 때문이다"라고 말했습니다.

 

처음부터 운명이 정해져 있다

물질이 시공간을 어떻게 휘게 하는지 설명하는 아인슈타인의 일반상대성이론은 처음부터 물질의 종말을 예측했습니다. 연구 공동 저자이자 케임브리지 대학의 응용 수학과 이론 물리학 박사 과정인 마르쿠스 쿠네쉬는 "그 죽음은 특이점, 즉 물리학 법칙이 무너지는 시공간의 무한히 구부러진 부분의 형태로 왔다"라고 말했습니다. 그러나 운 좋게도 아인슈타인의 이론은 이러한 특이점은 블랙홀의 사건 지평선 뒤에만 존재하며 어떤 물질도 탈출할 수 없다고 예측합니다. 이번 연구에 참여하지 않은 스페르헤이크는 과학 학술지에 "특이점이 있더라도 보안이 철저한 정신병원에 꽤 잘 격리되어 있으며, 외부에는 어떤 영향도 미칠 수 없다"라고 말했으며, 이것은 일반상대성이론이 이 작은 특이점 밖에서 우주 전체의 전체 진화를 여전히 완벽하게 설명할 수 있다는 것을 의미합니다. 우주 검열 정리라고 불리는 특이점을 안전하게 포함한다는 개념은 사람들이 본 우주의 모든 곳에서 유지되었습니다.

 

벌거벗은 블랙홀

그러나 쿠네쉬와 케임브리지 대학의 동료 연구원인 파우 피구에라스와 산란 투냐수부나쿨은 우주 검열 정리의 한계를 조사하자 합니다. 그들은 연구자들이 약 15년 전에 꿈꿔왔던 기괴한 블랙홀 제안을 살펴보았습니다. 과거에 연구자들은 이 검은 고리에 대한 수학적 설명을 제안했습니다. 그러나 일반 상대성 이론 하에 그들이 어떻게 행동할지 시뮬레이션할 수 있는 사람은 아무도 없었습니다. 연구팀은 과학 학술지에 발표한 연구에서 블랙홀 외부에 5차원에서 알몸의 특이점이 있을 것이라는 사실이 밝혀졌다고 보고했습니다. 이는 결국 아인슈타인의 상대성 이론이 블랙홀뿐만 아니라 우주 전체에서 완전히 무너질 것임을 의미합니다. 그렇다고 아인슈타인의 이론이 틀렸다는 뜻은 아닙니다.

 

상대성 이론은 직면한 모든 테스트를 통과했습니다. 쿠네쉬는 과학 학술지에 "이것은 믿을 수 없을 정도로 놀라운 이론이다. 많은 새로운 것을 예측했다"라고 말했습니다. 물리학자들은 최근 13억 년 전 두 개의 블랙홀이 충돌하면서 형성된 중력파를 감지하면서 상대성이론에 대한 마지막 남은 예측 중 하나를 발견했습니다. 우선, 상대성이론을 깨는 블랙홀이 존재할 가능성은 극히 낮습니다. 그것이 사실이 되려면 추가적인 차원이 있어야 할 것입니다. 끈 이론과 같은 일부 이론에서는 11개 또는 심지어 27개 추가 차원의 존재를 예측하지만, 이러한 더 높은 차원은 우리가 살고 있는 평범한 크기의 차원과는 거리가 먼 작고 말려진 얼룩일 것입니다. 스퍼헤이크는 검은 고리가 잉태되었다고 말했습니다.

 

우주의 골디락스

스퍼헤이크는 "이번 발견은 우주가 물리적 특성 측면에서 최적의 지점을 차지하고 있다는 개념을 뒷받침한다"라고 말했습니다. 만약 중력이 더 강했다면 우리 우주는 빅뱅 직후 붕괴되었을 것이며, 만약 중력이 더 약했다면 어떤 별도 형성될 수 없었을 것입니다. 스퍼헤이크는 "만약 전자기학이 약간 달랐다면 화학은 불안정했을 것"이라고 말했으며, "만약 더 많은 차원이 있다면, 적어도 아인슈타인의 이론으로는 우주의 미래 행동을 예측할 수 없을 것"이라고 말했습니다.

 

이제 시공간 차원의 수가 목록에 추가되어야 하는 것처럼 보입니다. 또한 쿠네쉬는 "새로운 결과는 아인슈타인의 획기적인 이론의 어둡고 탐험되지 않은 구석구석에 빛을 비춰준다"라고 말했습니다. 이어 "아인슈타인의 이론이 기록된 지 100년이 넘었지만, 여전히 아인슈타인 방정식의 해법이 어떤 것인지 완전히 이해하지 못한다는 것은 매우 놀라운 일이다"라고 말하며, "이것이 이론적으로 완전히 일관성이 있는지 여부를 규명할 필요가 있으며, 이론적 수준만 아니라 실험적 수준에서도 아직 해결되지 않은 질문이 많이 있다"라고 주장했습니다.