우주의 블랙홀에 들어간다면 2편

그녀는 왜 이런 식으로 보게 될까? 생각할 수 있는 가장 그럴듯한 방법은 이것이 실제로는 단지 착시에 지나지 않는다고 설명하는 것이다. 정말로 블랙홀이 형성되는 데는 무한대의 시간이 걸리지 않고, 당신이 지평선을 가로지르는 데도 무한대의 시간이 걸리지 않는다. 당신이 지평선에 가까이 가면 갈수록, 당신이 내놓고 있는 빛은 당신 친구 주희에게 도달하는 데 점점 더 오래 걸린다.

빛이 블랙홀의 강한 중력에 점점 큰 영향을 받아 점차 에너지를 잃기 때문이다. 또 빛은 점점 더 붉게 변한다. 사실 당신이 바로 지평선을 가로지를 때 방출하는 빛은 지평선 바로 근처에서 배회하고 결코 그녀에게 도달하지 못할 것이다. 당신은 오래전에 지평선을 통과했지만, 그것을 그녀에게 말해줄 빛 신호는 무한히 오랜 시간이 흘러도 그녀에게 도달하지 못한다.

이 전체 이야기를 바라보는 또 다른 방법이 있다. 어떤 뜻으로는 시간이 지평선으로부터 먼 곳에서보다 지평선에 가까운 곳에서 진짜 더 느리게 지나간다. 블랙홀의 강한 중력이 근처의 시간과 공간을 휘게 만든 까닭이다. 당신이 우주선을 타고 지평선 바로 밖의 지점까지 몰고 간 다음, 한 동안 거기서 맴돈다고 상상해보라. 그러고 나서 당신은 다시 돌아와 주희와 다시 만난다. 당신은 전체 과정 동안 그녀가 당신보다 훨씬 더 나이 먹었다는 것을 발견하게 될 것이다. 실로 시간은 그녀보다 당신에게 더 느리게 지나갔던 것이다.

이 두 가지 설명 가운데 어느 것이 진짜 맞는 것인가? 착시인가, 시간이 느리게 가는 것인가? 그 답은 당신이 블랙홀을 서술하는 데 어떤 좌표계를 사용하느냐에 달려 있다. 슈바르츠실트 좌표계라 불리는 보통 좌표계에 따르면, 시간 좌표 t가 무한대일 때 당신은 지평선을 가로지른다. 그래서 이 좌표계에서는 실제로 당신이 지평선을 가로지르는 데 무한대의 시간이 걸린다. 왜냐하면 슈바르츠실트 좌표계가 지평선 근처에서 일어나는 일에 대해 극도로 왜곡된 모습을 제공하기 때문이다.

사실 바로 지평선에서 이 좌표계는 무한히 왜곡된다. 만일 당신이 지평선 근처에서 특이점 상황에 빠지지 않는 좌표계를 선택한다면, 당신이 지평선을 가로지르는 시간은 실로 유한한 것을 발견하게 된다. 하지만 당신 친구 주희가 당신이 지평선을 가로지르는 것을 보는 데는 무한한 시간이 걸린다. 빛이 그녀에게 도달하는 데 무한대의 시간이 걸리기 때문이다. 그럼에도 불구하고 당신은 어떤 좌표계든 사용해도 좋고, 그래서 두 설명 다 타당하다. 두 가지 설명은 똑같은 상황을 기술하는 다른 방법들일 뿐이다.

실제로 당신은 너무 오랜 시간이 흐르기 전에 당신 친구 주희에게 보이지 않게 될 것이다. 한 가지는 빛이 블랙홀 근처에서 빠져나올 때 더 긴 파장의 빛으로 적색이동한다. 즉, 붉게 보인다. 그래서 당신이 가시광선의 어떤 특정한 파장에서 빛을 방출한다면, 주희는 더 긴 파장에서 그 빛을 보게 될 것이다. 그 파장은 당신이 지평선에 가까이 가면 갈수록 점점 더 길어진다. 마침내 그 빛은 가시광선 영역을 벗어나 적외선이나 전파가 될 것이다. 당연히 어느 시점에서 그 파장은 그녀가 볼 수 없을 정도로 매우 길어질 것이다.

더욱이 빛은 광자라는 개개의 입자가 다발로 방출된다는 점을 기억하라. 당신이 지평선을 가로질러 떨어질 때 광자를 방출하고 있다고 생각해보자. 어느 시점에 당신은 지평선을 가로지르기 전에 마지막 광자를 방출할 것이다. 그 광자는 어느 유한한 시간에 그녀에게 도달할 것이다. 일반적으로 태양보다 100만 배 무거운 블랙홀의 경우 한 시간도 채 안 걸린다. 그 다음에 그녀는 당신을 결코 다시 볼 수 없을 것이다. 결국 당신이 지평선을 가로지른 후에 방출한 광자들은 어느 것도 그녀에게 도달하지 않을 거란 얘기다.