슈바르츠실트의 반지름

중력장 방정식을 풀다가 발견한 블랙홀 이야기

슈바르츠실트의 사진과 슈바르트실트 반지름

아인슈타인은 일반상대성이론을 통해서 중력장 방정식을 만들었지만 수학이 딸려서 그 자신은 일반해를 풀지 못했다고 합니다.

중력장 방정식은 우변에는 질량과 에너지, 좌변에는 그 질량이 만들어내는 공간왜곡을 수학적으로 표현한 방정식입니다.

중력장 방정식을 최초로 푼 사람은 슈바르츠실트 란 사람으로, 1차 대전당시 40대의 나이임에도 군대에 자원입대해 포병으로 근무중 쉬는 시간에 중력장방정식의 해를 구했다고 합니다.

슈바르츠실트가 방정식을 풀어보니 이상한 점이 발견됬는데, 방정식의 해 중에서 태양과 같은 무거운 천체가 중력에의해 수축하면 특정반지름 내에서 시공간이 닫혀버리는 특이한 해(블랙홀의 가능성)를 발견하게 됩니다.

그래서 사건의지평선 반지름을 슈바르츠실트 반지름이라고 부르게 되었다고 합니다..

슈바르츠실트 반지름은 뉴턴역학으로 계산한 항성의 탈출속도에 광속을 넣은 결과와 정확하게 일치하죠. 하지만 아인슈타인은 슈바르츠실트의 방정식풀이는 칭찬했지만 그의 블랙홀이론은 무시했다고 합니다. 

이후 오펜하이머가 완벽한 구형천체에 대해 중력장 방정식을 풀어서 블랙홀이 존재할수 있음을 이론적으로 다시 증명합니다.(1930년대) 그러나 이때도 아인슈타인은 완벽한 구형천체는 존재할수 없으므로 블랙홀은 실존할수 없다고 주장했다고 하는군요.

이후 1960년대에 천체망원경의 발전으로 우주에서 펄사와 같은, 블랙홀과 비슷한 이상한  천체들이 마구 발견되자...로저 펜로즈가 완벽한 구형이 아닌 천체에서도 블랙홀이 발생할수 있음을 위상수학을 동원해 이론적으로 증명합니다.

이 공로로 펜로즈는 2020년 노벨상을 수상하게 됩니다. 아인슈타인은 1955년 사망했죠.

안타깝게도 슈바르츠 실트는 전쟁 참전중에 병으로 사망하였다고 전해집니다.

참고로 태양 질량의 슈바르츠실트 반지름은 3km 이구요, 지구 질량의 슈바르츠실트 반지름은 9mm 라고 합니다.

출처: 팟캐, 과학하고 앉아있네 중에서 2020년 노벨상 완벽해설 편 중에서 ..