끈 이론의 놀라운 반전: 블랙홀은 시공간의 결함일 수 있습니다

Paul M. Sutter 작성, Universe Today2023년 5월 17일

끈 이론을 사용하는 이론물리학자 팀이 "위상 솔리톤(topological soliton)"으로 알려진 시공간의 새로운 구조를 발견했습니다. 이러한 구조는 외부 관찰자에게는 블랙홀처럼 보이지만 실제로는 어떤 물질이나 힘도 없는 우주 구조의 결함입니다.

이론 물리학자들은 "위상학적 솔리톤(topological soliton)"이라고 불리는 새로운 시공간 구조를 발견했습니다. 멀리 있는 관찰자에게 블랙홀과 유사한 이러한 구조는 실제로 사건의 지평선이 없는 우주 구조의 결함입니다. 이 발견은 끈 이론을 검증하는 데 잠재적으로 도움이 될 수 있지만 현재로서는 입증되지 않은 상태입니다.

이론물리학자 팀은 외부 관찰자에게는 블랙홀처럼 보이지만 자세히 살펴보면 우주 구조 자체의 결함이 아닌 시공간에서 이상한 구조를 발견했습니다.

아인슈타인의 일반 상대성 이론은 거대 별이 붕괴할 때 형성되는 블랙홀의 존재를 예측합니다. 그러나 동일한 이론은 그 중심이 무한한 밀도의 지점인 특이점이라고 예측합니다. 우리는 우주에서 무한한 밀도가 실제로 일어날 수 없다는 것을 알고 있기 때문에 이것을 아인슈타인의 이론이 불완전하다는 신호로 받아들입니다. 그러나 거의 100년 동안 확장을 추구한 후에도 우리는 아직 더 나은 중력 이론을 확인하지 못했습니다.

쌍성 블랙홀 시스템의 아티스트 뷰. 출처: LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State(Aurore Simonnet)

그러나 끈 이론을 포함한 후보가 있습니다. 끈 이론에서 우주의 모든 입자는 실제로 끈의 미세한 진동 고리입니다. 우리가 우주에서 관찰하는 다양한 입자와 힘을 지원하기 위해 이 끈은 3차원 공간에서만 진동할 수는 없습니다. 대신, 너무 작아서 일상의 주목과 실험에서 벗어날 수 있는 다양체로 웅크리고 있는 추가 공간 차원이 있어야 합니다.

시공간에서의 이국적인 구조는 연구진에게 토폴로지 솔리톤(topological soliton)이라고 부르는 새로운 종류의 물체를 식별하는 데 필요한 도구를 제공했습니다. 그들의 분석에서 그들은 이러한 위상학적 솔리톤이 시공간 자체의 안정적인 결함이라는 것을 발견했습니다. 존재하는 데는 어떤 물질이나 다른 힘도 필요하지 않습니다. 이는 얼음의 균열처럼 시공간 구조에 자연스러운 현상입니다.

연구자들은 솔리톤 근처를 지나가는 빛의 행동을 조사함으로써 이러한 솔리톤을 연구했습니다. 그들은 극단적인 시공간의 물체이기 때문에 주변의 공간과 시간을 구부려 빛의 경로에 영향을 줍니다. 먼 관찰자에게 이러한 솔리톤은 우리가 블랙홀이 나타날 것이라고 예측한 것과 똑같이 나타날 것입니다. 그들은 그림자, 빛의 고리, 작품을 갖게 될 것입니다. Event Horizon Telescope에서 파생된 이미지와 감지된 중력파 신호는 모두 동일하게 작동합니다.

It’s only once you got close would you realize that you are not looking at a black holeA black hole is a place in space where the gravitational field is so strong that not even light can escape it. Astronomers classify black holes into three categories by size: miniature, stellar, and supermassive black holes. Miniature black holes could have a mass smaller than our Sun and supermassive black holes could have a mass equivalent to billions of our Sun." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 블랙홀. 블랙홀의 주요 특징 중 하나는 사건의 지평선, 즉 블랙홀을 건너면 빠져나올 수 없는 상상의 표면입니다. 위상학적 솔리톤은 특이점이 아니기 때문에 사건의 지평선을 나타내지 않습니다. 따라서 원칙적으로는 솔리톤으로 올라가서 손에 쥐고 있을 수 있습니다. 이때 당신은 그 만남에서 살아남았다고 가정합니다.

이러한 토폴로지 솔리톤은 끈 이론에 대한 우리의 이해를 바탕으로 한 믿을 수 없을 만큼 가설적인 개체이며, 물리학에 대한 우리의 이해에 대한 실행 가능한 업데이트가 아직 입증되지 않았습니다. 그러나 이러한 이국적인 물체는 중요한 테스트 연구 역할을 합니다. 연구자들이 위상학적 솔리톤과 전통적인 블랙홀 사이의 중요한 관측 차이를 발견할 수 있다면 끈 이론 자체를 테스트할 수 있는 방법을 찾는 길이 열릴 수 있습니다.