“아인슈타인의 특이점 논쟁”…블랙홀 내부 구조 미궁→해법 모색 난항

아인슈타인의 일반상대성이론이 제기한 ‘특이점’ 문제는 20세기 전반 이후 과학계에 숙제로 남아 있다. 현대 이론물리의 정점인 블랙홀 중심부의 물리학 법칙 상실 현상은, 인간 이성이 자연의 근본을 파악하는 데서 직면한 단절적 장벽이다. 최근 더럼대학교를 비롯한 세계 학계는 특이점의 존재를 치환하거나 근본적으로 해소하려는 이론적 모색을 이어가고 있으나, 수많은 물리적 변수와 검증 한계에 막혀 명확한 해답을 내지 못하고 있다.

특이점 개념의 연원은 1916년 아인슈타인의 일반상대성이론에 근거한다. 질량과 에너지가 시공간 구조를 뒤틀고, 극단적으로 응축된 질량은 결국 밀도와 곡률이 무한대로 치닫는 점을 낳는다. 수학적으로 이 지점에서는 모든 기존 물리 법칙이 소멸한다. 블랙홀 내부, 곧 사건의 지평선 안쪽 세계에서의 물리적 모순은 수많은 이론적 시도를 낳았다. 더럼대학교 로비 헤니거 연구팀은 수정된 ‘아인슈타인 장 방정식’을 내세워, 블랙홀 중심을 ‘강하게 뒤틀린 정적 영역’으로 치환하는 신규 모델을 제안했다. 하지만 이 가설은 5차원 우주 전제, 사건의 지평선 내 공간의 동적 변화 무시, 장방정식에 무한 항 추가 등 이론적·실험적 한계에 직면하며 단일 정답으로 받아들여지지 못하고 있다.

이처럼 100여 년간 과학계는 끈이론이나 양자중력이론 등에서도 특이점의 해체를 모색해왔으나, 아직까지 실험적으로 입증된 구조는 없다. 미국 뉴헤이븐대학교의 의 이론물리학자 니코뎀 포플라우스키는 “블랙홀 내부 규명에는 앞으로도 수십 년이 더 걸릴 것”이라며, 자연의 심층적 비밀에 대한 탐구 여정이 장기전이 될 수밖에 없음을 시사했다. 2015년 지상에서 중력파를 관측하기까지 한 세기의 시간이 걸렸던 것처럼, 블랙홀 내부의 본질 규명은 인류 과학의 인내와 혁신을 동시에 요구하는 대장정의 현장으로 남을 전망이다.