[유머] 문과도 쉽게 이해하는 블랙홀이 존재하면 안되는 이유.jpg

[이이자식이]

지금이야 다들 인정하는 블랙홀이지만

무려 상대성이론을 발견해 낸

아인슈타인은

블랙홀이 이론상으로 존재 불가능하며

현실에서도 존재하지 않을거라 예측했다

하지만 이러한 그의 예측은 크게 빗나갔는데

그가 왜 이런 생각을 하게 되었는지

문과도 쉽게 알 수 있도록

설명해줌

여기 중성자별이 있다

중성자성은 밀도가 엄청 높다

왜냐하면

초신성이 터지기 직전

핵융합이 끝난 항성에서는

항성의 모든 성분이 중력에 의해

중심의 핵을 향해 떨어짐

그 속도는 가히 광속의 1/3까지 올라감

그중 별 핵에 있는 철 원자는

항성의 모든 질량을 받아내기 위해

압축된다

이때 철 원소 주변을 돌고 있던 전자는 압축되어

원자핵에 달라붙음

그러면 양성자가 전자를 포획해서

양성자는 중성자로 변환됨

이렇게 중성자가 생성됨

철은 압축되어 작아지지만

중성자는 더 이상 작아지지 않음

이 딱딱한 중성자에

맞고 튕겨져간 물질들은 충격파를 발생시키고

별은 대폭발을 함

이렇게 해서 중성자만 남은 중성자성이 탄생함

근데 왜 중성자는 더이상 작아지지 않는 것일까?

그건 바로 '축퇴압' 때문임

세상에는 기본적으로 두개의 입자가 있음

물질에 관여하는 페르미 입자와

힘에 관여하는 보스입자가 있음

보스입자는 양자장을 통상의 수치 혹은 수치의 백터로 기술 할 수 있음

한편 페르미 입자는

2승 하면 0이 되는 특수한 수로 기술한다

2승 하면 0이 되는 수를

반가환수 또는 그라스만 수라고 부른다

보스 입자는 통상의 수로 기술하기 때문에

입자를 같은 위치에 두어도 계산할 수 있음

예를 들면 x입자를 같은 위치에 두면 x^2이라고 표현할 수 있음

반면 페르미 입자는 같은 위치에 두면 0 되어서

계산할 수 없다

그말인즉슨

페르미 입자는 같은 상태로 같은 장소에 존재할 수 없다는 뜻이다

이게 파울리의 배타원리라는 것임

이래서 우리는 사과를 통과하지 않고 잡을 수 있는것이다

좀 어려운거 같아서

좀더 직관적인 방법으로 설명하겠음

여기 기차가 있음

여기서 기차는 위상공간이고

기차의 의자 하나에는 페르미 입자가 반드시 하나밖에 앉을 수 밖에 없음

하지만 위상공간은 좀 특수한 공간이라 운동량이 다르면 위치가 똑같더라도 다른 좌석이 존재함

어쨋든 페르미 입자

그러니깐 전자와 양성자 중성자들은 한 좌석에 한 입자만 있을 수 있다는 이야기임

그렇게 만석이 되면 기차라는 위상공간에는

더이상 입자가 들어올 수 없음

즉 1좌석=1입자

그러면 중성자별은 어떨까?

중성자별은 중성자로 꽉꽉 차있음

따라서 준비된 좌석은 만석상태임

이 상태에선 단 하나의 중성자라도 빈 자리가 없으니깐 떨어져 나가버림

파울리의 배타원리는 이 한 좌석에 두 입자가 앉는걸 명백하게 금지하고 있기 때문임

이걸 축퇴압이라고 하며

중성자성을 더 이상 압축할 수 없게 만들 수 없는 이유다

근데 여기서 블랙홀이 등장함

블랙홀은 중성자성을 더 압축하면 탄생함

하지만 파울리의 배타원리는

이것을 절대 금지함

그럼 어떻게 블랙홀을 만들면 될까?

노을아 내일까지 중성자별을 압축해 오렴

...은 농담이고

거기서 또 등장하는게 하이젠베르크의 불확정성의 원리임

이걸 한마디로 정리하자면

입자의 위치와 운동을 동시에 관측할 수 없다는 것임

이걸 아까 축퇴압에 적용해 보겠음

기차의 모든 좌석에는 중성자들이 들어간 상태임

하지만 하이젠베르크의 불확정성의 원리에 의해

좌석의 수가 변동함

예를 들어 입자의 운동을 정확히 관찰하면 관찰 할 수록

위치적 좌석의 수가 늘어난다

반대로 입자의 위치를 정확히 관찰 할 수록

운동적 좌석의 수가 늘어남

중성자성의 중성자는 서로 움직일 수 없을정도로 꽉 채워져 있음

이를 다른 말로 표현하면

중성자의 위치를 매우 정확히 관측하고 있다는 이야기임

중성자의 위치를 높은 레벨로 관측하고 있기 때문에

입자가 취할 수 있는 운동의 폭은 매우 커짐

그렇다

운동적 좌석의 수가 매우 많이 늘어나는 상황이 되어버림

그래서 중성자를 추가하면 추가할수록

더욱 중성자의 위치를 더 정확히 관측하고 있다는 이야기가 되어버려

운동적 좌석의 수는 더더욱 증가하고 증가한 좌석에는

중성자가 들어가기 충분함

이것이 바로 파울리의 배타원리를 어기지 않고

중성자성을 압축하는 방법임

중성자별은 위치적 좌석과 운동적 좌석 모두 만석이여서

더이상 중성자가 들어갈 수 없다

보통 이상태에서 물질을 추가하면

추가된 체적만큼 중성자별의 체적이 증가함

중성자별은 조금 커지겠지만

하지만 실제로는 반대의 현상이 일어남

중성자성에 물질을 추가하면 중성자의 위치가 보다 정확하게 관측되므로

운동적 공간 즉 좌석의 수가 증가함

이 좌석에 중성자가 들어감으로 인해

물질을 공급하면 공급할수록

중성자별의 체적은 축퇴압을 넘어 점점 작아진다

이렇게 되면 중성자성의 중심에서 기묘한 현상이 발생함

중성자별의 중심의 밀도가 매우 높기 때문에

사건의 지평선이 나타남

그러나 이 단계에서는 사건에 지평선을 볼 수 없음

지평선이 중성자별 내부에 있기 때문임

이 중성자별에 물질을 계속 추가하면

중성자별은 계속 작아지고

사건의 지평선은 계속 커진다

그리고 결국 사건의 지평선이 중성자별의 표면을 삼켜버리고

이제 중성자별은 블랙홀이 되었음

[음덕음덕]

아 완벽히 이해했어

[카드캡터 사쿠라]

세줄 요약 어디감?

[시노팡팡]

노을이가 압축됨

[FinKLain]

압축할 수 없는 중성자가 압축되어서 사건의 지평선이 발생되고 이게 커진게 블랙홀
이라는 의미인듯?

[아내에게확대당하는남편]

그 압축할수 없는 중성자를 압축하는데 노을이를 넣으면 된다는 건가요?

[auxTomates]

내가 들은 거랑 좀 다르네. 반대로, 아인슈타인은 이론적으론 가능하지만 실제론 불가능하다고 여겼다던데.

[auxTomates]

아 근데 비슷한 결로, 재밌는 거 있더라. 이렇게 블랙홀이 만들어지면 상대성이론과 양자역학이 충돌하는 특이점이 만들어지는데 이게 너무 싫은 나머지 최근에 가설로 블랙홀 비스무리하지만 특이점은 아닌 게 제안되었다드라. 관측 상으론 블랙홀과 동일하게 보이기에 관측과도 모순은 없다나.

[이이자식이]

현직자다! 제가 문과라서 잘 모르겠는데 설명좀...

[auxTomates]

현직자 아냐! 나도 유튜트만 보는 잉여 문과라구

[비구름210]

https://www.youtube.com/watch?v=BmUZ2wp1lM8

믿고보는 쿠르츠게작트

[히틀러친구아돌프]

문과도 쉽게 이해한다매!!!

[스파르타쿠스.]

그야 아조씨는 닉보니 미대출신이니 문과가 아니자나요

[히틀러친구아돌프]

[야마다 사나에]

결국 안에는 중성자가 있군

[토드하워드]

중성자 손으로 만지면 어케 되여??

[auxTomates]

이상한 데 쓸 생각하면 안되요

[ALTF4]

중성화됨

[푸레양]

문과 개무시하네! 이해못해!

[천사리아]

문과 수준 존나 높네.. 이걸 이해 한다고? ㅋㅋㅋ

[ㅣㅣㅣㅣㅣㅣㅣㅣ]

이과입니다. 이해 못 함. 문과 분들은 대단하시네요.

[파란심슨256]

문과는 커녕 시벌 공대생도 이해못하겠는데요

[버선장수정코코]

폭발없이도 블랙홀이 탄생할수있음

[다만세시난계]

나문과인데 이거마따

[루리웹-1543023300]

문과를 뭐라고생각하는거냐?

[최강무적시옷코🌙]

졸업한 물리학과인디
공식만 안넣었지 자연대 학부생 수준이잖아 무친놈아

[이이자식이]

공식 넣으면 이과수준이 된다고

[U MAD?]

글게...파울리 배타원리 하이젠베르크 불확정성
둘다 10년전에 대학다닐때 들었던것들인데...

[주사위6161]

그 공식을 넣냐 안 넣냐가 교양하고 전공 가르는 거 맞잖나..!

[답없는사람]

그러게… 이과냐 아니냐는 수학이 섞였냐 아니냐 이니깐(아님)

[方外士]

이걸 이해하는 사람이
전극 학부생만큼 있다고...?
세상은 엘리트 투성이구만

[유부남 베드로]

[10억짜리 코코로]

페르미 입자부터 이해안됨ㅅㄱ

[비염인간]

X는 Y의 비유다~ 이런 식으로 설명하는게 정확한 설명을 하는데 꼭 필요하긴 한데
암것도 모르는 사람헌티는 걍 뭐가 뭐의 비유인지 설명 없이 딱 비유만 하는게 낫더라고

[천파협란]

말많으면 공산당!!

[아이신발]

내가 문과가 아니라서 이해를 못했군

[독자74]

중성자별에서는 물질이 겹쳐질수 있다는거같네

[빛벼림공허]

못겹침. 역베타붕괴로 전자를 포식한 양성자가 중성자가 될뿐 중성자끼리 겹치진 않음. 하지만 블랙홀은 실제로 특이점이라는 한개의 점에 모든 질량이 모일것으로 계산

[독자74]

같은면적에서 관측에따라 자리가 늘어난다는게 물질이 겹칠수있다랑은 다른건가요

[빛벼림공허]

겹친다는건 같은 자리에 앉는다는거임. 자리가 늘어나는건 겹치는게 아니지.

[위Q]

저거 비유가 너무 멀리가서 그런데
에너지 상태 얘기하는 거임
공간적으로 겹쳐있는 건 아님
그냥 중성자별은 개딱딱하게 압축된 별임
블랙홀은 중력이 너무 커져서 빛이 안 나오니까 중성자별이 안 보이는 상황인 거고

[루리웹-0751354500]

직접 보여줘

[다이얏호~]

문과 어쩌구하면서 이런 글 적는거보면 문과핑계로 자기 지식자랑 하는 기만질로 보여짐

[정상은 아님]

이제 블랙홀도 사실은 물질을 뱉어내고 있다랑 블랙홀도 수명이 있다를 설명해주세요

[빛벼림공허]

귀찮으니 그냥 호킹복사를 검색하세요!!

[버선장수정코코]

우리 은하 중심의 초거대블랙홀도 실시간으로 우리한테 초고에너지 중성미자를 뱉어내고있음

[위풍당당울라리오우너]

대충 중성자별이 태양질량 3배보다 더 무거우면 블랙홀이 됩니다 짠 속에 이렇게 심오한 비밀이 숨어있었을 줄이야

[초콜릿 레볼루션]

솔직히 말해 당신
문과들 이해시킬 생각 없었지?

[ToughZealot]

무량공처

[노을 Phoenix]

요즘 문과 수준 높네

[루리웹-1563460701]

그러니까 블랙홀은 실존한단거네

[위Q]

사실 블랙홀이 대단해보여도 그냥 빛이 못 나갈 정도로 무식하게 중력이 센 별 정도라

[Hortensia_]

단순히 우리가 아직 몰라서 그렇게 느끼는 걸 수도 있음.

단적인 예로, 프톨레마이오스의 천동설의 세계관에서는 행성의 운동은 복잡해서 난해한 거 였지만

지동설의 세계관에서는 보다 단순한 운동으로 기술 되고 있음.

따라서, 우리가 기묘하게 느껴지는 것은 아직 알지 못 하기 때문이다. 그렇게 생각함

[위Q]

마냥 모든 걸 집어삼킬 것 같지만 질량보존의 법칙도 있고
집어삼켰던 거 위 아래로 다 뿜어내면서 스스로 공중분해되기 때문에 있어도 우주 전체적으로는 딱히 큰 이상이 없기도 하고

[위Q]

문과를 위한 본문 요약
1. 야 중성자별에 중성자 더 못 들어가는 거 아님?
2. 짠! 사실 더 들어감 ㅋ
3. 그리고 들어갈수록 블랙홀이 별 안에서 밖으로 커져서 검은 별이 됨

[꿀벅지마운트]

좀 이따 읽어야지

[루리웹-0445700980]

물질이 계속 추가되니까 더 작아질 수 없는데 속알맹이와 껍데기가 서로 뒤집히는 말도 안되는게 블랙홀이라는 건가요?

[아키]

결국 코끼리를 냉장고에 넣었구나 나쁜놈들

[KC인증의 수행사제]

그러니까, 블랙홀은 중성자별보다 더 압축해야 생겨난다.
그러나 중성자별은 더 압축될 수 없으므로 블랙홀은 이론상 존재할 수 없다.

이론은 이랬었는데현실에서 중성자별은 이론과 달리 더 압축이 되고, 중성자별을 압축되고 압축하다보면 블랙홀이 된다.
...라고 이해하면 되나...?

[Hortensia_]

이론상 압축한계(본문에서 만원 기차)라는 게 있어서 더 안되지 않냐고 생각했는데,

불확정성 원리에 따르면 (기묘하지만) 압축이 되는 게 모순적이지 않고 그렇게 압축하다보면 블랙홀이 된다.

이렇게 이해하시면 될듯

[시몬 벨몬드]

[죄수번호-501]

정확히 이해했는지 모르겠지만
중성자가 꽉 찬 거 같아도
마치 무한대에도 밀도 차이가 있는 것 처럼 그 사이에 공간이 있고
중성자가 더 모일 수록
그 중성자 사이의 공간이 더 늘어나서 중성자가 더 모이고
이런 모순적인 상황이 일정 한계에 다다르면 공간이 뒤집히는 게 사건의 지평선
이런 말로 이해했는데 대충 맞음?

[젤나가를 믿으시나요]

[루리웹-6077794039]

이해했다.
따뜻한 구멍이니까 넣으면 되는거지?

[February02]

그래서 블랙홀이 있으면 안되는 이유가 뭐야

[빛벼림공허]

양자역학 이전에는 파울리의 배타원리에 따라서 중성자별 이상으로 압축될수 없다고 생각했기 때문에

[위Q]

그냥 블랙홀을 설명하기에 당시 양자역학 이론이 덜 만들어졌다 그 얘기 ㅇㅇ

[에너존큐브]

아 그렇구나

[루리웹-3214772079]

흠... 문과?

[루에이-91123]

위치가 같아도 운동량이 다른 입자는 서로 겹칠 수 있는 거고..

블랙홀은 사건의 지평선 때문에 무한한 운동량을 담을 수 있게 됐다고 생각하면 되려나..

[CSskoms]

ㅖ?

[옳은말만 하는사람]

추가 물질 유입 → 위치 측정 정확도 ↑ (밀도 증가)
→ 운동량 불확실성 ↑ → 사용 가능한 운동량 상태 ↑
→ 새 중성자들이 고에너지 상태 점유 → 에너지/압력 증가
이렇게 보면 되나

[해삼수프]

솔직히 이런거 볼 때마다 말장난치는 거랑 뭐가 다른가 싶음
더 이상 압축이 안되는데 사실 압축이 됨 ㅎㅎ ㅈㅅ
ㅅㅂㅋㅋㅋ

[코스모스창고]

말장난이 아니고,
이론적으로 더 이상 압축 안된다고 생각할 때 쓰여진 내용과,
거기서 더 압축이 가능하다는 걸 이론적으로 제정립 했을 때 쓰여진 내용의 차이임.

글로 한장 해놓으니까 말장난 갔지만, 저사이에 십수년 - 수십년 시간 격차가 있음.

[코스모스창고]

그니까 결국 몰랐을 뿐이였던거.

[널차버릴꺼야mk2]

[E과]

애초에 불확정성 원리 이게 같은 이과도 니미 시발 이게 뭔 소리임 하는 물건이라
저게 들어건 이상 이해가 안됨

[E과]

나도 그렇고 대부분의 이과들도 불확정성 원리 들어봐야 필연적인 관측의 한계 이 정도로 이해하지

상태가 중첩되고 어쩌고 하기 시작하면 당시 내로라하던 과학자들도 못 받아들여서 저게 뭔 쌉소리냐 하던게 일반적인 지식 수준에서 납득이 되겠냐고 ㅋㅋㅋ

[나루호도군]

처음 4줄만 읽고 쭈우욱 내리다가 여기서 멈췃다

[슈퍼빠워어얼]

나는 문과도 아니었구마 이해 안됨!

[루리웹-9609978263]

중성자별 안에 사건의 지평선이 있는 상태가 존재할 수 있어? 사건의 지평선 안에는 물질이 없고 사건의 지평선이 생기는 순간 그 위에 쌓인 물질이 전부 떨어져 내리면서 블랙홀이 되는거 아님?

[UniqueAttacker]