[변호사 칼럼] 블랙홀은 우주의 '리셋 버튼'인가? : 빅뱅의 원리를 찾아서

1. 우주의 미스터리: 빅뱅은 왜 발생한 것인가?

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아직도 우주물리학자들이 해결하지 못한 빅뱅의 원인에 대해 생각해 보았다.

어릴 때부터 나는 우주가 무엇이고 왜 생겼는지 생각하곤 했는데, 이제서야 그 원인을 찾은 듯하다. 물론 아직 나의 소설이지만...

나의 흥미 진진한 소설을 한번 전개해 본다.

2. 의문의 시작 : 수소는 도대체 어떻게 만들어진 것인가?

별이 죽어가는 과정은 중력과 압력의 처절한 싸움이다. 이 싸움의 단계마다 남겨지는 '전리품(원소)'이 다르다.

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• 1단계 (전자축퇴압): 별이 늙어 수축하면 전자들이 서로 밀어내며 버틴다. 이 힘이 균형을 이룰 때, 별은 백색왜성이 되고 그 잔해로 탄소와 산소를 남긴다.

• 2단계 (중성자축퇴압): 더 무거운 별이 무너질 땐 전자도 찌그러져 중성자가 되며 버틴다. 이 힘이 중성자별을 만들고, 그 폭발 과정에서 철과 금 같은 무거운 원소가 우주에 뿌려진다.

자, 여기까지가 우리가 아는 과학이다.

별은 핵융합을 통해 탄소, 산소, 그리고 우리 몸을 이루는 철과 같은 무거운 원소들을 만들어낸다. 별이 죽으면서 흩뿌린 이 원소들이 모여 지구를 이루고 생명을 이뤘다. 이 논리는 완벽해 보인다. 단 하나, '수소'를 제외하면 말이다.

그런데 보자.

전자축퇴압, 중성자축퇴압을 통해 원자번호 2번이하의 물질인 헬륨,탄소,산소,철, 금 등 많은 원소들의 기원은 알았다.

그런데, 정작 원자번호1번 수소의 기원은 미스터리다. 수소는 별이 태어나기 전부터, 우주가 시작될 때부터 이미 그곳에 가득 차 있었다는데... 이 막대한 양의 수소는 어디서 온 것일까?

도대체, 원자번호 2번 이후가 어떻게 만들어지는지 알겠는데, 정작 원자번호 1번 수소는 어디서 만들어지는가? 매우 의문이 들었다.

3. 유추와 가추(Abduction) : 전자축퇴압, 중성자축퇴압이 존재한다면 쿼크축퇴압도 존재하고, 이 쿼크축퇴압이 수소와 헬륨을 만들어 낼 것이다.

나는 여기서 과감한 유추하여 가설을 세운다.

항성(별)이 소멸하는 과정에는 축퇴압이 존재했다.

<유추사고>

큰 항성->전자축퇴압

거대 항성->중성자축퇴압

초거대 항성->???

큰 항성이 소멸하면서 전자축퇴압이 생기고, 거대 항성이 소멸하면서 중성자축퇴압이 생긴다. 그러면, 초거대 항성이 소멸하는 과정에도 축퇴압이 생기지 않을까?

백색왜성, 중성자별은 항성이 소멸하고 남은 결과다. 그 과정에서는 일단 강한 중력이 먼저 생기고, 이 중력을 버티는 축퇴압이 생기는데, 이 축퇴압이 생기면 강한 압력이 발생하여 핵융합이 생겨 헬륨이하의 물질들을 만들어 낸다.

그러나, 블랙홀은 초거대 항성이 소멸하고 남은 결과가 아니다. 블랙홀은 소멸과정이다. 초거대 항성은 소멸중이라 계속 강한 중력만이 발생한다. 그 과정에서 모든 것을 빨아들이는데 그 힘이 너무 강해서 중성자까지도 으깨버리고 빛까지 빠져나가지 못한다. 원자핵과 전자조차 분리되고, 결국 양성자와 중성자마저 붕괴된다. 남는 것은 물질의 가장 근본적인 알갱이, '쿼크(Quark)'들의 곤죽뿐이다. 이곳에는 수소도, 헬륨도 없다. 오직 초고밀도로 응축된 에너지와 쿼크만이 존재할 뿐이다.

그러나, 큰 항성, 거대 항성이 무너지면서 중력에 저항하는 전자축퇴압, 중성자축퇴압이 생겼듯이. 초거대 항성도 결국 중력에 저항하는 축퇴압이 발생하는 순간이 있지 않을까? 아무리 물질을 구겨서 상자에 넣어도 물질은 존재한다. 없어지지는 않는다.

그렇다면, 너무 구겨넣으려고 하면 쿼크도 반발력이 생기지 않겠는가? 다만 아직 안생겼을 뿐이지... 반발력이 생기면 그 결과는 어떻게 될까?

<가추사고>

쿼크끼리 강하게 수축되지만 압축이 한계에 다다르면 저항한다. 쿼크들이 더 이상 뭉쳐지기를 거부하며 밀어내는 힘, 바로 '쿼크 축퇴압'이 발생한다. 중력의 누르는 힘과 쿼크의 밀어내는 힘이 충돌하는 그 임계점, 블랙홀은 더 이상 견디지 못하고 폭발한다. 바로 쿼크측퇴압 폭발이 발생하는 것이다.

그리고, 쿼크축퇴압으로 블랙홀이 쿼크들을 밖으로 맹렬히 뿜어내는 순간, 억눌렸던 압력이 풀리며 온도가 급격히 내려간다. 이때 자유로워진 쿼크들이 순식간에 결합한다. 쿼크들이 모여 양성자 하나가 만들어진다. 이 양성자가 바로 '수소 원자핵'이다. 그리고 일부는 더 결합하여 헬륨이 된다.

이렇게 가설을 세워 보니, 우리 우주의 최초 구성원자인 수소와 헬륨의 탄생 비밀이 풀렸다.

4. 보너스로 빅뱅의 비밀이 풀리다 - 블랙홀에서 쿼크축퇴압 발생이 빅뱅이다.

이렇게 수소의 탄생 비밀이 풀렸다.

수소의 비밀이 풀리니 자연스럽게 빅뱅도 풀린다.

수소는 빅뱅후 최초로 등장한 원소다.

쿼크축퇴압으로 폭발 후 수소가 생겼다.

그렇다면 쿼크축퇴압 폭발이 빅뱅인가?

그렇다면 블랙홀이 우주탄생의 비밀인가?

그렇다면 우리 우주에 존재하는 블랙홀은 언젠가 쿼크축퇴압으로 또 다른 우주를 만들수 있는가?

그렇다면 우주는 계속 만들어 질 수 있는가?

현재 우리우주는 모우주의 블랙홀이 폭발한 것인가?

우리우주의 블랙홀이 폭발하면 우리우주는 자우주를 가지는가?

이렇게 연결된다. 모두 물리적으로 증명불가지만 상상할 수는 있다.

그러나, 현대 과학자들은 "블랙홀은 중력이 무한대라 빛도 못 나온다"라는 정의 때문에 '밖으로의 폭발' 가능성을 애써 무시하거나 수학적으로 덮어버렸다. 그러나, 그들이 말한 "블랙홀이 폭발하지 않는다"라고 말은, "138억년 안에 폭발하지 않았다"는 뜻일 뿐, "영원히 폭발하지 않는다"는 뜻은 아닐 수 있다.

실제 백색왜성이 흑색왜성이 되는 시간은 1,000조년이다. 이는 우리 우주의 나이(약 138억 년)가 찰나라고 느껴질 만큼 긴 시간이다. 블랙홀의 폭발까지 걸리는 시간은 인간의 관념을 아예 넘어서 버린다. 또 다른 빅뱅이 생기는데 수천조년이 걸릴지도 모른다.

결국, 블랙홀은 별들이 평생 만들어낸 찌꺼기들을 삼키고, 빅뱅으로 폭발하여 다시 다른 우주를 시작할 수 있는 연료인 '수소'를 만들어내는 거대한 재활용 용광로가 아닐까? 라는 상상은 여전히 가능하다.

더 나아가, 그렇다면 지금 우리의 우주는 모우주내 블랙홀이 폭발하여 생긴 것이라는 상상까지도 가능하다. 우리가 볼 수 있는 가장 먼 곳은 '폭발이 일어난 시점(빅뱅)'까지라서 우주의 나이가 138억년이라고 말할 뿐이다. 폭발의 '바깥쪽' 즉 모우주는 빛조차 우리에게 도달할 수 없는 인과율의 단절 너머에 있거나, 너무나 거대해서 우리가 인지할 수 없는 영역이다. 마치 개구리가 우물 밖의 바다를 상상할 수 없듯이 말이다.

5. 맺음말: 유추와 가추로 빅뱅의 비밀을 풀다. 그러나 아직 가설이다.

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이렇듯 나는 유추와 가추만으로 빅뱅의 비밀을 풀어봤다.

그러나, 어디까지나 나의 가설일 뿐이다.

물론, 내 가설이 진실일 수도 있겠지만, 블랙홀 내부는 아직 인간의 관찰영역이 아니라 증명되기는 힘들것이다. 증명된다면 극한의 능력을 가진 천재가 수학적, 이론적 증명만 가능할 것이나, 문과생인 내가 증명하기는 힘들다.

다만, 내가 강조하고 싶은 것은 유추와 가추의 힘이다. 유추사고 가추사고는 그 확장을 거듭하면 새로운 발명, 발견의 강력한 힘이 된다. 나의 상상도 소설일수 있겠지만 사실일 수도 있다. 증명되면 노벨상 수상감이 된다. 여러분도 나와 같은 유추와 가추의 힘을 믿고 정진하길 권한다.

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