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집에서 우주의 신비 화이트홀 만들기





수도꼭지의 물이 바닥과 만났을 때


화이트홀이 뭐지? 하얀 구멍이나 되나? 아마도 블랙홀 없이 화이트홀만 들었을 경우 이게 뭔가 싶은 사람들이 있을 것 같다.

블랙홀과 화이트홀은 짝꿍 사이이지만 서로 반대다. 블랙홀이 뭐든지 다 빨아들이는 구멍이라면 화이트홀은 반대로 뭐든지 뱉어내는 구멍이다. 블랙홀로 빨려 들어간 물질은 화이트홀을 통해 밖으로 빠져나간다.

그러나 아직까지 화이트홀은 이론으로만 존재한다. 관측을 통해 연구하지 못하는 우주의 신비인 것이다.

그런데 최근 값비싼 첨단장비 없이도 가정에서 화이트홀을 쉽게 관찰할 수 있다는 연구결과가 발표됐다. 바로 수도꼭지를 틀어 물이 바닥에 쏟아져 내리기만 하면 된다.



블랙홀과 화이트홀은 둘 다 사건의 지평선이라는 경계가 있다. 사건의 지평선 안쪽으로 들어가면 블랙홀에서는 어느 물체도 빠져나오지 못하고, 화이트홀에서는 밖으로 빠져만 나갔지 어느 물체도 그 안으로 들어오지 못한다.

물리학자들은 수도꼭지를 돌려 물을 틀면 바닥으로 떨어져 사방으로 퍼지는 물이 화이트홀과 같은 특성을 갖지 않을까 하고 예전부터 생각했다. 떨어진 물이 바닥에서 사방으로 퍼질 때 어느 지점에서 동그란 원 모양이 나타나는 것을 볼 수 있다. 주변보다 조금 높은 동그란 물줄기가 생겨난 것이다.

물줄기가 형성된 지점에서 물이 물줄기가 안쪽으로 이동할 수 있는 최대 속도로 바깥쪽으로 퍼져나간다. 그래서 물이 떨어지는 양이 바뀌지 않은 한 물줄기의 위치는 바뀌지 않는다. 물리학자들은 이 물줄기가 화이트홀의 사건의 지평선과 같지 않을까 하고 추측해왔다.



프랑스 니스 대학의 연구팀이 이런 생각을 실험적으로 증명했다. 하지만 이 연구팀은 물 대신 점성이 있는 기름을 이용했다.

연구팀은 기름이 바닥에 떨어지는 부분과 원 모양의 줄기가 생겨난 부분 사이에서는 기름이 이동하는 속도가 기름의 경계가 움직이는 속도보다 빠르다는 것을 확인했다. 이는 기름의 줄기가 화이트홀의 사건의 지평선과 같이 경계가 되어 안쪽의 물질을 빠져만 나가고 밖에서는 들어오지 못한다는 것을 보여주는 것이다.

이번 실험에 대해 영국의 한 물리학자는 아주 간단한 아이디어로, 누구나 이해할 수 있고 집에서도 시도해볼 수 있다는 데 의미가 있다고 평가했다. 이번 연구는 온라인 저널인 ‘arXiv’에 발표됐다.

 

 

 



박미용 동아사이언스 객원기자 pmiyong@gmail.com



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