Black holes are among the most destructive objects in the universe. Anything that gets too close to the central singularity of a black hole, be it an asteroid, planet, or star, risks being torn apart by its extreme gravitational field. And if the approaching object happens to cross the black hole’s event horizon, it’ll disappear and never re-emerge, adding to the black hole’s mass and expanding its radius in the process. There is nothing we could throw at a black hole that would do the least bit of damage to it. Even another black hole won’t destroy it– the two will simply merge into a larger black hole, releasing a bit of energy as gravitational waves in the process. By some accounts, it’s possible that the universe may eventually consist entirely of black holes in a very distant future. And yet, there may be a way to destroy, or “evaporate,” these objects after all. If the theory is true, all we need to do is to wait.
블랙홀은 우주에서 가장 파괴적인 물체들 중 하나입니다. 그 어떤 것이라도 블랙홀의 중심부로 너무 가까이 다가가면 그것이 소행성, 행성, 혹은 별이든 엄청난 중력장에 의해 갈기갈기 찢겨질 위험에 처하게 됩니다. 또한 만약에 다가오는 물체가 블랙홀의 사건의 지평선을 지나게 되면 그것은 사라져서 다시는 나타나지 않고 블랙홀의 질량에 보태어 그것의 반지름을 증가시킬 것입니다. 우리가 던질 수 있는 그 어떤 것도 그것에게 조금이라도 피해를줄 수 없습니다. 심지어 다른 블랙홀조차도 그것을 파괴하지 못할 것입니다. 이 둘은 그저 더 큰 블랙홀로 합쳐지고 그 과정에서 중력장의 형태로 약간의 에너지만을 내뿜을 것입니다. 몇 가지 문헌에 따르면 우주가 나중에는 블랙홀만으로 가득 차버릴 수도 있다고 합니다. 아주 먼 미래에는요. 그러나 이들을 파괴 혹은 "증발"시킬 방법이 존재할 지도 모릅니다. 만약에 이 이론이 정말 옳다면 우리는 그저 기다리기만 하면 됩니다.
In 1974, Stephen Hawking theorized a process that could lead a black hole to gradually lose mass. Hawking radiation, as it came to be known, is based on a well-established phenomenon called quantum fluctuations of the vacuum. According to quantum mechanics, a given point in spacetime fluctuates between multiple possible energy states. These fluctuations are driven by the continuous creation and destruction of virtual particle pairs, which consist of a particle and its oppositely charged antiparticle.
1974년에는 스티븐 호킹 박사가 블랙홀이 점차 질량을 잃도록 만들 수 있는 과정에 대한 이론을 세웠습니다. 호킹 복사로 알려진 이 이론은 널리 확립된 진공에서의 양자요동이라는 현상을 바탕으로 합니다. 양자역학에 따르면 시공간에서의 한 시점은 가능한 여러가지 에너지 상태 사이에서 요동칩니다. 이 요동은 지속적으로 가상입자 쌍이 생성되고 파괴되기 때문입니다. 이 쌍은 입자 하나와 반대 전하를 띄는 반물질 입자로 구성되어 있지요. 보통 그 둘은 나타난 지 얼마 안돼 충돌하여 서로를 소멸시키고
Normally, the two collide and annihilate each other shortly after appearing, preserving the total energy. But what happens when they appear just at the edge of a black hole’s event horizon? If they’re positioned just right, one of the particles could escape the black hole’s pull while its counterpart falls in. It would then annihilate another oppositely charged particle within the event horizon of the black hole, reducing the black hole’s mass. Meanwhile, to an outside observer, it would look like the black hole had emitted the escaped particle.
에너지의 총량을 보존합니다. 그러나 이들이 블랙홀의 사건의 지평선의 가장자리에 나타난다면 어떻게 될까요? 만약에 그들이 딱 맞게 배치된다면 둘 중 한개의 입자는 블랙홀의 중력을 벗어나고 반대쪽은 블랙홀에 빨려들어 갈것입니다. 그 후 블랙홀의 사건의 지평선 내의 다른 반대 전하의 입자를 소멸시키고 블랙홀의 질량은 줄어들 것입니다. 이 과정이 외부의 관찰자에게는 블랙홀이 탈출한 입자를 방출한 것 처럼 보일 것입니다. 그러니 블랙홀이 추가적인 물질과 에너지를 흡수하지 않는 이상
Thus, unless a black hole continues to absorb additional matter and energy, it’ll evaporate particle by particle, at an excruciatingly slow rate. How slow? A branch of physics, called black hole thermodynamics, gives us an answer.
엄청나게 느린 속도로 입자 하나씩 증발해 버릴 것입니다. 얼마나 느리게냐고요? 물리학의 일종인 블랙홀 열역학이 우리에게 답을 줄 것입니다. 일상적인 사물이나 천체가 자신의 주변 환경에 에너지를 방출할때
When everyday objects or celestial bodies release energy to their environment, we perceive that as heat, and can use their energy emission to measure their temperature. Black hole thermodynamics suggests that we can similarly define the “temperature” of a black hole. It theorizes that the more massive the black hole, the lower its temperature. The universe’s largest black holes would give off temperatures of the order of 10 to the -17th power Kelvin, very close to absolute zero. Meanwhile, one with the mass of the asteroid Vesta would have a temperature close to 200 degrees Celsius, thus releasing a lot of energy in the form of Hawking Radiation to the cold outside environment. The smaller the black hole, the hotter it seems to be burning– and the sooner it’ll burn out completely.
우리는 그것을 열로 인식합니다. 그리고 그들의 에너지 방출을 이용하여 온도를 측정할수 있습니다. 블랙홀 열역학은 우리가 비슷한 방법으로 블랙홀의 "온도"를 가늠할 수 있다는 점을 제시합니다. 그것은 블랙홀이 더 거대할수록 온도가 더 낮다는 점을 이론적으로 증명해 줍니다. 우주의 가장 큰 블랙홀들은 10의 -17승 켈빈 만큼의 온도를 가질 것입니다. 이는 절대 0도와 아주 가까운 수치입니다. 반면 소행성 베스타 정도의 질량을 가진 것은 섭씨 200도에 가까운 온도를 가지고 있으며 많은 에너지를 호킹 복사의 형태로 추운 바깥 환경으로 방출 할 것입니다. 블랙홀이 작을수록 그것이 더 뜨겁게 타오르는 것 처럼 보입니다. 그리고 더 빨리 완전히 타버릴 것입니다. 얼마나 빨리냐고요?
Just how soon? Well, don’t hold your breath. First of all, most black holes accrete, or absorb matter and energy, more quickly than they emit Hawking radiation. But even if a black hole with the mass of our Sun stopped accreting, it would take 10 to the 67th power years– many many magnitudes longer than the current age of the Universe— to fully evaporate. When a black hole reaches about 230 metric tons, it’ll have only one more second to live. In that final second, its event horizon becomes increasingly tiny, until finally releasing all of its energy back into the universe. And while Hawking radiation has never been directly observed, some scientists believe that certain gamma ray flashes detected in the sky are actually traces of the last moments of small, primordial black holes formed at the dawn of time.
글쎄, 너무 기대는 하시지 마시구요. 먼저 대부분의 블랙홀들은 물질과 에너지를 흡수하며 부풀어 오릅니다. 그 속도는 그들이 호킹 복사를 방출하는 것보다 빠르지요. 하지만 우리의 태양의 질량을 가진 블랙홀이 부푸는 것을 멈추는데에도 약 10의 67승 년이 걸릴 것입니다. 현재 우주의 나이보다 훨씬 긴 시간이지나야 완전히 타버릴 수 있습니다. 블랙홀이 미터법 기준으로 약 230 톤에 다다르면 그것의 수명은 1초의 밖에 안 남았을 것입니다. 그 최후의 1초 동안 사건의 지평선은 계속 작아지고 결국 우주에 자신의 모든 에너지를 방출하게 됩니다. 또한 호킹 복사는 직접적으로 관찰된 적이 없지만 몇몇 과학자들은 하늘에서 관찰되는 특정 감마선 폭발들이 실제론 시간의 시초에 생성된 몇개의 작은 원시 블랙홀들의 최후의 순간의 흔적이라고 믿습니다.
Eventually, in an almost inconceivably distant future, the universe may be left as a cold and dark place. But if Stephen Hawking was right, before that happens, the normally terrifying and otherwise impervious black holes will end their existence in a final blaze of glory.
결국에는 거의 셀 수도 없이 먼 미래에는 우주는 춥고 어두운 공간으로 남을 지도 모릅니다. 하지만 만약 스티븐 호킹이 옳다면 그런 일이 생기기 전에 무시무시하고 영원 할 줄알았던 블랙홀들이 최후의 섬광 속에서 자신들의 존재를 영광스럽게 마칠 것입니다.