Hawking's black hole paradox explained - Fabio Pacucci

번역: Jina LEE 검토: Seoyoon Jung

Scientists work on the boundaries of the unknown,

과학자들은 미지의 경계를 탐구합니다.

where every new piece of knowledge forms a path into a void of uncertainty.

새로운 지식의 조각을 찾아 진리로 향하는 길을 열죠.

And nothing is more uncertain–

이때 불확실성이 높으면서도 새로운 발견의 가능성을 주는 것이

or potentially enlightening– than a paradox.

바로 역설입니다.

Throughout history,

역사를 통틀어,

paradoxes have threatened to undermine everything we know,

역설들은 우리가 아는 모든 사실의 기반을 뒤흔들었고

and just as often, they’ve reshaped our understanding of the world.

우리가 알고 있는 세계를 바꿔 놓기도 했습니다.

Today, one of the biggest paradoxes in the universe

오늘날 온 우주에서 가장 위대한 역설 중 하나가

threatens to unravel the fields of general relativity and quantum mechanics:

일반 상대성이론과 양자역학 분야의 비밀을 푸는 데 도전하고 있습니다.

the black hole information paradox.

바로 블랙홀 정보의 역설입니다.

To understand this paradox,

이 역설을 이해하기 위해서는

we first need to define what we mean by "information."

우선 '정보'를 정의할 필요가 있습니다.

Typically, the information we talk about is visible to the naked eye.

일반적으로 우리가 말하는 정보는 맨 눈으로도 볼 수 있는 것입니다.

For example,

예를 들자면

this kind of information tells us that an apple is red, round, and shiny.

사과에 대해 알 수 있는 정보는 빨갛고, 둥글고, 매끈하다는 것이죠.

But physicists are more concerned with quantum information.

하지만 물리학자들은 양자 정보에 더 큰 관심을 가집니다.

This refers to the quantum properties of all the particles that make up that apple,

사과를 구성하는 모든 입자들의 양자적 특성을 말하며

such as their position, velocity and spin.

위치, 속도, 회전 같은 정보입니다.

Every object in the universe is composed

우주에 있는 모든 사물은

of particles with unique quantum properties.

독특한 양자 특성을 가진 입자들로 구성되어 있습니다.

This idea is evoked most significantly in a vital law of physics:

이 개념이 가장 잘 드러나는 물리학의 주요 법칙이 있는데요.

the total amount of quantum information in the Universe must be conserved.

우주에서 양자 정보의 총량은 반드시 보존되어야 한다는 것입니다.

Even if you destroy an object beyond recognition,

만약 어떤 사물의 형태가 알아볼 수 없을 만큼 파괴되더라도

its quantum information is never permanently deleted.

그 양자 정보가 영구적으로 삭제되는 것은 아닙니다.

And theoretically, knowledge of that information

그리고 이론상으로는, 그 양자 정보를 알고 있다면

would allow us to recreate the object from its particle components.

입자 구성을 통해 사물을 다시 만들 수 있습니다.

Conservation of information isn’t just an arbitrary rule,

정보의 보존은 단순한 무작위의 규칙이 아니라

but a mathematical necessity, upon which much of modern science is built.

현대 과학 대부분의 기반이 되는 수학적 필요성입니다.

But around black holes, those foundations get shaken.

하지만 블랙홀에 관해서는 이러한 지식의 기반도 흔들립니다.

When an apple enters a black hole,

사과 한 알이 블랙홀에 들어가게 되면

it seems as though it leaves the universe,

사과는 마치 우주를 떠나고

and all its quantum information becomes irretrievably lost.

그 속의 모든 양자 정보는 영영 사라진 것처럼 보입니다.

However, this doesn’t immediately break the laws of physics.

그러나 이러한 상황이 물리 법칙을 깨뜨리는 건 아닙니다.

The information is out of sight,

사과의 정보는 눈 앞에서 사라지지만

but it might still exist within the black hole’s mysterious void.

블랙홀의 알 수 없는 공간 속에서 여전히 존재하고 있을 수 있습니다.

Alternatively, some theories suggest

반대로 몇몇 이론들은

that information doesn’t even make it inside the black hole at all.

이 정보가 블랙홀 안으로 들어갈 수조차 없다고 주장합니다.

Seen from outside, it’s as if the apple’s quantum information

바깥에서 보면 마치 사과의 양자 정보가

is encoded on the surface layer of the black hole, called the event horizon.

사건의 지평선이라는 블랙홀의 경계에 암호화되어 있는 것처럼 보입니다.

As the black hole’s mass increases,

블랙홀의 질량이 증가할수록

the surface of the event horizon increases as well.

사건의 지평선 표면 또한 증가합니다.

So it’s possible that as a black hole swallows an object,

그러므로 블랙홀은 물체를 집어삼킬 때

it also grows large enough to conserve the object’s quantum information.

물체의 양자 정보를 보존할 수 있을 만큼 커질 수 있다는 것입니다.

But whether information is conserved inside the black hole or on its surface,

하지만 정보가 블랙홀 내부에 보존되든 표면 위에 보존되든 간에

the laws of physics remain intact–

물리 법칙은 변하지 않습니다.

until you account for Hawking Radiation.

호킹 복사 이론이 나오기 전까지는 그렇죠.

Discovered by Stephen Hawking in 1974,

1974년에 스티븐 호킹이 발견한 이 현상은

this phenomenon shows that black holes are gradually evaporating.

블랙홀들이 점차 증발하고 있음을 보여줍니다.

Over incredibly long periods of time

엄청나게 긴 시간에 걸쳐서

black holes lose mass as they shed particles away from their event horizons.

블랙홀들은 사건의 지평선에서 입자를 내뿜으면서 질량을 잃습니다.

Critically, it seems as though the evaporating particles

비판적으로 보면 증발하는 입자들은

are unrelated to the information the black hole encodes–

블랙홀이 암호화하는 정보와 무관하고

suggesting that a black hole and all the quantum information it contains

블랙홀과 그 속의 모든 양자 정보가

could be completely erased.

완전히 삭제될 수 있는 것처럼 보입니다.

Does that quantum information truly disappear?

양자 정보는 정말로 사라진 것일까요?

If not, where does it go?

그게 아니라면, 어디로 간 걸까요?

While the evaporation process would take an incredibly long time,

이 증발 과정은 굉장히 오랜 시간이 걸리긴하지만,

the questions it raises for physics are far more urgent.

물리학에서 발생하는 질문들이 훨씬 더 시급합니다.

The destruction of information

정보가 정말로 사라지는 것이라면

would force us to rewrite some of our most fundamental scientific paradigms.

우리는 가장 근본적인 과학적 기준의 일부를 수정해야 할 것입니다.

But fortunately, in science,

그러나 다행히도

과학에서의 모든 역설은 새로운 발견을 위한 기회입니다.

every paradox is an opportunity for new discoveries.

Researchers are investigating a broad range of possible solutions

연구자들은 이러한 정보 역설에 대한 해답을 찾기 위해

to the Information Paradox.

다양한 연구를 하고 있습니다.

Some have theorized

몇몇 이론에서는

that information actually is encoded in the escaping radiation,

블랙홀에서 나오는 방사 안에 정보가 암호화되어 있다고 하지만

in some way we can’t yet understand.

아직 이해하기 힘든 부분도 있죠.

Others have suggested the paradox is just a misunderstanding

또 몇몇은 이 역설이 일반 상대성 이론과 양자장 이론의

of how general relativity and quantum field theory interact.

상호작용을 잘못 이해하고 있다고 주장합니다.

Respectively,

각각의 두 이론은

these two theories describe the largest and smallest physical phenomena,

가장 크고, 가장 작은 물리 현상들을 묘사하고 있으며,

and they’re notoriously difficult to combine.

서로 연관 짓기는 굉장히 어렵습니다.

Some researchers argue that a solution to this and many other paradoxes

몇몇 연구자들은 이 문제와 다른 많은 역설에 대한 해결책이

will come naturally with a “unified theory of everything.”

"만물 통일 이론"을 통해 자연스럽게 나올 것이라 주장합니다.

But perhaps the most mind-bending theory to come from exploring this paradox

그러나 이 역설을 탐구하면서 나온 가장 혼란스러운 이론은

is the holographic principle.

바로 '홀로그래픽 원리'일 것입니다.

Expanding on the idea that the 2D surface of an event horizon

2차원의 사건의 지평선 표면에 양자 정보가 저장된다는 개념을 확장하여

can store quantum information,

this principle suggests that the very boundary of the observable universe

이 원리에서는

관측 가능한 우주의 경계도

is also a 2D surface encoded with information

3차원 사물에 대한 정보가 암호화된 2차원의 표면이라고 주장합니다.

about real, 3D objects.

If this is true, it’s possible that reality as we know it

만약 이것이 사실이라면, 우리가 알고 있는 현실은

is just a holographic projection of that information.

단지 그 정보를 홀로그램처럼 투영한 것일 가능성이 있습니다.

If proven, any of these theories would open up new questions to explore,

이것이 증명된다면 이러한 이론들은

현대의 우주 모델 연구와 함께 새롭게 탐구될 영역이 될 겁니다.

while still preserving our current models of the universe.

But it’s also possible that those models are wrong!

물론 현대의 모델들도 잘못됐을 가능성은 있습니다.

Either way, this paradox has already helped us take another step

하지만 이 역설은 우리로 하여금

미지의 세계로 한 걸음 더 나아가도록 도움을 주었답니다.

into the unknown.