블랙홀의 성질과 구조, 물리적성질

성질과 구조

 블랙홀 형성 이후에는 안정 상태에 도달하면 단순 3가지 독립적 물리량인 질량과 전하 그리고 각운동량을 갖게 된다. 이 세 가지 성질 들은 블랙홀의 바깥 면에서 볼 수 있다는 부분에 아주 특별하다. 예를 들면 대전된 블랙홀은 또 다른 대전된 물체와 같이 척력이 별도로 발생이 된다. 질량의 경우에는 블랙홀을 포함하여 구 안의 질량인 가우스 법칙의 중력적 상사형 태인 ADM 질량을 통하여 블랙홀에 멀리 벗어나도 알아낼 수가 있다. 또한 각 운동량들은 중력 자성에 의거하여 틀 끌림을 통해 블랙홀에 멀리 떨어져서 알아낼 수도 있다. 어떠한 물체이건 블랙홀을 향해 뛰어든다면, 해당 물체의 모양이나 그 물체에 분포하고 있는 전하 정보가 블랙홀의 지평선 일대를 따라 균등하게 분산이 되기도 하며 블랙홀 바깥 관찰자에게는 그 정보가 사라진다. 같은 상황에서 지평선은 마치 마찰과 전기 저항이 존재하는 신축성과 전도성을 가진 일정 막과 아주 유사한 구조가 된다. 이는 시간 가역성을 갖기에 미시 영역에서 마찰이나 저항을 가지지 않는 전자기장 따위의 다른 이론과 구분되는 지점이 된다. 블랙홀은 앞서 언급된 3가지 변수에 의해 안정 상태에 도달하므로, 블랙홀 내부에 최초 상태의 정보를 소실하지 않는 방법은 사실 없다. 블랙홀 중력장과 전자기장은 그 안으로 들어간 것에 대하여 불친절하게도 정보를 거의 대부분 제공하지 않는다. 이렇게 소실되는 정보는 블랙홀 지평선 멀리 떨어진 곳에서 측정할 수 없는 모든 수의  물리량이 포함이 된다. 중입자의 수나 경입자의 수 같은 보존된 양자수 또한 같다. 이 성질들을 일컬어 우리는 블랙홀의 '정보역설'로 칭한다.

물리적 성질

 과거 1916년 카를슈바르츠실트의 이름을 따 슈바르츠실트블랙홀이라 칭했던 블랙홀이 존재한다. 해당 블랙홀은 질량만이 존재하며 전하나 각 운동량은 포함하지 않는다. 버코프의 정리에 의거하면 슈바르츠실트의 해는 구대칭적 유일한 진공해이다. 한마디로 어떤 블랙홀의 중력장과 같은 질량을 가진 다른 구형 물체의 중력장 사이에 관찰 가능한 차이점이 없다는 것을 의미한다. 따라서 오는 날 블랙홀을 주위 모든 것을 빨아들이는 존재로 여기고 있는 넓은 대중적 관념은 단순 블랙홀의 지평선 주위에서만 통용되는 사실이다. 상당히 먼 곳에 위치하고 있는 블랙홀의 외부 중력장은 동일 질량을 갖고 있는 다른 천체의 중력장과 같다. 일반적 형태의 블랙홀에 관한 해 또한 존재한다. 회전하지 않는 전하만 가지는 블랙홀은 라이스너노르드스트룀 계량을 따라 이를 라이스너노르드스트룀 블랙홀이라고 칭한다. 반면 전하는 없고 회전만 하는 블랙홀은 커 계량을 따르며 이를 커블랙홀이라고 호칭한다. 보편적으로 멈춰있는 블랙홀의 해의 경우에는 커뉴먼계량으로 각운동량 또는 전하 전체를 지니는 블랙홀을 말한다. 블랙홀 질량은 전체 양수값이 가능한 반면에, 전하량과 각운동량은 질량에 의하여 제한이 된다. 상대적 거대한 전자기력에 의해 항성이 무너져 형성이 되는 블랙홀은 전하가 대다수 중성 항성의 상태를 유지한다. 반면 회전은 밀집된 천체들에 흔하게 나타나는 현상일 것으로 생각된다. 블랙홀은 대개 각운동량이나 전하량과 독립적으로 질량에 따라 분류되기도 하며, 블랙홀의 크기는 사건의 지평선 반경, 또는 슈바르츠실트 반경에 따라서 결정이 된다.

상상력 가득한 우주의 모습