사건의 지평선, the event horizon

 

 

블랙홀의 가장 결정적인 특징은 사건의 지평선의 존재이다. 사건의 지평선은 물질과 빛이 블랙홀의 질량을 향해 안으로 들어갈 수만 있고 밖으로 나올 수는 없는 시공간상의 경계이다. 그 무엇도, 심지어 빛마저, 사건의 지평선 안쪽에서 바깥쪽으로 탈출할 수 없다. 사건의 지평선이라는 이름은 그 경계에서 ‘사건(event)’이 벌어지며 그 사건에 대한 정보는 외부의 관찰자에게 도달할 수 없어 그 사건이 벌어졌는지 여부조차 알 수 없다는 의미를 갖고 있다.

일반상대론에 의해 예측되는 바에 따르면, 질량의 존재는 시공간을 왜곡시켜 입자의 경로를 그 질량 방향으로 구부러지게 만든다. 블랙홀의 사건의 지평선에서는 이 왜곡이 매우 심해져서 블랙홀 바깥으로 향하는 경로가 존재할 수 없게 된다.

멀리 떨어진 외부 관찰자가 보기에, 블랙홀 근처의 시계는 블랙홀에서 멀리 떨어진 시계보다 더 느리게 가는 것처럼 보인다(중력적 시간지연). 이 효과에 의해 블랙홀로 낙하하는 물체는 사건의 지평선에 가까워질수록 점점 느려지는 것처럼 보이고, 사건의 지평선에 닿기까지 걸리는 시간은 무한대가 된다. 즉 사건의 지평선에 닿는 것이 외부에서는 관찰될 수 없다.[58] 외부의 고정된 관찰자가 보기에 이 물체의 모든 과정은 느려지는 것처럼 보이기에, 물체에서 방출되는 빛도 점점 파장이 길어지고 어두워진다(중력적 적색편이). 최종적으로 낙하하는 물체는 너무 어두워져서 보이지 않게 된다.

한편, 블랙홀로 낙하하는 파괴될 수 없는 관찰자는 이러한 효과를 경험하지 못한다. 블랙홀로 낙하중인 관찰자가 보기에 자신의 시계는 멀쩡하게 작동하는 것처럼 보이며, 유한한 시간이 지난 후에 사건의 지평선을 넘어도 아무런 특이한 현상을 느끼지 못한다. 즉 사건의 지평선 가까이에서 관찰했을 때 사건의 지평선의 위치를 알아내는 것은 불가능하다.

블랙홀의 사건의 지평선의 모양은 언제나 대략적 구형이다. 회전하지 않는 블랙홀의 경우 사건의 지평선은 정확한 구형을 이루고, 회전하는 블랙홀은 사건의 지평선이 약간 짜부라진 회전타원체가 된다.

 

 

The most decisive feature of a black hole is the existence of an event horizon. The event horizon is a space-time boundary where matter and light can only enter and exit toward the mass of the black hole. Nothing, not even light, can escape from the inside of the event horizon to the outside. The name event horizon means that an 'event' takes place at that boundary, and information about the event cannot be reached by an external observer, so it is impossible to even know whether the event took place.

As predicted by general relativity, the presence of mass distorts space-time, bending the particle's path in the direction of its mass. On the event horizon of a black hole, this distortion becomes so severe that there is no path outside the black hole.

To a distant external observer, the clock near the black hole seems to go slower than the clock far away from the black hole (gravitational time delay). Due to this effect, the object falling into the black hole appears to be slowing down as it approaches the event horizon, and the time it takes to reach the event horizon becomes infinite. In other words, what touches the event horizon cannot be observed from the outside. [58] Since the entire process of the object seems to be slowing down to a fixed observer from the outside, the light emitted from the object also becomes longer and darker (gravitational redshift). Eventually, the object falling becomes too dark to be seen.

On the other hand, an indestructible observer who falls into a black hole does not experience this effect. The observer who is falling into the black hole sees his watch as normal, and after a certain period of time, he or she does not feel any unusual phenomenon even when he or she crosses the event horizon. In other words, it is impossible to locate the event horizon when observed close to the event horizon.

The shape of the event horizon of a black hole is always approximately spherical. In the case of a non-rotating black hole, the event horizon forms an exact spherical shape, and the rotating black hole becomes a rotating ellipsoid with a slightly squeezed event horizon.