누구나 할 수 있는 블랙홀 엔진 만들기 - 아이기스의 방패(Aegis Shield) 사고실험 -

서론
이 글은 현재 과학으로 증명된 이론이 아니다.
또한 실제 제작 방법을 제시하는 글도 아니다.
본 글은 다이슨 스웜(Dyson Swarm)과 같은 수준의 초문명 공학을 가정한 사고실험이다.
다이슨 스웜이 "초문명이 태양을 둘러싼다."라는 가정에서 시작하듯, 이 글 역시 "초문명이 항성의 에너지 흐름을 제어한다."라는 가정에서 시작한다.

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현재 블랙홀 탄생 이론
현재 천체물리학에서는 거대한 항성이 블랙홀이 되는 과정을 대략 다음과 같이 설명한다.
1. 항성 내부에서 핵융합이 일어난다.
2. 핵융합은 항성을 바깥으로 밀어내는 압력을 만든다.
3. 중력은 항성을 안쪽으로 끌어당긴다.
4. 두 힘이 균형을 이루므로 항성은 안정된다.
5. 핵연료를 모두 소모하면 바깥으로 미는 힘이 감소한다.
6. 중력이 우세해지면 중력붕괴가 발생한다.
7. 충분한 질량을 가진 경우 블랙홀이 된다.
즉, 현재 이론에서 핵심은 중력과 외향 압력의 균형이다.

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새로운 가정
여기서 새로운 가정을 하나 추가한다.
초문명이 "아이기스의 방패"라는 장치를 만들었다고 가정한다.
이 장치는 다음 성질을 가진다.
• 항성 밖으로 나가려는 모든 에너지를 100% 내부로 반사한다.
• 파괴되지 않는다.
• 에너지 손실이 없다.
• 항성을 계속 둘러싸고 있다.
중요한 것은 제작 방법이 아니다.
이것은 다이슨 스웜과 동일하게 초문명이 해결한 공학 문제라고 가정한다.

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사고실험
항성 내부에서는 계속 핵융합이 일어난다.
핵융합은 계속 새로운 에너지를 만든다.
그러나 아이기스의 방패는 그 에너지가 밖으로 빠져나가는 것을 허용하지 않는다.
밖으로 향하던 에너지는 모두 다시 안쪽으로 되돌아간다.
새롭게 생성된 에너지도 다시 안쪽으로 반사된다.
이 과정이 계속 반복된다.
즉,
• 새로운 에너지가 계속 생성된다.
• 밖으로는 빠져나가지 못한다.
• 내부에서 계속 축적된다.

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에너지도 중력원이다
현재 일반상대성이론에서는 중력은 단순히 질량만으로 결정되지 않는다.
에너지 역시 중력에 기여한다.
즉,
질량뿐 아니라 내부에 축적되는 에너지 역시 중력에 영향을 준다.
따라서 이 사고실험에서는
• 질량에 의한 중력
• 내부에 축적되는 에너지에 의한 효과
가 동시에 증가하는 방향을 가정한다.

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핵심 아이디어
현재 이론에서는 핵융합이 항성을 지탱한다.
그러나 이 사고실험에서는 핵융합이 만들어낸 에너지조차 결국 내부로 되돌아온다.
즉,
원래는 중력을 방해하던 요소가,
오히려 중력과 같은 방향으로 작용하도록 만드는 것이다.
결국 항성을 지탱하던 외향 압력을 제거하고,
그 에너지까지 내부에 축적시키는 새로운 조건을 만든다.

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결과
그 결과 실제로 어떤 일이 발생하는지는 현재 알 수 없다.
가능성은 여러 가지다.
• 새로운 평형 상태
• 새로운 형태의 항성
• 중력붕괴
• 블랙홀 형성
• 전혀 예상하지 못한 현상
모두 가능성으로 남아 있다.
따라서 이 글은 블랙홀이 반드시 만들어진다고 주장하는 글이 아니다.
오히려 다음 질문을 던지는 글이다.
항성을 지탱하는 외향 압력을 인위적으로 내부 방향으로 전환한다면, 일반상대성이론은 어떤 해를 예측하는가?

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결론
이 아이디어는 현재 검증된 이론이 아니다.
그러나 다이슨 스웜이 초문명 공학을 가정한 사고실험인 것처럼,
아이기스의 방패 역시 초문명 기술을 전제로 한 사고실험이다.
만약 이 가정이 수학적으로 가능하다면,
'연료를 모두 소모한 뒤 자연적으로 블랙홀이 되는 과정' 외에도,
'인위적으로 중력붕괴를 유도하는 새로운 경로'가 존재하는지 탐구할 수 있을 것이다.
실패하면?
다른 조건을 사용하면 된다.
다른 질량의 항성을 사용하면 된다.
다른 반사 조건을 사용하면 된다.
과학은 하나의 가설을 세우고, 계산하고, 검증하고, 수정하는 과정의 반복이다.
이 사고실험 역시 그 과정의 출발점일 뿐이다.