1. 중력이 시간에 미치는 영향: 일반상대성이론의 예측
아인슈타인의 일반상대성이론은 중력이 단순히 물체를 끌어당기는 힘이 아니라, 질량이 시공간을 곡률로 왜곡시키는 현상임을 설명합니다. 이 이론의 핵심은, 중력이 강한 곳일수록 시간은 더 느리게 흐른다는 것입니다. 이를 중력 시간지연(Gravitational Time Dilation)이라 하며, 이 현상은 특히 블랙홀처럼 극도로 강한 중력이 작용하는 곳에서 매우 극적으로 나타납니다.
블랙홀의 표면이라 할 수 있는 사건의 지평선(Event Horizon) 근처에서는 중력이 거의 무한대에 가깝기 때문에, 외부에서 볼 때 시간은 사실상 정지된 것처럼 보입니다. 즉, 어떤 물체가 블랙홀에 가까워질수록 그 물체의 시간은 점점 느려지며, 사건의 지평선을 넘는 순간에는 외부 관측자가 보기엔 영원히 멈춘 듯한 상태로 보이게 됩니다.
이는 실제 실험에서도 입증되고 있습니다. 예를 들어 GPS 위성은 지상보다 중력이 약한 고도에 있기 때문에 시간이 더 빨리 흐르며, 이를 보정하지 않으면 하루 수 킬로미터의 위치 오차가 발생합니다. 이처럼 중력은 시간의 흐름을 제어하는 물리적 실체로 작용하며, 블랙홀은 그 극단적인 예라 할 수 있습니다. 시간은 일정하거나 절대적인 것이 아니라, 중력에 따라 상대적으로 흐르는 개념이라는 것이 일반상대성이론의 중요한 결론입니다.
2. 사건의 지평선 너머: 시간은 존재할 수 있는가?
블랙홀의 내부, 특히 사건의 지평선 안쪽에서는 시간이 어떤 방식으로 흐르는지에 대해 과학계에서도 아직 완전한 정설은 존재하지 않습니다. 일반상대성이론에 따르면, 사건의 지평선을 넘는 순간, 그 안쪽에서는 모든 경로가 중심의 특이점(Singularity)을 향해 수렴하게 됩니다. 이 말은 다시 말해, 어떤 물체도 사건의 지평선을 넘어가면 중심으로 끌려가는 것을 피할 수 없으며, 되돌아올 수 없다는 뜻입니다.
이때 시간의 흐름은 내부에서는 정상적으로 계속 흐르지만, 외부에서는 그 물체가 점점 느려지다가 사건의 지평선에서 정지된 것처럼 보입니다. 관측자의 위치에 따라 시간은 완전히 다른 모습을 보이는 것이죠. 이 현상은 ‘인터스텔라’ 영화에서 주인공이 블랙홀 주변을 돌다 다시 돌아왔을 때 지구에서는 수십 년이 흐른 장면으로 잘 표현되었습니다.
문제는 사건의 지평선 안에서 시간과 공간의 개념이 역전될 수 있다는 것입니다. 즉, 외부에서 보면 시간 방향으로 진행되던 궤도가, 블랙홀 내부에서는 공간적으로 이동하는 것처럼 보이고, 공간은 오히려 시간처럼 흐르는 것으로 해석되기도 합니다. 이처럼 사건의 지평선 내부는 우리가 익숙한 시간 개념이 성립하지 않는 영역으로, 현재 물리학의 한계에 도달한 곳이라 할 수 있습니다.
3. 시간의 끝, 특이점: 과학이 멈추는 지점
블랙홀의 중심에는 모든 질량이 무한히 작은 부피에 모여 있는 특이점(Singularity)이 존재합니다. 이곳에서는 중력과 밀도가 무한대가 되어, 일반상대성이론 자체가 더 이상 적용되지 않는 영역이 됩니다. 즉, 수학적으로 시간과 공간이 붕괴되는 지점이며, 이론적으로는 시간의 끝이 존재하는 곳이라 말할 수 있습니다.
특이점은 시간의 개념뿐 아니라, 우리가 알고 있는 물리 법칙 전체가 무의미해지는 지점입니다. 이곳에서는 중력은 무한히 강하고, 시공간은 극도로 휘어져 모든 경로가 이 지점을 향합니다. 하지만 특이점 내부에서 실제로 어떤 일이 벌어지는지는 아무도 알 수 없습니다. 우리가 관측할 수 없는 영역이기 때문입니다. 이는 현재 물리학의 미해결 과제 중 하나로 남아 있습니다.
많은 과학자들은 이 문제를 해결하기 위해 양자중력(Quantum Gravity) 이론을 개발 중입니다. 양자역학과 일반상대성이론을 통합하여, 특이점과 같은 극한 환경에서도 작동하는 새로운 이론이 필요한 상황입니다. 이 이론이 완성된다면, 우리는 블랙홀 내부의 시간 구조, 그리고 우주의 시작과 끝에 대한 보다 정확한 답을 얻을 수 있을 것입니다. 지금의 결론은 단 하나입니다—블랙홀 중심의 시간은, 아직 과학이 닿지 못한 영역입니다.