물리학읽기

3.16일제15일D-15 책의말미에이르는중그동안언급없던끈이론다중우주평행우주얘기가잠깐나온다 끈이론가와루프이론가로대별되는경향이현대물리의현상황인가보다 그리고저자는평행우주다중우주끈이론을의심의눈초리로바라보는루프이론가이고 '그래서초대칭성이예측되었던곳에서나타나지않아서끈이론가들의얼굴은다소어두워지고루프이론가들의얼굴이더밝아진것은사실이지만이는여전히단서일뿐이지증거는아니다' 끈이론을연구하는대부분의물리학자들은LHC(대형강입자충돌기)라고불리는제네바에있는유럽입자물리연구소(세른)의새로운입자가속기가작동하기만하면끈이론이예측한새로운종류의입자를관찰할수있게되리라고기대했다 이른바초대칭입자 끈이론이일관되기위해서는이러한입자가필요하다 그때문에끈이론가들은그것들이발견되기를기대하고있는것 반면에루프양자중력이론은초대칭입자가없더라도잘정의된다 그래서루프이론가들은이러한입자들이존재하지않을것이라고생각하는편이다 초대칭입자는관찰되지않았고많은이들이크게실망했다 뒤이은2013년힉스보손Higgs boson의발견으로인한커다란소동이그러한실망을덮어주었다 초대칭입자는많은끈이론가들이기대한에너지수준에서는존재하지않았다 자연은두대안가운데루프이론쪽에호의적인작은단서를준것으로보인다 기초물리학과관련해서최근의중요한실험적결과는세가지이다 1.제네바의세른연구소에서힉스보손이발견된것 전세계수많은언론들이그소식을전했다 2.2013년에공개된플랑크인공위성이관측한자료 3.2016년초발표한최초의중력파검출 이것들이자연이최근에우리에게준세가지신호 힉스보손의발견은양자역학에기초한기본입자표준모형의확고한확증 그것은30년전에했던예측을검증한것 플랑크인공위성의측정결과는우주상수가있는일반상대성이론에기초한표준우주모형에대한확고한확증 중력파의검출은100년된이론인일반상대성이론의극적인확증 수많은과학자들이협력해엄청난기술적인노력을쏟고막대한비용을들여얻어낸이세가지결과들은우주의진화에대한우리의이미지를강화할뿐 많은이들은세른에서힉스보손이아니라초대칭입자를기대했다 많은이들은플랑크인공위성이표준모형과는불일치하는관측결과를내놓을것이라고기대했다 그래서대안적인다른우주론을즉일반상대성이론에대안적인다른이론을지지할관측결과를예측했던것 하지만아니었다 ..중략.. 제가언급한최근의세가지실험결과들은마치자연의목소리로말을하고있는듯하다 "새로운장과이상한입자부가적차원과또다른대칭평행우주끈등등을꿈꾸는일을그만하라ᆢ" 조르주르메트르1894-1966이젊은벨기에사제과학자는우주가처음에는작고압축되어있었는데거대한폭발로팽창을시작했다고주장 아인슈타인은처음에는우주의팽창에대해아주회의적 그는우주가고정되어있다고생각하며자랐는데그것이사실이아니었다는것을곧바로받아들일수가없었던것 후에아인슈타인은르메트르가옳았다는걸인정해야했다 아인슈타인은자신의방정식에작지만중요한수정을가했다 우주상수를도입한것 이후에아인슈타인이우주가정적이지않다는것을인정해야했을때그는우주상수에반감을가졌다 르메트르는우주상수를버릴이유가없다고했고르메트르가옳았다 우주상수는우주가팽창하는가속도를산출했으며이가속도는최근에즉정되었다 다시금아인슈타인이틀렸고르메트르가옳았다 과거로거슬러갈수록온도가올라가고물질과에너지의밀도가증가 그러다가플랑크규모에다다르는시점이있는데바로140억년전 그시점에서는더이상양자역학을무시할수없기때문에일반상대성이론의방정식들이유효하지않다 우리는양자중력의영역으로들어가는것

3.21금제20일 정보의개념이양자역학을이해하는데근본적이라는것을처음으로알아차린사람이양자중력의아버지존휠러였다 모든것은정보이다 세계에대한이해의기초에일반상대성이론과양자역학에더하여열이론즉통계역학과열역학즉정보이론까지도포함되어야한다는사실 일반상대성의열역학은즉공간양자의통계역학은아직걸음마단계 이책에서기술하는마지막물리학적아이디어 그것은열시간thermal time 시간의기원은열의기원과유사 시간의흐름을보여주는현상이벌어질때마다언제나열이발생 그리고열은많은변수들을평균화한것 열시간이라는아이디어는이러한관찰을뒤집는것 즉왜시간이열소산을낳는지를이해하려고하는대신왜열소산이시간을낳는지를묻는것 볼츠만의천재성덕분에열의개념이우리가많은변수들의평균량과만상호작용한다는사실로부터나온다는것을우리는알고있다 열시간이라는아이디어는시간의개념또한우리가많은변수들의평균량과만상호작용한다는사실에서나온다는점에착안한것 우리가한물리계에대한완전한기술에치중하는한물리계의모든변수들은동등하며어떤것도시간을나타내지않는다 그러나우리가물리계를많은변수들의평균량을가지고기술하자마자이평균량들이마치시간이존재하는것처럼작동하게된다 그시간에따라열이소산되어간다 양자중력이드러내보여주는세상은새롭게기묘하고신비로가득차있으면서도단순하고투명한아름다움을지닌정합적인세계이다 그것은공간속에존재하지않으며시간속에서펼쳐지지않는세계 상호작용하는양자장들로만이루어진세계 그장들이무리를지어상호작용하는조밀한연결망을통해공간시간입자파동빛을만들어내는그런세계 무한이없는세계 최소크기가존재해서그이하로는아무것도없기때문에무한하게작은것이존재하지않는세계 공간의양자가시공거품과섞이고세계의영역들사이의상관관계를엮어내는상호적인정보로부터사물의구조가태어난다 우리가일련의방정식으로기술하는법을알고있는세계이다

3.22토제21일 세계의실체는최근에극적으로단순화되었다 세계 입자 빛 에너지 공간과시간 이모든것은단한가지유형의존재자가드러난것일따름이다 바로공변양자장들 아인슈타인의일반상대성이론의연속적인굽은공간과양자역학의평평하고균일한공간속에있는불연속적인양자들사이의분리는이제완전히해소되었다 뉴턴 공간 시간 입자 I''''''''''''''''I 패러데이맥스월 공간 시간 장 입자 I_______I 아인슈타인1905 시공 장 입자 I________I I 아인슈타인1915 공변장 I 입자 I_______I 양자역학 시공 양자장 I___________I 양자중력 공변양자장 세계는무엇으로이루어져있는가 단하나의재료공변양자장으로이루어져있다