일단 우주에는 원자들이 있고
원자는 소립자로 구성 되어있음
현재 소립자는 17개가 있으며
이것들은 양자론을 포함한
현실 세상의 거의 모든 상호작용을 설명할 수 있음
이걸 표준모형 혹은 표준이론이라고 함
하지만 이 이론에도 약점이 하나 존재함
바로
중력임
아인슈타인은 이 우주를
시간/공간의 기하학상태를 무대로 하는 이론을 하나 만들어냄
그게 바로 님들도 잘 알고 있는
일반 상대성 이론임
물체가 시공을 비틀고
그 비틀림을 우리들은 중력이라고
느끼고 있음
그럼 중력을 일반상대성이론이 아니라
양자론으로 설명하면 어떻게 될까??
양자론으로 중력을 소립자로 다룬다면
중력은 힘을 매개하는 타입으로 분류되고
그걸 중력자란 이름으로 지어놨다
근데 중력자
이름은 멋드러지게 지어놨지만
표준이론에 끼워넣을수가 없다
중력자를 표준이론에 끼워넣으면
이상하게 무한값이 나오게 됨
무한은 물리학에서
계산불능을 의미함
또한 물리학에서 이론이 잘못된 방향으로 나아갔다는
'징후'임
또한 일반상대성이론과 양자론 양쪽다 똑같이
이 우주를 나타내고
같은 우주를 설명한다는 것은
두개의 이론이 통합하여
한개의 이론이 될 수 있다는 것이 가능하다는 뜻
그런데 실제로는 불가능 했음
왜냐하면 일반상대성이론은 계산을 하려면 절대적인 길이가 필요했고
한편, 양자론은 소립자를 사이즈가 없는 점으로 표시하기 때문임
아무튼 과학자들은 머리를 싸매어서
두개의 이론을 통합시키려고 끙끙거렸음
최대의 난관은 소립자의 사이즈가 0이라는 점임
여기서 과학자들은 차원개념을 도입해
우주의 최소단위를 점이 아니라 선이라고 가스라이팅을 하기 시작함
이게 바로 '끈이론' 임
끈이론은 매우 단순함
소립자는 사이즈를 알 방법이 없음
왜냐하면 종래의 방식대로 측정을 하려면 전자가 반드시 이용되어야 하는데
전자는 소립자 세계에서 엄청 큰 입자라서 그럼
따라서 소립자를 계산하기 위해서 사이즈를 0이라고 정해버림
한편 끈이론에선 소립자를 확대 관찰하면
사실 소립자는 끈으로 되어있다고 생각하는거임
왜냐? 끈은 확실하게 길이가 있거든
사이즈가 있는 끈이지만
무척 작기 때문에 확대하지 않으면 소립자로 보인다
라고 생각하는 것으로 끈 이론은 성립한다
아무튼 끈의 종류는 두가지가 있는데
닫힌끈과 열린끈 모두 장력이 있고
진동하는 것이 가능함
광자는 열린끈이고
중력자는 닫힌끈으로 기술할 수가 있음
이와같이, 끈이론은 소립자를 형상과 진동으로 나타냄
이 사고방식은 너무나 획기적이여서
당시 과학계를 들썩였는데
그 이유는 바로 특이점의 비밀을 풀 수 있을거라고 생각했기 때문임
종래의 이론으로 블랙홀을 설명하면
특이점이 발생해버림
똑같은 이유로
우주 탄생의 순간에도
특이점이 발생해 버림
근데 특이점이란 계산불능의 점이자
무한이 나오는 지점임
위에서 말했듯이
무한은
이론이 잘못되었다던가
잘못된 방향으로 나아가고 있다는 징후
한편 끈이론은
블랙홀의 중심이나
우주 탄생의 순간을 닫힌끈으로 표현하는게 가능해져 버림
그렇다
끈이론을 쓰면 블랙홀과 빅뱅을 설명하는게 가능해짐
물론 끈 이론은 표준모형의 소립자도 계산 가능함
이렇게 모든 우주 현상을 표현할 수 있는 궁극의 리론처럼 보였지만
곧 한계에 다다름
첫째로 끈이론은 보손 입자에 관한 설명만 하고
페르미온 입자들에 대한 설명을 하지 않음
따라서 끈 이론으로는 물질을 기술할 수가 없음
두번째로 타키온 입자의 출현
타키온은 질량이 허수
즉 '음'의 질량을 가지는 입자임
타키온은 아직 발견하지는 못했지만
이론적으로 빛보다 빠른 입자임
이론적으로는 상대성이론의 인과율에 위배되고
수학적으로 문제가 있어서
끈이론에서 제거해야할 필요가 있음
세번째로는 차원임
우리 우주는 3차원의 공간과 1차원의 시간으로 기술되어져 왔음
근데 끈이론은 설명하려면
26차원이나 필요함
이걸 4차원인 우리 우주에 맞게
차원을 하나씩 빼야할 필요가 있음
과학자들은 이 3개의 문제에 머리를 싸매면서 골똘히 생각하기 시작함
그래서 나온 이론이 초끈이론임
초끈이론에서는 타키온이 초대칭성으로 인한 재규격화로 인해
문제가 해결 됨
초끈이론에서는 페르미온 입자를
끼워넣기 위해 끈이론을 다시 살펴보던중
끈이론에서 만들어 낸 불필요한 입자중 하나가 중력자였던것이 발견되어
보손 입자 페르미온입자 둘다 계산 할 수 있게 되었다
이렇게 끈 이론의 두가지 문제점을 어떻게 해결하고
초끈이론이 탄생하게 된걸까?
그건 바로
초대칭성에 있다
초대칭성이란
대칭,비대칭 그대로의 의미임
원이 있고 원의 중심을 따라
이걸 접으면
완전하게 겹쳐짐
이게 대칭임
물리학에서도 마찬가지로 우주에는 대칭성이 존재함
우주를 설명하는 첫번째 대칭성은
바로 상대성이론임
우주를 빈공간이라고 가정하고
공을 앞으로 굴리면 어떻게 될까?
공은 똑바로 직진을 하겠지
이건 우주 어디서는 똑같음
100광년 앞 우주에서 공을 앞으로 굴리면 우회전한다던가 그런일은 없음
즉 시공은 어디서든 똑같은 법칙이 적용되고
어디에 이동해도 대칭성이 있음
이걸 공간병진이라고 함
이외에도 시간병진, 공간회전, 사영대칭성 등등을
시공대칭성이라고 함
두번째로는 양자론
양자론은 우주를 장과 장으로 채워진 소립자로 나타냄
장은 항상 에너지를 가진 파동이 진동하고
파동은 간섭하여 깨지는 것으로 진공이 되어버림
한편 파동의 흐름이 흐트려져
간섭하고
보다 큰 파동이 나타났을때
그것은 소립자로서 출현함
이와같이 소립자의 근원은 장이며
소립자 하나 하나에 대응하는
장이 존재함
양자론의 대칭성은 소립자에 대응하는 장 각각의 안에 존재함
이를 국소대칭성이라고 함
여태까지 이야기를 정리하면
우주는 2가지 이론으로 설명 가능하고
2개의 이론 각각에는 대칭성이 존재함
여기서 미국의 학자 시드니 콜먼과 제프리 맨듈라는 이렇게 말했다
'우주에 존재하는 대칭성은 시공대칭성과
양자화된 장의 국소대칭성 밖에 없고
그밖의 대칭성은 존재하지 않고
우리들은 그걸 증명해 냈다'라고
이게 바로 콜먼-맨듈라 정리라고함
근데 얼마 후
두사람의 물리학자가 콜먼-맨듈라 정리의 헛점을 발견해냄
그들은 콜먼-맨듈라 정리에 위반하지 않으면서
우주에 또하나의 대칭성을 추가하는 방법을 만들어 냈다
이 대칭성이 바로 '초대칭성'임
그럼 도대체 어떻게 끼워넣기를 했을까?
제곱하면 0이 되는 수가 있다
이걸 그라스만 수라고 함
그라스만 수는 실재하는 수는 아니고 개념상의 수임
우리 우주는 두개의 카피로 분할 가능함
하나는 숫자로 표현할 수 있는 공간(통상공간)
또하나는 그라스만 좌표로 표현할 수 있는 공간(초공간)
소립자중에서 힘을 매개하는 입자는 보손입자이고
보손입자는 숫자로 계산할 수 있음
따라서 보손입자는 통상공간에 존재할 수 있음
반대로 물질을 구성하는 입자 페르미온입자는
그라스만 수로 기술하기 때문에
초공간에 존재한다고 할 수 있음
통상공간과 초공간은 우리 우주를 카피한것이기 때문에
쌍을 이루고 있음
따라서 통상공간에 존재하는 입자는 그것에 대응하는 입자가 초공간에
초공간에 존재하는 입자는 그것에 대응하는 입자가 통상공간에 존재함
이렇게 각 공간에 소립자들이 대응하는 입자가 있으니 대칭성이 형성됨
이것이 콜먼-맨듈라 정리에 위반되지 않는 새로 추가된 대칭성
초대칭성임
이렇게 서로 반대편에 존재하는 입자들을 초대칭성입자라고 부름
근데 문제가 있음
통상공간에 있는 모든 소립자들은 입자 가속기를 통해 실체가 판명되었지만
초대칭성입자들은 존재의 확인이 안됨
근데 왜 이 이론이 폐기 되지 않았냐 하면
초대칭성입자들의 존재를 예견하는 중요한 데이터가 있기 때문임
바로 3개의 상호작용임
우주를 구성하는 표준이론에는
소립자간에 작용하는 4가지 힘이 있다
강한상호작용
약한상호작용
전자상호작용
중력
중에서 중력을 제외한 3가지 힘니다
이것들은 우주초기 아주 고온일때 하나의 힘으로 통합되어있었다
이걸 다른말로 표현하면 고에너지 상태면 3개의 힘이 융합되지 않을까 생각함
실제로 과학자들은 약한상호작용과 전자상호작용을 고온상태에서 융합한적이 있다
여기에 강한상호작용을 융합하기 위해 더 고온을 낼 필요가 있었지만
현재 인류의 과학력으로는 도저히 해낼 수가 없었다
아무튼 과학자들은 이론이라도 제대로 낼려고 노력을 했음
근데 왠걸 제 힘을 통합했더니
한점에서 모이는게 아니였음
이것은 표준이론의 문제점중 하나임
근데 표준모형에 초대칭성입자를 넣으니
수상할만치리 완벽하게 한점에 집약하게 됨
이게 초대칭성입자를 예견하는 중요한 근거가 됨
그러나 아직 문제가 남아있음
바로 차원임
끈이론에서는 우주를 설명하기 위해 26차원이나 필요했음
초끈이론에서는 차원을 큰폭으로 줄이는데 성공했지만
그래도 우주를 설명하기 위해서는 10차원이나 필요함
그렇다
6차원이나 잉여차원으로 아직 남아있다
이걸 다른말로 바꾸면 6차원을 제거할 수 있다면
중력을 포함한 우주 궁극의 이론이 탄생함
과학자들은 나머지 6차원을 없애려고 노력했지만
여태까지 누구하나 없앤이가 나타나지 않음
그러나 6차원을 제거한거 빼고는
매우 정확한 해답을 낸다는 점에서
초끈이론은 그 자체로 매력이 있음
그래서 몇몇 과학자들은 발상의 전환을 시작해봄
사실은 우주가 4차원이 아니라 10차원이 아닐까?
잉여 6차원은 우리가 실감을 못할뿐이 아닐까? 하고 말니다
그렇다 과학자들 사이에서 자주 있는 현실도피임
예를들어 호스가 있다고 치자 이걸 가까이서 보면 3차원의 원통형 물체가 되지만
아주 멀리서 보면 1차원의 선으로 보인다
이걸 콤팩트화라고 한다
물론 또 다른 문제도 있음
잉여차원의 존재는 잉여차원 각각에 존재하는 끈에 기인하는 대량의 미발견입자가 출현함
또한 잉여차원을 콤팩트화 하는 방법은 다양하기 때문에 콤팩트화 각각에 대응하는 잉여차원마다 입자가 존재함
한마디로 말하자면
잠재하는 입자는 무한대
그렇다 초끈이론은
무한히 많은 물리법칙을 가진 다른 우주들을 예언하고
우리 우주는 특정의 기준값을 가진
초끈이론이 제시한 우주이다라는 이야기
만약 초끈이론이 맞다면
어째서 우리 우주는 무한의 기준값중
특정의 기준값이 설정되었을까?
라는 문제가 남음
초끈이론이 맞는지 틀린지 실험적으로 확인하는 방법은
이론상으로 없을지도 모름
그럼에도 초끈이론이 폐기되지 않고
지금도 많은 과학자들이 연구를 계속하고 있는 이유는
우주를 가장 정확하게 표현하고 있는 이론이기 때문임
양자역학과 중력의 통합
나아가서는 블랙홀의 내부를 알 수 있는 가능성
수학발전의 가능성
암흑물질,암흑에너지의 비밀을 밝힐 수 있을지 않을까 해서 연구하고 있는거임
그리고 현재는 초끈이론을 좀더 심플하게 기술하는 M이론이 나왔음
이해는 못했지만 과학자 이 양반들도 다 아는 건 아니고만!
그러니까 타키온을 설명하기 위해 u=ma2가 나오고 클구리가 날뛰게 되었다는거죠?
………
결론 = 상대성 이론은 정말 아름답다
결론 = 상대성 이론은 정말 아름답다
하지만 거시규모와 플랑크길이이하를 통합이론으로 정리하려고 하면 터져버리는건 아직도 해결 못하는거 같던데
그러니까 타키온을 설명하기 위해 u=ma2가 나오고 클구리가 날뛰게 되었다는거죠?
우~ 우마닷치!
이해는 못했지만 과학자 이 양반들도 다 아는 건 아니고만!
알면 벌써 우리는 우주식민지 개척하고 살고있겠지
그... 누가 그랬잖아. (해당 분야의) 과학자라고 그 분야를 다 아는 게 아니다. 그걸 알아가는 과정에 있는 사람들이 과학자다. 라고.
ㄹㅇ 전문가가 뭘 알어
………
저두여...
아 초끈이론 아시는구나!
캬 오랜만에 보네
아 재밌었다 아무도 모르는 현상을 최대한 간략하고 쉽게 풀어썼지만 결국 아무도 이해 못하는 좋은 글이었어
문과라서 그만 존나 아래로 내렸습니다
삼체에서 차원 수 줄어드는거 생각난다.
이봐, 무슨 소리를 그렇게 하는거야 도대체!
약력이랑 전자기력이 융합된적이 있다닏ㄷㄸㄷ
훗흣훗훗훗 그런거였나
이집 어그로 잘끄네 제목보고 반박하러 갔더니 변화구를 던지네
이거 도대체 무슨 언어로 쓰여진 건가요??????
대충 한줄 요약하면 과학자들이 똥꼬쇼하다가 나온 결과에 승복 못하고 정신승리하는 이야기 (아님)
역시 그렇군(진짠진 모름)
아무튼 이러면 된단거지?
모르겠어
물리학에서는 대부분 이론의 증명을 에너지증량으로 채웠음. 애초에 인간이 유용 할 수 있는 에너지량이 늘면 늘수록 새로운 발견과 이론의 실증이 가능했는데. 초끈이론의 경우는 필요한 에너지량이 지구초월적 에너지가 필요하다는게 정설. 그래서 아마 에너지에 대한 획기적인 발전이 없다면 아마 인류 한계에 다다른게 아닌가 라는 생각을 많이 함. 뭐 소립자 연구는 미국에서 미친 입자가속기 건설중이니 거기서 뭐 나오면 좋을듯?
교수님이 썰푸셨는데 여러분들이 "교수가되고 그러면 한 2040년대쯤에 엄청 큰 가속기가 완공되니 연구하니 좋을겁니다" 교..교수님?
점심에 짜장겁빼기에 아이스라떼 하나 저녁엔 뭘 먹나… (본 글 직성자의 지적능력에 감탄하며)
네?
개인적으로 '중력자' 를 찾으려는 것부터가 장대한 에러와 삽질의 시작이라고 봄. 왜, 아예 과거의 힘을 미래로 전달하는 시간입자도 만들지 않고.
힘을 전달한다는 것 자체가 입자에 매개되는 일이라는걸 알아냈거든 전자기력도 강력도 약력도 모두 입자에 의해서 매개되고 그 메커니즘도 명확히 규명됐는데 중력 혼자서 '사이에 아무것도 없는데 짜잔 둘이 이끌립니다' 하면 이상하다고 생각한게 아닐까
중력자가 있다고 가정할 때, 1. 중력은 광속으로 전파되기에 중력자는 질량이 0 이다. 2. 중성미자처럼 입자의 무게나 크기와 상관 없이 질량이 있기만 하면 중력자를 만들어 다른 물질 및 빛과 상호작용한다. 3. 중력자가 영향을 미치는 범위는 은하와 초은하단을 넘어 우주 전체이다. 4. 따라서 '중성미자'가 생성하는 중력자는 우주 전체에 영향을 준다. 전자기력도 광자 없이는 매개되지 않아서 한계가 있는데, 모래알 하나에서 뿜어져 나오는 중력자가 우주 전체에 영향을 미친다는 주장이면 확실히 이상하지 않나요?
소립자 사이즈 생각해보면 전자기력부터가 이미 충분히 이상해
M이론? 이름이 좀
현실과 연결되는 실험적 증거가 하나도 없는 사고실험이다보니 이렇게 많은 천재들이 수십년 동안 매달렸는데 아무것도 아니면 어쩌지 하는 걱정이 많긴 함
중력파의 존재는 발견했지만, 지금 중력까지 통합한 이론을 정립못한게 현재상황이지..
초끈이론이 허구인 이유라고 제목엔 붙여놨는데 본문내용은 초끈이론이 설명하지 못하는 부분에 대해서 주제를 잡고 있잖아
연구를 부정하는 게 아니라 연구의 발전사를 이야기하고 있는데 연구를 부정하는 걸 제목으로 삼으면.... 어그로가 끌려서 많은 사람이 보겠구나! (납득)
매번 관련 글 볼때마다 a 를 설명하기위한 b를 설명하기위한.... z를 설명하기 위한 학문이라는 느낌이 든단말야
지금 복습하려고 여기 글 쓰는거지?
거 참 symmetry하네
이제 복잡하게 설명해주세요
뭐라는건지 중간부터 이해를 포기하고 스크롤 쭉 내림 ㅋㅋ
ㅅ...생각보다 간단한거였네!
5분쯤 읽다가 내가 뭐하는 짓이지? 라는 생각이 들어서 내려버렸다
나는 모른다는 것을 알았으니 이 또한 지식의 습득이 아닌가 싶다.
아하, 그렇군요. 이 원리를 이용해 삼체에서 삼체인들이 지자(소폰)를 만든 거군요(아님). 완벽히 이해했음.
그래서 초끈이론 반박하는 과학자들이 비꼬는 때에 말하는게 수학적으로만 아름다운 이론이라 한다던대
보손점프 가능한다는거죠? 나데시코 2기 나오나요?
지금 이론으론 설명이 불가능하네 아! 그럼 상상으로 새로운 이론을 만들자 근데 새로운 이론이 지금세계에서는 증명이 불가능하네 어쩌지? 그러게? 상황 아님? 어렵네 ㅋㅋ
결론적으로 지구급 에너지도 활용 못하는 지금 과학수준에서는 우주급 에너지를 활용해야만 증명이 가능한 이론에 대해서 수학적으로만 접근중이구만
누군가 밝혀내줘
타키온이 확인되었나?
천천히 읽었는데 이해가 안된다.. 진짜 과학계는 똑똑하구나..
그냥 그 특정의 기준값을 가진 우주가 아니면 별이나 생명체가 탄생 못하는 우주였기 때문 아닐까 인과관계의 순서가 바뀐거지
그러니까 애초에 잘못된 방향으로 설정된 이론을 어떻게든 설명하기 위해 끼워맞추기를 반복하고 뇌절에 뇌절을 거듭한 결과 아무것도 알아내지 못했다는 거지
전문적인 지식 추천!
아무튼 그놈의 중력이 제일 문제임 마치 대충 봤을때 퍼즐조각들이 같은 퍼즐 같아 보이는데 딱하나 엉뚱한 조각이 있는거 같은 느낌
매번 지식글 올려줘서 감사합니다~
완전히 이해했다. 현대 물리학은 내 머리로 이해 불가능한 거구나.
사실 우주는 10차원다 가 아주 허구라곤 볼 수 없는게 앞선 깨달은 사람들로부터 생긴 말이 있음 구천이라고 아홉개의 하늘(세계) 북유럽신화의 아홉개의 세계 불교의 색즉시공 공즉시색이 현대 원자이론과 맞물리는 게 있고 깨달은 자들은 혹은 영적 지능이 높은 자들은 이렇게 우주를 직접 보거나 통찰하기도 했는데 동양이나 서양이나 공통적으로 9개의 세계를 주장한다는게 과연 단순 우연일까 싶기도 함
재목보고 반박할라고 하나하나 다읽었다. 다읽고나니 제목이 어그로였다는걸 깨닳았다. 이자식 이거 진짜 천재 물리학자네