세기 전, 물리학은 우주에 대한 이해를 혁명화하는 일련의 돌파구를 경험했습니다. 그러나 최근에는 이 분야가 정체 기간에 진입한 것처럼 보입니다. 석기 시대에 과학자들을 당했던 핵심적인 질문들은 오늘날도 우리를 혼란스럽게 만들고 있습니다. 특히, 어두운 물질의 수수께끼, 양자 역학의 진정한 의미, 그리고 중력과 양자 물리학 사이의 난해한 조화는 여전히 풀리지 않은 문제입니다.
최근에는 대학교 칼리지 런던의 양자이론 교수 Jonathan Oppenheim의 연구로 희망의 빛이 나타났습니다. 우리는 모두 블랙홀과 그 주변의 정보 역학에 대한 지적 역사를 공유하기 때문에 Oppenheim의 독특한 관점이 내 관심을 끌었습니다. 문제의 근본 원인에 대한 접근 방식은 다르지만, Oppenheim은 중력을 원인으로 지목하는 제안은 흥미로운 가능성을 제시합니다.
Oppenheim은 직관적이면서도 근본적인 아이디어를 제시합니다. 양자 역학의 불확정성과 마찬가지로, 중력에 무작위성을 도입하라는 것입니다. 전자기력과 강력핵력, 약력핵력과 같은 다른 기본력들은 양자 과정에 의해 설명되지만, 중력은 아인슈타인의 일반상대성이론에 의해 기술되는 고전적인 이론으로 남아 있습니다. 이는 과거 사건에서 미래 사건을 유추할 수 있는 결정론에 따라 움직입니다. 반면, 양자 역학은 무작위성과 내재적인 불확정성을 받아들입니다.
결정론의 강력한 지지자인 아인슈타인은 양자 역학의 무작위성이 이론의 근본적인 불완전성을 나타낸다고 믿었습니다. 그의 희망은 우주의 작동을 완전히 설명할 수 있는 고전적이고 경و리적인 이론을 찾는 것이었습니다. 일반상대성이론의 경험적 성공에도 불구하고, 이론은 양자 특성이 작용하는 자연에서 발생하는 특정 상황에 대해 설명하지 못합니다.
예를 들어, 유명한 이중 슬릿 실험을 생각해보십시오. 이전 터널링 하는 전자에 대한 이론 입니다. 이 입자들은 파-입자 이중성을 나타내며, 두 개의 슬릿을 모두 통과할 수 있습니다. 그러나 질량을 가진 전자가 중력을 생성하는 경우, 일반상대성이론은 어떻게 이들이 동시에 두 군데에 있을 수 있는지를 설명할 수 있을까요? 이론은 이에 대한 해답을 제공하기 부족합니다.
블랙홀과 빅뱅과 같은 현상을 이해하려고 할 때도 비슷한 어려움이 발생합니다. 아인슈타인의 수학은 이러한 극단적인 상황을 다룰 수 없습니다. 물리학자들은 양자 역학과 중력을 조화시킬 수 있는 “양자 중력”이라고 알려진 이론을 오랫동안 찾아왔습니다.
1930년대에 양자 중력의 이론을 구체화하려고 시도했지만, 이러한 노력은 결국 실패했습니다. 리처드 파인만과 브라이스 듀위트 등 다른 사람들은 기존의 수학적 구조를 이용하여 중력의 양자화 가능성을 탐구했습니다. 하지만 결과적으로 “전통적으로 양자화된 중력”이라고 알려진 이론은 극단적인 상황에서 효과적이지 못했습니다.
도전이 있음에도 불구하고, Oppenheim의 중력에 무작위성을 도입하는 제안은 새로운 탐구 방향을 열어줍니다. 양자 역학의 예측할 수 없는 성질을 받아들이고 중력과 통합함으로써, 정밀학자들이 세기 동안 동착한 문제에 대한 해결책을 마침내 찾을 수 있을 것입니다. 앞으로의 길은 힘겨울 수 있지만, Oppenheim의 연구가 영감이 되어 우리는 우주의 수수께끼를 해명하고 물리학에 대한 새로운 이해를 형성하는 노력을 다시 할 수 있습니다.
자주 묻는 질문:
1. 물리학에서 주요한 미해결 미스터리는 무엇인가요?
물리학에서 주요한 미해결 미스터리는 어두운 물질의 성질, 양자 역학의 진정한 의미, 그리고 중력과 양자 물리학의 조화를 어떻게 이룰 것인가입니다.
2. Jonathan Oppenheim은 누구인가요?
Jonathan Oppenheim은 런던 대학교의 양자 이론 교수입니다. 그는 블랙홀과 그 주변의 정보 역학에 기여했습니다.
3. Oppenheim은 물리학의 미스터리를 해결하기 위해 어떤 제안을 했나요?
Oppenheim은 양자 역학의 내재적인 예측 불가능성과 유사하게 중력에 무작위성을 도입하는 것을 제안했습니다. 이는 양자 역학과 중력의 조화를 이루고 물리학의 오래된 문제에 대한 해결책을 제공할 수 있습니다.
4. 양자 역학과 일반 상대성이론의 차이점은 무엇인가요?
양자 역학은 원자와 서브원자 수준에서 입자의 행동을 설명하는 이론으로, 파-입자 이중성, 중첩, 불확정성의 원리를 포함합니다. 일반 상대성이론은 질량과 에너지에 의해 일어나는 공간과 시간의 휘어짐으로 중력을 설명하는 아인슈타인의 이론입니다.
5. 일반 상대성이론이 특정 상황을 다루지 못하는 이유는 무엇인가요?
일반 상대성이론은 파동-입자 이중성과 블랙홀과 같은 극단적인 상황과 같은 특정 상황을 설명하지 못합니다. 이론은 양자 특성을 포함하기에는 불충분합니다.
주요 용어:
1. 어두운 물질: 빛이나 전자기 방사선과 상호작용하지 않으며, 방출하거나 흡수하지 않는 우주 전체의 총 질량의 상당 부분을 이루는 가설적인 물질 형태입니다.
2. 양자 역학: 원자 및 서브원자 수준에서 입자의 행동을 다루는 물리학의 한 분야로, 파-입자 이중성, 중첩, 불확정성의 원리를 포함합니다.
3. 일반 상대성이론: 아인슈타인의 중력 이론으로, 질량과 에너지에 의해 공간과 시간의 곡률로 인해 발생하는 중력력을 설명합니다.
4. 결정론: 모든 사건(미래 사건을 포함하여)이 이전 사건과 자연 법칙에 의해 결정된다는 철학적 개념입니다.
관련 링크:
Physics World
자연 – 물리학
The source of the article is from the blog regiozottegem.be