우주의 구조 8, 9장 질문을 올려주세요.

미르
2022-11-05 16:30
327

이 책을 계속 읽어야 하는가에 대한 회의가 점점 짙어지는...

들뢰즈 읽을 때도 이런 느낌이셨나..

댓글 5
  • 2022-11-05 16:57

    8장 눈송이와 시공간 : 우주의 대칭성과 진화 :
    -> 눈송이와 시공간?

    315p 우주가 운영되는 법칙의 저변에는 대칭성이 깔려 있다.
    -> 대칭성이 깔려 있다고 믿고 싶다. 왜? 그래야 인식의 범주에 들어온다.
    하지만 대충보니까 그런것이지 엄밀하게는 단 한순간도 같지 않다. = 오차

    328p 우주의 역사를 한 마디로 요약한다면 '팽창의 역사' 라 할 수 있다.
    '폭팔' 이 아니고 '팽창'? 의미가 전혀 다른 듯

    334p 수많은 은하들 속의 시계는 모두 동일한 빠르기로 가고 있으며 흘러간 시간도 모두 같을 것이다. 라고 '시간이 있다' 전제하고 이야기.
    -> 시간이라는게 있는가? 라고 생각해보면 뒤의 설명들이 다 부질없다.

    338p 그렇다면 은하의 내부에 있는 모든 별과 행성들 사이의 거리, 당신과 나 사이의 거리, 원자들 사이의 거리, 그리고 소립자들 사이의 거리도 일제히 멀어지고 있을까? 아니다.
    -> 그럼 공간이 따로 있다는 것? 공간이 늘어난다는 것은 무엇인가?
    무엇이 늘어나고 무엇은 안늘어나는가? 전자기적으로 얽혀있지 않은 것만 늘어나는가?
    지구와 태양 사이의 거리가 멀어지고 있는가?

    9장 증발된 진공 -> 왜? : 열과 무, 그리고 통일

    360p 전자기장을 형성하는 기본입자가 광자이듯이 중력장을 형성하는 기본입자는 중력자
    그러면 자기장을 형성하는 기본입자는?
    전기장은 전자이니 광자 = 전자+자기자?

    371p 힉스장은 엄청난 고온에서 0이 아닌 값으로 '얼어붙는다.'
    -> 마치 온도와 물이 따로 있는 것처럼 설명되지만 온도라는 것이 물 분자의 활동성이다.
    그러면 힉스장의 10^15도 라는 것은 힉스입자의 활동성인가?
    '고온에서 얼어붙는다' 라는 것은 무슨 의미인가?

  • 2022-11-06 20:18

    8-9장 메모

    제8장 눈송이와 시공간

    우주의 대칭성과 진화
    315. 리처드 파인만은 이런 말을 한 적이 있다. “현대과학이 이룩한 모든 업적들 중에서 가장 중요한 것을 골라 하나의 문장으로 요약하라는 주문을 받는다면 나는 ‘이 세계는 원자로 이루어져 있다’는 문장을 꼽을 것이다.”...그런데 여기에 또 하나의 문장이 추가될 여지가 남아 있다면 아마도 대부분의 과학자들은 “우주가 운영되는 법칙의 저변에는 대칭성이 깔려 있다”는 문장을 선택할 것이다.
    대칭성과 물리법칙
    317. 이와 같이 물체에 존재하는 대칭성이란 어떤 변환에 대해여 물체의 외형이 변하지 않는다는 것을 의미한다. ...우리가 알고 있는 도형들 중에서 가장 높은 대칭성을 보유한 도형은 구(球)이다
    326. 이 책에서 우리가 추구하고 있는 목적중 하나는 초기의 우주가 저-엔트로피의 균일한 상태(이렇게 될 확률은 매우 작다)에서 시작될 수 있었던 이유를 가능한 한 구체적으로 규명하는 것이다.
    우주론과 대칭성, 그리고 공간의 형태
    345. 우주공간의 구조에 대하여 아직 최종 결론이 내려지진 않았지만 한가지 분명한 사실은 대칭이라는 개념이 시간과 공간의 정체를 밝혀 줄 가장 강력한 도구라는 점이다. 대칭을 도입하지 않고서는 한 걸음도 나갈 수 없을 만큼 이 우주는 복잡하고 방대한 존재인 것이다.
    우주론과 대칭성
    354. 헌대의 우주론은 대칭성의 개념에 크게 의존하고 있다.

    9장 증발된 진공

    열熱과 무無, 그리고 통일
    힘과 물질, 그리고 힉스장
    362. 이 우주는 빅뱅의 유적이라 할 수 있는 힉스장으로 가득 차 있고 당신의 몸을 비롯한 모든 만물을 이루는 입자들의 특성도 이로부터 결정되었다고 할 수 있다 .
    차가운 우주 속에 존재하는 장
    363. 힉스장은 전 우주공간에 골고루 퍼져 있다고 추정되므로 앞으로 ‘힉스장’과 ‘힉스의 바다’라는 표현을 섞어서 사용하기로 하겠다.
    대통일
    376. 초끈이론은 중력을 포함한 네 종류의 힘을 일거에 통일시켜 줄 강력한 후보로서 지그도 한창 연구가 진행되고 있다.
    에테르로 되돌아가다
    377. 대칭성이 붕괴되면서 우주공간에 약전자기 힉스장이 형성된다는 이론은 현대 입자물리학과 우주론에서 핵심적인 역할을 하고 있다
    378. 그러나 일단 힉스장이 발견되기만 하면-, 물론 이 모든 것은 힉스입자가 발견되었을 때의 이야기다.
    →2012년 세른(유럽입자물리연구소)에서는 이 힉스입자를 발견함으로서 표준모형의 최종증거를 찾았다 2013년에 노벨상을 받았다.

    질문-
    1. 365쪽 첫 번째 문단이 잘 이해가 가지 않습니다. 이해할 수 있도록 설명해 주세요.
    2. 360쪽 첫문단 5째줄 “전자기장을 형성하는 기본입자가 광자이듯이 물리학자들은 중력장을 형성하는 기본입자를 중력자라 부르고 있다. 그런데 궤도의 영상 에서는 2쪽에서 아래서 세 번째 줄에 ”중력자라는 보손이 존재할것으로 추측한다고 한다 예전에는 중력자라고 했는데 지금은 추측하는 것인가?
    3. 우주의 구조에서도 0이라는 말이 나오는데, 궤도영상 3쪽에서 중간쯤에 “게이지 대칭성을 만족하는 공간 장에서는 힘을 전달하는 매개입자의 질량이 0이 되어야 합니다”라고 하는데 왜 0이어야 하는가?

  • 2022-11-06 22:37

    **8장 눈송이와 시공간
    333쪽
    일반상대성이론은 지금까지 관측을 통해 알려진 은하의 움직임과 우주공간의 팽창이론을 연결시킴으로써 우주 내의 모든 장소들을 대칭적으로 취급할 수 있는 기틀을 마련하였으며 허블의 관측결과를 일관되게 설명할 수 있었다.
    ===> <질문> 일반상대성이론의 어떤 점이 은하의 움직임과 우주공간의 팽창이론을 연결시킨 것인가? 8장에서 우주의 대칭성을 논하며 브라이언 그린은 계속 아인슈타인의 상대원이론과 연관 시키며 중요성을 강조하는 느낌인데 어떻게 연결되어 있다는 것인가?
    353쪽 - 다른 모양의 우주
    그 시점의 온도와 밀도는 엄청나게 높았겠지만 이 극단적인 초기조건은 한점에만 적용되는 것이 아니라 무한히 넓은 전 공간에 골고루 적용된다. 즉 빅뱅은 어느 한 지점에서 일어난 사건이 아니라 전 공간에 걸쳐 한꺼번에 일어난 사건으로 이해되어야 한다.
    ===> <질문> 시공간의 거시적 구조를 설명해 줄 가장 유력한 후보인 평탄한 무한공간모델에서도 시간의 동시성을 보장할 수 있나? 전 공간에 걸쳐 한꺼번에 일어난 사건이 극저엔트로피 상태를 만들 수 있을까?
    **제9장 증발된 진공
    힉스장이 전 공간에 걸쳐 0이 아닌 값을 갖게 되는 과정을 가리켜 '자발적인 대칭성 붕괴'라고 하는데, 이 아이디어는 20세기 후반에 이론물리학의 최대현안으로 부각되었다.(366쪽)
    수증기는 섭씨 100도에서 액화되고 물은 섭씨 0도에서 얼어붙지만 힉스장은 무려 10 15도라는 엄청난 고온에서 0이 아닌 값으로 '얼어붑는다.' 이것은 태양의 중심부보다 1억 배나 높은 온도인데, 빅뱅 이후 10 -11초 만에 우주는 이 정도의 온도까지 식었던 것으로 추정된다.(371쪽)
    약전자기이론이 말하는 바와 같이 초기우주에 풍부하게 존재했던 대칭성이 온도의 하강과 함께 붕괴되어 지금의 모습으로 진화해 왔다는 것만은 분명한 사실이다.(377쪽)
    ===> 최무영교수의 물리학강의를 읽을 때 대칭성(질서)이 붕괴되어 현재와 같은 우주가 만들어졌다는 얘기에 무척 놀랐고 궁금했는데 이번에 알게 되어 기쁘다. 질서가 깨졌기 때문에 생성된, 내가 살고 있는 이 우주공간이 만들어지는 자연스럽고도 신비로운(0과 아주 가깝지만 0이 아닌 값을 갖게 되는 것) 과정이 주는 여운이 오래 남을 것 같다.

  • 2022-11-07 15:08

    (329~330p) "우주 전체에서 단 하나뿐인 빅뱅의 진원지가 왜 하필이면 지구라는 말인가?"

    코페르니쿠스적 전환에 가까운 질문이네요. 그렇네요. 왜 우린 우주의 생성에서도 지구 중심이라고 생각했을까요? 저자는 허블 관측으로 우주의 팽창을 받아들이면서 당연히 지구가 그 팽창의 중심이라고 생각하는 점에 대해 이의를 제기합니다. 그러면서 아인슈타인의 일반상대성 이론을 가져와서 중력에 의해 휘어지는 시공간이 고정되지 않은 것처럼 우주공간은 고정된 크기를 유지할 수 없다고 합니다. 중력에 의해(아인슈타인방정식)고정되지 않으니 이를 우주의 팽창이나 수축의 근거로 제시합니다. 다시 말해서 허블 관측에서 은하들이 서로 멀어지는 이유는 공간 자체가 팽창하고 있기 때문입니다. 우주 팽창이 고정된 공간이 아니라 공간 자체가 팽창하면서 나타나는 결과라면 우주공간에는 팽창의 중심이 필요없습니다.

    저자가 앞서 우주는 팽창의 역사라고 했던 얘기를 여기서 풀어나가고 있어서 흥미롭게 읽었고, 대부분의 물리학자들이 받아들이는 이론이기 때문인지 빅뱅을 초기 우주의 대폭발로만 알던 제가 "지구는 우주 팽창의 중심"이 아니라는 점을 잘 이해되었습니다.

    (338p) 주10번. "공간이 점차 빠른 속도로 팽창하고 있다면 지금 관측되는 은하는 어느 날 시야에서 사라질 수도 있다. 공간의 팽창속도가 광속을 능가하면 멀리 있는 은하에서 방출된 빛은 지구에 도달할 수 없기 때문이다. "

    이게 뭔 말이죠? 우주 팽창이 광속보다 빠르면 지구에서 멀리 떨어진 은하에서 보내는 빛이 가령 30년 걸리는데, 팽창이 이보다 더 빠르면... 빛이 지구에 도달하기 전에 우주 팽창으로 지구는 은하로부터 더 멀어져서 결국 서로는 닿을 수 없다는 건가요??

    10번 주는 팽창우주의 미묘한 특성 2번째 설명 중 은하의 이동속도와 관련한 내용입니다. 은하의 이동속도는 마치 오븐에 들어가 부풀어오르는 빵에 매달린 건포도처럼 공간 자체의 팽창으로 인한 "이동속도"와 같습니다. 따라서 (다행히도!!) 이 둘의 속도가 다를 수 없습니다. 그렇다면 주10번의 가정은 현실에서는 일어날 수 없겠군요^^

    (368p) 힉스장 혹은 힉스입자의 설명은 동양철학의 기 에너지 설명과 유사하다는 생각을 했습니다. 기는 동양판 힉스장 아닐까요?

    물체는 왜 가속운동에 저항하는가? 라는 질문에 저자는 힉스장이 해답을 나름 제시하고 있다고 말합니다. 공간이 힉스장의 힉스입자로 가득 차 있다면, 공중에 팔을 흔들 때 팔을 구성하는 원자들(쿼크와 전자)과 힉스장이 상호작용하지 않겠느냐는 것이지요. 그 상호작용이 공기의 저항으로 느껴지게 되고, 물체의 운동상태가 변하는 것을 방해한다고 말입니다. 이어서 저자는 힉스장의 특이점으로 우주공간은 힉스장(소립자)으로 가득찼다는 것, 가속운동을 한다는 것, 글로온 매개입자가 추가되면 질량이 증가한다는 것, 3가지로 설명하는데요. 여기서 기 에너지를 대입해보면 지구, 인간 등이 기가 뭉쳐진 것이라고 설명하고 기(입자)가 흩어지면 텅빈 공간처럼 보이는 것, 가만히 있을 때는 못느끼지만 호흡이나 움직임처럼 미세한 작용이 있을 때는 무엇인가 저항하는 것처럼 느껴진다는 것. 마지막 특이점은 해당 사항이 없을 수 있지만 기에너지를 입자로 설명해보려는 시도를 해보면 어떨까 하고 생각해봤습니다.

    (372~374p) 8장 제목이 눈송이라 언제 눈송이가 나올까 기대했습니다. 하지만!! 8장에선 직접적으로 눈송이 언급이 없었고, 다만 대칭성이라는 주제 때문에 대표적인 대칭성 기하학으로 끌려 나왔는가 했습니다. 그런데, 9장에서 "눈의 결정"이라는 말이 나옵니다. 눈송이는 어느 각도로 봐도 같아 보이기 때문에 완벽한 대칭성을 가졌다고 합니다. 이처럼 힉스장에서도 전자기력과 약력이 서로 힙입자를 교환했을 때 어떤 물리적 변화도 없으니 이 둘은 "대칭성"이 존재한다는 뜻이라고 하네요.

    "그런데 힘입자는 특정한 힘을 매개하는 입자이므로 이들 사이에 대칭성이 존재한다는 것은 곧 그들이 매개하고 있는 힘들 사이에도 대칭성이 존재한다는 것을 의미한다. 즉, 오늘날 우주공간을 가득 메우고 있는 힉스장이 증발될 정도로 온도가 높았던 과거의 우주에서는 약한 핵력과 전자기력이 동일한 힘이었다는 뜻이다! 온도가 충분히 높은 상태에서는 힉스의 바다와 함께 약력과 전자기력의 차이점도 증발해 버리는 것이다. "

    우주초기에는 전자기력과 약력은 차이점이 말소되었다는 주장입니다. 그러나 오늘날과 같은 힉스장이 출현하면서 두 힘의 대칭성은 붕괴되었고 서로 확연히 구별되었다고 합니다. 여기서 요점은 전자기력과 약력이 왜 동일한 힘이지만 다른 모습으로 드러나게 되었는지를 설명하고 있습니다. 이것은 대칭성이 질량(힘/에너지)의 문제와도 연결된다는 점, 그리고 우주 초기 고온에서 저온으로 온도가 변화함에 따라 대칭성이 붕괴되었다는 점에서 대칭성이 온도와 연관이 있음을 의미 합니다.

    눈송이의 대칭성을 가져와서... 그동안 약력과 전자기력과 같은 자연의 힘에 대해 개별적으로 이름만 알던 것을 조금은 그 관계까지 파악할 수 있게 되었습니다. 저자의 촘촘한 노력에 박수를~~

  • 2022-11-07 19:30

    9장에서 우주는 지금도 계속해서 팽창하고 있다. 그 안에 있는 물질들은 공간의 팽창과 함께 넓은 지역으로 퍼져 나가고 있으면, 그 결과 우주의 온도와 밀도는 점차 낮아지고 있다. 가장 거시적인 스케일에서 볼 때, 우주공간은 대칭성과 균질성을 유지하고 있다.
    우주가 탄생한 직후에는 고도의 대칭성이 급격하게 붕괴되었고 이때 일어난 일련의 변화들은 향후 장구한 세월동안 우주의 운명을 좌우하는 결정적인 요인이 되었다.

    거의 모든 물질들은 상전이를 겪으면서 대칭성이 높아진다.
    우주는 꾸준히 식어왔는데 어떤 임계온도에 다다랐을 때 격렬한 변화를 겪으면서 그동안 보유하고 있던 많은 대칭성을 잃어버렸다. 그런데 얼음처럼 얼어붙는 것이 아니라 그 안에 어떤 장이 출현하게 되는데 그것이 힉스장이다.

    빅뱅이 일어난 직후 초고운 상태에서 모든 장들은 한결같이 격렬한 진동을 겪었지만 온도가 충분히 내려가면서 다른 장들이 거의 0에 가까운 평균값을 갖게 되었을 때 전 공간에 걸쳐 0이 아닌 어떤 특정한 값으로 동결된 장을 힉스장이라고 한다.

    365P 장 자체가 '0'이 아닌 어떤 값을 갖게 되는 것. 이것이 바로 힉스장의 두드러진 특징이다. 우주가 차가워짐에 따라 힉스장의 값은 에너지가 가장 작은 골짜기로 수렴하기 때문에 결코 0이 될 수 없다.
    힉스장이 관성(질량)의 근원이며 가속운도엥 저항하는 물체의 속성임을 설명하는 내용은 어느 정도 이해가 됩니다. 그런데 이 놈의 개구리와 벌레, 가운데가 불쑥 솟은 쉬폰 케이크 틀처럼 생긴 그릇의 비유는 이해가 안 되네요. 설명해 주실 분???

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