우주의 구조 12장 질문입니다.

상선약수
2022-11-19 12:41
66

12장 질문

1.477쪽 둘째 단락-끈이론의 가장 중요한 특징은 기본입자를 점이 아닌 끈으로 간주한다는 점이다. 점은 크기가 없지만 끈은 길이를 갖고 있으므로 공간의 한 부분을 점유하고 있다. 바로 이러한 차이점 덕분에 끈 이론은 일반상대성이론가 양자역학을 조화롭게 결합할 수 있었다.

질문-끈은 길이를 갖고 있으므로 공간의 한 부분을 점유하는데 이것이 일반상대성이론과 양자역학을 조화롭게 결합할 수 있다고 하는 의미는 무엇인가?

2. 477쪽 마지막 문장-‘끈 이론에 의하면 중력자는 점이 아니라 진동하는 끈이며’라고 말하는 데 중력자자체도 추측(아직 중력자는 관측되지 않고 있다.)에 불과한 것으로 말하는데 이런 면에서 끈 이론의 주장이 설득력이 약하지 않는가?

 

3.502쪽의 그림을 설명해 보세요.

4.506쪽의 각주-책에서는 10차원까지 이야기하는데 11차원도 이야기한다. 나머지 1차원은 무엇을 말하는가?

 

메모

끈이론은 지금으로서는 입증도 반증도 할 만한 어떠한 실험적 방법론도 생각할 수 없다는게 큰 문제다. 수학적으로는 깔끔하게 네가지의 기본 힘을 통합할 수 있는 유일한 이론이지만 아주 작은 끈의 형태가 11차원에 존재한다는 전제부터 검증할 방법이 없다. (203쪽, 궤도의 과학이 필요한 시간에서)

댓글 5
  • 2022-11-19 19:21

    457p 그림 12.2 인상적임, 한방에 이해가 딱
    462p 물리법칙은 와해될 수 있어도 우주는 결코 와해되지 않는다.
    -> 삼체 문제처럼 ‘수학적’으로 계산이 어려울뿐 우주는 수학과 상관없이 잘 작동한다.
    일반상대성과 양자역학도 수학적으로 풀어내려니 안되는 것일뿐이지 않을까?
    언어 자체의 문제
    466p 1970년대 초에 주도 면밀하게 분석한 결과 새로운 데이터와 일치하지 않는 것으로
    484p 표준 모델은 입자의 특성을 연료로 삼아
    -> 이마를 탁 치게하는 멋진 비유인듯

  • 2022-11-20 12:38

    474p 끈이론의 중장에 의하면 진동패턴이 다른 끈은 각기 다른 입자의 형태로 그 모습을 드러낸다.
    >>> 끈이론은 입자의 이중성을 진동이 만들어내는 입자로 말끔히 설명하고 있는 느낌이다.
    480p 거리와 시간이 플랑크 스케일 이하로 작아지면, 더 이상의 분할이 무의미해지는 쪽으로 어떤 변환을 일으길 수도 있다. 710쪽 주12. 최근에 발표된 끈이론 관련 논문에 의하면 끈의 길이는 플랑크길이보다 훨씬 길 수도 있다. 만일 이것이 사실이라면 실험을 통한 끈이론의 검증이 훨씬 쉬워진다.
    질문>>> 만약 끈 길이가 플랑크 길이보다 훨씬 길어지면 시간과 공간의 초미세 영역이 사라지는 것인가? 457쪽의 그림 12.2의 플랑크 길이 영역의 양자적 요동은 어떻게 설명될까?
    508p 여분차원의 정확한 형태를 규명하는 것은 앞으로 끈이론이 해결해야 할 가장 큰 문제이다.(내가 보기에 이문제는 곧 해결될 것이다.)
    질문>>> 10년 넘게 흘렀는데 여분 차원의 문제는 얼마나 해결되었을까?
    510p 우주의 초기에는 현존하는 3차원도 아주 작은 영역 속에 갇혀 있었으므로 '기존의 3차원'이나 '여분의 차원'이라는 구분도 존재하지 않았었다. 어떤 이유인지는 몰라도, 이들 중에서 여섯 개의 차원은 그대로 남아 있고 나머지 세 개는 팽창하는 공간과 함께 엄청난 규모로 커져서 오늘에 이르고 있다. 더욱 과거로 거슬러 올라가면 우주는 플랑크 스케일의 규모로 수축되며, 시간과 공간은 그 안에서 지금과 전혀 다른 모습으로 존재했을 것이다.
    질문>>> 끈이론은 시간의 일방통행성을 어떻게 설명하는가?

  • 2022-11-21 14:12

    끈이론이 어렵다고 해서 12장을 엄청 긴장하고 읽었는데, 생각보다 평이한 내용이었어요. 13장으로 이어지니까 아직 긴장의 끈을 놓치 말아야.. ㅎㅎ
    초반에는 입자들을 대신해서 끈이라는 설정과 진동패턴에 따른 입자특성을 갖는다는 설명이 꽤 설득력이 있다고 생각했습니다.
    아무래도 파울리의 배타원리나 하이젠베르크의 불확정성의 원리와 비교가 되더군요. 이들의 주장이 처음에 곤경에 처했던 이유는 수학적인 근거(방정식)를 제시하지 못했기 때문인데, 이후 입자들의 특성을 설명하는 과정에서 이들의 주장이 원리로 받아들여졌다면, 초끈이론은 수학적인 결과로부터 도출한 새로운 차원들에 대한 요구가 실험적으로 증명될 수 없음에 대한 곤란함으로 서로 차이가 있습니다. 초끈이론은 원자보다 작은 질량인 10-13승이라는 플랑크 길이를 가지고 있기 때문에 "(509p)일반상대성이론과 양자역학을 조화롭게 결합시키는데 성공했지만, 그 성공은 "플랑크길이 이하의 영역을 논하는 것은 의미가 없다"는 전제하에 거둔 성공이었다"고 합니다. 언뜻 보기에 이것은 물질입자와 힘입자의 특성을 설명하는 것 자체가 불가능하다는 것을 의미하는 것처럼 보인다. 그러나 끈이론학자들은 여기에 굴하지 않고 지금도 입자의 정확한 질량을 끈이론으로 재현시키기 위해 부단한 노력을 기울이고 있다."고 합니다. 여기서 물질입자와 힘입자는 힉스장 전후로 질량을 가지게 되며, 고온의 힉스장에서 다시 증발되면서 질량이 0이되는데, 플랑크 스케일로 보자면 이들 질량의 변화는 감지될 수 없어야 한다는 의미가 되기도 합니다. 이처럼 이들 방정식은 아직 정확한 질량을 규명하기에는 오차가 있는 편이라 "근사적인 방정식"이라고 합니다.
    초끈이론은 순수한 계산으로 탄생한데 비해, 아무도 이 계산을 수행한 사람이 없다는 치명적 약점을 갖고 있다는 저자의 말은 좀 많이 기운빠지는 중간 결론이라는 생각이 듭니다. 13장으로 만회하기 전까지 초끈이론에 정합성에 의문이 드는 대목입니다.

  • 2022-11-21 14:51

    스핀과 진동패턴 간의 관계는? 스핀이 진동패턴처럼 보이기도 했는데, 아닌가보다.
    (사실 제 수준에서는 몰라도 될 것 같은데.... 혹시 스핀에 조회가 깊으신 다른 분들이 아신다면 함께 알고 싶어서 올려봅니다.ㅋ)

    486p 라몽을 비롯한 여러 물리학자들은 면밀한 분석 끝에, 스핀이 다른 진동패턴들 사이에 어떤 대칭성이 존재한다는 사실을 발견하였다. 진동패턴이 항상 짝을 지어 나타나며, 한 쌍의 짝을 이루는 진동은 스핀이 1/2 단위로 차이가 난다는 것을 발견하였다. 스핀이 1/2인 모든 진동패턴에는 스핀 0인 진동패턴이 짝으로 대응되고, 스핀이 1인 진동패턴에는 스핀이 1/2인 진동패턴이 짝으로 대응하는 식이었다. 그후 정수 스핀과 반정수 스핀 사잉에 존재하는 대칭에는 '초대칭'이라는 이름이 붙여졌고, 초대칭이 도입된 끈이론은 '초대칭 끈이론' 또는 '초끈이론'이라 불리게 되었다.

    => 이런 것을 초대칭이라고 하고 초끈이론에는 이런 특징(초대칭)이 있다는 것이죠?

    우리가 알고 있는 모든 입자의 개별적 특성은 끈이 가질 수 있는 모든 진동패턴들 중 하나에 반드시 대응되어야 한다. 스핀이 1/2인 진동패턴은 물질입자에 대응되어야 하고, 스핀이 1인 진동패턴은 매개입자에 정확하게 대응되어야 한다. 스핀이 0인 힉스 입자가 실험을 통해 발견된다면, 끈이론에는 여기에 해당되는 진동패턴이 반드시 존재해야 한다.

    => 그런데 물질입자는 스핀이 1/2이고 매개입자는 스핀이 1인데, 이것이 초대칭인가요?
    => 힉스 입자는 발견되었는데, 힉스입자의 스핀과 그에 대응되는 진동패턴은 확인되었는지 궁금해지네요.

  • 2022-11-21 16:14

    12장도 재미있게 읽었어요. 저자가 끈이론 지지자여서 그런지 애정을 가지고 설명하고 있는 것이 느껴졌어요. 물론 언제나처럼 몇몇 비유는 이상했지만요.. 특히 반복되는 브루나이 왕 비유는 참으로 뜬금포. ㅠㅠ 질문은..역시 과알못이라...
    p.499 칼루자의 5차원 이론이 일반상대성이론과 전자기학을 통합할 수 있는 이유가 무엇인가요?
    ( 이 질문의 해답이 혹시 p494의 ' 아인슈타인은 1차원 시간과 3차원 공간의 왜곡으로 중력장을 설명했지만, 공간에 차원 하나를 추가시킨 칼루자의 공간에서는 왜곡현상이 추가로 나타난다. 그리고 칼루자의 분석에 의하면 이 새로운 왜곡은 전자기장의 존재를 설명하고 있었다. '일까요? 과알못은 더 자세한 설명이 필요해요.ㅠㅠ)
    p. 500 전자를 여분의 차원에 끼워 넣을 수가 없다는 말이 무슨 말인가요?
    p.502 그림 12.8의 (b) 구의 내부와 표면을 따라 감겨 있는 여분의 3차원 ...은 잘 이해가 안 되는데 구의 외표면의 2차원 + 내부의 구의 중심으로부터의 거리 1차원...이렇게 3차원인가요? 그렇다면 구는 사과나 지구처럼 무언가 물질로 가득 차 있는 상태를 가정하는 것인지...내부가 비어있다면 벌레는 내표면을 기어가야 할 것 같은데요. 더불어 플랑크 길이 안에 돌돌 말려 있는 6차원 공간의 좌표 6개..가 무엇인지 모르겠어요...
    p.509 표준모델에서는 힉스장이 물질에 질량을 부여하는 배경으로서 우주 안에 균일하게 퍼져있는 암흑에너지로 추정되는 어떤 것이었는데요. 끈이론 버전에에서는 질량이 '끈의 진동으로 창출되는 것이라고 하는 것 같네요. 끈 이론에서는 힉스장의 존재가 부정되는 것인가요?

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