본문 바로가기

분류 전체보기

 (11)
우주상수를 왜 0이라고 생각햇을까? 우주상수가 0이 아님을 시사하는 초신성 관측데이터를 처음 접했을 때 나의 반응은 다른 물리학자들과 크게 다리지 않았다. “말도안돼” 대부분의 이론물리학자들은 이미 10여 년 전에 우주상수가 0이라는 결론을 지어버렸다. 이런 관점은 ‘인생 최대의 실수’라는 아인슈타인의 고백에서 시작되었다고 하지만 그 후에 제시된 이론들도 우주상수가 0임을 몇 번이나 재확인해주었다. 그중에서 가장 그럴듯한 것은 양자적 불확정성에 입각한 설명이다. 양자적 불확정성과 그로부터 야기된 양자적 요동은 양자장에 직접적인 영향을 미치면서 빈 공간을 미시적 혼란으로 가득 채우고 있다. 상자 안엥서 이리저리 부팆히는 입자들이나 운동장에서 뛰노는 아이들처럼 양자적 요동은 에너지를 수반한다. 그러나 원자적 아이들과 달리 양자적 요동은 에너지..
주의 팽창가속도 와 우주상수 우주의 팽창가속도 두 관측팀은 학인에 재확인을 거듭한 끝에 최종결과를 발표 했는데 지난 70억 년동아 ㄴ우리의 우주는 기존의 생각과 달리 팽창속도가 느려지지 않고 오히려 빨라진 것으로 나타났다. 이들이 얻은 결과는 그 후에 실행된 더욱 정밀한 관측을 통해 사실로 확인되었다. 빅뱅 후 70억년 동안은 기존의 짐작대로 척도인자의 속도가 서서히 감소했다. 이 추세가 계속 되었다. 관측데이터에 의하면 빅뱅 후 70억 년이 지난 시점에 극적인 변화가 일어났다 그래프가 갑자기 위로 치켜올라가기 시작한 것이다. 이것은 척도인자의 증가속도가 빨라졌다는 뜻이며 우주의 팽창속도가 점점 빨라지고 있다는 뜻이기도 하다. 우주의 운명을 말해주고 있다. 팽창이 가속되면 공간은 무한정 커지고 멀리 있는 은하들은 점점 빠르게 멀어진..
우주론의 색깔 la형 초신성을 이용한 거리측정은 이 정도 설명이면 충분한 것 같다. 이제 다음 질문으로 넘어가자. 순간적으로 반짝이는 우주봉황대로부터 과거 우주의 팽창속도를 어떻게 알 수 있을까? 여기에 적용되는 물리학은 네온사인의 작동원리와 크게 다르지 않다. 네온사인이 붉은빛을 발하는 이유는 기체로 차 있는 유리관의 내부에 흐르는 전류가 네온원자 속에 있는 전자를 에너지가 높은 상태에 ‘차올리기’ 때문이다. 그러나 네온원자는 안정된 상태를 선호 하기 때문에 뜰뜬 전자는 금방 에너지를 반납하고 정상적인 상태로 되돌아온다. 이때 반납되는 에너지는 광자의 형태로 방출되는데 광자의 에너지에 따라 빛이 다양한 색상을 띠게 되는 것이다. 20세기 초에 확립된 양자역학 이론에 의하면 원자에 속해 있는 전자들이 들뜬 상태로 차올..
무엇과 무엇 사이의 거리인가? 다음 단계로 가기전에 공간의 팽창속도를 결정하는 문제와 관련하여 오해의 소지가 있는 부분을 짚고 넘어가는 게 좋을 것 같다. 천문학적 스케일의 거리를 논할 때 천문학자가 관측하고 있는 거리의 대상은 정확하게 무엇인가? 아니면 현재의 지구와 빛이 방출되던 과거 은하 사이의 거리인가? 아니면 현제의 지구와 현재의 은하 사이의 거리인가? 명쾌한 설명이 없다면 헷갈릴 수밖에 없다. 이밖에도 거리와 관련된 수많은 문제들은 항상 우리를 헷갈리게 한다. 어떻게 하면 이런 혼도응ㄹ 피할 수 있을까? 내가 생각하는 해결책은 다음과 같다. 지금 당신은 지도 위에서 세 개의 도시ㅡ뉴욕과 로스앤젤레스 그리고 오스틴ㅡ사이의 거리를 측정하고 있다. 미국 지도를 펴놓고 자로 재어보니 뉴욕과 로스앤젤레스 사이의 거리는 39cm이고 ..
우주의 밀도 두 연구팀의 원래 목적은 우주상수가 아니라 우주의 팽창속도가 감소하는 비율 즉 팽창가속도를 측정하는 것이었다. 중력은 일상적인 물질 사이에서 항상 잡아당기는 쪽으로 작용하기 때문에 공간이 팽창하는 속도는 당연히 감소할 것으로 생각했던 것이다. 속도가 급하게 느려지면 어느 순간 팽창이 멈쳤다가 수축모드로 변하는데 이 경우에 우주는 빅 크런치를 맞이하거나 팽창과 수축이 반복되면서 5장에서 말한 주기적 우주가 될 수도 있다. 그러나 챙창속도가 서서히 느려진다면 전혀 다른 결과를 맞이하게 된다. 지구의 중력장 하에서 공을 충분히 빠른 속도로 던지면 중력권을 탈출하여 우주공간으로 한없이 날아가는 것처럼 팽창속도가 충분히 빠르면서 서서히 느려진다면 공간의 팽창은 영원히 지속된다. 두 연구팀의 목적은 팽창이 느려지는..
오래된 상수에 대한 새로운 고찰 끈 이외에 브레인이 도입되면서 끈이론의 수학은 장의 연구에 커달나 영향을 미쳤다. 브레인세계 가설과 이로부터 유도된 다중우주이론은 실체에 대한 우리의 관념을 크게 바꿔놓았다. 이 모든 것은 지난 15년사이에 끈 이론을 다루는 수학적 방법이 크게 개선된 다발뭉치는 공간을 에워싸고 있는 표면을 한 번, 두 번, 세 번,등 여러 번 뚫고 지나갈 수있다. 그러나 정수라는 조건 외에는 원리적으로 아무런 제한이 없다 다발의 양이 많으면 칼라비야우 공간이 변형되어 기존의ㅏ 수학이 부정확해지는데 물리학자들은 이런 불편을 피해가기 위해 다발의 수가 10개 이하인 경우를 주로 다루고 있다. 예를 들어 주어진 칼라비-야우 공간이 하나의 열린 영역을 갖고 있다면 다발을 입힐 수 있는 경우의 수가 10이므로 10가지의 여분차원..
시간 순환주기 그리고 다중우주 지금까지 언급된 다중우주들은 출처가 각기 다르지만 하나의 공통점을 갖고 있다. 누벼 이은 다중우주와 인플레이션 다중우주 그리고 브레인세계 다중우주는 한결같이 우리가 사는 공간을 ‘넘어선’ 곳에 존재한다. 누벼 이은 다중우주는 일상적인 거리개념으로는 도저히 상상할 수없을 정도로 멀리 떨어져 있으며 인플레이션 다중우주는 우리와 다른 거품 속에 존재하면서 빠르게 팽창하고 있다. 그리고 브레인세계 다중우주는 우주와 아주 가까울 수도 있지만 그 거리라는 것이 다른 차원을 통한 거리이기 때문에 우리의 옹감으로는 인지할 수없다. 앞으로 브레인 세계 가설을 지지하는 실험결과가 얻어진다면 우리는 또 하나의 다중우주를 생각해볼 수있다. 그런데 이 다중우주는 다른 공간에 존재하는 것이 아니라 다른 ‘시간’에 존재한다. 아인..
끈끈이 브레인과 중력촉수 끈이론에 등장하는 끈에는 두 종류가 있다. 반지 모양으로 닫힌 끈과 일자 모양으로 열린 끈이 그것이다. 앞에서는 이들을 굳이 구별할 필요가 없어서 따로 언급하지 않았지만 브레인 세계에서는 엄청난 차이가 있다. 한 가지 간단한 질문을 던져보자. 끈은 브레인세계 사이를 날아다닐 수 있는가?“닫힌 끈은 날아다닐 수 있지만 열린 끈은 불가능하다” 저명한 끈이론 학자 조 폴친스키의 설명에 의하면 이것은 열린 끈의 ‘끝점’과 관련되어 있다. 브레인은 어떤 방정식을 통해 끈이론에 도입되었는데 이 방정식에 의하면 끈과 브레인은 서로 밀접하게 관련되어 있다. 열린 끈의 양쪽 끝은 오직 브레인에만 존재할 수 있다. 다시 말해서 끈의 중간은 브레인세계를 이탈하여 브레인과 브레인 사이에 떠 있을 수 있지만 양쪽 끝은 반드시 ..
브레인과 평행우주 우리는 끈이론을 접할 때마다 지극히 작은 끈을 떠올리곤 한다. 끈이론의 검증이 어려운 것도 끈이 너무나 작기 때문이다. 그러나 4장에서 말한 것처럼 끈이 반드시 작을 필요는 없다. 원리적으로 끈의 길이는 끈이 갖고 있는 에너지에 의해 결정된다. 전자나 쿼크 등 소립자의 질량과 관련된 에너지는 지극히 작은 양이어서 이에 대응되는 끈도 매우 짧지만 에너지가 충분히 크면 끈의 길이도 눈에 뜨일정도로 길어진다. 문룬 지구상에서는 이 정도의 에너지를 충당할 방법이 없다. 그러나 이것은 인간이 안고 있는 기술상의 한계일 뿐이다. 만일 끈이론이 옳다면 그리고 미래에 기술이 충분히 발달한다면 입자가속기나 다른 장치를 이용하여 끈의 길이를 마음대로 조절할 수 있을 것이다. 긴 끈은 우주에 천연적으로 존재할 수도 있다. ..
듀얼리티와 브렌인 듀얼리티 1980년대에 이론물리학자들은 끈이론이 하나로 결정되지 않고 다섯 개의 버전으로 존재한다는 사실을 알아냈다. 각 이론에는 I형 끈이론 IIA형 끈이론 IIB형 끈이론 그리고 헤테로틱 -O형 끈이론과 헤테로틱-E형 끈이론이라는 이름이 붙여졌다. 구체적으로 파고 들어가면 각기 다른 이론이긴 하지만, 다섯 개 모두 진동하는 끈과 여분차원을 골자로 하고 있다 . 여러 해동안 끈이론 학잗르은 건드림 접근법을 기반으로 끈이론을 연구해왔다. I형 끈이론은 결합상수가 작다는 가정 하에 랄프와 앨리스가 복권 당첨확률을 계산했던 방식으로 다단계 계산법을 채용하고 있다. 헤테로틱-O를 포함한 나머지 이론들도 사정은 마찬가지다. 그러나 끈결합상수가 작다는 가정을 벗어나면 학자들은 어깨를 으쓱하며 계산을 포기할 수밖에..

티스토리툴바