상대성이론과 중력이라는 사물을 충돌시키는 힘은 서로 논리적으로 충돌한다.
만유인력과 새로운 상대성이론과 양립할 방법을 모색했는데 새로운 중력이론이 가장 아름다운 과학이론이라고 한다.
모든 순간의 물리학,
순간순간은 짧고 잠깐의 시간인 것 같은데 그 순간을 모두 합쳐 놓는다는 의미의 모든 순간,
모든 순간이란 모든 시간을 의미하고 그 시간들의 물리학을 말하는 것 같다.
빛의 이중성에 대해서 관심이 많았다.
이중 슬릿으로 전자총을 쐈는데 빛이 입자인지 파동인지 확실한 예측이 불가능하다고 했는데 전자총을 쏘기전에는 파동이다가 쏘고나니까 입자였다고 했다.
점의 집합이 모이니까 파동이 됐다고 했다.
빛은 입자이면서 파동이라는 것이 모순적인데 입자들이 모이니까 파동에서 나타나는 간섭무늬가 나타났다.
전자가 입자라고 해도 모순적이고 파동이라고 해도 모순적이다.
코펜하겐의 해석에서 보면 쏘아진 전자는 간섭무늬를 만들어 낼 수 있으니까 공간적인 확장을 만들어 내고 이중슬릿의 실험에서 두 개의 슬릿을 통과하는 파동 같은 존재이다.
전자는 관측하기전에는 확률파동이고 관측하고 나면 입자가 되는 거다.
빛의 이중성에 대해서 슈뢰딩거 방정식도 있는데 다세계해석도 있다.
다세계해석에서는 살아있는 고양이를 보는 관측자와 죽은 고양이를 보는 관측자가 동시에 이 우주에 존재할 수 있다.
그래도 슈뢰딩거 방정식을 쓰는 이유는 과학자들에게 가장 단순하고 편리한 해석이기 때문이다.
소립자의 물리학이 풀리면 이 우주의 비밀도 완전히 풀릴 것 같다.
이 책은 우주의 팽창과 함께 가장 좋아하고 관심있는 소립자에 대한 책이고 상대성이론은 항상 공부를 많이 했는데도 아직도 명확하게 규명이 안 되어서 읽었다.
상대성이론때문에 공간이 휘어지고 중력이 지구가 끌어 당기는 힘이 아니라 휘어진 것때문에 생기는 힘이란 걸 알았다.
상대성이론도 나중에는 결함이 있어서 불확정성의 이론이나 우주의 팽창을 설명하지 못해서 또 다른 이론으로 발전했지만 상대성이론을 알지 못하면 안된다.
아인슈타인은 우주의 팽창을 끝까지 받아 들이지 않고 세상을 떠났지만 상대성이론이나 특수상대성이론이 우주팽창이나 블랙홀을 설명해 줄 수 있다.
이 책은 상대성이론과 양자역학을 결합한 루프양자중력에 대해서 얘기를 해줘서 정말 재미있다.
물리통계, 물리확률이 많이 적용되는 책이다.
엄청나게 큰 별은 자신의 연료인 수소를 전부 태우면 빛을 잃는다.
연소 중에 발생된 열기도 전부 사라지면 별 스스로의 무게에 짓눌리게 되고 공간을 매우 강하게 휘게 만들어 빛조차 빠져 나올 수 없는 구멍이 만들어 진다.
그것이 바로 블랙홀이다.
요즘엔 하늘에서 블랙홀을 심심찮게 발견할 수 있다.
공간은 넓게 확장되고 팽창할 수 있다.
이것이 빅뱅이론이다.
빅뱅이론을 뒷받침하는 증거가 폭발초기의 열기로 인해 발생했던 빛이 우주에 남아 확산되는 우주배경복사이다.
물리학자들은 사고실험을 하는데 실제로 실험을 하는 것이 아니라 이론적으로 가능한 것을 맞춰서 결과를 이끌어 내는 실험이다.
이 실험의 장점은 오차가 없고 실험을 단순화해서 이상적인 결론을 이끌어 낼 수 있다.
우주는 작은 공모양으로 만들어졌고 수없는 폭발을 거쳐 지금의 크기가 되었다.
전혀 믿어지지 않는 얘기다.
우리와 비슷한 우주가 또 있을까라는 얘기에는 답을 할 수가 없다고 한다.
이 책에서 제일 궁금하고 알고 싶었던 것이 루프양자중력이론이다.
그것은 일반상대성이론과 양자역학을 결합한 것이다.
일반상대성이론은 우리가 존재하는 공간이 유동적이고 거대한 연체동물처럼 압축될 수도 있고 비틀어질 수도 있다고 한다.
양자역학은 모든 종류의 장이 양자로 이루어져 있다.
즉 모든 물리적 공간이 양자로 이루어져 있다고 한다.
루프양자중력이론은 공간은 연속적이지 않고 무한하게 나누어져 있지 않고 알갱이
즉, 공간원자로 이뤄져 있다.
이 원자들은 원자핵중에서 가장 작은 원자핵보다 수십, 수천억배나 작은 미세한 크기이다.
루프라고 부르는 이유는 모든 원자가 고립되어 있는 것이 아니라 다른 비슷한 것들과 고리로 연결되어 공간의 흐름을 이어주는 관계네트워크를 형성하고 있다.
공간양자들은 어느 부분에도 없고 그 자체가 공간이기 때문에 공간 속에 있지 않다.
공간은 각자의 양자들을 통합해서 만들어진다.
세상은 단순한 물체가 아닌 어떤 관계처럼 보인다.
사물을 수용하는 연속적인 공간에 대한 개념이 사라지고 사물과 별개로 흐르는 기본적인 시간에 대한 개념도 사라졌다.
공간과 물질의 입자를 설명하는 방정식들이 더 이상 시간의 변화를 수용할 수 없다.
양자들간에 발생하는 사건들이 이 세상이고 그 자체가 시간의 원천이다.
양자중력이론은 세상을 수영하는 공간도 없고 다양한 사건들이 일어나는 긴 시간도 존재하지 않는다.
공간 양자와 물질이 계속 상호작용하는 기본 과정만 있다.
붕괴된 별때문에 만들어진 블랙홀을 관찰할 수 있는데 별을 구성하던 물질이 불랙홀안으로 빨려 들어가면 물질 자체의 무게에 짓눌렸다가 우리의 시야에서 사라진다.
그것을 루프양자중력이론으로 설명한다면 물질은 무한한 한 지점에서 붕괴될 수 없다.
무한한 지점은 존재하지 않기때문이다.
공간에서 존재하는 것은 유한하다.
자신의 무게에 짓눌린 물질은 밀도가 높아지고 양자역학이 반대 압력을 발생시킬 필요없이 스스로의 무게를 상쇄시킬 수 있게 된다.
시공간의 양자파동에 의해 발생한 압력이 물질의 무게 균형을 맞춘다.
태양이 연소를 멈추고 블랙홀을 만들면 블랙홀은 지름이 1.5킬로미터가 된다.
그 안에서 태양을 구성하던 모든 물질이 계속 가라앉아 플랑크의 별이 된다.
플랑크의 별은 안정적이지 않고 압축되어 있다가 튕겨 올라 다시 팽창하고 이것이 블랙홀이 폭발상태에 이르게 한다.
블랙홀안과 밖에서 관찰하는 사람에게는 시간이 같은 속도로 흐르지 않는다.
시간의 흐름의 차이가 발생하는 것은 극단적인 조건이 만들어져서 이다.
블핵홀안에서 관찰하는 사람은 시간이 아주 짧게 느껴지지만 밖에서 관찰하는 사람은 블랙홀이 아주 느리게 도약하는 것처럼 보인다.
우주가 극도로 압축된 상태에서 양자이론을 적용하면 대폭발이 일어나 빅바운스가 실제로 일어날 가능성이 높다.
이 과거의 우주가 그 자체의 무게때문에 압축돼 아주 작은 공간에 짓눌려 있다가 재도약을 한 후 다시 확장하기 시작해 현재의 우주처럼 계속 확장하는 우주가 된 것이다.
한 공간에 압축되어 있을 때 시간과 공간이 사라지고 양자중력 방정식들이 작용을 한 것이다.
현재의 우주는 재도약직전에 시간과 공간이 없는 중간 단계를 통과하면서 존재하게 된 것이다.
뜨거운 물질이 열이 나는 유동체를 포함한 물질이 아니다.
뜨거운 물질에서는 원자들이 굉장히 빨리 움직인다.
원자와 이 원자에 포함된 분자들이 무리를 형성해 달리고 진동하고 튕기는 등 빠른 속도로 계속 움직이고 있다.
차가운 공기에서는 분자 원자들이 천천히 이동한다.
열은 뜨거운 것에서 차가운 곳으로 이동한다.
반대로는 이동하지 않는다.
열은 상호교환되지 않는 것이다.
열이 발생하는 순간부터 미래는 과거와 달라지기 시작한다.
마찰이 없으면 진자는 영원히 왕복운동을 한다.
마찰이 있으면 진자는 그 마찰때문에 지지대를 약간 가열시키면서 에너지를 잃고 움직이는 속도가 줄어든다.
마찰은 열을 생성한다.
이것때문에 과거와 미래를 구분 지을 수 있다.
진자의 속도가 느려지는 때가 미래,,,,
진자는 정지된 상태에서 출발해 왕복운동을 시작할 때 지지대의 열을 흡수해 얻은 에너지를 이용한다.
과거와 미래를 구분 짓는 기본적인 현상은 열이 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동한다는 사실을 바탕으로 한다.
열이 뜨거운 것에서 차가운 것으로 이동한다는 확률이 적용된 것이 그다지 정확하지 않다.
열이 어떤 절대적인 법칙에 따라 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동을 하는데 그것은 그저 확률적으로 그럴 가능성이 높다는 것이다.
통계적으로 뜨거운 물질의 원자가 빠른 속도로 움직이다가 차가운 원자에 부딪히면 약간의 에너지를 전달할 가능성이 많고 차가운 원자가 뜨거운 원자에게 에너지를 남겨줄 가능성이 낮기 때문이다.
충돌을 하면 에너지가 보존되기도 하지만 충돌이 많아지면 경우에 따라 골고루 분포되기도 한다.
접촉중인 물체들의 온도가 비슷해지기 때문이다.
뜨거운 물체가 차가운 물체와 잡촉했을 때 더 뜨거워지는 일도 불가능하지는 않지만 그저 확률적으로 그럴 가능성이 적을 뿐이다.
상대성 이론에 대한 책들,
양자역학에 대한 책들을 무수히 많이 읽었어도 이 책처럼 쉽고 한 편의 물리추리소설, 감성적인 물리에세이 같고 끌어 당기는 책은 처음이었다.
공부가 좋아지고 신비로운 행위라는 생각이 들게 하는 책이다.
어려운 상대성이론, 양자역학에 대해서 얘기를 하는데도 계속 읽고 싶고 책을 손에서 놓을 수 없었다는 경험을 처음 해 본 것 같다.