1981 년, 세계 최고의 우주 학자들은 바티칸 정원의 우아한 빌라에 위치한 과학과 신학의 혈통의 흔적 인 교황 과학 아카데미에 모였습니다. Stephen Hawking은 나중에 그의 가장 중요한 아이디어로 간주 할 것을 제시하기 위해 8 월 환경을 선택했습니다. 우주가 어떻게 발생했는지에 대한 제안
호킹의 대화 전에 과학적 또는 신학 적 모든 우주 론적 기원 이야기는“그 전에 무슨 일이 있었습니까?”라는 기쁨을 초대했습니다. 예를 들어, 빅뱅 이론은 벨기에 물리학 자와 가톨릭 사제 조지 레마 레트 (Georges Lemaître)의 호킹 강의 전 50 년 전에 개척 한 후 바티칸의 과학 아카데미 회장으로 재직했다. 그러나 초기 에너지는 어디에서 왔습니까?
빅뱅 이론에는 다른 문제가있었습니다. 물리학 자들은 팽창하는 에너지 묶음이 현대 천문학 자들이 관찰하는 거대하고 부드러운 우주보다는 구겨진 혼란으로 자랄 것이라고 이해했습니다. 호킹의 대화 전 해인 1980 년, 우주 학자 인 앨런 거스 (Alan Guth)는 빅뱅의 문제가 추가 기능으로 고칠 수 있음을 깨달았습니다. 우주 인플레이션으로 알려진 초기, 지수 성장 박차는 우주를 거대하고 매끄럽고 평평하게 만들었을 것입니다. 인플레이션은 우리의 우주 기원의 주요 이론이되었습니다. 그러나 초기 조건의 문제는 남아있었습니다 :우리 우주에 팽팽한 미소화 패치의 원천과 그것을 팽창시킨 잠재적 에너지의 원천은 무엇입니까?
Hawking은 그의 광채로 시간을 거꾸로 뒤로 물러나는 방법을 보았습니다. 바티칸 컨퍼런스의 기록에 따르면, 케임브리지 물리학자는 39 세의 목소리로 말할 수 있었지만 군중들에게 다음과 같이 말했습니다.
호킹과 그의 빈번한 공동 작업자 인 제임스 하틀 (James Hartle)은 1983 년 논문에서 완전히 공식화 된“무결한 제안”은 셔틀 콕의 모양을 가진 우주를 구상했다. 셔틀 콕이 병적 지점에서 직경의 직경을 가지며, 무결점 제안에 따르면 제로 크기의 지점에서 원활하게 확장 된 우주는 점차적으로 넓어집니다. Hartle and Hawking은 과거, 현재, 미래를 한 번에 포괄하는 소위“우주의 파도 함수”인 전체 셔틀 콕을 설명하는 공식을 도출하여 창조의 씨앗, 창조자 또는 이전의 모든 전환을 모두 묵상하게 만듭니다.
.호킹은 2016 년 교황청 아카데미 (Pontifical Academy)의 또 다른 강의에서 1 년 반 전의 다른 강의에서“언급 할 수있는 시간이 없기 때문에 빅뱅 앞에서 무엇이 묻는 것이 의미가 없다”고 말했다. "그것은 남극의 남쪽에있는 것이 무엇인지 묻는 것과 같습니다."
Hartle and Hawking의 제안은 시간을 근본적으로 재 개념화했습니다. 우주의 각 순간은 셔틀 콕의 단면이됩니다. 우리는 우주를 한 순간에서 다음 순간으로 확장하고 진화하는 것으로 인식하는 동안, 시간은 실제로 각 단면에서 우주의 크기와 다른 특성, 특히 엔트로피 또는 장애 사이의 상관 관계로 구성됩니다. 엔트로피는 코르크에서 깃털로 증가하여 긴장된 화살표를 목표로합니다. 그러나 셔틀 콕의 둥근 바닥 근처에서는 상관 관계가 덜 신뢰할 수 없습니다. 시간은 존재하지 않으며 순수한 공간으로 대체됩니다. 현재 79 세인 Hartle과 캘리포니아 대학교 산타 바바라 교수는 최근 전화로 다음과 같이 설명했다.“우리는 초기 우주에 새가 없었습니다. 나중에 새가 있습니다. … 우리는 초기 우주에서 시간이 없었지만 나중에 시간이 있습니다.”
무관심한 제안은 거의 40 년 동안 물리학자를 매료시키고 영감을주었습니다. 캐나다 워털루의 이론 물리학 연구소의 우주 학자이자 호킹의 전 협력자 인 닐 투 로크 (Neil Turok)는“놀랍도록 아름답고 도발적인 아이디어입니다. 이 제안은 우주의 양자 설명 인 우주의 파동 기능에 대한 첫 번째 추측을 나타 냈습니다. 곧 분야의 양자 우주론은 연구원들이 우주가 어떻게 나올 수 있었는지에 대한 대안적인 아이디어를 고안하고 이론의 다양한 예측과 테스트 방법을 분석하고 철학적 의미를 해석했습니다. Hartle에 따르면, 무례한 파동 함수는“어떤면에서 가장 간단한 제안이었다”고 말했다.
.그러나 2 년 전, Turok의 논문, 주변 연구소의 Job Feldbrugge 및 독일의 Max Planck Institute for Gravitational Physics의 Jean-Luc Lehners는 Hartle-Hawking 제안을 의문을 제기했습니다. 물론 제안은 Hartle과 Hawking이 자연스럽게 우리와 같은 우주로 자라는 방식에서 차원없는 지점에서 구부러진 우주가있는 경우에만 가능합니다. Hawking과 Hartle은 실제로 경계가없는 우주는 실제 우주와 마찬가지로 거대하고 숨막히는 매끄럽고 인상적이며 확장되는 경향이 있다고 주장했습니다. Turok은“Stephen과 Jim의 접근 방식에 대한 문제는 모호하다는 것입니다.
Physical Review Letters 에 출판 된 2017 년 논문에서 , Turok과 그의 공동 저자들은 Hartle과 Hawking의 새로운 수학적 제안에 접근하여 새로운 수학 기술을 통해 예측을 전보다 훨씬 구체적으로 만들었습니다. Turok은“우리는 그것이 비참하게 실패한 것을 발견했습니다. "우주가 상상하는 방식으로 우주를 시작하는 것은 불가능한 양자가 아니었다." 트리오는 수학을 점검하고 공개하기 전에 그들의 기본 가정을 쿼리했지만“불행히도”Turok은 다음과 같이 말했습니다.
이 논문은 논쟁을 불러 일으켰다. 다른 전문가들은 무관심한 아이디어와 Turok과 동료의 추론에 대한 반박을 활발하게 방어했습니다. 벨기에의 Leuven Catholic University의 물리학자인 Thomas Hertog는“우리는 그의 기술적 주장에 동의하지 않는다”고 말했다. “그러나 더 근본적으로, 우리는 그의 정의, 프레임 워크, 원칙 선택에도 동의하지 않습니다. 그리고 그것은 더 흥미로운 토론입니다.”
2 년간의 스파링 후, 그룹은 자연의 작동 방식에 대한 다른 신념에 대한 기술적 의견 불일치를 추적했습니다. 열렬하지만 친근한 논쟁은 Hawking의 공상을 가장 간지럽 히는 아이디어를 확고히하는 데 도움이되었습니다. Turok과 Lehners를 포함한 그의 Hartle의 특정 공식에 대한 비평가조차도 원본의 혐의를 피하려는 경쟁적인 양자-상부 모델을 제작하고 있습니다.
우주 기쁨의 정원
Hartle과 Hawking은 1970 년대부터 서로 많은 것을 보았습니다. 듀오의 블랙홀에 대한 이론적 인 조사와 그들의 중심의 신비한 특이점은 우리의 우주 기원에 대한 문제로 바뀌 었습니다.
1915 년에 Albert Einstein은 물질이나 에너지의 농도가 시공간의 직물을 날려 중력을 유발한다는 것을 발견했습니다. 1960 년대에 호킹과 옥스포드 대학 물리학 자 로저 펜 로즈 (Roger Penrose)는 시공간 내부 또는 빅뱅과 같이 시공간 타임이 가파르게 구부러 질 때 필연적으로 무너져서 단수를 향해 무한히 가파르게 휘어지고 아인슈타인의 방정식이 무너지고 중력의 새롭고 양자 이론이 필요하다는 것을 증명했습니다. Penrose-Hawking“Singularity Theorems”는 시공간 시간이 매끄럽게 시작할 수있는 방법이 없음을 의미했습니다.
따라서 호킹과 하틀은 우주가 현상 적 시공간보다는 순수한 공간으로 시작될 가능성을 숙고하게되었습니다. 그리고 이것은 셔틀 콕 형상으로 이끌었습니다. 그들은 호킹의 영웅 인 물리학 자 리차드 페인 만 (Richard Feynman)이 발명 한 접근법을 사용하여 그러한 우주를 묘사하는 무결점 파동 함수를 정의했습니다. 1940 년대에 Feynman은 양자 기계적 사건의 가장 가능성이 높은 결과를 계산하기위한 계획을 세웠다. 예를 들어, 입자 충돌의 가장 가능성이 높은 결과를 예측하기 위해 Feynman은 충돌 입자가 취할 수있는 모든 가능한 경로를 요약 할 수 있으며, 합계의 복잡한 경로보다 간단한 경로를 더 많이 가중시킬 수 있음을 발견했습니다. 이 "경로 적분"을 계산하면 파도 기능이 제공됩니다. 충돌 후 입자의 다른 가능한 상태를 나타내는 확률 분포
마찬가지로, Hartle과 Hawking은 우주의 파동 기능 (가능성이있는 상태를 설명)을 한 지점에서 원활하게 확장 할 수있는 모든 가능한 방법의 합으로 표현했습니다. 희망은 모든 다른 모양과 크기의 부드러운 바닥의 우주 인 모든 가능한“확장 이력”의 합이 우리와 같은 거대하고 매끄럽고 평평한 우주에 높은 확률을 부여하는 파동 함수를 산출 할 것이라는 것이었다. 가능한 모든 확장 이력의 가중 합계가 가장 좋은 결과로 다른 종류의 우주를 산출한다면, 무례한 제안은 실패합니다.
문제는 가능한 모든 확장 이력에 대한 경로 통합이 정확히 계산하기에는 너무 복잡하다는 것입니다. 우주의 수많은 모양과 크기가 가능하며 각각은 지저분한 일이 될 수 있습니다. Hartle은“Murray Gell-Mann은 나에게 물어 보았습니다. 물론, Feynman의 방법을 사용하여 실제로 파도 기능을 해결하기 위해 Hartle과 Hawking은 상황을 크게 단순화해야했으며, 우리의 세계를 채우는 특정 입자조차 무시하고 (이는 그들의 공식이 주식 시장을 예측할 수 없다는 것을 의미했습니다). 그들은“Minisuperspace”의 가능한 모든 장난감 유니버스에 대한 경로를 정의한 것으로 간주했는데, 이는 단일 에너지 필드가있는 모든 우주의 세트, 즉 우주 인플레이션에 힘을주는 에너지로 정의되었습니다. (Hartle and Hawking의 셔틀 콕 사진에서, 최초의 풍선 기간은 코르크 바닥 근처의 직경의 급속한 증가에 해당합니다.)
미니 업퍼 스페이스 계산조차도 정확하게 해결하기는 어렵지만 물리학 자들은 잠재적으로 계산을 지배하는 두 가지 확장 이력이 있다는 것을 알고 있습니다. 이 라이벌 우주 모양은 현재 토론의 양면을 고정합니다.
라이벌 솔루션은 우주가 가질 수있는 두 가지 "고전적인"확장 역사입니다. 크기 0에서 우주 인플레이션의 초기 박차에 따라이 우주는 아인슈타인의 중력 및 시공간 이론에 따라 꾸준히 확장됩니다. 축구 모양의 우주 나 애벌레 유사와 같은 이상한 확장 이력은 대부분 양자 계산에서 상쇄됩니다.
두 가지 고전 솔루션 중 하나는 우리 우주와 비슷합니다. 대규모 규모에서는 인플레이션 중 양자 변동으로 인해 매끄럽고 무작위로 에너지가 감동적입니다. 실제 우주에서와 같이, 영역 간의 밀도 차이는 제로 주위의 종 곡선을 형성합니다. 이 가능한 솔루션이 실제로 미니 업퍼 공간의 파동 함수를 지배한다면, 훨씬 더 상세하고 정확하고 정확하지 않은 파도 함수의 실제 우주의 실행 가능한 우주 모델이 될 수 있다고 상상하는 것이 그럴듯 해집니다.
.잠재적으로 지배적 인 우주 모양은 현실과 다릅니다. 그것이 넓어지면서, 그것을 주입하는 에너지는 점점 더 극도로 다양하여 중력이 꾸준히 악화되는 한 곳에서 다음 장소마다 막대한 밀도 차이를 만듭니다. 밀도 변화는 역전 곡선을 형성하며, 여기서 지역 간의 차이는 0이 아니라 무한대에 접근합니다. 이것이 미니 업퍼 스페이스에 대한 무결점 파동 함수의 지배적 인 용어라면, Hartle-Hawking 제안이 잘못된 것 같습니다.
.두 가지 지배적 인 확장 역사는 경로 적분을 수행 해야하는 방법에 대한 선택을 제시합니다. 지배적 인 역사가지도의 두 위치 인 경우, 가능한 모든 양자 기계 우주의 영역의 거대 인 경우, 문제는 우리가 지형을 통과 해야하는 경로입니다. 어떤 지배적 인 확장 이력과 하나만있을 수 있습니다. 우리의“통합의 윤곽”이 픽업되어야합니까? 연구원들은 다른 길을 따라 내려 갔다.
2017 년 논문에서 Turok, Feldbrugge 및 Lehners는 가능한 확장 역사의 정원을 통과하여 두 번째 지배적 해결책을 가져 왔습니다. 그들의 관점에서 볼 때, 유일한 현명한 윤곽은 "랩스"라는 변수에 대한 실제 값 (가상 값과 반대로)을 스캔하는 것입니다. 랩스는 본질적으로 가능한 각 셔틀 콕 유니버스의 높이입니다. 특정 직경에 도달하는 데 걸리는 거리입니다. 인과 적 요소가 부족한 랩스는 우리의 일반적인 시간 개념이 아닙니다. 그러나 Turok과 동료들은 부분적으로 인과 관계의 근거가 실제 랩스의 가치만이 물리적으로 이해한다는 주장을 주장합니다. 그리고 실제 소멸의 가치로 우주를 합산하면 매우 변동적이고 육체적으로 무의미한 솔루션으로 이어집니다.
Turok은 전화로“사람들은 Stephen의 직관에 큰 믿음을 갖습니다. “정당한 이유로 - 그는 아마도이 주제에 대해 누군가에게 최고의 직관을 가졌을 것입니다. 그러나 그는 항상 옳은 것은 아니었다.”
상상의 우주
Imperial College London의 물리학자인 Jonathan Halliwell은 1980 년대 호킹의 학생이었던 이래로 무례한 제안을 연구했습니다. 그와 Hartle은 1990 년의 통합 윤곽 문제를 분석했습니다. 그들의 견해와 Hertog 's, 그리고 호킹의 윤곽은 근본적인 것이 아니라 가장 큰 이점을 얻을 수있는 수학적 도구입니다. 그것은 태양 주위의 행성의 궤적을 수학적으로 일련의 각도, 일련의 시간 또는 다른 여러 편리한 매개 변수로 표현할 수있는 방법과 유사합니다. Halliwell은“여러 가지 방법으로 매개 변수화를 수행 할 수는 있지만 그중 어느 것도 다른 것보다 물리적이지 않습니다.
그와 그의 동료들은 미니 업퍼 스페이스의 경우 좋은 확장 이력을 선택하는 윤곽만이 의미가 있다고 주장합니다. 양자 역학은 1에 추가하거나 "정상화 가능"할 확률이 필요하지만 Turok의 팀이 착륙 한 매우 변동하는 우주는 아닙니다. 이 해결책은 무의미하고 무한대에 시달리고 양자 법에 의해 허용되지 않는다.
좋은 솔루션을 통과하는 윤곽은 랩스 변수에 대한 가상의 값으로 가능한 우주를 합산한다는 것은 사실입니다. 그러나 Turok과 회사를 제외하고는 그것이 문제라고 생각하는 사람은 거의 없습니다. 상상의 숫자는 양자 역학에 퍼져 있습니다. Hartle-Hawking 팀에게 비평가들은 낙태가 현실이 될 것을 요구하는 인과 관계에 대한 잘못된 개념을 불러 일으키고 있습니다. Hertog는“이것은 별에 쓰여지지 않았으며 우리가 심오하게 동의하지 않는 원칙입니다.
Hertog에 따르면, Hawking은 그의 후반에 무례한 파동 함수의 경로 적분 공식을 거의 언급하지 않았다. 그는 1960 년대 물리학 자 John Wheeler와 Bryce Dewitt가 제기 한 우주에 대한보다 근본적인 방정식에 대한 해결책으로 경로가 통합 된 정상화 가능한 확장 이력을 고려했다. 롤리-더럼 국제에서 근무하는 동안이 문제를 해결 한 후 휠러와 듀이트 (Dewitt)는 우주의 파도 기능은 시간에 의존 할 수 없다고 주장했다. 따라서 우주의 에너지의 양은 물질과 중력의 긍정적이고 부정적인 기여를 더할 때 영원히 제로에 머물러야합니다. 무관 한 파동 함수는 미니 업퍼 스페이스의 휠러-디트 방정식을 충족시킵니다.
그의 생애 마지막 몇 년 동안, 파도 기능을보다 일반적으로 더 잘 이해하기 위해, 호킹과 그의 협력자들은 시공간을 홀로그램으로 취급하는 블록버스터의 새로운 접근법 인 홀로그래피를 적용하기 시작했습니다. 호킹은 셔틀 콕 모양의 우주에 대한 홀로그램 설명을 찾았습니다.
그 노력은 호킹의 부재에 계속되고 있습니다. 그러나 Turok은 이러한 변화가 규칙을 바꾸는 것으로 간주합니다. 그는 경로 통합 공식화에서 멀어지면서 무관심한 아이디어의 지지자들이 그것을 정의하지 않았다고 말했다. 그들이 공부하고있는 것은 더 이상 Hartle Hawking이 아닙니다. Hartle 자신은 동의하지 않습니다.
지난 한 해 동안 Turok과 그의 주변 연구소 동료 인 Latham Boyle과 Kieran Finn은 무례한 제안과 공통점이 많은 새로운 우주 모델을 개발해 왔습니다. 그러나 하나의 셔틀 콕 대신 두 방향으로 시간이 흐르면서 모래 시계 모양으로 코르크를 배열했습니다. 이 모델은 아직 예측을하기에 충분히 개발되지 않았지만, 그 매력은 엽이 CPT 대칭을 실현하는 방식에 있습니다. 한 가지 단점은 우주의 미러 이미지 엽이 특이점에서 만나는 것입니다. Boyle, Finn 및 Turok은 특이점을 찌르지 만 그러한 시도는 본질적으로 투기 적입니다.
또한“터널 제안 제안”에 대한 관심의 부흥이 있었는데, 이는 러시아계 미국인 우주 학자 알렉산더 빌렌킨 (Alexander Vilenkin)과 안드레이 린데 (Alexander Vilenkin)와 안드레이 린데 (Andrei Linde)가 80 년대에 독립적으로 고안된 우주가 아무것도 발생하지 않을 수있는 대안적인 방법입니다. 마이너스 부호를 통해 주로 원인이없는 파도 함수와 다른 제안은 양자 기계적 "터널링"이벤트로 우주의 탄생을 캐스팅합니다.
다양한 제안이 의인성 추론과 악명 높은 다중 사람들의 아이디어와 어떻게 교차하는지에 대한 질문이 많습니다. 예를 들어, 무례한 파도 함수는 빈 우주를 선호하는 반면, 큰 물질과 에너지는 거대 함과 복잡성을 강화하기 위해 필요합니다. 호킹은 파도 기능에 의해 허용되는 가능한 우주의 광대 한 확산은 모두 더 큰 다중 사람들에게서 실현되어야한다고 주장했다. (최근의 논쟁은 이러한 복잡하고 거주 가능한 우주가 매끄럽거나 격렬하게 변동 할 것인지에 관한 것입니다.) 터널링 제안의 장점은 인류 추론에 의지하지 않고 우리와 같은 물질과 에너지로 가득 찬 우주를 선호한다는 것입니다.
일이 어떻게 되더라도, 우리는 아마도 38 년 전에 교황 과학 아카데미에서 처음으로 그린 그림의 본질이 남게 될 것입니다. 또는 아마도, 아마도 남극과 같은 비법 대신, 우주는 결국 특이점에서 나왔고, 다른 종류의 파동 기능을 모두 요구했다. 어느 쪽이든, 추격은 계속 될 것입니다. "우리가 양자 기계 이론에 대해 이야기하고 있다면, 파동 기능 이외의 다른 것을 찾을 수있는 것은 무엇입니까?" 뉴저지 주 프린스턴의 고급 연구 연구소 (Institute for Advanced Study)의 저명한 이론 물리학자인 Juan Maldacena에게 물었다. 우주의 물결 기능에 대한 문제는“옳은 질문입니다. "올바른 파도 함수를 찾거나 파도 함수에 대해 어떻게 생각 해야하는지에 관계없이 덜 명확합니다."
.수정 :이 기사는 2019 년 6 월 6 일에 CPT-Symmetric Universe Idea의 공동 개발자로 Latham Boyle과 Kieran Finn을 나열하기 위해 개정되었습니다.
