이론 물리학 자로서의 나의 목표는 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 양자 이론을 통합하는 것입니다. 현악 이론 및 루프 양자 중력과 같은이 통일에 대한 몇 가지 제안이 있지만, 완전한 통일에 대한 많은 장애물이 남아 있습니다.
아인슈타인의 이론은 중력이 공간과 시간 굽힘의 직접적인 표현이라고 말합니다. 태양은 잠자는 사람이 매트리스를 구부리는 것처럼 공간의 직물을 구부립니다. 지구를 포함한 행성 궤도는 태양이 만든 구부러진 공간의 윤곽을 따라 움직입니다. 이 이론은 빛의 본질에 대한 비판적인 통찰력을 제공합니다.
그러나 양자 역학은 물리적 현실에 대해 많은 이상한 것들을 말합니다. 예를 들어, 우리의 경험은 단일 공간 영역을 차지하는 것입니다. 그러나 양자 입자가 공간을 통과하면 입자의 많은 사본이 동시에 공존하는 것처럼 모든 경로를 동시에 고려합니다.
몇 년 동안 나는 내 연구에 갇혀 있었고, 경력 초기에 상상했던 진전을 만들 수 없었습니다. 특히 양자 역학은 관찰자의 역할을 이론의 구조로 신중하게 취합니다. 그러나 양자 시공간에 관찰자의 역할을 포함시키는 것은 엄청나게 어려운 것으로 입증되었습니다.
지난 여름 늦게, 나는 가장 예상치 못한 돌파구를 가졌다. New York Academy of Sciences의 총재 이사회의 일원 인 Beth Jacobs는 저와 친구들을 뉴욕시 아파트에 초대하여 최근 몇 년 동안 도면에 관심을 끌었던 예술가들과 혁신적인 기술과 발명품을 만들기 위해 주목했습니다. 겨울에 게티의 어윈 가든 (2011)은 로스 앤젤레스의 게티 박물관에서 로버트 어윈 (Robert Irwin)이 디자인 한 유명한 정원의 복잡한 그림은 센트럴 파크 (Central Park)가 내려다 보이는 야곱의 아파트 발코니에 전시되었으며, 뉴욕시 스카이 라인을 배경으로 일몰 전의 따뜻한 오렌지 하늘의 순간이 있습니다.
그림을 바라 보면서 예술가들이 빛의 본질을 재고하도록 도전하는 것을 느낄 수있었습니다. 나는 양자 역학과 일반적인 상대성 이론을 통합하기 위해 새로운 원리를 이론화하고 생각할 때 빛의 물리뿐만 아니라 관찰자들이 가벼운 정보를 어떻게 인식하는지 고려해야한다는 것을 깨닫기 시작했다. 나는 사진 작가이자 멀티미디어 아티스트 인 Sam Heydt의 스크래치 필름 작품에서 시간과 양자 불확실성을 조사함으로써 이미 그 길을 가고있었습니다. 내 마음은 새로운 영감을 얻기 위해 익었고 여기에 그것을 제공 할 쌍둥이 쌍둥이가있었습니다.
Ryan과 Trevor Oakes (35 세)는 시각적 인식의 영향과 교차점과 어렸을 때부터 빛의 물리학을 탐구 해 왔습니다. 뉴욕시의 과학 및 예술 발전을 위해 쿠퍼 연합에 참석하고 수년간의 실험과 새로운 기술을 발명 한 후, 쌍둥이는 구형 표면에서 비롯 될 때 가벼운 정보가 더 잘 설명된다는 개념을 이용했습니다.
작가 Lawrence Weschler는 프로세스를 잘 요약합니다. 2014 년 Weschler는 뉴욕 국립 수학 박물관에서 쌍둥이 작업에 대한 회고를 선별했습니다. 그는 형제들이“르네상스 이후의 물리적 현실을 묘사하는 데 가장 흥미로운 획기적인 획기적인 획기적인 획기적인 획기적인 것 중 하나를 개발했다고 썼다. 그들은 자신의 미숙 한 눈을 제외하고는 다른 광학 장비 (렌즈 없음, 펜스 없음)가없는 오목한 그리드에 카메라-아카 쿠라-발행 렌더링을 추적하는 방법을 생각해 냈다.
.Oakes Brothers에 대한 소개 후, 나는 그들의 작품을 깊이 탐구하기 시작했습니다. 나는 그 마법 뒤에는 최고 비행 물리학 자들의 실험, 직관, 근사 및 기술의 관행이라는 것을 알았습니다. 쌍둥이는 예술과 과학이 서로에게 알리는 복잡한 방식으로, 예술가와 과학자들 사이의 대화와 협력을 위해 광대 한 미지의 지형에 대해 나를 깨웠다. 예술과 과학의 직물에 짜여진 실 중에는 예술가와 과학자들이 숨겨진 현실을 드러내 기 위해 기술을 개발하고 이용하여 얼굴을 바로 쳐다 보는 비밀에 집중하는 방법입니다.
쌍둥이가 그림을 만들고 표시하는 데 사용하는 독특하고 오목한 캔버스 외에도, 그림의 세부 사항을 픽일하기위한 순환 기반을 사용하면 흥미 롭습니다. Van Gogh가 그의 나중에 작품에서 색상의 빛을 반사하여 거의 추가 차원의 텍스처 깊이의 효과를 만들기 위해 사용한 기술을 상기시켜주었습니다. 그늘은 2 차원 캔버스의 3 차원 정보로 인식 될 수 있습니다. 마찬가지로 나는 쌍둥이의 임베디드 서클 사용과 그 선택에 대한 표현을 제공하는 기술에 흥미를 느꼈다.
Oakes 형제들은 또한 아인슈타인이 해고와 표현을위한 방법으로 사용한“생각 실험”의 전통에 대해 생각하게했습니다. 시각적 인식에 대한 수년간의 실험에서, 형제들은 시각적 정보의 물리적 형태에 대한 이해를 괴롭 혔습니다.
언제라도 그들은 이메일로 다음과 같이 설명합니다.“우리의 눈은 똑바로 목표로하는 가벼운 광선을 모을 수 있습니다. 종합적으로, 동공으로 수렴하기 위해 발생하는 모든 광선 그룹은 동공으로부터 방사형 적으로 화를 내며, 각 광선은 묵시적 구의 표면에 수직으로 이동합니다. 세계의 주변 대상은 불규칙하고 다양 할 수 있지만, 지각 적으로 우리는 불규칙한 주변에 대한 정보를 우리의 눈으로 전달하는 신자의 구 영역의 중심에서 깔끔하게 산다.”
.이 기하학적 인식의 인식을 포착하기 위해 형제들은 전통적인 평평한 그림 평면 대신 구형 오목한 표면에 작품을 만듭니다. Getty 에서와 같이 장면을 렌더링하기 위해 오목한 표면을 사용합니다. , Trevor Oakes는 다음과 같이 말합니다.
그러나 빛의 물리학은 Oakes Brothers의 발견과 기술에 대해 무엇을 말합니까? 실제로 꽤 많이. 우리의 이야기는 1860 년대 제임스 서기 맥스웰 (James Clerk Maxwell)의 발견으로 전기와 자기가 전자기로 통합되어 상호 의존적 인 현상이라는 발견으로 시작합니다. 이 발견은 빛이 빛의 속도로 공간을 통해 움직이는 전기 및 자기장 (전자기파)의 파도라는 것을 의미합니다.
이 지식을 갖춘 젊은 아인슈타인은 다음과 같은 생각 실험을 요리했습니다.“내가 빛의 광선을 추구한다면… 그런 것이없는 것 같습니다.” 이 기술은 직관, 창의성 및 물리학에 대한 기본 이해에 피봇되어 있습니다.
아인슈타인은 세상이 빛의 물결을 따라 잡고 서핑을 할 때 어떻게 보일지 상상하려고 노력했습니다. 그는 전자기파가 쉬고있는 것으로 인식 할 것이라고 추론했다. 아인슈타인은이 상황이 역설을 노출 시켰다고 말했다. 맥스웰의 빛 이론에서는 빛의 물결이 휴식을 취할 수있는 상황이 없었습니다. 이 역설과 해결책은 상대성 이론의 발견의 핵심이었습니다. 이는 빛의 속도가 당신이 그것을 따라 잡는 데 매우 가까워 지더라도 항상 고정 된 가치라는 것입니다. 이것이 어떻게 가능할 수 있습니까?
아인슈타인은 당신이 정말로 빠르게 여행하는 경우, 당신의 시계는 전혀 움직이지 않는 사람에 비해 느리게 진드기를 할 수 있음을 깨달았습니다. 이것은 이상하게 보이지만 사실입니다. 그리고 그것은 시간이 느리게 인식되고 물체가 움직이는 속도가 주어진 시간 간격으로 덮힌 거리에 따라 다르기 때문에 빛만큼 빨리 움직일 때에도, 그럼에도 불구하고 빛은 전혀 움직이지 않는 사람과 같은 속도로 움직이는 것처럼 보입니다.
.이 상대성의 핵심은 역설의 이러한 해결의 결과로, 4 차원 시공간 연속체에서 공간과 시간을 통합해야한다는 실현이있다. 결과적으로 시간과 공간은 더 이상 절대적이지 않지만, 얼마나 빨리 움직이는 지에 따라 다릅니다. 또한, 빛은 공간과 시간에 별도로 존재하지 않습니다. 빛은 단순히 제 시간에 진화하는 공간에 분포 된 파동이 아닙니다. 공간과 시간과 마찬가지로 빛은 또한 4 차원 실체가됩니다. 이 관점에서 아인슈타인은 전기 및 자기장이 4 차원 광파의 3 차원 투영임을 깨달았다. 햇빛에 의해 2 차원 그림자가 캐스팅하는 것과 거의 같은 방식은 3 차원 자아의 투영입니다.
우리는 쌍둥이의 구체의 사용을 이해할 수 있다는 것이 이러한 실현을 통해입니다. 그러나 우리는 하나 더 비유가 필요합니다.
연못에 돌을 떨어 뜨리는 것을 상상해 봅시다. 우리가 돌을 떨어 뜨릴 때마다 우리는 순환 파 패턴이 충격의 지점에서 벗어나는 것을 볼 수 있습니다. 물의 표면은 2 차원이며 그 결과 파는 원형 고리로 바깥쪽으로 움직입니다. 환경이 3D 인 표면 아래에서 방해가 발생하면 비슷한 일이 발생합니다. 이 경우 파도는 팽창 거품처럼 바깥쪽으로 움직일 2 차원 표면이 될 것입니다.
이 물리적 설명은 빛을 전달한다는 것이 밝혀졌습니다. 이 경우 물에 부딪히는 돌은 눈을 향해 움직이는 빛의 원천과 유사합니다. 쌍둥이가 올바르게 발견 된 바와 같이, 가벼운 정보는 캔버스의 각 지점을 구형 조명파로 남겨 둡니다. 그러나 왜 빛이 우주를 통과 할 때 구형파의 형태를 취하고 싶을까요? 이것은 빛에 대한 4 차원 시공간 설명이 필수적인 곳입니다. 그리고 이것은 내가 자신의 인식과 빛의 물리학에 대한 이론적 지식을 실험하는 기술로서 쌍둥이의 오목과 구체를 표현하는 직관에 매료되었습니다.
.광이 넓은 구형파 전선으로서 빛이 원천에서 멀어지게하는 이유를 이해하려면 아인슈타인의 특수 상대성 이론이 필요합니다. 빛이 공간과 시간을 통과 할뿐만 아니라 아인슈타인은 공간과 시간의 구조가 빛을 움직이는 방법을 알려줍니다. 바람이 범선의 움직임을 추진하는 것처럼, 빛은 시공간 바람을 항해하여 말하자면. 아인슈타인의 빛 파도를 타는 것에 대한 그의 역설에 대한 결의안은 공간과 시간이 4 차원 시공간으로 병합되어야한다는 것이었다. 우리는 더 이상 3 차원 공간의 한 지점에 존재하지 않고 4 차원 시공간의 시점에 존재하지 않습니다. 예를 들어,이 기사를 읽을 때 특정 시점에서 3 차원 공간 위치에 있습니다. 나중에, 당신은 4 차원 시공간의 다른 지점에 존재합니다.
이것은 빛에 대한 결과를 가져옵니다. 아래 그림에서 우리는 빛이 더 이상 공간의 점이 아니라 오히려 cone 를 알 수 있습니다. 시공간.
이것은 시공간 시점에서 생성되므로 빛의 올바른 그림이며 시공간의 다른 지점으로 어떻게 이동하는지 보여줍니다. 빛은 시간이 다가 오면서 미래를 향해 원뿔을 추적합니다. 우리가 단일 시점을 추적하면 움직이는 원형 고리 시퀀스를 얻습니다. 이 원은 쌍둥이가 작업에서 구현 한 구형파와 유사합니다. 이제 그들이 왜 그들의 작업을 핀으로 묶었는지 Bond Street Terrace 원으로.
빛의 광선은 4 차원 시공간의 징후입니다. 이 가벼운 원뿔의 방정식은 잘 알려져 있습니다. x + y + z - c t =0.이 방정식은 너무 아름다워서 몇 마디 말을 할 가치가 있습니다. 방정식의 왼쪽은 세 가지 공간 방향 ( x 에 따라 다릅니다. , y & z ), 시간 (t) 및 빛의 속도 ( c ). 우리가 시간을 무시한다면, 이것은 3 차원 표면의 방정식입니다. 시간 방향을 포함 시키면 위의 그림에 도시 된 바와 같이 빛의 원뿔을 설명하는 방정식을 만듭니다. 아래는 생성 지점에서 나오는 빛의 다른 지점을 추적하는 구형파의 컴퓨터 생성 스냅 샷입니다. 푸른 영역은 구형파의 시간 발달을 나타냅니다.
쌍둥이가 물리학에서 가장 아름답고 지구 산산이 같은 아이디어, 즉 빛의 구문이 부족한 인식만으로도 인식만으로도 놀라운 일입니다. 더 많은 마인드 벤딩은 직관, 실험 및 근사치를 통해 자신의 기술을 개발 함으로써이 통찰력에 도달한다는 것입니다. 좋은 이론적 물리학자가 새로운 진실을 발굴하기를 원할 수도 있습니다.
.쌍둥이의 작품은 시공간과 빛이 밀접하게 연결되어 있음을 상기시켜 양자 역학과 중력 사이의 통일에 대한 통찰력을주었습니다. 양자 중력에 관찰자를 의식적이든 아니든 통합하는 방법에 대한 정확한 이해는 여전히 누락되었습니다. 그러나 쌍둥이는 저의 연구 에서이 문제를 진지하게 받아들이라고 상기 시켰습니다. Oakes 형제와 같은 예술가들이 자신의 실험과 직관에 따라 신체적 통찰력에 도달하고 육체적 인 통찰력을 취하는 것을 볼 때, 나는 예술가들과의 지속적인 대화가 저를 차지한 개념적 영토로 데려다주는 추가 충격이 될 수 있다는 확신을 얻었고, 아마도 내가 희망하는 솔루션은 쌍둥이의 그림만큼 아름답게 될 것입니다.
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Stephon Alexander는 Brown University의 물리학 교수이며 이론적 우주론 및 양자 중력을 전문으로합니다. 그는 현악 우주론 분야의 전문가이며, 우주론의 오랜 질문을 해결하기 위해 상부장의 물리학이 적용됩니다. 그는 또한 재즈 색소폰 연주자이며 의 저자입니다. 물리학의 재즈.
