우주 학자로서 강의 후 가장 자주 듣는 질문 중 일부는 다음과 같습니다. 우주를 넘어서는 것은 무엇입니까? 우리 우주는 무엇을 확장하고 있습니까? 우리 우주가 영원히 확장 될 것인가? 이것들은 자연스러운 질문입니다. 그러나 여기에는 더 깊은 질문이 있습니다. 근본적으로 우리가 정말로 알고 싶은 것은 :우리의 지식의 경계가 있습니까? 과학에 대한 기본 제한이 있습니까?
물론 대답은 우리가 미리 알지 못한다는 것입니다. 지식을 지나치지 않는 한 지식에 한계가 있는지 알 수 없습니다. 현재, 우리는 하나의 흔적이 없습니다. 우리는로드 블록에 직면하고 있을지 모르지만, 일시적이라는 모든 징후를 제공합니다. 어떤 사람들은 나에게 다음과 같이 말합니다.“우리는 우주가 어떻게 시작되었는지 알 수 없습니다.” "우리는 빅뱅 전에 무슨 일이 있었는지 알 수 없습니다." 이 진술은 우리가 알 수없는 모든 것들의 위치를 미리 알 수 있다고 제안함으로써 놀라운 자만심을 보여줍니다. 이것은 근거가 없을뿐만 아니라 지금까지 과학의 역사는 그러한 한계를 보여주지 않았다. 그리고 내 자신의 분야 인 우주론에서, 우리의 지식은 50 년 전에도 아무도 예측하지 못하는 방식으로 증가했습니다.
이것은 자연이 우리가 관찰 할 수있는 것과 그것을 관찰 할 수있는 방법에 제한을 부여하지 않는다고 말하는 것은 아닙니다. 예를 들어, Heisenberg 불확실성 원리는 언제든지 입자의 움직임에 대해 알 수있는 것을 제한하며, 빛의 속도는 주어진 간격으로 볼 수 있거나 여행 할 수있는 시간을 제한합니다. 그러나 이러한 한계는 단지 우리가 알 수없는 것이 아니라 우리가 관찰 할 수없는 것을 알려줍니다. 불확실성 원리는 양자 역학의 규칙을 배우거나 원자의 행동을 이해하거나, 직접 볼 수없는 소위 가상 입자를 발견하는 데 방해가되지 않았습니다. 그럼에도 불구하고
우주가 확장되고 있다는 관찰은 시작을 암시한다. 왜냐하면 우리가 뒤로 외삽한다면 먼 과거의 어느 시점에서 우리의 관찰 가능한 우주의 모든 것이 단일 지점에서 공동으로 배치 되었기 때문이다. 빅뱅 (Big Bang)의 이름으로 진행되는 순간에, 중력을 설명하는 일반적인 상대성 이론은 미세한 길이 척도의 물리학을 설명하는 양자 역학과 성공적으로 통합 될 수 없기 때문에 물리학 법칙은 우리가 분해한다는 것을 알고 있습니다. 그러나 대부분의 과학자들은 이것을 지식의 기본 경계로 간주하지 않습니다. 왜냐하면 우리는 일반적인 상대성 이론이 일관된 양자 이론의 일부로 수정되어야한다고 기대하기 때문입니다. 문자열 이론은 그렇게하려는 주요 노력 중 하나입니다.
그러한 이론을 감안할 때, 우리는 빅뱅 앞에 무엇이 왔는지에 대한 질문에 답할 수 있습니다. 가장 간단한 대답은 아마도 가장 만족스럽지 않을 것입니다. 특수 및 일반 상대성은 모두 공간과 시간을 단일 엔터티 :시공간으로 묶습니다. 빅뱅에서 공간이 만들어 졌다면 아마도 시간도 마찬가지였습니다. 이 경우에는“이전”이 없었습니다. 그것은 단순히 좋은 질문이 아닙니다. 그러나 이것은 가능한 유일한 대답은 아니며, 우리는 우리가 우리의 답변에 대한 확신을 갖기 전에 중력의 양자 이론과 실험적 확인을 기다려야 할 것입니다.
.그러면 우리가 자신의 우주를 넘어서 공간적으로 무엇이 있는지 알 수 있는지에 대한 의문이 있습니다. 우리 우주의 경계는 무엇입니까? 다시, 우리는 추측을 위험에 빠뜨릴 수 있습니다. 우리의 시점이 자발적으로 일어난다면 - 마지막 책에서 오랫동안 논쟁했듯이 , 가장 가능성이 가장 높은 것으로 보입니다. 아마도 총 에너지가 0이있을 것입니다. 물질로 표현되는 에너지는 중력 분야로 표시되는 에너지에 의해 정확하게 상쇄됩니다. 간단히 말해서, 무언가가 아무것도 없다면 아무것도 발생하지 않을 수 있습니다. 현재, 우리가 확인할 수있는 유일한 우주는 총 에너지가 제로가 닫힌 우주입니다. 그러한 우주는 유한하면서도 무한대입니다. 경계를 만나지 않고 구의 표면을 영원히 움직일 수있는 것처럼, 우리 우주에서도 마찬가지 일 수 있습니다. 우리가 한 방향으로 충분히 보이면 머리 뒤쪽을 볼 것입니다.
실제로, 우리는 아마도 우리의 눈에 보이는 우주가 훨씬 더 큰 볼륨의 일부일 뿐이므로 그렇게 할 수 없습니다. 그 이유는 인플레이션이라는 것과 관련이 있습니다. 현미경 크기로 자발적으로 발생하는 대부분의 우주는 수십억 년 동안 지속되지 않고 현미경 시간에 다시 콜라 핑됩니다. 그러나 일부에서는 빈 공간에 에너지가 부여 될 것이며, 이로 인해 우주는 적어도 짧은 기간 동안 기하 급수적으로 빠르게 확장 될 것입니다. 우리는 이러한 인플레이션 기간이 빅뱅 확장의 초기 순간에 발생했으며 우주가 즉시 다시 쇄도하는 것을 막았다 고 생각합니다. 그 과정에서 우주는 크기가 커져서 모든 의도와 목적을 위해 우리가 지구라고 부르는 거대한 구체에 위치하고 있음에도 불구하고 무한 해 보이는 캔자스의 옥수수 필드처럼 평평하고 무한하게 보일 수 있습니다. 그렇기 때문에 우주가 가장 큰 규모로 닫힐 수 있지만 우주를 바라 볼 때 머리의 등이 보이지 않습니다. 그러나 원칙적으로, 우리는 눈에 보이는 우주에서 인플레이션이 재개되지 않았고 우리가 관찰 할 수없는 공간 지역에서 다른 곳에서는 일어나지 않는 한, 우리가 충분히 오래 기다렸다면 모든 것을 볼 수있었습니다.
.우리가 아직 관찰 할 수 없거나 결코 관찰 할 수없는 지역이 팽창 할 수있는 가능성에 관해서는, 실제로 우리의 현재 이론은 이것이 가능성이 가장 높다는 것을 암시합니다. 만약 우리가“우리의 우주”라는 문구를 우리가 한때 의사 소통 할 수 있었거나 언젠가 의사 소통 할 수있는 공간 영역을 언급하는 것으로 간주한다면, 인플레이션은 일반적으로 우리를 넘어서 다른 우주를 만듭니다. 인플레이션은 우리의 공간 내에서 짧았을 수도 있지만, 나머지 공간은 온도가 동결 될 때 고립 된 얼음 패치가 빠르게 움직이는 물 표면에 형성 될 수있는 것처럼, 우리의 팽창에서 분리되는 분리 된 영역과 함께 기하 급수적으로 영원히 확장됩니다. 그러한 우주는 각각의 시작을 가졌으며, 인플레이션이 공간적 양 내에서 끝날 때까지 시작되었습니다. 이 경우, 우리 우주의 시작은 시간의 시작이 아닐 수도 있습니다. 빅뱅이 우리의 지식에 대한 궁극적 인 한계인지 의심해야 할 이유가 있습니다.
각 우주가 배경 공간에서 분리되도록하는 과정에 따라 물리 법칙은 각각의 법칙에 따라 다를 수 있습니다. 우리는이 가능한 우주의 컬렉션을“다중 사람”이라고 부릅니다. 다수의 아이디어는 과학 공동체에서 인플레이션과 같은 현상에 의해 동기를 부여 할뿐만 아니라 물리학 법칙을 가진 많은 다른 우주의 가능성이 우리의 우주의 다양한 겉보기에 기본 매개 변수를 설명 할 수 있기 때문에 과학계에서 견인력을 얻었습니다. 이러한 매개 변수는 단순히 우주가 태어 났을 때 무작위로 발생하는 값입니다.
다른 우주가 거기에 있다면, 그것들은 거대한 거리에 의해 우리와 분리되어 슈퍼 라이트 상대 속도로 물러나므로 우리는 그것들을 직접 감지 할 수 없습니다. Multiverse는 형이상학입니까? 따라서 다중 사람들의 가능한 존재를 확인하면 우리의 지식의 기본 경계를 나타 냅니까? 대답은 반드시 그런 것은 아닙니다. 우리는 다른 우주를 직접 볼 수는 없지만, 인플레이션이 생성 할 중력파를 관찰함으로써 경험적으로 생산할 수있는 이론을 여전히 테스트 할 수 있습니다. 이것은 원칙적으로 우리의 우주를 초래 한 인플레이션 과정의 상세한 특성을 테스트 할 수있게 해줍니다. 이 파도는 최근 Ligo가 발견 한 중력파와 유사하지만 기원이 다릅니다. 그들은 먼 은하에서 거대한 블랙홀의 충돌과 같은 대격변 사건에서 비롯된 것이 아니라 추정 인플레이션 기간 동안 빅뱅의 가장 초기 순간부터 나옵니다. 우리가 직접 감지 할 수 있다면 - 이제 빅뱅에서 남은 우주 전자 레인지 배경 방사선에 남겨 둘 수있는 다양한 실험에서 할 수있는 것처럼, 우리는 인플레이션의 물리학을 조사한 다음 영원한 인플레이션 이이 물리의 결과인지를 결정할 수 있습니다. 따라서 간접적으로, 우리는 직접 감지 할 수 없더라도 다른 우주가 존재 해야하는지 테스트 할 수 있습니다.
요컨대, 우리는 가장 깊은 형이상학 적 질문조차도 다른 우주의 존재를 포함하여 결코 경험적으로 다루기 쉬운 적이 없을 것임을 알게되었습니다. 실험적 관찰과 결합 된 이성의 적용으로 우리가 배울 수있는 것에 대한 제한은 아직 알려져 있지 않습니다.
제한이없는 우주는 매력적이며 우리가 계속 검색하도록 동기를 부여합니다. 그러나 우리는 우리의 지식에 제한이 없을 것이라고 확신 할 수 있습니까? 그다지.
인플레이션은 지식, 특히 과거에 대한 지식에 근본적인 한계를 갖습니다. 그것은 본질적으로 우주를 재설정하여 앞에있는 역동적 인 과정에 대한 모든 정보를 파괴합니다. 인플레이션 중 공간의 빠른 확장은 모든 지역의 내용물을 심각하게 희석시킵니다. 따라서 예를 들어, 자기 독점, 이론이 풍부하게 생성 된 초기 우주를 암시하는 입자의 유형 인 자성 독점의 흔적을 닦았을 수도 있습니다. 그것은 원래 인플레이션의 미덕 중 하나였습니다. 그것은 우리가 생산에 대한 예측으로 그러한 입자를 본 적이 없다는 사실을 화해했습니다. 그러나 불일치를 없애기 위해 인플레이션은 과거의 측면을 지워졌습니다.
더 나쁜 것은, 삭제는 끝나지 않을 수 있습니다. 우리는 분명히 지금 또 다른 인플레이션시기에 살고 있습니다. 먼 은하의 경기 침체의 측정은 우주의 확장이 현재 속도가 높아지고 있으며, 지배적 인 중력 에너지가 물질이나 방사선에 존재하지 않고 빈 공간이 아닌 경우와 마찬가지로 속도를 늦추고 있음을 나타냅니다. 우리는 현재이 에너지의 기원을 이해하지 못합니다. 잠재적 인 설명 각각은 지식의 진보와 심지어 우리의 존재에 대한 근본적인 한계를 시사합니다.
우주가 어떤 종류의 위상 전이를 겪으면 빈 공간의 에너지가 갑자기 사라질 수 있습니다. 그것이 일어날 경우, 기본력의 본질이 변할 수 있으며, 우주에서 우리가 보는 모든 구조는 위로의 원자에서 불안정 해지거나 사라질 수 있습니다. 우리는 다른 모든 것들과 함께 사라질 것입니다.
그러나 확장이 계속 되더라도 미래는 여전히 끔찍합니다. 약 2 조년 이내에 (인간의 규모에서 오랜 시간처럼 보일지 모르지만 우주적 규모는 그리 오래 걸리지 않을 것입니다. 나머지 우주는 우리의 견해에서 사라질 것입니다. 이 먼 미래의 별 주위에 행성을 진화시키는 관찰자들은 가속의 흔적이나 초기 빅뱅의 증거없이 영원한 빈 공간으로 둘러싸인 단일 은하계에 살고 있다고 상상할 것입니다. 우리가 독점을 잃어버린 것처럼, 그들은 우리가 쉽게 볼 수있는 역사에 눈을 멀게 할 것입니다. (확실히, 그들은 아직 접근 할 수없는 관찰 가능한 현상에 접근 할 수 있으므로 너무 우수하지 않아야합니다.)
.어느 쪽이든, 우리는 햇볕에 짧은 순간을 즐기고 우리가 할 수있는 동안 무엇을 할 수 있는지 배워야합니다. 더 열심히 일하고 대학원생!
Lawrence M. Krauss는 이론 물리학 자 및 우주 학자, Origins Project의 이사 및 애리조나 주립 대학의 지구 및 우주 탐사 학교 재단 교수입니다. 그는 또한 를 포함한 베스트셀러 책의 저자이기도합니다 아무것도없는 우주 및 Star Trek의 물리학
이 기사는 원래 2016 년 9 월에“학습”문제에 출판되었습니다.
