과학의 가장 중요하지만 저평가 된 업적 중 하나는 수학을 사용하는 물리적 우주에 대한 설명, 특히 사인파가 빛과 소리를 모두 묘사하는 방식과 같은 연속적이고 부드러운 수학적 기능을 사용하는 것입니다. 이것은 때때로 그의 유명한 3 가지 법이 그러한 기능을 구현한다는 사실을 인식하여 뉴턴의 제로 운동 법으로 알려져 있습니다.
20 세기 초, 앨버트 아인슈타인은 뉴턴 우주에 심오한 충격을 주었고, 공간은 덩어리에 의해 구부러지고 본질적으로 시간과 관련이 있음을 보여 주었다. 그는 새로운 개념을 시공간이라고 불렀습니다. 이 아이디어는 충격적이지만 뉴턴처럼 방정식이 매끄럽고 연속적이었습니다.
그러나 소수의 연구자들의 최근 연구 결과는 무작위성이 실제로 시공간 자체에 내재되어 있으며 뉴턴의 제로 법도 소규모로 분해된다고 제안합니다.
이것이 의미하는 바를 탐색합시다.
첫째, 시공간은 무엇입니까? 평면에서 평면에서 두 지점을 가져 와서 첫 번째 지점을 통해 x와 y 축을 그리는 경우 ( 원점 임을 의미합니다. ), 포인트 사이의 거리는 x+y의 제곱근입니다. 여기서 x와 y는 두 번째 지점의 좌표입니다. 3 차원에서 유사한 거리는 x+y+z의 제곱근입니다. 그리고이 거리는 일정합니다. 다른 방법으로 축을 끌어 들이면 그들의 가치는 변하지 않습니다.
4 차원은 4 차원에서 4 차원은 어떻습니까? 4 차원 좌표계의 지점은 이벤트 라고합니다. :특정 시간 t에서 x, y 및 z로 지정된 위치. 그렇다면 두 이벤트 사이의“거리”는 무엇입니까? 유사하게 x+y+z+t의 제곱근이라고 생각할 수도 있습니다. 그러나 그렇지 않습니다. 좌표를 다르게 그리면 "거리"가 변경되므로 실제로는 거리로 간주 될 수 없습니다. 아인슈타인은 일정한 거리는 x+y+z - ct의 제곱근이라는 것을 발견했습니다. 여기서 c는 빛의 속도입니다. 좌표 축을 그리는 방식을 변경하면 x, y, z 및 t의 값이 변경 될 수 있지만 x+y+z의 제곱근은 그렇지 않습니다. 아인슈타인의 경우 X, Y, Z 및 T 차원은 실제로 단일 개념의 요소였으며, 그는 시공간이라고 불렀습니다.
아인슈타인은 훌륭하고 매우 복잡한 논리 사슬로 중력에 대한 설명이 기하학적이라는 것을 추론했다. 시공간 자체-곡률. 그리고 그 곡률은 질량의 존재의 결과였습니다. 아인슈타인에 따르면 우주에 질량이 전혀 없다면 시공간은“평평한”일 것입니다.
공간의 곡률을 상상하려면 구 표면의 평평한 버그를 생각해보십시오. 버그는 그가 무한 비행기에 있지 않았다는 것을 어떻게 알 수 있습니까? 버그가 한동안 한 방향으로 걸어 가면 결국 시작한 곳으로 돌아 왔습니다. 또는 표면에서 버그가 직각으로 X 축과 Y 축을 끌어 내면 원점에서 임의 지점까지의 거리는 가 아니라는 것을 알게 될 것입니다. x+y의 제곱근입니다. 이 영리한 버그는 그가 구부러진 공간에 있다고 추론 할 수 있습니다.
따라서 곡률은 두 지점 사이의 거리에 영향을 미치고 질량은 곡률을 결정합니다.
그것은 본질적으로 아인슈타인이 시공간에 대해 어떻게 생각했는지입니다. 그러나 그의 상대성 이론은 20 세기 물리학의 두 혁명적 승리 중 하나 일뿐입니다. 다른 하나는 양자 역학이었습니다. 그렇다면 양자 역학이 시공간의 형상에 어떤 영향을 미칩니 까? 이것은 오늘날 물리학에서 가장 큰 질문 중 하나입니다. 그리고 확률 적 시공간은 마치 대답의 일부인 것처럼 보입니다.
양자 역학은 핵심에 Heisenberg 불확실성 원리를 가지고 있으며, 이는 온도가 절대 0 인 경우에도 모든 물리적 시스템에 잔류 에너지가 있어야한다고 말합니다. 이 잔류 에너지는 제로 포인트 에너지라고하며 시공간의 "빈"진공 청소기조차도 있습니다. 진공 상태에서 입자와 항구 환자는 지속적으로 존재로 튀어 나온 다음 서로 충돌하여 서로를 멸종시킵니다. 입자의 갑작스런 외관과 사라짐으로 인해 진공 제로 포인트 에너지가 제 시간에 변동됩니다. 에너지는 질량 (E =MC)과 동일하고 대량은 시공간 곡률을 생성하기 때문에 진공 에너지 변동은 시공간 곡률 변동을 생성합니다. 이로 인해 시공간 지점 사이의 거리가 변동을 일으킨다. 이는 작은 규모에서 시공간이 시끄럽고 무작위 또는 "확률 론적"이라는 것을 의미한다. 거리와 시간은 잘못 정의됩니다.
우리가 멀지 않은 지역의 양자 변동을 보면, 지역 내 변동은 평균적인 경향이 있습니다. 그러나 우리가 대신 무한한 작은 지역 (지점)을 보면 무한한 에너지를 찾습니다. 우리는 궁금 할 것입니다 :우리가 관심을 갖는 물리학을 포착하기에 충분히 작고, 너무 작아서 에너지가 거대 해지고 그 거리에 사용하기에 적절한 측정 단위는 무엇입니까?
그 질문에 대답하기 위해, 우리는 Max Planck, 아마도 양자 역학의 아버지 인 Max Planck의 사고 라인을 따릅니다. 그는 보편적 상수를 사용하여 표현 된 천연 단위를 제안했다 :진공의 빛의 속도 ( c ); 중력 장의 강도를 표현하는 중력의 상수 ( g ); 그리고 우리가 지금 Planck 's Constant라고 부르는 것 ( h ), 입자의 에너지와 주파수 사이의 관계를 표현합니다. Planck는 현재 플랑크 길이로 알려진 거리를 만들 수 있음을 발견했습니다. , 공식 l p =( hg / 2πc).
플랑크 길이는 약 10 미터 인 매우 짧은 거리로 밝혀졌습니다. 양성자의 직경보다 1 억억 배 더 작습니다. 측정됩니다.
그러나 플랑크 길이는 중요합니다. 문자열 이론은 포인트를 완전히 없애고 플랑크 길이가 가능한 가장 짧은 길이임을 시사합니다. 새로운 양자 루프 중력 이론은 같은 것을 제안합니다. 매우 적은 양의 무한 에너지의 문제는 매우 적은 양이 금지되어 있기 때문에 깔끔하게 피합니다.
플랑크 길이에는 또 다른 중요한 측면이 있습니다. 상대성 이론은 빠르게 움직이는 기준 프레임에서 관찰자에 의해 측정 된 거리가 소위 로렌츠 수축 인 수축을 예측합니다. 그러나 플랑크 길이는 특별합니다. 상수에서 파생 될 수있는 유일한 길이입니다. , g 및 H 임의의 상수를 추가하지 않으면 서 Lorentz 수축에 따라 모든 기준 프레임에서 동일한 값을 유지할 수 있습니다. 그러나 플랑크 길이는 범용 상수에서 파생되므로 모든 기준 프레임에서 동일한 값을 가져야합니다. Lorentz 수축에 따라 변경할 수 없습니다. 이것은 상대성 이론 이이 크기 척도에서 적용되지 않음을 의미합니다. 우리는이 현상에 대한 새로운 과학적 설명이 필요하며, 우회시가 그것을 제공 할 수 있습니다. Lorentz 수축에 의해 플랑크 길이가 단축 될 수 없다는 생각은 그것이 기본 양자 또는 길이라는 것을 시사합니다. 결과적으로, 플랑크 길이보다 작은 치수를 가진 볼륨은 아마도 존재하지 않을 것입니다. Planck 길이는 시공간“곡물”의 크기에 대한 후보자 일 가능성이 높습니다.
이제 마지막으로, 우리는“확률 적 시공간”을 특성화 할 수 있습니다. 첫째, 플랑크 길이의 규모에 대해 세분화된다.
둘째,이 곡물 사이의 거리는 잘 정의되지 않았습니다. 양자 역학에 따르면 물체가 더 큰 대상이 될수록 양자 특성이 덜 두드러집니다. 따라서 우리는 시공간 영역의 질량이 증가함에 따라 지역이 확률 론적이 될 것으로 예상합니다. (이것은 영역에 질량이 많을수록 지역이 더 많은 곡률을 보이는 상대성의 경우와 유사합니다.) 우리는 우주에 질량이 없다면 아인슈타인의 상대성이면서도 평평하지는 않지만 효과적으로 정의되지 않았다고 이론화합니다. 질량이 없으면 왜 우리는 공간이 필요한가?
셋째, 확률 적 시공간에서, 현악 이론 및 양자 루프 중력 이론과 달리, 이들 곡물은 그 크기 척도에 내재 된 무작위성 때문에 서로에 대해 표류 할 수있다. 곡물을 대리석 상자로 상상해보십시오. 확률 론성은 상자를 부드럽게 흔들어 구슬이 움직일 수 있습니다. 표류하는 볼륨 요소 (대리석)는 왜 상대성 이론이 플랑크 길이에서 적용되지 않는지 설명 할 수 있기를 희망합니다. 상대성 이론은 뉴턴의 제로 법을 요구하는 이론으로, 매끄럽고 지속적인 수학적 기능을 요구하지만 플랑크 길이 근처에서 부드러운 기능은 분해되는 것으로 생각됩니다.
아이작 뉴턴은 놀랄 것입니다. 그는 공간과 시간이 특징이없는 공허라고 생각했다. 결국 이것은 우리 각자가 일상 생활에서 우리 주변에서 보는 것입니다. 대신, 확률 적 시공간 이론은 부드럽고 연속적인 기능의 범위를 넘어 소시하고 불확실한 시공간을 제시합니다.
희망은 양자 역학의 방정식이 시공간 자체의 특성에서 유도 될 수 있기를 바랍니다. 건물 위에 무작위로 던져진 지붕이 아니라 그 기초에 내장 된 빔
입니다.
이론 물리학 박사 학위를받은 후 칼 프레 더릭 처음으로 NASA와 그 후 코넬에서 연구원으로 일했습니다. 그는 현재 첨단 신생 기업에서 일하며 프로 공상 과학 작가입니다.
