Lee Smolin은 외부가 없는 물체를 이해하는 방법에 대한 급진적인 아이디어를 가지고 있습니다. 물체가 사건 간의 관계를 통해 조금씩 구축되었다고 상상해 보십시오.
토론토 시내에 있는 자신의 집에 있는 리 스몰린.
소개
우주는 일종의 불가능한 대상이다. 내부는 있지만 외부는 없습니다. 그것은 일방적인 동전이다. 이 뫼비우스 건축물은 자신이 이해하려는 시스템 내부에 갇혀 있는 어색한 위치에 있는 우주론자들에게 독특한 도전 과제를 제시합니다.
이는 Lee Smolin이 그의 경력 대부분 동안 생각해 왔던 상황입니다. 캐나다 워털루에 있는 Perimeter Institute for Theoretical Physics의 물리학자인 Smolin은 양자 역학, 상대성 이론 및 우주론의 복잡한 교차점에서 연구하고 있습니다. 그의 부드러운 목소리와 조용한 태도에 속지 마십시오. 그는 반항적인 사상가로 알려져 있으며 항상 자신의 길을 따라왔습니다. 1960년대에 Smolin은 고등학교를 중퇴하고 Ideoplastos라는 록 밴드에서 연주했으며 언더그라운드 신문을 발행했습니다. R. Buckminster Fuller와 같은 측지 돔을 만들고 싶어 Smolin은 고급 수학을 독학했습니다. 이는 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 다루는 데 필요한 것과 같은 종류의 수학이라는 것이 밝혀졌습니다. 이것을 깨달은 순간 그가 물리학자가 된 순간이었다. 그는 하버드 대학교에서 공부하고 뉴저지주 프린스턴에 있는 고등연구소에서 직책을 맡았으며 결국 페리미터 연구소의 창립 교수가 되었습니다.
사실 "주변"은 주류 물리학의 경계 근처에 있는 Smolin의 위치를 설명하는 완벽한 단어입니다. 대부분의 물리학자들이 끈 이론에 뛰어들었을 때, 스몰린은 고리 양자 중력의 경쟁 이론을 연구하는 데 핵심적인 역할을 했습니다. 대부분의 물리학자들이 물리학 법칙이 불변이라고 말했을 때, 그는 물리학 법칙이 일종의 우주 다윈주의에 따라 진화한다고 말했습니다. 대부분의 물리학자들이 시간은 환상이라고 말하자 스몰린은 그것이 현실이라고 주장했습니다.
Smolin은 종종 생물학자, 경제학자, 조각가, 극작가, 음악가 및 정치 이론가와의 대화에서 영감을 얻습니다. 그러나 그는 아마도 철학에서 가장 큰 영감을 얻었을 것입니다. 특히 아이작 뉴턴과 함께 미적분학을 창안한 17세기와 18세기에 활동했던 독일 철학자 고트프리트 라이프니츠의 작품에서 그렇습니다. 라이프니츠는 (뉴턴에 반대하여) 우주에는 고정된 배경도 없고 공간의 “재료”도 없다고 주장했습니다. 공간은 관계를 설명하는 편리한 방법일 뿐입니다. 이 관계형 프레임워크는 라이프니츠의 수수께끼의 저작인 모나돌로지와 마찬가지로 스몰린의 상상력을 사로잡았습니다. , 라이프니츠는 세계의 기본 구성 요소가 일종의 현실 원자인 "모나드"이며, 각 모나드는 전체 우주에 대한 고유한 관점을 나타낸다고 제안합니다. 이는 역동적으로 진화하는 우주에 대한 부분적인 관점인 관점에서 현실을 구축하려고 시도하는 Smolin의 최신 작업에 영향을 미치는 개념입니다. 내부에서 본 우주.
콴타 매거진 Smolin과 우주론 및 양자역학에 대한 자신의 접근 방식에 대해 이야기를 나누었습니다. 그는 최근 저서 Einstein's Unfinished Revolution에서 이에 대해 자세히 설명했습니다. . 인터뷰 내용은 명확성을 위해 요약 및 편집되었습니다.
당신의 슬로건은 다음과 같습니다:“우주론의 첫 번째 원칙은 다음과 같습니다:우주 밖에는 아무것도 없습니다.”
뉴턴 역학이나 양자 역학과 같은 다양한 물리 법칙 공식에는 배경 구조, 즉 지정되어야 하고 고정되어야 하는 구조가 있습니다. 진화의 대상이 아니며, 일어나는 어떤 일에도 영향을 받지 않습니다. 모델링되는 시스템 외부의 구조입니다. 관찰자, 시계 등 관찰 가능 항목을 걸어두는 프레임워크입니다. 우주 밖에는 아무것도 없다는 말, 즉 우주 밖에는 관찰자가 없다는 말은 배경 구조가 없는 물리학 공식이 필요하다는 것을 의미합니다. 우리가 가지고 있는 모든 물리학 이론은 어떤 식으로든 우주의 하위 시스템에만 적용됩니다. 이러한 배경 구조가 필요하기 때문에 우주 전체에는 적용되지 않습니다.
우주론적 이론을 만들고 우주론적 규모에서 자연을 이해하려면 철학자 로베르토 웅거와 내가 "우주론적 오류"라고 불렀던 것을 피해야 합니다. 즉, 하위 시스템에 적용되는 이론을 취하여 우주 전체로 확장할 수 있다는 잘못된 믿음입니다. 관찰자나 측정 도구 또는 시스템 외부의 어떤 것도 참조하지 않는 역학 공식이 필요합니다. 이는 다른 종류의 이론이 필요하다는 것을 의미합니다.
당신은 최근에 “우주의 역사는 그 자체에 대한 다양한 관점으로 구성되어 있다”는 이론을 제안했습니다. 그게 무슨 뜻인가요?
이는 일어나는 일들 간의 순서와 인과관계, 과정에 관한 이론입니다. , 실체의 고유한 속성이 아닙니다. 근본적인 요소는 우리가 "이벤트"라고 부르는 것입니다. 이벤트는 단일 장소와 시간에 일어나는 일입니다. 각 이벤트에는 측정 가능한 운동량, 에너지, 전하 또는 기타 다양한 물리량이 있습니다. 사건은 우주의 나머지 부분과 관계를 갖고 있으며, 그 관계 집합이 우주에 대한 "관점"을 구성합니다. 외부에서 측정된 사물의 관점에서 고립된 시스템을 설명하는 대신, 우리는 우주를 사건 간의 관계로 구성된 것으로 간주합니다. 아이디어는 내부에서 본 관점, 즉 우주 내부에서 본 모습이라는 관점에서 물리학을 재구성하려는 것입니다.
어떻게 하나요?
많은 견해가 있으며 각각의 견해는 우주의 나머지 부분에 대한 부분적인 정보만을 가지고 있습니다. 우리는 각 관점이 고유해야 한다는 역학의 원칙을 제안합니다. 그 아이디어는 식별불가의 동일성에 대한 라이프니츠의 원리에서 비롯됩니다. 보기가 서로 정확하게 매핑 가능한 두 이벤트는 정의상 동일한 이벤트입니다. 따라서 각 보기는 고유하며 "다양성"이라는 양을 정의하여 하나가 다른 보기와 얼마나 구별되는지 측정할 수 있습니다. 그래프의 노드를 생각하면 한 단계 밖으로, 두 단계 밖으로, 세 단계 밖으로 나갈 수 있습니다. 각 단계는 이웃을 제공합니다. 즉, 1단계 이웃, 2단계 이웃, 3단계 이웃입니다. 따라서 두 가지 이벤트에 대해 다음과 같이 질문할 수 있습니다. 두 사람의 견해가 다를 때까지 몇 단계를 거쳐야 합니까? 어느 동네에서 다른가요? 수행해야 하는 단계가 적을수록 뷰가 서로 더 잘 구별됩니다. 이 이론의 아이디어는 물리학 법칙, 즉 시스템의 역학이 다양성을 극대화하기 위해 작동한다는 것입니다. 자연은 다양성을 극대화하기를 원한다는 이 원리는 실제로 제가 설명한 틀 내에서 슈뢰딩거 방정식으로 이어지며, 그에 따라 적절한 한계 내에서 양자 역학이 회복됩니다.
당신의 책을 통해 나는 당신이 마음속으로 현실주의자라는 것을 알고 있습니다. 당신은 우리의 지식과 무관한 현실을 강하게 믿으며 따라서 아인슈타인처럼 양자역학이 불완전하다고 생각합니다. 이러한 관점 이론이 양자 이론에서 누락되었다고 생각하는 부분을 완성하는 데 도움이 됩니까?
아인슈타인과 레슬리 발렌타인이라는 사람은 파동 함수(양자 시스템을 나타내는 수학적 대상)의 "앙상블 해석"을 옹호했습니다. 파동 함수는 가능한 상태의 앙상블을 설명한다는 아이디어였습니다. 그런데 어느 날 카페에 앉아 작업을 하고 있는데 문득 이런 생각이 들었습니다. 앙상블이 진짜라면 어떨까? 단일 물 분자를 설명하는 파동 함수가 실제로 우주의 모든 물 분자의 집합체를 설명한다면 어떻게 될까요?
그렇다면 일반적으로 우리는 물 분자는 하나이지만 상태의 불확실성이 있다고 생각하는데, 상태의 불확실성이 실제로 우주에 있는 모든 물 분자의 총체라는 뜻인가요?
그렇습니다. 그들은 매우 유사한 견해를 가지고 있기 때문에 앙상블을 형성합니다. 상호작용 가능성은 반드시 공간적 근접성이 아니라 뷰의 유사성에 의해 결정되기 때문에 모두 서로 상호작용합니다.
상호작용을 위해 사물이 서로 가까이 있을 필요는 없나요?
이 이론에서는 관점의 유사성이 공간보다 더 근본적입니다. 종종 두 이벤트는 공간이 가깝기 때문에 비슷한 관점을 갖습니다. 두 사람이 나란히 서 있으면 우주에 대한 매우 유사하고 겹치는 관점을 갖게 됩니다. 그러나 두 개의 원자는 사람과 같은 크고 복잡한 물체보다 관계적 속성이 훨씬 적습니다. 따라서 우주에서 멀리 떨어져 있는 두 원자는 여전히 매우 유사한 모습을 가질 수 있습니다. 이는 가장 작은 규모에서는 고도로 비국소적인 상호작용이 있어야 한다는 것을 의미하며, 이는 양자역학의 얽힘을 통해 얻을 수 있는 것과 정확히 같습니다. 실제 앙상블 공식에 따르면 이것이 양자역학의 근원입니다.
얽힘과 시공간 기하학 사이의 놀라운 연관성을 찾는 현재 물리학에서 진행되고 있는 많은 작업이 생각납니다.
나는 그 작업 중 많은 부분이 정말 흥미롭다고 생각합니다. 이에 동기를 부여하는 가설은 얽힘이 양자역학의 기본이며, 공간 또는 시공간의 기하학이 얽힘의 구조에서 나온다는 것입니다. 매우 긍정적인 발전입니다.
당신은 이러한 아이디어가 라이프니츠의 모나드론에서 영감을 받았다고 말했습니다. . 방금 모나돌로지를 꺼내셨나요? 다시 읽으시겠어요?
나는 대학원을 갓 졸업했을 때 줄리안 바버(Julian Barbour)의 권유로 라이프니츠를 처음 읽었습니다. 먼저 나는 라이프니츠와 뉴턴의 추종자인 사무엘 클라크(Samuel Clarke) 사이의 서신을 읽었습니다. 거기서 라이프니츠는 뉴턴의 절대 공간과 절대 시간 개념을 비판하고 물리학에서 관측 가능한 것은 관계적이어야 한다고 주장했습니다. 상호작용으로 인해 발생하는 한 시스템과 다른 시스템의 관계를 설명해야 합니다. 나중에 나는 모나돌로지를 읽었습니다. . 배경에 구애받지 않는 물리학 이론을 만드는 방법에 대한 스케치로 읽었습니다. 나는 때때로 내 사본을 봅니다. 거기에는 라이프니츠가 말한 아름다운 인용문이 있습니다. "같은 도시가 서로 다른 방향에서 보면 완전히 다르게 보이는 것처럼… 말하자면 많은 우주가 존재하지만, 그럼에도 불구하고 각 모나드의 서로 다른 관점에 해당하는 단 하나의 관점일 뿐입니다." 그것은 나에게 이러한 아이디어가 물리학뿐만 아니라 사회 정책과 포스트모더니즘부터 예술, 다양한 사회에서 개인이 되는 느낌에 이르기까지 모든 분야에 매우 적합한 이유를 상기시켜 줍니다. 하지만 그건 또 다른 논의입니다!
Smolin은 그의 "관점의 인과 이론"에서 간단한 계산을 수행합니다. 이론은 각 사건이 직전 과거의 사건에 대해 갖고 있는 정보를 설명하며, 이를 사건의 "관점"이라고 합니다. 우주는 우주에 대한 이러한 모든 부분적인 견해의 다양성을 극대화하는 법칙에 따라 새로운 사건이 계속해서 창조되면서 성장합니다.
당신의 작업은 철학의 영향을 많이 받았습니다. 역사적으로 돌이켜보면 아인슈타인, 보어, 존 휠러 같은 사람들은 모두 철학을 매우 진지하게 받아들였습니다. 그것은 물리학에 직접적인 영향을 미쳤습니다. 그것은 위대한 물리학자의 특징인 것 같으면서도 —
그리고 훌륭하지 않은 물리학자들도 마찬가지입니다.
알았어, 알았어! 오늘날 물리학에서 철학을 이야기하는 것이 거의 금기시되는 것 같습니다. 당신도 그런 경험을 해보셨나요?
전혀 그렇지 않습니다. 기본 법칙에 대한 지식을 심화시키는 것이 목표인 기초 물리학의 선도적인 이론가 중 다수는 철학을 매우 잘 알고 있습니다. Hampshire College의 학부생으로서 저는 많은 물리학과 일부 철학 과정을 이수했습니다. 그러다가 하버드 대학원에 진학하면서 박사학위를 두 번 하려고 했어요. 물리학과 철학을 전공했지만 철학에는 꽤 빨리 환멸을 느꼈어요. 내 말은, 물리학자들은 충분히 오만했다는 것입니다. 하지만 철학자들은 더욱 그렇습니다.
20세기 초반 유럽에서 물리학 혁명이 일어났을 때, 아인슈타인, 보어, 하이젠베르크, 슈뢰딩거 등과 같은 사람들은 철학에 대한 교육을 잘 받았고, 그것이 물리학자로서의 그들의 작업에 영향을 미쳤습니다. 그런 다음 지배적인 물리학 방식이 반토대적이고 반철학이 되는 실용적인 전환이 있었습니다.
MIT의 물리학 역사가 데이비드 카이저(David Kaiser)는 이에 대해 자세히 연구했습니다. 그는 양자역학 교과서와 강의 노트를 연구했으며, 1940년대부터 1950년대까지 양자역학 과정에서 철학과 기초 문제에 대한 언급이 어떻게 사라졌는지 확인했습니다. 프리먼 다이슨(Freeman Dyson)은 일반적으로 젊은 사람들은 반항적이고 노인들은 보수적이라고 말했지만, 그의 세대에서는 그 반대였다. 젊은 사람들은 지저분한 철학이나 근본적인 문제에 대해 듣고 싶어하지 않고, 그냥 나가서 양자역학을 적용하고 싶었습니다.
이는 1940년대부터 1970년대까지 표준모형의 확립, 응집물질물리학 등을 통해 양자역학의 응용이 폭발적으로 늘어나는 데 큰 도움이 되었습니다. 하지만 근본적인 물리학이 막혔고, 우리가 막힌 이유 중 하나는 이 실용적이고 반토대적인 문화로는 진전을 이룰 수 없는 일련의 문제에 도달했기 때문입니다. 응집물질이나 천체물리학과 같이 우리가 관련 법칙을 알고 있다고 가정할 수 있는 분야가 계속해서 번성하고 있다는 점을 분명히 해야 합니다. 하지만 당신의 목표가 새롭고 더 깊은 법칙을 발견하는 것이라면 철학자들과 다시 어울려야 합니다. 그리고 그 일은 훨씬 더 많이 일어나고 있습니다.
철학자들과 섞이기 시작했을 때 물리학을 잘 아는 사람도 몇 명 있었지만 대부분은 그렇지 않았습니다. 오늘날 물리학철학을 연구하는 젊은이들은 대부분 물리학을 잘 알고 있다. 철학과의 교류가 다시 이뤄지고 있는데 좋은 일이라고 생각합니다.
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