물리현상의 원리 - 9조 - 시공간은 과연 근본 개념인가? 물리학과 방정호(`99) 물리학과 박민수(`99)

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1 물리현상의 원리 - 9조 - 시공간은 과연 근본 개념인가? 물리학과 방정호(`99) 물리학과 박민수(`99)
물리학과 이동협(`99) 물리학과 박현철(`00) 물리학과 임재민(`03)

2 니가 아는 시공간이 전부라고 생각해?

3 논의에 앞서… 물리학과 본질에 대하여 물리적 용어의 사용 논리의 전개와 내용의 흐름 전문적인 이론과 수식은 최대한 자제
직관적인 예제들에 주의

4 개 요 시간과 공간은 근본 개념인가? 양자적 평균 기하학적 이중성 블랙홀의 엔트로피 우주는 홀로그램인가? 시공간의 구성요소

5 시간과 공간이란? 흥! 우리가 인식 속에 그어놓은 눈금에 불과해. 결국 존재의 실상은 시간을 떠나 있지.
시간은 변화와 흐름 속에 감지되는 우주의 리듬에 불과하다구.

6 시간과 공간은 근본 개념이 아닐 수도 있다는 뜻이지. 그게 무슨 뜻이냐? -_ㅡ 그게 말이 되냐?

7 양자적 평균 TV (사진) 미국 가정의 평균 자녀 수 : 2.2명 우유 1갤런의 평균 값 : 2.783달러
시간과 공간의 분할 한계 플랑크길이,플랑크시간 스케일에서는 시간과 공간을 더 이상 분할 할 수 없다.

8 String theory 지난 30년간 ‘논리적, 수학적으로’ 타당한 다섯개의 끈이론 발견
(Type I, Type IIA, Type IIB, Heterotic-O, Heterotic-E)  이 이론들은 끈이론의 근본적 특성들을 공유하고, 여분의 6차원 공간을 요구 1995년, Edward Witten이 다섯개의 끈이론을 하나로 묶는데 성공  기존의 끈이론은 하나의 동일한 이론을 다섯 가지 언어로 번역하고 있을 뿐, 다섯개가 아닌 하나의 이론이었다. (M-theory)

9 String theory かわいい~ Mignonne! She’s cute! Lindo~!
근영양 참 귀엽네요! Mignonne! She’s cute! Lindo~! 다섯 개의 끈이론들은 하나의 동일한 대상을 다섯 가지 언어로 번역한 것일뿐, 근본적으로 모두 동일한 물리학을 서술하고 있고 그 이론들은 모두 옳다.

10 기하학적 이중성(Geometrical Duality)
하나의 끈이론에서 제기된 문제를 다른 이론으로 변역하면 그 문제만 달라지는 것이 아니라, 여분 차원의 기하학적 특성(공간의 크기와 형태)도 함께 변환된다. 5개의 끈이론은 모두 동일한 물리학을 서술하고 있으므로, 기하학적 특성이 다르게 나왔다고 해도, 다섯개의 이론은 모두 옳다!  즉, 끈이론은 시공간이 근본적 물리량이 아님을 강하게 시사한다. 다른 끈이론으로 변환! 여분의 6차원 구조에 들어있는 맛있는 도너츠!

11 그렇지. 그러니까 우리가 알고 있는 시공간이란 무언가 다른 근본적인 원인들의 발현 이라는 추측이 가능한거야 다섯개의 이론이 요구하는 시공간의 기하적 위상이 다른데도 모두 동일한 대상을 기술하고 있다는 말이지? 어렵다!

12 블랙홀의 엔트로피와 홀로그램 우주 모형에 대한 논의를 소개하고, 이에 시공간의 논의가 어떤 식으로 진행되어 가는지 알아보고자
자 그렇다면 시간과 공간의 이해를 위한 물리학자들의 논의는 어디까지 진행된 것일까요? 블랙홀의 엔트로피와 홀로그램 우주 모형에 대한 논의를 소개하고, 이에 시공간의 논의가 어떤 식으로 진행되어 가는지 알아보고자 합니다.

13 블랙홀 엔트로피 - 에너지 밀도가 무한대에 가까운 점(singular point) - 사건의 지평선(event horizen)
- 블랙홀의 특성은 모두 일반상대론의 결과 엔트로피 - 가능한 상태의 배열 방법 수에 로그를 취한 값 - 등온 과정에서 엔트로피는 부피에 비례한다 * 블랙홀의 엔트로피는 해당하는 공간이 가질 수 있는 값의 최대 엔트로피이다.

14 자연은 어느 차원에서 운용되고 있는것일까? Bekenstein이 horizon의 넓이로 블랙홀의
엔트로피를 계산할 수 있음을 알아냄 Hawking Radiation - 최초로 양자역학을 도입 - 블랙홀의 입자 생성/복사 과정을 설명 블랙홀의 엔트로피는 부피가 아닌 면적에 비례

15 논의의 흐름을 잘 상기시켜 볼 것! 블랙홀은 동일한 크기의 공간이 가질 수 있는 최대 엔트로피이다.
2. 블랙홀의 복사는 사건의 지평선 근처의 입자-반입자 쌍의 생성 소멸 과정의 반복, 즉 양자 요동의 결과이다. 3.위와 같은 과정은 플랑크 단위의 시공간에서 일어난다. 4. 블랙홀의 엔트로피는 사건의 지평선의 면적에 비례한다. 시공간의 최소 단위 -> 플랑크 길이를 한 변으로 갖는 정사각형 잘 모르겠어! ‘~’

16 그렇다면! 무질서도의 원인이 되는 근본적인 그 무언가는 영역의 내부가 아니라 표면에 존재하는 것일까?

17 우주는 홀로그램인가 토프트와 서스킨드 1997년, 말다세나의 이론 - 4개의 대형 공간차원 + 1개의 시간차원(음의 곡률)
- 엔트로피의 최대값은 표면적에 비례 - 우리가 경험하는 우주의 내부는 우주의 경계면에서 발생하는 사건들에 의해 전적으로 좌우된다. 1997년, 말다세나의 이론 - 4개의 대형 공간차원 + 1개의 시간차원(음의 곡률) 4차원의 시공간을 경계를 갖고있다. - 우주에 살고있는 관측자가 바라보는 물리학이 경계면의 물리학으로 완벽하게 서술될 수 있음을 증명

18 중요한 것은 말다세나가 끈이론의 틀 안에서 홀로그램 우주의 아이디어를 수학적으로 구현했다는 점. 그래서!!!!!! 시공간이 어쨌다는거야?

19 몰.라. 알.수.없.어.

20 시공간의 근본 개념에 대한 전망 끈이론에 기초를 둔 접근 + 루프-양자 중력이론 배경과 독립적인 이론을 찾기 위해 노력

21 참고 문헌 [1] Brian Greene ,우주의 구조(The Fabric of The Universe) (승산 2005)
[2] Hyun Kyu Lee,Myeong-Gu Park, Black Hole Astrophysics 2002, (APCTP) [3] Carl Sagan, Cosmos (學園社1984) [4] [5] Scientific American. April 1997 Pages 52-57