제가 아는 선에서 적어봅니다. 저도 수학은 못해요.
현재 우리가 사는 우주는 4가지 힘이 존재합니다.
1.중력 2.전자기력(전기&자기) 3.강력 4.약력
외에 과학자들이 더 추가하려고 안간힘을 쓰고있지만 수확은 없다고 알고있음.
4가지라 하지만 분류하면 2가지라 할 수 있습니다.
1. 거시세계에서 적용가능한 중력 : 질서있음
2. 미시세계에서 적용가능한 양자역학(전자기력+강력+약력) : 확률
중력에 대한 역사는 300년전 뉴턴이 떨어지는 사과를 보고 만든 만유인력법칙이 가장 유명하죠.
아직도 많이 사용하는 이론으로 어찌보면 1차원적인데. 질량이 있는 물체는 서로를 끌어당긴다는 논리입니다.
틀린말은 아니지만 100년전 아인슈타인이 이보다 업그레이드된 이론인 상대성이론을 내놓습니다.
상대성이론은 질량을 가진 물체가 단순히 끌어당기는 것이 아니라 질량을 가진 물체가 주위 공간을 휘게 만들어 끌어 당긴다는것이 핵심이죠.
침대위에 볼링공을 올려놓으면 평평했던 침대가 볼링공에 의해 들어가죠 그걸 상상하심 됩니다.
그 침대 위에 다른 물체를 올려놓으면 볼링공쪽으로 빨려가겠죠.
단순히 서로를 끌어들이는 것이 아니라 어떤 휘어지는 공간에 의해 빨려간다는것이 핵심입니다.
여기에서 블랙홀의 원리는 간단합니다. 침대 위에 무개가 겁~~~나게 무거운 물체를 올려놓으면 침대가 뚫리고 땅이 버티지 못한다면 계속해서 밑으로 떨어지겠죠.
그 구멍에 물건을 넣으면 다시 내손으로 들어올리긴 힘들겁니다.
자연상태에서 블랙홀이 만들어지는건 우리 태양은 상대도 안되게 큰 질량을 가진 항성이 내부 압력과 중력이 너무 높아 공간이 버티지 못하고 붕괴하는 경우라 알고있습니다.
참고로 항성의 질량을 추정할때 가장 쉽게 확인하는 방법은 그 항성에 색입니다. 무지개색 순으로 빨주노초파남보 이죠.
우리 태양은 주황색과 노란색 사이니 항성 중 규모가 작은편이라 할 수 있겠습니다.
상대성이론은 중력외에 시간도 정의하는데 빛보다 빠른 물체는 있을 수 없다라는것과 시간이 중력에 영향을 받아 질량이 큰 물체거나 큰 곳일수록 시간이 각기 다르게 흐른다는 것입니다.
실제로 아파트 1층에 사는 사람과 20층에 사는 사람은 평생에 걸쳐 몇초 남짓이겠지만 흐르는 시간은 다르다고 합니다.
지구 주위를 도는 인공위성의 경우도 지구 중력의 영향을 지구안에 있는것들보다 덜 받기때문에 시간이 더 빨리간다고 합니다. (인공위성은 시간측정이 약간 다르다합니다.)
모든 사람들이 각기 몸무게와 있는곳에 따라 시간의 흐름이 다르다는것입니다. 그리고 자동차로 빨리 이동할때도 역시 시간의 영향을 받습니다.
이제 미시세계에 양자역학입니다.
원소는 다들 아실껍니다. 학교에서 원소주기율표로 강제외움당하는....
원자가 있고 그 주변에 전자가 돌고 원자내부에는 다양한 입자가 있죠.
이 입자들부터 양자역학의 공식으로 이해한다고 합니다.
전자기력은 전기와 자기로 모두 아실테고 나머지 두힘인 강력과 약력이 있죠.
강력은 원자내부에 입자들이 붕괴되지 않도록 강한힘으로 묶어주는 역할을하는 힘입니다.
반대로 약력은 원자내부에 입자들중 특정입자를 강제 붕괴시키는 힘입니다.
사실 거시세계의 운동은 관찰이 매우 쉽습니다. 성능좋은 만원경으로 웬만하면 볼 수가 있죠.
반면 미시세계는 말그대로 보이지 않는 영역이라 관찰이 불가능하거나 매우 힘듭니다.
단, 간접적으로 느끼거나 사용이 가능하죠. 전기의 사용, 바코드사용, 자석, 반도체 등등
그런데 과학자들은 성격이 다른 이 두가지 이론을 통합해야 한다고 합니다.
원래 하나였기도 하고 그래야 이 우주를 제대로 이해한다는 것이죠.
실제로 아인슈타인은 자신의 연구 거의 대부분을 이 통일장이론을 만드는데 주력했지만 결국 풀지 못했습니다.
그러다 끈이론이란것이 등장합니다. 끈이론은 좀더 보완된 초끈이론과 다양한 초끈이론 5개를 혼합한 M이론등이 있지만
뿌리는 같으니 끈이론으로 통일해서 부르겠습니다.
아마 들어보신 분들도 있을껍니다. 끈이론이나 초끈이론 혹은 만물은 끈이 진동하고 있다든가 하는 이야기들 말입니다.
쉽게 말해 끈이론의 핵심은 다차원입니다.
물과 기름처럼 섞이지 않는 중력과 양자역학을 다차원이란 공간을 넣어 풀어보는 것이죠.
이미 끈이론으론 통일장이론이 완성되었다고 알고 있습니다.
다만, 다차원공간이란게 공상과학이나 철학이냐? 할정도로 허무맹랑하고 관측이 불가능하다는점 때문에 옛날 주류과학계에서 비웃음 당했다는 것입니다.
끈이론에서 주장하는 내용들을 생각나는대로 풀어보자면 아래와 같습니다.
- 우리 우주는 관측가능한 3차원이 아니라 시간을 포함하여 총 11차원이 존재
- 우리의 3차원 + 시간 1차원 외 7개에 나머지 차원은 공간에 촘촘히 말려있음
- 끈이 진동하는 공간은 원자보다 수억배나 더 작음. 이렇게 끈이 작아야 공식이 성립됨.
- 원자가 지구크기면 끈의 크기는 사람정도. 제대로 관측하려면 태양계 크기만한 관측기구 필요. (한마디로 불가능)
- 끈이론의 최종버전인 M이론을 만든 천재 물리학자 에드워드 위튼이 차원간에는 맴브래인이라고 하는 막이 있어 차원간 간섭이 불가능하다고 결론내림.
- 중력이 전자기력, 강력, 약력같은 나머지 힘보다 터무니없이 약한 이유는 중력자가 다른 차원으로의 힘의 손실이 있기 때문이라고 이야기함.
- 중력자가 다른 차원으로 날아간다는건 중력으로 다른 차원과의 간섭이 가능하다는 이야기고 이건 곧 다른차원과 통신도 가능한것이라고 이야기함.
- 다른 차원이 우리의 공간과 바로 밀접하게 있을 수 있는게 가능하다 보고 막(멤브레인)이 있어 보고 느끼고 간섭이 불가.
- 우리 우주의 상위 우주는 5차원으로 우린 그 5차원 우주의 존재하는 작은 일부라고 보기도함.
- 다중우주론은 여러개의 우주가 존재하고 각개의 우주는 지배하는 힘이 다르다고 합니다. 우리는 중력 약력 강력 전자기력이고 각 힘의 세기도 정해져있지만 이게 우주마다 다 다르다함.
등등 입니다. 귀신같은 미신으로 치부하는 과학자도 다수고 이단 종교에서 교리로 삼을법한 내용들이 대부분이지만
끈이론이 가지고 있는 수학공식이 너무 완벽하기 때문에 일부에선 이 이론이 없어질 일은 없을꺼라 주장합니다.
특히 점점 과학계가 진보화됨에 따라 끈이론이 점점 주류로 등장하려는 느낌도 들지만 관측이 불가능하다는게 가장 큰 단점입니다.
그리고 90년대 말부터 과학자들은 미시세계의 영역을 보기위해 입자가속기라는 새로운 관측을 시도하고 있고
CERN에서 스위스와 프랑스 국경쪽에 만든 입자 가속기가 현재 가장큽니다.
이 입자가속기에서 실험 대상은 아래와 같습니다.
- 약전자기 대칭은 어떻게 깨지는가? 표준 모형에서 예측하는 힉스 메커니즘에 의한 것인가? 그렇다면, 힉스 보존의 질량은 무엇인가?
- 표준 모형이 중입자 질량의 비를 정밀히 예측하는가? 아니라면, 표준 모형을 어떻게 확장하여야 하는가?
- 초대칭이 존재하는가? 초대칭이 예측하는 추가 입자 (초짝입자)가 존재하는가?
- 왜 물질과 반물질 사이에 명백한 비대칭이 있는 것인가? (CP 위반)
- 초끈 이론 등에 의해 예측된 추가 차원이 실재하는가?
- 암흑물질은 무엇으로 이루어진 것인가? 암흑에너지의 정체는 무엇인가?
- 왜 중력이 다른 상호작용에 비해 터무니없이 약한가? (계층 문제)
이 중 3번과 5번은 끈이론과 직관련되어 있고 7번 중력문제도 위에 언급했지만 끈이론에서는 이미 풀린 문제이죠.
만약 끈이론이 비주류로 계속 비웃음만 받고있는 이론이라면 현재 과학자들의 최대 관심사인 이 실험에 포함되었을리는 없다고 생각합니다.
입자중 중력자가 있고 이 중력자가 사라지는 순간이 포착되면 다차원이론이 어느정도 증명된다는 것이죠.
영화 인터스텔라에서도 위에 끈이론에서 나오는 이론들이 몇 등장하죠. 영화에 참여한 킵손이란 인물도 끈이론을 어느정도 사용하는것 같습니다.
다차원이라든가 중력파로 메세지를 날린다든가 하는 장면들 말입니다.
이미 주류 과학계 과학자들도 표준모형에서 끈이론을 가져와 자신의 연구로 삼는 일들도 많은것 같습니다.
아래는 우리나라의 유명한(?) 과학자분의 인터뷰인데 한번 보시면 좋습니다. 이분이 말하는 논리에도 끈이론이 상당수 포함되어있습니다.
과학 물리학 이런 영역이 사실 일반인들이 이해하기 너무 힘들죠 ㅠ
거시세계 법칙과 미시세계 법칙 그리고 그둘을 융합하기 위한 통일장이론
큰영역에서 보면 이러한데 세부적으로 들어가면 이해도 안되고 그리고 이론으로 암만 떠들어봐야 공식으로 이해하는것과는 또 차이가 있다고 하니까요.
제 글이 과학 잘 모르셨던 분들도 조금이나마 이해할 수 있는데 도움이 되었으면해서 한번 적어봅니다.
약간의 사견을 풀자면 개인적으론 다차원이 맞다고 생각합니다.
우리 우주는 4차원이 전부가 아니라 몇개의 차원과 상호작용하며 존재하고 있다고 느껴지구요.
그 증거로 미시세계의 양자역학을 들겠습니다. 현재 우리가 존재하는 4차원과는 전혀 다른 세계라 보이고
상대성이론의 핵심인 공간의 휘어짐이란게 관측이 불가능 합니다. 어떤 공간이 어떻게 휘어지느냐? 궁금하지 않나요?
이것 역시 다른차원과의 상호작용같고 특히나 중력은 위에 적었지만 차원간에 간섭이 가능합니다.
우주에 26%를 차지하는 암흑물질도 위에 링크한 교수님의 인터뷰처럼 다른 차원에서 간섭하는 중력자가 아닐까 합니다.
전체 26%면 평소에 우리도 항상 느껴야 할 정도로 엄청 많은건데 아무것도 안느껴진다는게 이상하지 않나요.
암흑물질은 은하를 구성하는 가장 중요한 중력매개체 입니다. 암흑물질이 없었다면 은하를 구성하지 못하고 각 원소들은 흩어지죠.
그 외에도 전기나 자기장 빛 주파수 전부 4차원의 것들이 아니라 생각합니다.
혹시 진짜 과학자분이 제 글을 읽으신다면 틀린부분 지적 부탁드리고 내용 보충 해주신다면 감사하겠습니다 ^^
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양자역학은 무질서가 아닙니다.... 양자역학 설명의 대표적인 와전점인데 확률론일 뿐 무질서가 아니에요.
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양자역학은 무질서가 아닙니다.... 양자역학 설명의 대표적인 와전점인데 확률론일 뿐 무질서가 아니에요.
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네넵 수정했습니다. 예전에 다큐에서 미시세계와 거시세계를 표현할때 미시세계는 무질서하다고 소개했던게 계속 뇌리에 있어서 ^^; | 20.09.15 09:18 | |
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과학계에서는 관측이 안되서 아쉽지만 꽤나 진보적인 이론이 아닌가 합니다. 저 역시도 다차원의 비밀이 풀리길 바래봅니다. | 20.09.15 09:21 | |
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헙... 디테일합니다. 본문 수정하겠습니다. 좋은 말씀 감사합니다! | 20.09.15 09:22 | |
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네? 첨듣는이야기네요.. 중력의 비밀이라면 역시 다른차원과의? | 20.12.15 09:23 | |