더 많은 물리학자들이 공간과 시간이 “환상”이라고 생각하기 시작한 이유

지난 12월, 80년 이상 알려진 양자 현상인 얽힘을 실험적으로 확인한 공로로 노벨 물리학상을 수상했습니다. 1935년 알버트 아인슈타인과 그의 동료들이 생각한 것처럼 양자 물체는 멀리 떨어져 있어도 불가사의하게 관련될 수 있습니다. 그러나 이상하게 들리는 현상처럼, 이 고대의 아이디어가 여전히 물리학에서 가장 권위 있는 상을 받을 자격이 있는 이유는 무엇입니까?

공교롭게도 최근 노벨상 수상자들이 스톡홀름에서 수상하기 바로 몇 주 전에 Harvard, MIT, Caltech, Fermilab 및 Google의 저명한 과학자 팀이 Google의 양자 컴퓨터에서 프로세스를 실행했다고 보고했습니다. 벌레 구멍. . 웜홀은 시공간의 지름길 역할을 할 수 있는 우주를 관통하는 터널로 SF 팬들에게 사랑받고 있으며, 이번 실험에서 구현한 터널은 2D 유니버스 게임에만 존재하지만 향후 연구의 돌파구가 될 수 있다. 물리학의 최첨단에서. .

그런데 왜 얽힘이 공간과 시간과 관련이 있습니까? 그리고 그것이 미래의 물리학적 혁신에 얼마나 중요할까요? 적절하게 이해된 얽힘의 개념은 우주가 철학자들이 말하는 것처럼 “단일”이며 우주의 모든 것이 근본적인 수준에서 하나의 통합된 전체의 일부라는 것을 의미합니다. 근본적인 실재가 파동 용어로 설명되고 모나드 우주가 전역 함수를 필요로 한다는 것은 양자 역학의 정의 속성입니다. 수십 년 전, 휴 에버렛(Hugh Everett)과 디터 제(Dieter Zeh)와 같은 연구자들은 우리 일상의 현실이 그러한 포괄적인 양자 역학 설명에서 어떻게 나타날 수 있는지 보여주었습니다. 그러나 지금은 Leonard Susskind나 Sean Carroll과 같은 연구자들이 이 숨겨진 양자 현실이 물질뿐만 아니라 공간과 시간의 구조 자체를 설명할 수 있는 방법에 대한 아이디어를 개발하고 있습니다.

얽힘은 또 다른 이상한 양자 현상 그 이상입니다. 양자 역학이 세상을 하나로 합치는 이유와 우리가 이 근본적인 통일성을 많은 분리된 사물로 경험하는 이유 모두 뒤에 작용하는 원리입니다. 동시에 얽힘은 우리가 고전적인 현실에 살고 있는 것처럼 보이는 이유입니다. 그것은 문자 그대로의 의미에서 세계의 접착제이자 창조자입니다. 얽힘은 둘 이상의 구성 요소로 구성된 개체에 적용되며 “실제로 일어날 수 있는 모든 것”이라는 양자 원칙이 이러한 구성 요소 개체에 적용될 때 발생하는 일을 설명합니다. 따라서 얽힘 상태는 구성 대상의 구성 요소가 동일한 전체 결과를 생성할 수 있는 모든 가능한 조합의 중첩입니다. 다시 말하지만, 얽힘이 실제로 어떻게 작용하는지 설명하는 데 도움이 될 수 있는 것은 양자장의 물결 모양 특성입니다.

폭풍우가 치는 날 완벽하게 잔잔한 유리 바다를 상상해 보세요. 이제 스스로에게 물어보십시오. 두 개의 개별 파동 패턴을 중첩하여 어떻게 그러한 레벨을 생성할 수 있습니까? 한 가지 가능성은 완벽하게 평평한 두 표면의 중첩이 다시 완벽하게 평평한 결과를 낳는다는 것입니다. 그러나 평평한 표면이 생길 수 있는 또 다른 가능성은 두 개의 동일한 파동 패턴이 서로 반 주기의 진동에 의해 중첩되어 한 패턴의 파동 마루가 다른 파동 골을 제거하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 유리체의 둘레만 관찰한다면 그것은 두 개의 팽대부의 결과이기 때문에 개별 팽대부의 패턴을 말할 방법이 없을 것입니다. 파동에 대해 말할 때 완전히 평범해 보이는 것이 경쟁 현실에 적용될 때 훨씬 더 기괴한 결과를 낳습니다. 만약 당신의 이웃이 그녀에게 두 마리의 고양이가 있다고 말하면, 하나는 살아 있고 다른 하나는 죽었다는 것은 각각 첫 번째 또는 두 번째 고양이가 죽었고 나머지 고양이가 살아 있다는 것을 의미합니다. 당신은 그들 중 어느 것이 운이 좋은지 모를 수도 있지만 이웃의 표류를 타게 될 것입니다. 양자 영역에서는 그렇지 않습니다. 양자 역학에서 동일한 진술은 두 고양이가 상태의 중첩으로 병합되었음을 나타냅니다. 첫 번째 고양이는 살아 있고 두 번째 고양이는 죽었고 첫 번째 고양이는 죽었고 다른 고양이는 살아 있지만 두 고양이가 절반일 가능성도 있습니다. 살아 있고 반쯤 죽은 고양이, 또는 첫 번째 고양이가 3분의 1이 살아 있는 반면 두 번째 고양이는 잃어버린 생명의 2/3를 더합니다. 한 쌍의 양적 고양이에서 개별 동물의 운명과 상황은 전체의 경우 완전히 사라집니다. 마찬가지로 양자 우주에는 개별 개체가 없습니다. 존재하는 모든 것은 하나의 “하나”로 결합됩니다.

양자 얽힘은 탐험할 수 있는 완전히 새롭고 광대한 영역을 드러냅니다. 그것은 과학의 새로운 토대를 정의하고 입자 물리학이나 끈 이론이 아닌 양자 우주론을 기반으로 하는 모든 것에 대한 이론에 대한 우리의 검색을 전환합니다. 그러나 물리학자들이 그러한 접근법을 취하는 것이 얼마나 현실적입니까? 놀랍게도 현실적일 뿐만 아니라 실제로 그렇습니다. 양자 중력의 최전선에 있는 연구원들은 얽힘의 결과로 시공간을 재고하기 시작했습니다. 점점 더 많은 과학자들이 우주의 불가분성에 대한 연구를 기반으로 하고 있습니다. 이러한 접근 방식을 취함으로써 그들이 마침내 공간과 시간에 대한 기초의 깊이를 진정으로 이해하게 될 것이라는 희망이 큽니다.

공간이 얽힘에 의해 결합되든, 물리학은 시공간 너머의 추상적인 물체로 기술되든, 보편적인 에버렛 파동 함수로 표현되는 가능성의 공간으로 기술되든, 우주의 모든 것이 단일 양자 물체로 축소되든, 이 모든 아이디어는 독특한 특징을 공유합니다. 일원론의 맛. 현재로서는 이러한 아이디어 중 어떤 아이디어가 물리학의 미래에 영향을 미치고 결국 사라질지 판단하기 어렵습니다. 흥미로운 점은 아이디어가 원래 끈 이론의 맥락에서 개발되었지만 끈 이론을 능가하는 것으로 보이며 끈이 더 이상 최신 연구에서 역할을 하지 않는다는 것입니다. 공통점은 이제 공간과 시간이 더 이상 중요하지 않다는 것입니다. 현대물리학은 이러한 기존의 배경에 배치된 것들을 계속하기 위해 공간과 시간으로 시작하지 않습니다. 대신 공간과 시간은 스스로를 보다 근본적인 영사기 현실의 산물로 간주합니다. Princeton’s Institute for Advanced Study의 끈 이론가의 선구자인 Nathan Cyberg는 “나는 공간과 시간이 환상이라는 것을 거의 확신합니다. 이것들은 다음으로 대체될 초보적인 개념입니다. 뭔가 더 복잡해.” 더욱이, 새로운 시공간을 제안하는 대부분의 시나리오에서 얽힘이 주요 역할을 합니다. 과학철학자 Rasmus Yaxland가 지적했듯이 이것은 궁극적으로 우주에 더 이상 개별 물체가 없다는 것을 의미합니다. 모든 것이 다른 모든 것과 연결되어 있다는 것: “세상이 관계를 맺듯이 얽힘을 포용하는 것은 분리 가능성을 포기하는 대가를 치르게 됩니다. 이 세계(그리고 아마도 다른 모든 세계)의 잠재력을 형성할 것입니다.” 따라서 공간과 시간이 사라지면 통합된 공간이 나타납니다.

반대로 양자 일원론의 관점에서 볼 때 양자 중력의 놀라운 결과는 멀리 있지 않습니다. 이미 아인슈타인의 일반 상대성 이론에서 공간은 더 이상 정지 상태가 아닙니다. 오히려 그것은 물질 덩어리와 그 에너지의 원천입니다. 독일 철학자 Gottfried W. Leibniz의 견해와 매우 유사하게 사물의 상대적인 질서를 설명합니다. 이제 양적 단위에 따라 한 가지만 남게 된다면, 정리하거나 정리할 것이 아무것도 남지 않게 되고, 결국 이 기본적인 서술 수준에서 공간 개념은 더 이상 필요하지 않게 된다. 그는 공간, 시간 및 물질을 발생시키는 단일 양자 우주인 “The One”입니다.

“GR = QM” Leonard Susskind는 양자 정보 과학 연구자들에게 보낸 공개 서한에서 다음과 같이 대담하게 주장했습니다. 일반 상대성 이론은 양자 역학에 불과합니다. 정말이었다. 완전히 이해할 수 있습니다. Sean Carroll이 지적한 것처럼 “중력을 정량화하는 것은 아마도 잘못된 것이었고 시공간은 계속해서 양자 역학에 숨어 있었습니다.” 미래를 위해 “중력을 정량화하는 대신 양자 역학을 시도해야 할 수도 있습니다. 또는 더 정확하지만 덜 흥미롭게도 “양자 역학 내에서 중력을 찾으십시오”라고 Carroll은 자신의 블로그에서 제안합니다. 이론으로 이해된다면 양자는 처음부터 진지합니다. 시공간에 발생하지 않지만 보다 근본적인 디스플레이 장치 현실 내에서 발생하는 양자 중력 탐색의 많은 막다른 골목은 피할 수 있습니다. 에버렛과 치가 영향력 있는 양자 선구자 닐스 보어(Niels Bohr)의 역학 약어에 대한 해석을 고수하기보다 이미 언급한 것처럼, 고대에 채택되고 중세에 박해를 받은 1년 된 철학이 르네상스에 부활하고 낭만주의에 손을 댔습니다. 도구로, 우리는 현실의 바로 그 기초를 신비화하는 길에 있을 것입니다.

에서 적응 하나: 고대의 아이디어가 물리학의 미래를 유지하는 방법 하인리히 베이스. Copyright © 2023. Hachette Book Group, Inc.의 출판물인 Basic Books에서 이용 가능. 판권 소유.