[양자물리학] 양자 중력에 대한 탐구: 잘못된 것이 과학에 필수적인 이유!

이론 물리학자 페이 다우커(Fay Dowker)는 과학적 진보는 논쟁에 달려 있다고 말합니다.

아인슈타인의 중력 이론은 양자 물리학과 잘 맞지 않습니다 . Fay Dowker 교수와 같은 이론 물리학자들은 양자 중력이라는 이론을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 그녀는 Amy Barrett에게 왜 틀렸다는 것이 합의에 도달하기 위한 단계인지 이야기합니다.

Q. 현재 어떤 작업을 하고 있나요?

저는 양자 중력의 문제를 연구하고 있습니다.

우리는 아직 양자 중력 이론이 없기 때문에 이론이 아니라 문제입니다. 그래서 도전은 하나를 찾는 것입니다.

그것은 물리학에서 우리의 현재 가장 좋은 두 가지 기본 이론이 서로 호환되지 않기 때문에 문제입니다. 그들이 모순적이라는 것은 강력한 진술이지만, 나는 실제로 그것을 말하는 것이 두렵지 않습니다. 나는 과학이 현재 우리가 이해하고 있는 서로 다른 부분들 사이의 모순을 살펴봄으로써 발전한다고 생각하며, 발전을 위해 그러한 모순에 초점을 맞춥니다.

 

따라서 과학은 모순을 용인하지만 영원하지는 않습니다. 역사의 어느 특정한 순간에, 우리가 이해하는 서로 다른 부분들 사이에는 항상 모순이 있을 것이고, 그러한 모순은 정확히 우리가 더 잘하기 위해 집중하고자 하는 부분입니다. 우리의 이해를 통합하려고 합니다.

제가 작업하고 있는 특정 접근 방식을 인과 집합 이론이라고 합니다. 인과 집합은 우리가 제안하는 수학적, 이산적, 원자적 대상에 부여하는 이름일 뿐이며 시공간의 기본 기반이라고 제안합니다.

Q. 당신은 연구를 어떻게 진행하고 있습니까? 당신의 하루는 어떤 모습인가요?

일반적인 하루에는 강의, 튜토리얼 준비, 박사 과정 학생들과 프로젝트에 대해 이야기하기, 앉아서 최근에 나온 흥미로운 논문 읽기가 포함될 것입니다. 그래서, 그것은 매우 다양하며, 그것이 제 작업의 가장 큰 장점 중 하나입니다. 내가 가르칠 때, 나는 연구에 대해 생각하고 연구를 하기 위해 강의 준비를 하고, 학생들을 만나고 있습니다.

저는 이론 물리학자입니다. 즉, 실험실에 얽매이지 않기 때문에 거의 모든 곳에서 연구를 수행할 수 있습니다. 저는 컴퓨터를 많이 사용하기 때문에 종종 책상에 앉아 컴퓨터로 논문을 읽습니다.

눈앞에 종이 한 장과 손에 펜이 없으면 생각하기 힘들어서 종이에 메모를 하며 계산을 하고 있습니다.

Dowker 교수 © Imperial College London

동료들은 컴퓨터 시뮬레이션을 많이 사용합니다. 우리가 이론 물리학을 하고 있지만 컴퓨터는 매우 유용합니다. 사람들은 자신이 만들고 있는 모델을 시뮬레이션하고 어려운 방정식을 풀기 위해 컴퓨터를 사용합니다. 종종 컴퓨터는 우리가 할 수 없는 일을 할 수 있습니다.

사람들은 미분 방정식을 풀기 위해 컴퓨터를 사용합니다. 예를 들어, 기하학과 시공간의 구조를 지배하는 방정식: 아인슈타인의 방정식. 연필과 종이만으로는 분석적으로 풀기가 매우 어렵습니다.

따라서 우리는 이러한 방정식을 풀기 위해 엄청난 양의 컴퓨팅 파워를 사용해야 합니다. 예를 들어 블랙홀 충돌에서 오는 중력파의 형태가 어떻게 생겼는지 알려줍니다.

Q. 얼마나 많은 물리학자들이 당신이 풀고자 하는 문제에 대해 연구하고 있습니까?

그것은 양자 중력에 대해 연구하는 사람들의 글로벌 커뮤니티입니다. 다양한 접근 방식이 있습니다.

우리는 서로 다른 접근 방식으로 나뉘므로 원하는 경우 어떤 사람들은 하나의 발견적 동기에 집중하고 다른 사람들은 다른 시작점에 집중할 것입니다. 그리고 현재로서는 실험적 증거가 희박하여 실제 관찰에 의한 안내가 어렵습니다.

제가 연구하고 있는 이론인 인과관계 집합론의 창시자는 Rafael Sorkin이라는 물리학자 입니다. 그는 캐나다 워털루에 있는 Perimeter Institute에서 일하고 있으며, 누구보다 이론을 발전시킨 작업을 한 사람입니다.

Q. 이 양자 중력 문제를 해결하는 것이 왜 중요한가요?

우주에 대한 더 나은 이해를 위해 노력하는 것은 과학의 전형입니다. 그리고 제가 말했듯이 과학은 모순을 용인하지만 영원히 용납하지는 않습니다. 따라서 과학은 현재 이해의 다른 부분 사이의 모순을 해결함으로써 발전합니다.

 

 

더 잘 이해하려는 과학적 추진력은 양자 중력 이론을 찾으려는 우리의 시도와 탐구에 동기를 부여합니다. 양자 중력의 문제는 매우 근본적입니다. 시공간은 모든 일이 일어나는 경기장입니다. 그것은 우리의 우주입니다.

따라서 근본적인 수준에서 더 나은 것을 이해하는 것은 양자 중력이 무엇인지 아직 모르기 때문에 예측할 수 없는 결과를 낳을 수밖에 없습니다. 그것은 우리 삶의 모든 부분에서 결과를 낳을 수밖에 없습니다. 내가 말했듯이, 그것이 무엇인지 예측하기는 어렵습니다.

Q. 우리는 이것을 이해하는 것과 얼마나 멀리 떨어져 있습니까?

내가 그걸 알았다면... [웃음] 그냥 모르겠어. 나는 많은 것이 미래에 우주론에서 일어날 일에 달려 있다고 생각합니다. 긴장감이 감돌고 있는 그 순간이 있는데요, 어떤 사람들은 심지어 그것을 우리의 최고의 이론, 우주론의 표준 모형, 그리고 우리의 관찰들, 특히 우주의 팽창 속도에 대한 우리의 관찰들 사이의 모순이라고 부르기도 합니다.

그래서 우주는 팽창하고 있고 우리 은하들은 서로 점점 더 멀어지고 있습니다. 그리고 우리는 그것이 일어나는 속도를 측정할 수 있습니다.

 

그 비율은 이제 우리의 표준 우주론 모델과 모순됩니다. 모순은 강력하지만 실험 물리학자들은 매우 보수적입니다. 그들은 정말, 정말로 확신할 때까지 모순을 발표하고 싶지 않지만, 이제 우리가 관찰한 것과 현재 사용하고 있는 모델 사이에 긴장이 고조되고 있습니다.

그것이 우리의 우주론에 대한 표준 모델이 개혁되어야 한다는 것을 보여줄 것이라고 생각합니다. 그리고 그것이 양자 중력에 대한 단서가 될 것이라고 생각합니다. 그러나 우리는 보게 될 것입니다. 그것은 더 많은 우주론적 데이터가 수집됨에 따라 앞으로 몇 년 안에 일어날 수도 있고 일어나지 않을 수도 있는 일입니다.

Q. 우주론과 양자역학에 대한 일반 대중의 오해가 있습니까?

공개 강연을 할 때면 사람들이 얼마나 잘 알고 있는지 놀랐습니다. 나는 동료들에게 듣는 것보다 훨씬 더 기민하고 예리한 공개 강연을 할 때 종종 청중들로부터 질문을 받습니다.

사람들이 관심을 가질 때 훨씬 더 넓은 시야를 갖기 때문이라고 생각합니다. 그들은 훨씬 더 많은 질문을 하고 있습니다. 그들은 일반적으로 왜 이것에 관심이 있는지 알고 싶어합니다. 왜 하나? 여기서 더 광범위한 문제는 무엇입니까? 나는 그것을 엄청나게 즐긴다.

사람들은 매우 기민합니다. 그들은 당신의 주장에서 불일치를 발견할 수 있습니다.

나는 비전문가들과 이야기하는 것을 정말 좋아합니다. 그들의 질문은 매우 도전적이며, 특히 우주론에 대해 종종 매우 잘 알고 있기 때문입니다.

양자 역학은 다른 문제이지만 그것은 사람들의 잘못이 아닙니다. 관심 있는 비전문가의 잘못이 아닙니다. 양자 역학에 대한 혼란, 그리고 아마도 잘못된 개념은 물리학자들의 공동체 자체가 양자 역학과 그것을 이해하는 방법에 대한 합의에 이르지 못했기 때문입니다.

 

양자 역학이 1925년에 만들어지고 아인슈타인의 말처럼 우리의 가장 성공적인 물리학 이론이 되었지만 여전히 그것을 이해하는 방법에 대한 합의가 없다는 점을 감안하면 놀라운 상황입니다. 그게 무슨 뜻이야. 무슨 뜻인가요? 그것은 우리에게 어떤 세계의 그림을 주는가?

일반 상대성 이론과는 다른 상황입니다. 일반 상대성 이론이 우리에게 제공하는 세계의 그림에 대한 과학계의 합의가 있습니다. 양자 역학이 우리에게 주는 세계의 그림에 대한 합의는 없습니다. 다양한 관점이 있습니다. 한 가지 관점은 그런 질문을 하는 것조차 시간 낭비이며 귀찮게 해서는 안 된다는 것입니다.

하지만 그것이 진짜 중요하고 중요한 물리적인 질문이라고 생각하는 사람들 사이에는 저 역시 그 범주에 포함됩니다. 그래서, 비전문가들이 관심을 갖고 있는 것은 불일치가 있고, 논쟁이 있고, 다양한 관점이 있다는 것입니다. 그리고 양자 역학의 본질에 대해 물리학자들이 한 모순된 진술을 말해야 할 것입니다.

Q. 어떤 사람들은 과학에는 의견의 여지가 없다고 말할 수도 있습니다. 이에 대해 어떻게 생각하십니까?

과학에는 의견이 없다고 생각하는 사람이 있다는 사실에 놀랐습니다. 사람이 어떻게 그런 인상을 받을 수 있습니까? 내 말은, 과학은 토론과 토론과 불일치를 통해 번성합니다.

개별 과학자라도 그들이 말하는 것을 보면 그들의 작업은… 시간이 지남에 따라 발전합니다. 사람들의 후기 작업 및 진술은 이전 작업 및 진술과 일치하지 않을 수 있습니다. 그래서 우리는 커뮤니티로서 끊임없이, 끊임없이 토론하고 서로 논쟁하고 있습니다.

 

그것이 과학이 작동하는 방식이며, 과학의 힘이기도 합니다. 개인은 항상 틀릴 수 있습니다. 사실, 우리가 많이 틀릴 때가 있지만, 우리가 합의에 도달할 수 있기 때문에 커뮤니티 전체가 발전합니다. 우리는 서로를 설득해야 합니다. 우리는 어떤 것에 대한 증거가 우리의 의견을 바꿀 만큼 충분히 강력하다는 것을 서로 설득해야 합니다. 그것이 바로 그것의 장점입니다.

Q. 과학을 통한 자신의 여행은 어떻습니까? 오늘의 위치에 어떻게 오게 되었나요?

나는 어린 소녀와 어린 학생이었을 때 수학에 관심이 많았습니다. 나는 학교에서 물리학에 그다지 관심이 없었고, 나는 수학을 공부하기 위해 대학에 갔다. 그러다 3학년이 되면서 일반상대성이론을 알게 되었고 좋아하게 되었습니다.

나는 그 이후로 그 이론을 사랑했고, 그것은 내가 지적 여정을 쉬게 한 반석이었습니다. 나는 학부생들에게 그것을 가르칠 기회가 있었고 그것은 기쁨이었고 특권이었고, 네, 그것은 제 꿈의 가르치는 경험이었습니다.

그래서 늦은 나이에 물리학을 접하게 된 것 같아요. 물리학에 관심을 갖기 시작한 것은 학부생 때부터였던 것 같아요.

양자 중력은 항상 내게 물어볼 수 있는 가장 근본적인 질문인 것 같았습니다. 나는 일반 상대성 이론을 좋아했지만 그것이 물질에 대한 우리의 이해와 일치하지 않는다는 것을 알 수 있었습니다. 그래서 저는 알고 싶었고 여전히 알고 싶었습니다. 중력에 대한 우리의 이해와 세계의 양자적 성질을 조화시키는 방법이라고 생각하니까요.