빅뱅을 대체할 정적의 순간

       

빅뱅을 대체할 정적의 순간  우주와 시간 / 과학  2014/06/17 09:00 http://blog.naver.com/hansyoo/220029222562 전용뷰어 보기 빅뱅을 대체할 정적의 순간 Sabine Hossenfelder, aka Bee, Wednesday, January 29, 2014, Back Re Action 쉿! ​     누구나 빅뱅이란 말을 하지만, 물리학자들에겐 빅뱅이 ‘Big Headache’, 큰 골칫거리다.그들은 우주 최초의 순간 정확히 어떤 일이 일어났는지 여전히 알지 못한다. 맨 처음,물질의 밀도는 극도로 높았고, 공간과 시간의 큰 양자 요동이 있었다. 그 정도를 알고 있지만, 그러나 여전히 양자 중력 이론을 필요로 하는 ‘요동(fluctuations)’을 기술할 방법을 알지 못한다. 이게 없이는 과연 어떤 것이 폭발(bang)했는지 자신 있게 말할 수가 없다.     일반 상대성 이론에서 예측하는 우주의 기원은 빅뱅이라는 특이점(singularity)인데, 일반적으로 양자(화된) 중력(이론)은 이 특이점(singularity)을 없앨 것으로 기대되고 있다. 그러나 아직은 완전하게 양자 중력 이론을 전개하지 못하고 있고, 대신 초기 우주에 대한 여러 가지 모델들이 검토되고 있다. 이 모델들은 양자 중력에 근거를 두고 있긴 하지만, 엄밀하게 말하자면 양자 중력 이론에서 전개된 것은 아니고 이론적으로 근접하는 것들이다. 이 모델들 중에서 가장 잘 알려진 것은 끈 우주론과 고리 양자 우주론(loop quantum theory)이며, 각각 끈 이론과 고리 양자 중력 이론을 바탕으로 한다.     특히 고리 양자 우주론은 빅뱅을 ‘빅 바운스(Big Bounce)’로 대체한다. 물질의 밀도가(플랑크 스케일에 연관된) 특정 임계 밀도에 도달하면 그때까지 수축되던 것이 다시 팽창한다.      한편 최근 양자 중력을 대체할 완전히 새로운 시도로 검토되고 있는 CDT(Causual Dynamical Triangulation) 이론이 있다. CDT 이론은 시공간을 유한한 크기의 덩어리도 나눔으로써 빅뱅 특이점을 피한다. 그리고 이론상 시공간이 서로 다른 위상으로 존재할 수 있음이 최근 발견되었다. 물이 서로 다른 3가지 위상으로 존재하는 것과 매우 흡사하다. 초기 우주에서 온도가 높고 시공간이 서로 다른 위상일 수도 있었는데, 그러다가 시공간이 붕괴되어 인과적으로 서로 분리되었다. CDT 이론에서의 시공간도. 매개변수 K는 뉴턴 상수의 역에 비례하고, 매개변수 Δ는 시공간을 구성하는 두 가지 타입 (시공간) 덩어리를 양자화하는 것과 연관된다. 허블 이미지로 그려진 위상 C는 우리가 사는 시공간이고, 오른쪽 위상 A에서는 시공간이 인과관계가 끊어진 조각으로 분리된다. 아래쪽 위상 B에서는 시공간이 매우 긴밀하게 연결된다. 수치 해석 시뮬레이션 상에서 위상 C에서 A로는 선형적으로 전환되고, 위상C에서 B로는 비선형(2차)으로 전환된다. 위상 A에서는 모든 것(시공간)이 서로 분리되며, 시공간 B에서는 모든 시공간이 연결된다. 시공간 C는 그 중간으로, 비로소 당신이 스마트폰으로 찍은 사진을 소셜 네트워크 상의 친구들과 공유할 수 있다. ​     한편 CDT와 아무런 연관성이 없는 고리 양자 우주론에서도 최근 이와 비슷한 것이 발견된 것은 매우 흥미롭다.     제이컵 미엘자레크(Jakub Mielczarek)는 시공간의 고리 양자화를 통한 수정 이론이 광속의 밀도 의존성으로 간단히 다시 쓰일 수 있다고 주장한다(참고: J. Mielczarek, Asymptotic silence in loop quantum cosmology. AIP Conf. Proc. 1514 (2012) 81, [arXiv:1212.3527]).     논문 내용은 장황하지만, 주된 결론은 이렇다. 밀도가 높을수록 광속은 느려진다. 임계 밀도의 1/2일 때 광속은 제로(0)가 되고 이는 (시공간의) 점들이 인과적으로 분리(disconnected)되었음을 의미한다. 그런대 이보다(임계 밀도의 1/2) 밀도가 더 커지면 더욱 흥미롭다. 광속이 허수가 되고 광속의 제곱은 음수가 된다. 이는 시간의 존재가 사라지고 공간으로 전환됨을 의미한다. 물리학자들은 시공간이 유클리드 공간이 된다고 말한다.    이 발견은 이른바 하틀(Hartle)과 호킹(Hawking)이 제안한 무경계(no-boundary) 가설과 잘 어울리며, 그보다 더 앞서서 매우 일반적인 빅뱅 특이점 근처에서 발생했을 것이라 고려되었던 이론들과도 잘 부합된다. 고전 이론에서는 인과적 분리가 점근적(asymptotically)으로만 발생하고 ‘점근적 침묵(asymptotic silence)’이라고 불렸다. 양자화된 경우에는, 인과관계의 분리가 유한한 시간에 발생하고 특이점을 대체하며 따라서 빅뱅은 특이점이 없는 영역에서는 “침묵의 순간(moment of silence)”이다.    앞으로 “침묵의 순간”을 이론적으로 지지하는 논문들이 나타나도 별로 놀랄 일이 아니다. 그리고 물론 큰 의문점은 이 우주 최초의 침묵의 흔적이 우주론에서의 구조형성(structure formation)이나 우주배경복사 같은 관측 치에 남겨질까 하는 것이다. * 이 글은 사빈 호센펠더(Sabine Hossenfelder)의 개인 블로그에서 인용했고, 그녀는 스웨덴 스톡홀름의 노르딕 이론물리연구소(Nordic Institute for Theoretical Physics)의 고에너지 물리학과 조교수이다. ​ [출처] 빅뱅을 대체할 정적의 순간|작성자 HANS  - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..  - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..

 

      - 네이버 블로그 <Physics of Dream>  hansyoo 님의 글 중에서 전재..