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물리학으로 설명할 수 없는 우주의 처음 몇 초 (The First Few Moments That Physics Can't Explain)
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강의소개 

우주의 기원에 관한 놀라운 발견들이 많이 있지만, 여전히 처음 몇 초 동안 무슨 일이 일어났는지는 확실히 알지 못합니다. 자세한 내용을 함께 알아보도록 합시다.
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우리는 아주 거대한 우주의 일부입니다. 그리고 오랫동안 모든 과학 분야가 알아내려고 하는 가장 큰 도전 중 하나는 어떻게 우주가 여기까지 왔냐는 겁니다. 대부분의 과학자들은 빅뱅과 많은 관련이 있을 것이라고 생각합니다. 기본적으로 모든 것이 아주 아주 뜨겁게 압축된 상태로 시작된 때 말입니다. 그러고나서 빅뱅 이후 백 곱하기 백만 분의 1초쯤 어떤 시점에서 무언가가 우주 팽창을 야기했습니다. 우주가 갑자기 팽창한 때죠. 이후 그것은 빠르게 식기 시작했고, 결국 우리가 아는 우주로 발전했습니다. 질량과 에너지, 그리고 빛으로 가득한 우주요. 이 전 과정의 세부 사항들을 알아내는 것을 아주 어렵습니다. 그러나 사실 우리는 우주가 팽창하기 전에 무슨 일이 일어났는지 아직 아무것도 모르는 상태죠. 처음 1초의 아주 아주 아주 초기는 우리가 아는 물리학으로 설명할 수 없는 우주 역사의 한 시기였습니다. 이건 플랑크 시대라고 알려져 있는데, 문자 그대로의 시작부터 천만 곱하기 1조 곱하기 1조 곱하기 1조 분의 1초 후까지의 시기입니다. 소수로 표현하면 1 뒤에 0이 42개 있는 겁니다. 에너지가 양자라는 작은 꾸러미들로 이루어져 있다고 제안한 물리학자 막스 프랑크의 이름을 땄죠. 그는 무엇보다도 아주 작은 것의 과학인 양자 역학 연구의 시동을 걸었습니다. 그런데 정확히 플랑크 시대에 무슨 일이 일어났는가를 알아내는 일은 좀 까다롭습니다. 우리는 그렇게 짧은 시간 동안 어떻게 물리학이 작용하는지에 관해서 충분히 알지 못하기 때문이죠. 우리가 아는 것은, 좀더 일반적으로 받아들여지는 모형에 따르면, 빅뱅 직후에 우주는 아주 뜨겁고 밀도가 높아서 우주의 모든 힘들이 동시에 묶여 있었다는 겁니다. 이는 우리가 오늘날 물리학의 4가지 기본 힘이라고 알고 있는 것들이 모두 같은 형태였다는 사실을 의미합니다. 전자기와 더불어 원자보다 작은 입자들이 작용하도록 하는 강하고 약한 힘들, 그리고 중력 말입니다. 이후 우주가 식기 시작하면서 이 힘들은 자신만의 개별적인 효과를 갖는 분명한 힘으로 분리되었죠. 하지만 이게 우리가 기본적으로 아는 모든 것입니다. 왜냐하면 이 모든 4가지 기본 힘을 똑같은 방정식을 사용해서 한번에 설명할 방법을 모르기 때문이죠.왜 그럴까요? 뭐, 기본적으로 우리에겐 우주가 어떻게 작용하는지 이해하기 위한 정말 훌륭한 모형 두 가지가 있습니다. 우리는 아주 작은 것에 대해 이야기할 때 양자 역학을 이용하죠. 원자보다 작은 입자와 그것들로 만들어진 입자들을 이야기할 때요. 그리고 일반 상대성 이론이 있습니다. 아주 빠른 것에 관해 이야기하거나 중력이 어떻게 작용하는지를 설명할 때 사용하죠. 둘 모두 훌륭합니다. 이 행성에 이제껏 산 사람들 중 가장 똑똑한 사람들에게도 이 두 모형을 알아내는 데에 몇 세대가 걸렸죠. 하지만 이 둘은 양립할 수 없습니다. 무엇보다도 그들은 완전히 다른 종류의 수학을 사용하고 있으니까요. 그 결과 이 힘들이 결합되어 있었던 플랑크 시대의 물리학은 수학적으로 전혀 설명할 수 없죠. 예를 들어 양자 역학에서 모든 것은 가능성에 근거합니다. 여러분은 전자가 하나의 특정한 지점에 있다고 할 수 없습니다. 대신 여러분은 특정한 지점에 있을 수 있지만 다른 곳에 있을 수도 있는 가능성이 얼마 있다고 말해야 하죠. 한편 일반 상대성 이론에서는 가능성 없이 주로 중력으로 설명됩니다. 대신 여러분은 특정한 수를 통해서 어떻게 중력의 힘이 우주를 변화시켰는지 설명할 수 있죠. 너무나 간단하죠. 하지만 힘들이 모두 엉켜 있던 플랭크 시대에 관해 물리학자들은 이를 이해하기 위해 이 기묘한 시기에 직면해 있습니다. 그들은 가능성의 관점에서 중력 효과를 계산해야 하겠죠. 그동안 절대적으로 특정한 수를 이용하는 양자 역학을 설명할 시도 역시 해야 할 것입니다. 이건 불가능하죠. 우리가 이 힘들을 설명하기 위해 사용하는 방정식들은 서로 다른 규칙들을 이용하기 때문입니다. 이 대립되는 규칙들을 병합하는 일은 일종의 물리학 성배가 되겠죠. 이게 바로 스티븐 호킹과 셀 수 없이 많은 다른 물리학자들이 수십년 동안 탐구해온 것입니다. 모든 힘들을 같은 방정식으로 설명하는 이론이죠. 모든 것의 이론이요. 하지만 현재로서 그런 이론은 존재하지 않습니다. 즉 과학은 우주 역사 대부분 동안에 우주가 어떻게 여기까지 왔는지 꽤 잘 다르고 있습니다. 몇몇 세부 사항들은 여전히 진행 중이긴 하지만요. 그러나 이 처음 몇 초는 여전히 수수께끼입니다. 이것에 대한 해답은 우리가 우주를 연구하는 방식을 완전히 바꿔 놓을 것입니다. 
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강의자 SciShow Space
제공자 SciShow Space
원본출처 http://youtu.be/8gZnABZUNak
등록자 쪽지
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