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저는 우주가 어떻게 작동하는지
가장 기초적인 수준에서 이해하고자 합니다
우리가 발견할 수 있는 가장 근본적인 수준 말이죠.
일상 생활에서 어떤 것이
작동하는 방법을 알아내고자 할 때,
진짜로 하는 것은
숨겨진 구조물을 찾는 것입니다.
예를 들어, 휴대전화와 같은 경우에는,
스마트폰을 보면,
그것은 복잡한 물체이고
그것이 어떤 방식으로 작동하는지 궁금해질 수 있겠죠.
사람들이 할 수 있는 것은
그것을 분해하는 것입니다.
보증은 무효가 되겠지만 (웃음) 괜찮습니다.
그 속에서 찾을 수 있는 것은
그것이 조그마한 전기적 성분으로 구성되어 있다는 점입니다.
그 전기적 성분들은 사실 우리가 알고 있는
특정한 입자 주위를 움직이고 있는데요,
그 입자는 전자라고 불립니다.
거기서 '전자 기기'라는 명칭이 오는 것입니다.
그래서 만약 사람들이 어떻게 그것들을
조립할 수 있는지 실제 규칙들을 안다면
실제로 스마트폰을 만들 수도 있고,
아니면 다른 다양한 전자 기기들을 만들 수도 있는 것이죠.
저와 같이
실제 직업으로, 이런 것들을 하는 사람들이 있습니다.
단순히, 예를 들어서 휴대전화나 그 구성 요소가 아니라,
이런 것들을 물어보는거죠. 예를 들어 사람의 손이 무엇으로 만들어 졌는지,
아니면 앉아 있는 의자라든지,
아니면 지구라든지,
태양,
별,
우주 전체도요.
그래서, 다양한 종류의 기구들과
관찰과
실험을 통해서,
우리는 수년간 점점 더 깊게 조사할 수 있었고,
우리는 이제 우리 자신이 이루어진 물질과
우리가 주변에서 보는 물질들이
사실 아주 작은 기본 입자들로 이루어져 있다는 것을 알게 되었습니다.
그리고 소립자들은 자연의 힘을 통해,
서로 상호 작용합니다.
그러나 우리가 또 발견한 것이있 는데요.
그 자연의 힘들이 소립자들을 서로 교환하면서
작동하기도 한다는 것입니다.
그것들은 사실 물질의 입자들에 의해서 교환되는
힘의 입자들인데요.
여러분들은 올해 들으셨을지도 모르겠는데,
아주 대단한 뉴스가 있었어요,
이 뉴스의 중요한 부분은,
강입자 충돌기, LHC, 에요.
유럽에서 행해진 거대한 실험인데요,
힉스 입자를 발견했고,
입자가 하는 일은
다양한 소립자들과 상호 작용하여,
그들에게 우리가 관찰하는 질량을 주는 것입니다.
이 흥미로운 그림들은
제가 휴대전화를 보여드렸던 것과 유사한 것입니다.
우리에게는 입자 이론의 구성 요소와
규칙들이 있습니다.
그리고 이 입자 이론은
이 모든 것들이 작동하고
다양한 것들을 만들어 냅니다.
지금, 우리는 우리가 그저 이 양자 세계와
이 세계의 숨겨진 구조물들을
겉핧기식으로 본 것이라고 생각합니다.
우리가 아직도 연구하고 있는 수수께끼의
세 가지 예를 들어드리겠습니다.
저는 그 입자들을 그들이
이루고자 했던 규칙대로 모았습니다.
그러나 우리는 이 규칙들이 어디서 온 것인지 모릅니다.
우리는 입자를 묘사할 줄은 알지만,
그 규칙들이 생기는 것인지는 모릅니다.
과학에서 규칙을 본다는 것은,
숨겨진 구조물을 찾는다는 것입니다.
그것이 한가지 입니다.
또한, 우리는 엄청난 양의 물질이 있다는 것을 압니다.
제가 방금까지 말씀드렸던 것들 보다
훨씬 많은 물질이요.
그것은 암흑 물질이라고 불립니다.
우리는 그것이 무엇인지 모르는데,
우리는 그것을 가져와서
실험으로 그것이 무엇인지 알아내고 싶어합니다.
그리고, 또 하나 제가 말씀드리고 싶은 것은
중력이,
아마 우리가 알고 있는 가장 친숙한 힘의 종류일텐데요,
양자 단계까지 내려가면,
실제로 입자 이론의 규칙에 따라서
작동하지 않는다는 것입니다.
그래서, 아인슈타인이 우리에게 가르쳐주었 듯이,
중력이 실제로는 우주와 시간의 모양에 따르는 것이라는 점에서 보아,
우리는, 중력의 양자 세계를 알아내는 데 있어서,
이것은 양자 중력이라고 부르는데요,
우리는 다음과 같은 질문들을 해결하고자 합니다.
우주와 시간의 입자들이 존재하는가?
그리고 그것들이 어떻게 연결되는가?
그 규칙들은 무엇인가?
이 질문들은 우리가 모든 것의 발단을
연구하도록 이끕니다.
137억년전,
빅뱅에 관해서요.
우리는 현재 이해하는 바와 같이
빅뱅에서 물질과 에너지가 만들어졌다는것 뿐만 아니라,
우주와 시간 그 자체도 만들어졌다는 것도 알고 있습니다.
이러한 것들이 이 탐구 과정에서
우리가 연구하는 것들입니다.
또한, 우리 주변에는
블랙홀과 같은 것들이 있는데,
이것은 매우 중요한 단서입니다.
블랙홀은 사실 우리가 알아내고자 하는
공간 속의 구멍들입니다.
또한, 새로이 발견된 암흑 에너지는,
우주의 성향으로
우주 자신의 팽창을 전체적으로 가속화하려는 경향이 있습니다.
과학자들은 이러한 것들을 연구하고 있고,
에너지와 물질에만
숨겨진 구조물들이 존재하는 것이 아니라,
우주와 시간에도 있다는 것을
이해하려고 노력합니다.
문제는, 그 규칙들이 과연 무엇이냐는 것입니다.
여기에는 많은 접근법들이 있습니다.
그리고 그 중 하나는 여러분들이 들어보셨을 수도 있습니다.
끈이론이라고 하는 것입니다.
이것은 여러 접근법들 중 하나인데,
이것이 맞는 것인지는 아직 모릅니다.
우리는 이 이론을 아직 끝까지 발전시키지는 못했지만,
그것은 우리에게 매우 흥분되고 기대감에 차게 하는 암시들을 보여 주었습니다.
저는 여러분들께 그 몇가지를 이야기해 드리고자 합니다.
그 중 하나는 단순하게, 작은 양자 입자를 찾는다는
생각 자체를 빼버리는 것인데,
대신에 확장된 물체를 찾는 것이지요.
진동할 수 있는 끈,
그리고 사실 그것은 흥분되는 기회를 주는데,
왜냐하면, 예를 들어,
만약 우리가 자세히 관찰하지 않아서,
숨겨진 구조물을 놓쳤다면,
우리들은 다양한 종류의 입자들이
그저 같은 끈의 다른 진동일 뿐이라는 것을 모를 것이기 때문이죠.
이것은 굉장히 흥미로운 가능성입니다.
그리고 엄청난 단순화입니다.
그래서 이것은 그 아이디어 중 하나입니다.
끈이론의 또 다른 흥미로운 점은
그것이 묘사하는 입자들 중 하나가
바로 우리가 이해하려고 했던
잃어버린 중력의 양자라는 것입니다.
그리고 또 다른 것은, 끈들은 사실
차원 속에서 움직이는 것을 원하는 대신에,
우리가 익숙한 그 3차원 대신에 말입니다,
사실 더 높은 차원에서 움직이고 싶어하는 듯 합니다.
그래서 우리는 이런 생각을 하게 되는 거죠.
이게 우리 세상에 무슨 의미가 있을까,
이게 만약 우리 세상과 관련이 없다면 어떨까 등의 생각을 해보는 겁니다.
우린 아직 아무 것도 모르고 있어요.
여기 우리 세계가 만들어진 방법이 있습니다.
우리 세계가 있고,
그리고 숨겨진 구조물들 중 하나는
시공간 속에 숨겨진 덩어리인데,
그 추가적인 차원들은 눈에 보이지 않습니다.
우리가 세계 속에서 보는 다양한 입자들은,
끈의 진동으로 나타날 것이고,
우리가 본 설명할 수 없는 규칙들은,
그 끈들이 내부의 차원의 모양을
탐사하고 느낄 수 있다는 사실에 의한 것입니다.
그래서, 또 하나 의문점은,
우리가 실제로 이것을 증명할 수 있을까, 입니다.
이것은 좋은 생각이지만,
우리가 지금 과학을 하고 있다고 해서 어떻게 진짜 실험과 관찰로
이것을 해결할 수 있을까요?
이것이 바로 힘든 점입니다.
우리는 매우 작은 규모를 탐사하고,
그래서 그 끈들이 만약 거기에 있다면,
그것들을 보기 위해서 필요한 에너지가
우리가 당분간 가질 수 있기를 바랄 수 있는 양보다 많다고 생각합니다.
하지만 우리가 할 수 있는 것은,
그 숨겨진 구조물들의 결과를 찾는 것입니다.
우리는 물리학에서 그것들이 어떻게 나타나는지 찾아볼 수 있습니다.
우리가 접근할 수 있는 물리학에서요.
그래서, 우리가
암흑 물질,
블랙홀,
암흑 에너지와 같은 것을 연구하는 것입니다.
그리고 초기 우주의 잔해물과
우주 배경 복사와 같은 것들을 찾는 것입니다.
그리고, 중요한 것은, 우리는
다양한 입자 물리학 실험들로부터 단서들을 찾습니다.
예를 들어 LHC요
마지막 하나는,
새로이 진행되고 있는 것입니다.
끈이론 물리학의 다른 분야에 있어서도
유용할 수 있습니다.
새로운 종류의 실험들이 진행되고 있는데,
예를 들어 우리의 친구, 전자와 같은 경우
그리고 실제로 특정 상황에서
그 전자들이 완전히 새롭고 이상한 방법으로
상호 작용 한다는 사실을
보여주기도 합니다.
그리고 끈이론이 사실 가장 좋은 방법이라는 것을
보여주는 모델들이 있습니다.
어떤 상황에서는,
끈이론에서의 규칙을 이용해서,
전자의 이상 행동들을 실제로 설명할 수 있습니다.
그래서 이것은 굉장히 흥분되는 가능성을 주고 있습니다.
여기 우리들이 이 전자들로
끈이론이 무엇인가에 관한
규칙을 만드는 것을 도와줄
진짜 실험들이 있습니다.
여러분들은 이렇게 말씀하실 수도 있습니다.
"그래, 뭐, 그건 더 나은 휴대전화를 만들 수 있는
근사한 새 전자 기술을
우리한테 가져다 줄 수도 있겠네."
하지만, 제가 말씀드리고자 하는 것은 그 규칙들이
사실은 끈이론이 우리로 하여금
더 큰 질문들을 해결하게끔 도와줄 수 있는가를
확인하게 해주는 규칙과 동일한 것이라는 점입니다.
그래서, 최종적으로,
우리가 찾고 있는 우주 속의 숨겨진 구조물은
아마, 어느 날, 우리 코 앞에 있을 수도 있습니다.
감사합니다.