평행 세계 [평행 우주 (Multiverse, Parallel universes) 또는 다중 우주론이라고도 함 ]
물리학에서 아직 확인되지 않은 이론을 가리킨다. 이 이론에 따르면 우리 우주 밖에서는 다른 우주가 존재할 가능성이 높으며, 이 우주는 우주의 가능한 상태에 대한 반응이다. 이러한 우주는 기본 물리 상수가 우리가 인식하는 우주와 동일하거나 다를 수 있다. 평행우주라는 용어는 미국 철학자와 심리학자 윌리엄 제임스가 1895 년에 발명한 것이다.
평행 우주 계층
"우주" 의 이런 정의에 대해 사람들은 이것이 단지 형이상학적 방식일 뿐이라고 생각할지도 모른다. 그러나 물리학과 형이상학의 차이점은 이론이 이상하게 보이거나 눈에 띄지 않는 것을 포함하는 것이 아니라 실험을 통해 테스트할 수 있는지 여부입니다. 수년 동안 물리학의 최전선은 끊임없이 확장되어 구형 지구, 보이지 않는 전자기장, 고속 흐름 감속, 양자 겹침, 공간 굽힘, 블랙홀 등과 같은 추상적인 개념을 흡수했습니다. 최근 몇 년 동안' 다중우주' 의 개념도 위의 명단에 추가되어 상대성이론과 양자역학과 같은 이전의 검증된 이론들과 조화를 이루며 적어도 하나의 경험주의 과학이론의 기본 기준인 예언을 하였다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 과학명언) (윌리엄 셰익스피어, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 물론 내린 논단도 틀릴 수 있다. 과학자들은 지금까지 4 가지 유형의 독립된 평행 우주에 대해 토론한 적이 있다. 이제 관건은 다중우주의 존재 여부가 아니라, 그것들이 얼마나 많은 층을 가지고 있느냐에 달려 있다. (알버트 아인슈타인, 과학명언)
이 단락의 첫 번째 레벨 편집: 뷰 필드 외부
모든 평행 우주는 1 층 다중우주를 구성한다. 이것은 논쟁이 가장 적은 층이다. 모두가 우리가 지금 이 순간에 다른 자신을 볼 수는 없지만, 장소를 바꾸거나 단순히 제자리에서 충분히 오래 기다리면 관찰할 수 있다는 사실을 받아들인다. (윌리엄 셰익스피어, 템페스트, 희망명언) 해수면 밖에서 오는 배를 관찰하는 것과 같습니다. 시야 밖의 물체를 관찰하는 것과 비슷합니다. 빛의 비행과 함께 관찰할 수 있는 우주의 반경은 매년 반 광년 커지기 때문에 앉아서 보기만 하면 된다. 물론, 당신은 아마 다른 우주의 또 다른 당신이 보낸 빛이 여기까지 오는 날을 기다릴 수 없을 것입니다. 하지만 이론적으로 볼 때, 우주의 확장 이론이 타당하다면, 당신의 후손들은 슈퍼망원경으로 그것들을 볼 수 있을 것입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언)
어떻게, 1 층 다중우주의 개념은 이상하게 들립니까? 공간은 모두 무한하지 않나요? 누가 어딘가에 간판이 꽂혀 있는 것을 상상할 수 있겠습니까? "공간이 여기서 끝나요. 아래 도랑을 조심하세요." 만약 그렇다면, 모든 사람은 본능적으로 의심할 것이다: 끝의' 외부' 는 무엇인가? 사실 아인슈타인의 중력장 이론은 하필 우리의 직관을 문제로 만들었다. 공간은 어느 정도 구부러지거나 우리의 직감 (즉, 상호 연결된 구조) 의 토폴로지가 아닌 한 무한하지 않을 수 있습니다.
구형, 도넛형 또는 원호형 우주는 모두 크기가 제한되어 있지만 경계가 없을 수 있습니다. 우주 마이크로파 배경 복사에 대한 관측은 이러한 가설을 측정하는 데 사용될 수 있다. 또 다른 문장' 우주는 유한한가? By Jean-Pierre Luminet, Glenn D. starkman and Jeffrey R. weeks; Scientific American, April 1999 그러나, 지금까지의 관찰 결과는 그것들을 등지고 있는 것 같다. 무궁무진한 우주의 모형이야말로 관측 데이터와 일치하며, 게다가 강한 제한 조건이 있다.
또 다른 가능성은 공간 자체는 무한하지만 모든 물질은 우리 주변의 제한된 영역, 즉 한때 유행했던' 섬 우주' 모델로 제한된다는 것이다. 이 모델의 차이점은 물질 분포가 대규모로 프랙털 패턴을 나타내고 끊임없이 소산된다는 것입니다. 이런 상황에서 1 층 다중우주의 거의 모든 우주는 결국 텅 비어 침묵에 빠질 것이다.
하지만 최근 3 차원 은하 분포와 마이크로웨이브 배경에 대한 관측에 따르면 물질의 구성 방식은 대규모로 어떤 모호한 균일성을 보이고 있어 10 24 미터보다 큰 규모에서는 명확한 세부 사항을 관찰할 수 없다. 이 패턴이 확장된다고 가정하면, 우주 밖의 공간도 행성, 별, 은하로 가득 차게 될 것입니다.
관측 가능한 우주 너머의 이론을 지지하는 자료가 있다. WMAP 위성은 최근 마이크로웨이브 배경 복사의 변동을 측정했습니다 (왼쪽). 가장 강한 진폭이 0.5 를 넘으면 공간이 매우 크며 무한대일 수도 있음을 의미합니다 (가운데). 또한 WMAP 와 2dF 은하 적색 이동 탐지기는 매우 큰 규모로 공간에 물질이 고르게 분포되어 있음을 발견했다
1 층 다중 우주의 서로 다른 평행 우주에 사는 관찰자들은 우리와 같은 물리 법칙을 알아차릴 것이지만, 초기 조건은 다르다. 현재 이론에 따르면 빅뱅 초기의 순간 물질은 어느 정도 무작위적으로 던져졌는데, 이 과정에는 물질 분포의 모든 가능성이 포함되어 있으며, 각 가능성은 0 이 아니다. 우주학자들은 우리가 당초에 거의 균일한 물질 분포와 초기 파동 상태 (100,000 가능성 중 하나) 를 가지고 있었던 우주가 상당히 전형적이라고 가정한다. 그럼 너와 가장 가까운 사람은 너와 똑같다. 그 사람은 10 (10 28) 미터 떨어진 곳에 있을 것이다. 그리고 10 (10 92) 미터 밖에서는 반경 100 광년 떨어진 지역이 있습니다. 그 안에 있는 모든 것이 우리가 살고 있는 공간과 전혀 다르지 않습니다. 즉, 앞으로 100 년 안에 우리 세계에서 일어나는 모든 일이 그 지역에서 완전히 재현될 것입니다. 적어도 10 (10 118) 미터 떨어진 곳에서도 이 지역은 허블 부피만큼 커진다. 다시 말해 우리와 똑같은 우주가 있다는 것이다. (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 스포츠명언)
위의 추정치는 매우 보수적이며, 10 8 개 이하의 온도, 허블 볼륨 크기의 공간에 대한 모든 양자 상태만 들어 올릴 뿐이다. (윌리엄 셰익스피어, 햄릿, 과학명언) 계산 단계 중 하나는 다음과 같습니다: 그 온도에서 허블 볼륨의 공간은 얼마나 많은 양성자를 수용 할 수 있습니까? 답은 10 118 개입니다. 각 양성자는 존재하거나 존재하지 않을 수 있습니다. 즉 총 * * * 2 (10 118) 개의 가능한 상태입니다. 이제 허블 공간 2 개 (10 118) 를 담을 수 있는 상자 하나만 있으면 모든 가능성을 다 써버립니다. 상자가 더 크면, 예를 들어 변길이 10 (10 118) 미터의 상자는 서랍 원리에 따라 양성자의 배열 방식이 반복될 수밖에 없다. 물론, 우주는 양성자뿐만 아니라 두 가지 이상의 양자 상태를 가지고 있지만, 이와 비슷한 방법으로 우주가 수용할 수 있는 정보의 총량을 추정할 수 있다.
우리 우주와 똑같은 또 다른 우주의 평균 거리는 너와 가장 가까운 그 분신이 이론 계산만큼 멀리 떨어져 있지 않을 수도 있고, 아마도 훨씬 더 가까워질 수도 있다. (윌리엄 셰익스피어, 윈스턴, 우주명언) 물질의 조직 방식은 또 다른 물리 법칙에 의해 제약을 받아야 하기 때문이다. 행성의 형성 과정, 화학 방정식 등과 같은 법칙이 주어지면 천문학자들은 허블 부피에만 적어도 10 20 개의 인간 거주 행성이 존재한다고 의심한다. 그 중 일부는 지구와 매우 비슷할 수 있다.
제 1 층 다중우주의 틀은 일반적으로 현대 우주론의 이론을 평가하는 데 사용되지만, 이 과정은 거의 명확하게 표현되지는 않는다. (아리스토텔레스, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 예를 들어, 우리 우주학자들이 마이크로웨이브 배경을 통해' 구형 공간' 의 우주 형상을 어떻게 얻어내는지 살펴보자. 공간 곡률 반경에 따라 우주 마이크로웨이브 배경 다이어그램에서 "핫 영역" 과 "콜드 영역" 의 크기는 특징을 나타냅니다. 관찰된 영역은 곡률이 너무 작아 구의 닫힌 공간을 형성하기에 충분하지 않음을 나타냅니다. 그러나 통계적으로 엄격함을 유지하는 것은 매우 중요한 일이다. 허블 공간당 이 영역의 평균 크기는 완전히 무작위입니다. 따라서 우주가 우리를 속이고 있는 것일 수 있습니다. 폐쇄된 구형을 형성하기에 공간 곡률이 부족해서 관찰된 영역이 작은 것이 아니라, 공교롭게도 우리 우주의 평균 영역이 본질적으로 다른 것보다 작기 때문입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 우주명언)
그래서 우주학자들이 구형 공간 모델이 99.9 의 신뢰성을 보장한다고 맹세했을 때, 그들의 진정한 의미는 우리 우주가 이렇게 어울리지 않아 1000 개의 허블 볼륨 중 하나가 나올 수 있다는 것이다.
이 수업의 중점은 우리가 다른 우주를 관측할 수 없더라도 다중우주 이론은 여전히 실천적으로 검증될 수 있다는 것이다. 관건은 1 층 다중우주에 있는 각 평행 우주의 * * * 성을 예측하고 확률 분포, 즉 수학자가' 측정' 이라고 부르는 것을 지적하는 것이다. 우리의 우주는' 가장 가능성이 높은 우주' 중 하나여야 한다. 그렇지 않으면, 우리는 불행하게도 가능성이 적은 우주에 살고 있습니다. 그러면 이전에 가정한 이론은 큰 문제가 될 것입니다. 우리가 다음에 논의하고자 하는 바와 같이, 이 측정의 문제를 어떻게 해결할 것인가는 상당히 도전적일 것이다.
이 단락의 두 번째 수준 편집: 팽창 후 남은 버블
1 층 다중 우주의 개념이 소화가 잘 되지 않는다면, 무한한 그룹 1 층 다중 우주를 가진 다음 구조, 즉 그룹과 그룹 간의 독립, 심지어 서로 다른 시공간 차원과 물리적 상수를 상상해 보십시오. 이 그룹들은 2 층 다중우주를 구성하는데,' 무질서한 지속적인 팽창' 이라고 불리는 현대 이론이 그것들을 예언했다.
"팽창" 은 빅뱅 이론의 필연적인 확장으로, 이 이론의 많은 다른 추론과 밀접하게 연관되어 있다. 예를 들어, 우리 우주는 왜 이렇게 크고, 이렇게 규칙적이고, 매끄럽고, 평탄한가? 대답은 "공간은 빠른 스트레칭 과정을 거쳤다" 는 것이다. 이 과정은 위의 문제뿐만 아니라 우주의 다른 많은 속성도 설명할 수 있다. "팽창한 우주" by Alan H. guth and Paul J. steinhard 를 참조하십시오. Scientific American, May 1984；; "자기 번식의 팽창우주" by Andrei Linde, November 1994 "팽창" 이론은 기본 입자의 많은 이론뿐만 아니라 많은 관찰에 의해 확인되었다. 무질서한 지속' 은 최대 규모에서의 행동을 가리킨다. 전체 공간으로서 신축되고 영원히 지속될 것이다. 그러나 일부 특정 영역은 늘이기를 중지하여 부풀어 오른 토스트 내부의 거품처럼 별도의 "버블" 을 생성합니다. 이런 기포는 무수히 많다. 각각은 1 층 다중우주입니다. 즉, 크기에 제한이 없고 에너지장 변동으로 인해 석출되는 물질로 가득 차 있습니다.
지구에 있어서, 또 다른 거품은 무한히 멀리 떨어져 있어, 네가 광속으로 전진해도 영원히 도착할 수 없을 정도로 멀다. 지구와' 다른 기포' 사이의 그 공간은 네가 행진하는 속도보다 훨씬 빠르기 때문이다. 만약 다른 거품에 또 다른 당신이 있다면, 당신의 후손도 영원히 그를 관찰하려 하지 않을 것이다. (조지 버나드 쇼, 가족명언) 같은 이유로, 즉, 공간은 확장을 가속화하고 있으며, 관찰 결과는 좌절감을 불러일으키며, 1 층 다중공간 중 다른 한 명도 볼 수 없을 것이라고 지적했다.
2 층 다중우주와 1 층의 차이는 매우 크다. 각 기포 사이에는 초기 조건이 다를 뿐만 아니라 겉보기에도 천양지차가 있다. 오늘날 물리학의 주류 견해는 시공간의 차원, 기본 입자의 특성, 그리고 많은 소위 물리적 상수가 기본 물리 법칙의 일부가 아니라' 대칭 파괴' 과정이라고 불리는 결과일 뿐이라고 생각한다. 예를 들어, 이론 물리학자들은 우리 우주가 한때 9 개의 동등한 차원으로 구성되었다고 생각합니다. 우주의 초기 역사에서, 그 중 3 차원만이 공간 라신에 참여하여 우리가 지금 관찰하고 있는 3 차원 우주를 형성했다. 나머지 6 개의 차원은 지금 관찰할 수 없다. 왜냐하면 그것들은 매우 작은 잣대에 말려 있고, 모든 물질은 이 세 개의 충분히 신축된 차원' 표면' 에 분포되어 있기 때문이다. (9 차원의 경우 3 차원은 한 면일 뿐, 혹은 한 층의' 막' 이라고 불린다.)
우리는 3+1 차원 시공간에 살고 있는데, 이것은 특별히 뜻밖의 일이 아니다.
자연을 설명하는 편미분 방정식이 타원이나 초쌍곡선 방정식인 경우, 즉 공간이나 시간 중 하나가 0 차원 또는 동시다차원인 경우 관측자에게는 우주가 예측할 수 없습니다 (보라색과 녹색 부분). 나머지 경우 (쌍곡선 방정식), ngt；; 3, 원자는 존재할 수 없다, nlt；; 3, 복잡성이 너무 낮아서 자의식을 생성할 수 없는 관찰자 (중력이 없고 토폴로지도 문제가 됨).
그 결과, 우리는 공간의 대칭성이 파괴되었다고 부릅니다. 양자파의 불확실성은 팽창 과정에서 서로 다른 기포가 서로 다른 방식으로 균형을 깨뜨릴 수 있다. 결과는 매우 이상할 것입니다. 그 중 일부는 4 차원 공간으로 확장될 수 있습니다. 다른 이들은 우리가 잘 알고 있는 3 대가 아니라 2 세대 쿼크만 형성할 수 있습니다. 그것들의 우주 기본 물리 상수도 우리 우주보다 클 수 있다.
2 층 다중우주를 생산하는 또 다른 길은 창조부터 파괴까지 우주의 완전한 주기를 경험하는 것이다. 과학사에서 이 이론은 1930 년대 Richard C 라는 물리학자가 제기한 것으로, 최근 프린스턴 대학의 Paul J. Steinhardt 와 케임브리지 대학의 Neil Turok 두 과학자가 상세히 설명했다. Steinhardt 와 Turok 은 우리의 공간에 상당히 가깝지만 더 높은 차원에서 약간의 변환이 있는' 2 차 3 차원 막' 모델을 제시했다. See ‘Been There, Done That,' by George musser; News Scan, Scientific American, March 2002 평행 우주는 진정한 의미의 독립 우주가 아니지만, 우주는 과거, 현재, 미래라는 하나의 전체로서 여러 우주를 형성하고 있으며, 그것이 포함하는 다양성이 무질서한 팽창우주에 포함된 것과 같다는 것을 증명할 수 있다. 또한 월트루의 물리학자인 Lee Smolin 은 2 층 다중우주와 비슷한 다양성을 가진 또 다른 이론을 제시했는데, 이 이론은 우주가 막물리학이 아닌 블랙홀을 통해 창조되고 변이되는 이론이다.
비록 우리가 다른 2 층 다중우주의 사물과 상호 작용할 수는 없지만, 우주학자들은 여전히 그들의 존재를 간접적으로 지적할 수 있다. 그들의 존재는 우리 우주의 우연성을 잘 설명하는 데 사용될 수 있기 때문이다. 비유를 해보죠. 당신이 호텔에 들어가 방 번호가 1967 이라는 것을 발견했다고 가정해 보세요. 바로 당신이 태어난 해입니다. (존 F. 케네디, 인생명언) 얼마나 우연의 일치인가, 그 순간 너는 경탄했다. 그러나 네가 즉시 반응한 것은 전혀 우연이 아니다. 호텔 전체에는 수백 개의 방이 있는데, 그 중 하나는 너의 생일과 같은 것이 정상이다. 그러나, 만약 당신이 당신과 아무런 관련이 없는 또 다른 숫자를 본다면, 위의 사고를 불러일으키지 않을 것입니다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 남녀명언) 이것은 무슨 문제를 설명합니까? 호텔에 대해 아무것도 몰라도 위의 방법으로 많은 우연한 현상을 설명할 수 있다.
좀 더 잘 맞는 예를 들어 봅시다: 태양의 질을 고찰합시다. 태양의 질량은 그것의 광도 (즉, 복사의 총량) 를 결정합니다. 기본적인 물리적 연산을 통해 우리는 태양의 질량이 1.6x10 30 ~ 2.4x10 30kg 이라는 좁은 범위 내에서만 지구가 생명에 적합할 수 있다는 것을 알 수 있다. 그렇지 않으면 지구는 진싱 보다 더 덥거나 화성보다 더 추울 것이다. 태양의 질량은 정확히 2.0x10 30kg 입니다. 언뜻 보면 태양의 질은 놀라운 행운과 우연의 일치이다. 절대다수의 별의 질량은 무작위로 10 29 ~ 10 32kg 의 거대한 범위 내에 분포되어 있기 때문에 태양이 태어날 때도 무작위로 질량을 결정한다면 적당한 범위에 떨어질 가능성은 미미할 것이다. 그러나 호텔의 경험을 통해 우리는 이런 표면의 우연성이 큰 시스템 (이 경우 많은 태양계) 의 필연적인 선택 결과라는 것을 알게 되었다. (우리가 여기 있기 때문에 태양의 질은 어쩔 수 없이 이렇다.) (알버트 아인슈타인, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 호텔명언) 관찰자와 밀접한 관련이 있는 이런 선택을' 인선택원리' 라고 한다. 그것이 얼마나 큰 논쟁을 불러일으켰는지는 상상할 수 있지만, 물리학자들은 기초이론을 검증할 때 이런 선택효과를 무시할 수 없다는 사실을 널리 받아들였다.
호텔 방에 적용되는 원리는 평행 우주에도 적용된다.
흥미롭게도, 우리 우주가 대칭성이 깨질 때, 모든 (적어도 대부분의) 속성이 "조정" 되어 있습니다. 만약 이 속성들에 대해 아주 작은 변화라도 한다면, 우주 전체가 완전히 달라질 것입니다. 어떤 생물도 존재할 수 없습니다. (존 F. 케네디, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 과학명언) 양성자의 질량이 0.2 씩 증가하면, 그들은 즉시 중성자로 쇠퇴하고 원자도 안정적으로 존재할 수 없다. 전자기력이 4 만큼 줄어들면 수소도 없고 별도 없을 것이다. 약한 상호 작용이 더 약하면 수소도 형성될 수 없다. 반대로, 만약 그것들이 더 강하다면, 초신성들은 별들 사이에 중원소 이온을 퍼뜨릴 수 없을 것이다. 만약 우주의 상수가 좀 더 크다면, 그것은 은하를 형성하기 전에 자신을 사분오열시킬 것이다.
우주가 얼마나 잘 조절되었는지는 아직 정설이 없지만, 위에 열거된 각 예는 가능한 모든 조절 상태를 포함하는 많은 평행 우주가 있다는 것을 암시한다. See' exploring our universe and others,' by Martin rees; Scientific American, December 1999 2 층 다중우주는 물리학자들이 그 상수의 이론적 가치를 측정할 수 없다는 것을 예고하고 있다. 그들은 선택 효과가 고려된 후에 기대치의 확률 분포만 계산할 수 있다.
이 단락의 세 번째 수준 편집: 양자 평행 세계
1 층과 2 층 다중우주가 예고하는 평행 세계는 천문학자가 따라올 수 있는 범위를 넘어 너무 멀리 떨어져 있다. 하지만 다음 다중우주는 너와 나 옆에 있다. 그것은 유명하고 논란이 많은 양자역학 해석에서 직접 유래한다. 어떤 무작위 양자 과정도 우주를 여러 개로 분열시킬 수 있다.
양자 평행 우주. 주사위를 굴리면 무작위로 특정 결과를 얻을 수 있는 것처럼 보입니다. 그러나 양자역학에 따르면, 그 순간 당신은 실제로 모든 상태를 던졌고, 주사위는 서로 다른 우주에서 서로 다른 포인트 수에 멈췄다. (알버트 아인슈타인, 과학명언) 한 우주에서, 당신은 1 을 던졌고, 다른 우주에서는 2 를 던졌습니다. 그러나 우리는 모든 진실의 작은 부분, 즉 우주 중 하나만 볼 수 있다.
20 세기 초, 양자역학 이론이 원자 수준 현상을 해석하는 데 성공한 성공은 물리학 혁명을 일으켰다. 원자 분야에서 물질 운동은 더 이상 고전적인 뉴턴 역학 법칙을 지키지 않는다. 양자 이론은 그들이 주목할만한 성공을 거두었다는 것을 설명하면서 폭발적인 논쟁을 불러일으켰다. 그것은 도대체 무엇을 의미합니까? 양자 이론은 우주가 고전 이론에 묘사된 것처럼 우주의 상태를 결정하는 것은 모든 입자의 위치와 속도가 아니라 파동 함수라는 수학적 대상이라고 지적했다. 설정오 방정식에 따르면 이 상태는 수학자가' 통일성' 이라고 부르는 방식으로 시간이 지남에 따라 진화한다는 것은 파동 함수가' 힐버트 공간' 이라는 무한 차원 공간에서 진화한다는 것을 의미한다. 양자 역학은 대부분 무작위와 불확실성으로 묘사되지만 파동 함수 자체의 진화 방식은 완전히 결정되며 무작위성은 전혀 없다.