상대성 이론과 양자 역학을 통합하는 새로운 이론

양자역학과 상대성이론은 동전의 양면이다.

현대 물리학의 목표 중 하나는 우리 현실을 지배하는 기본 규칙을 결정하는 것입니다. 사실, 우주의 경이로움 중 하나는 단지 몇 가지 규칙이 우리 세계의 여러 측면을 설명하는 것처럼 보인다는 것입니다. 뿐만 아니라 과학자들은 이러한 규칙을 더 간단하고 강력한 규칙으로 결합하는 방법을 찾았습니다. 이는 많은 사상가들이 다른 모든 것이 등장하는 단일 규칙 또는 일련의 규칙이 있을 수 있다고 제안하도록 유혹했습니다. 모든 이론에 대한 이러한 추구는 현대 물리학이면의 많은 생각을 주도했습니다. 이러한 아이디어를 테스트하기 위해 수십억 달러 규모의 기계와 관측소를 만들었으며 일반적으로 큰 성공을 거두었습니다. 이러한 성공에도 불구하고, 한 가지 두드러진 도전은 완전히 다르지만 근대 과학의 두 가지 근본적인 기둥을 통합하는 것입니다 : 우주를 대규모로 설명하는 상대성 이론; 그리고 양자 역학의 이론은 그것을 가장 작은 규모로 설명합니다. 두 이론 모두 지금까지 수행된 거의 모든 실험의 결과를 거의 완벽하게 설명합니다. 그러나 그들은 서로 완전히 상충됩니다. 많은 이론가들이 통일을 시도했지만 진전이 더딥니다. 그것은 셀룰러 자동 장치라고 불리는 간단한 알고리즘을 분류하고 그 속성을 연구하는 데 많은 시간을 보냈던 물리학 자이자 컴퓨터 과학자 인 스테펜 울프란의 작업을 위한 장면을 설정합니다. 그의 주요 발견은 가장 단순한 알고리즘이 엄청난 복잡성을 생성할 수 있다는 것입니다. 일부는 임의성을 생성합니다. 그리고 그의 주요 가설은 우주가 이러한 알고리즘의 일부 하위 집합에 의해 지배된다는 것입니다. 새로운 종류의 과학, 2002 년에 그는 자신의 결과를 과학의 새로운 종류라는 무거운 책으로 발표했습니다. 이 책 은 엇갈린 리뷰를 얻었고 일반적으로 울프란이 바라던 영향을 미치지 못했습니다. 이제 그는 또 다른 비슷한 아이디어와 훨씬 더 야심 찬 주장을 가지고 돌아왔습니다. 다시 한번 울프란은 간단한 알고리즘의 속성을 연구했습니다. 이번에는 셀룰러 자동 장치와는 약간 다르지만 가능한 한 최소화되고 구조가 없다고 말합니다. 그리고 다시 한번, 그는 이러한 간단한 알고리즘을 반복적으로 적용하면 매우 복잡한 모델 (원하는 경우 장난감 우주)이 생성된다고 말합니다. 그러나 그의 새로운 감각적 주장은 물리학의 법칙이 이러한 복잡성에서 생겨나 고, 그것들이 장난감 우주의 창발 속성이라는 것입니다. 두 명의 협력자와 함께 작업하는 울프란은 상대성 이론과 시공간 곡률이 이러한 우주에서 어떻게 나타나는 속성인지 설명합니다. 그런 다음 양자 역학이 다른 방식으로 연구될 때 이러한 동일한 우주의 출현 속성이 되는 방법을 설명합니다. 이런 방식으로, 상대성 이론과 양자 역학은 같은 동전의 다른 면입니다. 그는 계속해서 그들이 현대 물리학에서 점점 더 영향력 있고 중요한 다른 아이디어 인 계산 복잡성과 어떻게 밀접하게 연결되어 있는지 보여줍니다. 그래서 모든 것에 대한 그의 새로운 이론은 현대 물리학의 세 가지 기둥 인 상대성 이론, 양자 역학, 계산적 복잡성은 본질적으로 서로 다른 방식으로 볼 때 동일한 것입니다. "이 시점에서 우리가 가지고 있는 기본 프레임 워크는 물리학이 어떻게 작동하는지 근본적으로 알려주는 것입니다."라고 울프란은 말합니다. 입이 떡 벌어지는 주장입니다. 가장 먼저 인정해야 할 것은 상대성을 양자 역학과 결합하는 일관된 이론을 개발하기 어렵다는 것입니다. 동료 심사에서 소집을 통과하면 엄청난 성과가 될 것입니다. 그러나 주의해야 할 이유도 있습니다. 첫째, 울프란이 공식적인 동료 검토를 위해 작업을 제출하고 있는지 확실하지 않습니다. 그렇지 않다면 왜 안됩니까? 둘째, 새로운 이론의 척도는 다른 이론과 구별되는 검증 가능한 예측입니다. 그들의 예측이 관습 적이거나 더 잘 알려진 이론과 동일하기 때문에 수많은 흥미로운 아이디어가 길가에 떨어졌습니다. 울프란은 확실히 그의 접근 방식이 새로운 예측으로 이어진다 고 말합니다. "우리는 이미 찾아볼 수 있는 기괴한 새로운 것들에 대한 좋은 힌트를 얻었습니다."라고 그는 말합니다. 그러나 그들이 어떻게 할 수 있는지에 대한 세부 사항을 생략했기 때문에 그들이 테스트 가능한지 여부는 또 다른 문제입니다. 예를 들어, 그의 이론은 현재 가능한 가장 작은 길이로 생각되는 플랑크 길이 10 ^ -35m보다 훨씬 작은 약 10 ^ -93 미터의 우주에 기본 길이가 있다고 제안합니다. 울프란은 이것이 전자의 반경이 약 10 ^ -81m임을 의미한다고 말합니다. 현재 실험적 증거는 반경이 10 ^ -22m 미만이라는 것입니다. 양자화된 질량, 그의 이론은 또한 질량이 전자의 질량보다 약 10 ^ 36 배 작은 단위로 양자화될 것이라고 예측합니다. 또 다른 예측은 전자와 같은 입자는 전혀 기본이 아니라 훨씬 단순한 요소의 집합체라는 것입니다. 그의 계산에 따르면 전자는 약 10 ^ 35 개의 요소로 구성되어야 합니다. 그러나 더 적은 수의 요소로 구성된 훨씬 단순한 입자도 존재해야 합니다. 그는 이러한 올리고를 부르고 중력을 가해 야하기 때문에 울프란은 천문학 자들이 우리 우주를 가득 채우고 있다고 생각하지만 볼 수 없는 암흑 물질을 구성한다고 제안합니다. 물리학 자들이 이러한 예측을 어떻게 테스트할 수 있는지는 명확하지 않습니다. 그러나 그러한 초기 단계에서 그러한 수준의 세부 사항을 기대하는 것은 아마도 불공평합니다. (울프란은 작년 10 월에야 이 아이디어에 대해 본격적으로 작업하기 시작했다고 말했습니다.) 소셜 네트워크, 마지막으로 주목할만한 점은 물리학 커뮤니티에서 울프란의 위치입니다. 그는 외부인입니다. 그것은 중요하지 않지만 중요합니다. 새로운 종류의 과학에 대한 끊임없는 비판은 같은 분야에서 일하는 다른 사람들의 공헌을 적절하게 인정하지 않았다는 것입니다. 이 인상은 의심할 여지없이 울프란의 아이디어를 받아들이는 방식과 그 아이디어가 확산되는 방식에 해로운 영향을 미쳤습니다. 이번에는 상황이 다를까요? 그의 커뮤니티와의 상호 작용에 많은 것이 달려 있습니다. 공식적인 동료 검토가 좋은 시작이 될 것입니다. 울프란은 다른 물리학 자들과의 유용한 토론을 인정하기 위해 약간의 노력을 기울였으며 긴 참고 문헌 목록을 포함시켰습니다. 특히 울프란은 울프란의 접근 방식을 예상 한 1970 년대 초 조합 적 시공간에 대한 로저 펜 로스의 작업을 인정합니다. 좋든 싫든 과학은 사회적 노력입니다. 아이디어는 노드가 사람인 네트워크를 통해 전파됩니다. 그리고 만약 당신이 커뮤니티의 일원이 아니고 그 규범을 적극적으로 무시한다면, 당신의 작업이 무시되거나 협력이 번성하지 않거나 자금 조달이 어렵다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 울프란과 같은 이론적 작업은 최소한의 자금으로 번성할 수 있지만 실험적 작업은 불가능합니다. 울프란의 작업은 확실히 광범위한 협력과 개발의 혜택을 받을 것입니다. 그가 그것을 얻을지 여부는 그에게 큰 부분을 차지합니다.