콴타 매거진

2023년 6월 6일

Quanta Magazine의 Olena Shmahalo

기고 작가

2023년 6월 6일

열사병은 빅토리아 시대 물리학자들에게 병적인 매력을 안겨주었습니다. 이는 일상 물리학이 우주론의 가장 거대한 주제와 어떻게 연결되는지 보여주는 초기 사례였습니다. 물이 담긴 컵에 얼음 조각을 떨어뜨리면 균형이 깨지는 상황이 발생합니다. 얼음이 녹고 액체가 차가워지며 시스템은 일반적인 온도에 도달합니다. 운동이 멈추지는 않지만(물 분자는 계속해서 스스로 섞입니다) 진행 감각을 상실하고 분자 속도의 전반적인 분포는 변하지 않습니다.

19세기 열역학 창시자들은 우주 전체에도 마찬가지라는 사실을 깨달았습니다. 별이 모두 타버리고 나면 가스, 먼지, 별의 시체, 방사선 등 남은 모든 것이 평형을 이루게 됩니다. 헤르만 폰 헬름홀츠(Hermann von Helmholtz)는 1854년에 "그때부터 우주는 영원한 휴식 상태에 처하게 될 것"이라고 썼습니다. 현대 우주론은 이 기본 그림을 바꾸지 않았습니다.

그러나 최근 물리학자들은 열사멸(heat-dead) 우주가 보이는 것보다 훨씬 더 흥미롭다고 생각하고 있습니다. 그들의 이야기는 블랙홀에 대한 질문으로 시작됩니다. 가장 많은 관심을 끄는 수수께끼 이외의 또 다른 수수께끼입니다. 블랙홀에 대한 우리의 표준적인 이해에 따르면, 블랙홀은 평형에 도달했어야 할 후에도 오랫동안 계속해서 변화합니다. 이유에 대한 조사를 통해 연구자들은 우주 자체를 포함하여 일반적으로 사물이 어떻게 진화하는지 재고하게 되었습니다. Brandeis University의 물리학자인 Brian Swingle은 "그냥 지루하기 때문에 아무도 이것에 대해 많이 생각하지 않았습니다. 평형처럼 보이고 아무 일도 일어나지 않습니다. "라고 말했습니다. "그런데 블랙홀이 나타났어요."

얼음 조각이 녹아 액체와 평형을 이루면 물리학자들은 일반적으로 시스템의 진화가 끝났다고 말합니다. 그러나 그렇지 않습니다. 열사 이후에도 삶이 있습니다. 이상하고 놀라운 일들이 양자 수준에서 계속해서 일어나고 있습니다. 캘리포니아 공과대학의 이론 물리학자인 Xie Chen은 "양자 시스템을 실제로 살펴보면 입자 분포와 에너지 분포가 평형을 이루었을 수 있지만 그 이상으로 훨씬 더 많은 일이 진행되고 있습니다"라고 말했습니다. .

Chen, Swingle 및 다른 사람들은 균형 잡힌 시스템이 지루하고 시시해 보인다면 우리가 그것을 올바른 방식으로 바라보지 않는 것이라고 생각합니다. 활동은 우리가 직접 볼 수 있는 수량에서 추적하기 위해 새로운 측정이 필요한 고도로 비국소화된 수량으로 이동했습니다. 현재 가장 선호하는 척도는 회로 복잡도(Circuit Complexity)로 알려져 있습니다. 이 개념은 컴퓨터 과학에서 시작되었으며 양자 시스템의 꽃피는 패턴을 정량화하기 위해 적절하게 사용되었습니다. 일부는 불평하기도 했습니다. 이 작업은 블랙홀뿐만 아니라 양자 혼돈, 물질의 위상학적 단계, 암호화, 양자 컴퓨터 및 훨씬 더 강력한 기계의 가능성 등 다양한 과학 영역을 통합하는 방식으로 인해 매혹적입니다.

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동영상 : Leonard Susskind와 협력자들은 블랙홀 내부가 영원히 성장하는 이유를 이해하기 시작했습니다. 그들은 결국 새로운 물리학 법칙을 제안하게 되었습니다.

크리스토퍼 웹 영/Quanta 매거진

20세기 중반, 블랙홀은 떨어지는 물질이 무한히 압축되고, 중력이 한계 없이 강화되고, 알려진 물리 법칙이 무너지는 중심부의 "특이점" 때문에 신비스러웠습니다. 1970년대 스티븐 호킹(Stephen Hawking)은 블랙홀의 둘레 또는 "수평선"이 똑같이 이상하다는 사실을 깨달았고, 이는 많은 논의의 대상이 되는 정보 역설을 만들어냈습니다. 두 가지 퍼즐 모두 이론가들을 계속 당혹스럽게 만들고 있으며 통일된 물리학 이론을 모색하게 만들고 있습니다.

2014년 스탠포드 대학의 Leonard Susskind는 블랙홀 내부 부피라는 또 다른 수수께끼를 발견했습니다. 외부에서 보면 블랙홀은 커다란 검은 공처럼 보입니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론에 따르면, 공은 물건이 떨어지면 커지지만, 그렇지 않으면 그냥 그 자리에 멈춰 있습니다.