양자장 이론은 실험 결과를 놀라운 정확도로 예측하고 더 높은 차원의 수학 연구를 발전시켜 역사상 가장 성공적인 과학 이론일 수 있습니다. 그러나 무언가가 빠져 있다고 믿을 만한 이유도 있습니다. Steven Strogatz는 케임브리지 대학의 이론 물리학자인 David Tong과 이 불가사의한 이론에 대한 열린 질문을 탐구합니다.
들어 봐 Apple Podcasts, 스포티 파이, Google 포드 캐스트, 스티, TuneIn 또는 좋아하는 팟캐스트 앱, 또는 스트리밍 콴타.
성적 증명서
스티븐 스트로 가츠 (00:03): 저는 Steve Strogatz입니다. 이유의 기쁨, 오늘날 수학과 과학에서 풀리지 않은 가장 큰 질문으로 안내하는 퀀텀 매거진의 팟캐스트입니다.
(00:12) 우리가 실제로 무엇으로 구성되어 있는지 궁금해 한 적이 있다면 아마도 발견의 토끼굴로 들어가는 자신을 발견했을 것입니다. 물론 다른 생명체와 마찬가지로 우리도 세포로 이루어져 있습니다. 그리고 세포는 차례로 분자로 만들어지고 분자는 원자로 만들어집니다. 더 깊이 파고들면 곧 전자와 쿼크 수준에 있는 자신을 발견하게 될 것입니다. 이들은 전통적으로 물질의 기본 구성 요소인 선의 끝으로 간주되어 온 입자입니다.
(00:39) 하지만 오늘날 우리는 그것이 실제로 그렇지 않다. 대신, 물리학자들은 가장 깊은 수준에서 모든 것이 신비한 실체, 즉 우리가 양자장이라고 부르는 유체와 같은 물질로 구성되어 있다고 말합니다. 이 보이지 않는 필드는 때로는 입자처럼, 때로는 파도처럼 작동합니다. 그들은 서로 상호 작용할 수 있습니다. 그것들 중 일부는 심지어 우리를 통해 흐를 수 있습니다. 그만큼 양자장 이론 틀림없이 역사상 가장 성공적인 과학 이론. 어떤 경우에는 놀랍게도 소수점 12자리까지 실험과 일치하는 예측을 합니다. 게다가 양자장 이론은 순수 수학, 특히 XNUMX차원 형태와 더 높은 차원의 공간에 대한 연구에서 특정 질문에 대해 엄청난 빛을 비추고 있습니다. 그러나 양자장 이론이 뭔가를 놓치고 있다고 믿을 만한 이유도 있습니다. 인 것 같다 수학적으로 불완전한, 우리에게 많은 답이 없는 질문을 남깁니다.
(01:38) 지금 저와 함께 이 모든 것을 논의하는 교수님입니다 데이비드 통. David는 케임브리지 대학의 이론 물리학자입니다. 그의 전문 분야는 양자장 이론이며, 뛰어난 재능을 지닌 교사이자 해설자로도 유명합니다. 그의 많은 영예 중에서 그는 2008년에 캠브리지 대학교가 수여하는 가장 권위 있는 상 중 하나인 아담스 상을 수상했습니다. 그는 또한 근본적인 질문을 연구하는 과학자와 수학자에게 Simons Foundation에서 상을 주는 Simons Investigator이기도 합니다. Simons Foundation은 또한 이 팟캐스트에 자금을 지원합니다. David, 오늘 함께해주셔서 감사합니다.
데이비드 통 (02:15): 안녕, 스티브. 저를 주셔서 대단히 감사합니다.
스트로가츠: 당신과 이야기할 기회를 갖게 되어 기쁩니다. 나는 인터넷에서 당신의 강의를 읽고 YouTube에서 당신의 환상적인 강연을 보는 것을 즐겼습니다. 그래서 이것은 훌륭한 치료입니다. 기본부터 시작하겠습니다. 우리는 오늘 필드에 대해 이야기할 것입니다. 누가 그것들을 만들었는지 알려주십시오. 일반적으로 Michael Faraday가 크레딧을 받습니다. 그의 생각은 무엇이었습니까? 그리고 그는 무엇을 발견했습니까?
통 (02:37): 모든 것은 다음으로 돌아가 마이클 패러데이. 패러데이는 모든 시대의 위대한 실험 물리학자 중 한 사람이었고 이론가가 아니라 실험 물리학자였습니다. 그는 14세에 학교를 떠났습니다. 그는 본질적으로 수학을 전혀 몰랐습니다. 그러나 오히려 놀랍게도 그는 우주가 작동하는 방식에 대한 이러한 직관을 구축했습니다. 그것은 그가 이론 물리학에 가장 중요한 공헌을 했다는 것을 의미합니다. 약 25년 동안 그는 전기와 자기에 대한 아이디어를 가지고 놀았습니다. 그는 자석을 얻고 그 주위에 구리선을 감고 있었습니다. 그는 전자기 유도를 발견하고 전기 모터를 발명하는 것과 같은 몇 가지 상당히 중요한 일을 했습니다.
(03:19) 그리고 약 20년 후, 그는 사물이 작동하는 방식을 설명하기 위해 마음속으로 꾸며낸 그림이 실제로 우리가 살고 있는 우주에 대한 올바른 설명이라는 매우 대담한 제안을 했습니다.
(03:33) 예를 들어보겠습니다. 막대 자석 몇 개를 가지고 밀어서 두 개의 북극이 서로 접근하도록 하면 우리 모두가 한 실험입니다. 그리고 이 자석을 함께 밀면, 자석을 서로 밀어내는 해면 같은 힘을 느낄 수 있습니다. 패러데이는 자석 사이에 실제로 무언가가 있다는 매우 대담한 제안을 했습니다. 당신이 자석을 보았기 때문에 놀랍습니다. 그것은 단지 희박한 공기일 뿐입니다. 거기에는 분명히 아무것도 없습니다. 그러나 패러데이는 거기에 무언가가 있었고, 거기에는 우리가 지금 자기장이라고 부르는 것이 있다고 말했습니다. 그는 그것을 힘의 선이라고 불렀습니다. 그리고 이 자기장은 자석 자체만큼이나 실제적이었습니다.
(04:11) 그래서 그것은 우리가 살고 있는 우주에 대한 매우 새로운 사고 방식이었습니다. 그는 우주에 입자가 있을 뿐만 아니라 이 다른 종류의 물체, 매우 다른 종류의 물체가 있다고 제안했습니다. , 공간의 모든 곳에 한 번에 존재하는 필드. 그는 이제 현대 언어로 말하면 우주의 모든 단일 지점에는 두 개의 벡터와 두 개의 화살표가 있다고 말합니다. 그리고 이 벡터들은 전기장과 자기장의 방향과 크기를 알려줍니다.
(04:43) 그래서 그는 우리에게 아주 아주 다른 두 개의 물체가 있다는 이분법이 있는 우주의 그림을 남겼습니다. 전기장과 자기장을 형성하는 입자가 있습니다. 그리고 나서 이 전기장과 자기장 자체가 흔들리고 진화하며 차례로 입자가 움직이는 방법을 알려줍니다. 그래서 입자들이 하는 일과 장이 하는 일 사이에는 이런 종류의 복잡한 춤이 있습니다. 그리고 실제로, 그의 큰 공헌은 이 장이 실제적이며 입자만큼 실제적이라고 말한 것입니다.
스트로가츠 (05:12): 그렇다면 양자역학이 발견된 후 장의 개념은 어떻게 바뀌었을까요?
통 (05:18): 양자역학이 등장했을 때는 지금이 1925년입니다. 그리고 우리는 이런 종류의 독특한 세계관을 가지고 있습니다. 그래서 우리는 전기장과 자기장이 있다는 것을 압니다. 그리고 우리는 이러한 전자기장의 잔물결이 우리가 빛이라고 부르는 것임을 압니다. 그러나 또한 양자 혁명으로 인해 빛 자체가 입자, 즉 광자로 구성되어 있음을 압니다.
(05:41) 그래서 떠오르는 질문이 있습니다. 즉, 한편으로는 필드와 다른 한편으로는 광자 사이의 이러한 관계를 어떻게 생각해야 하는지입니다. 그리고 이것이 작동하는 방식에는 두 가지 논리적 가능성이 있다고 생각합니다. 유체가 수많은 원자로 구성되어 있는 것처럼 전기장과 자기장을 수많은 광자로 구성되어 있다고 생각해야 할 수도 있습니다. 원자가 근본적인 대상이라고 생각하십시오. 또는 그 반대일 수도 있고, 필드가 기본일 수도 있습니다. 그리고 광자는 들판의 작은 잔물결에서 나옵니다. 그래서 그것들은 두 가지 논리적 가능성이었습니다.
(06:18) 그리고 큰 발전은 1927년에 시작됩니다. 그러나 이것이 완전히 이해되기까지는 20~30년이 걸립니다. 그렇다면 가장 중요한 것은 전기장과 자기장이 모든 것의 기초가 된다는 사실입니다. 그리고 전기장과 자기장의 작은 파문은 양자 역학의 영향으로 인해 우리가 광자라고 부르는 작은 에너지 묶음으로 바뀝니다.
(06:44) 그리고 물리학의 역사에서 위대한 통합 단계 중 하나인 놀라운 큰 단계는 동일한 이야기가 다른 모든 입자에도 적용된다는 것을 이해하는 것입니다. 우리가 전자라고 부르는 것과 쿼크라고 부르는 것은 그 자체가 근본적인 대상이 아니라는 것입니다. 그 대신에, 정확히 전기장과 자기장과 같은 전자장이라고 불리는 것이 우주 전체에 퍼져 있습니다. 그리고 우리가 전자라고 부르는 입자는 이 전자장의 작은 잔물결입니다. 언급하려는 다른 입자에 대해서도 마찬가지입니다. 쿼크 장이 있습니다. 사실, 우주에는 XNUMX개의 다른 쿼크 장이 있습니다. 중성미자 장이 있고, 글루온을 위한 장이 있고, W 보손. 그리고 우리가 새로운 입자를 발견할 때마다, 가장 최근의 입자인 힉스 입자를 발견할 때마다, 그것과 관련된 것은 그 밑에 깔려 있는 장이 있으며, 입자는 장의 잔물결에 불과하다는 것을 압니다.
스트로가츠 (07:33): 이러한 사고 방식과 연관시켜야 하는 특정 이름이 있습니까?
통 (07:36): 한 사람이 있습니다. 그는 나치당의 매우 열렬한 일원이었기 때문에 역사책에서 거의 지워질 뻔했습니다. 그리고 그는 나치당원이 되기 전에 나치당원이었습니다. 그의 이름은 파스칼 조던. 그리고 그는 양자 역학의 창시자 중 한 명이었습니다. 그는 Heisenberg와 다른 사람들과 함께 원본 논문에 있었습니다. 그러나 그는 한 분야에서 시작하여 양자 역학의 규칙을 적용하면 결국 입자가 된다는 것을 처음으로 인식한 사람이었습니다.
스트로가츠 (08:06): 좋아, 아주 좋아. 자, 당신은 전자장, 쿼크, W 와 Z 보손과 나머지. 우리가 많이 듣는 표준 모델에 대해 조금 알려주십시오.
통 (08 : 18) : 표준 모델 is 우리의 현재 최고의 우주 이론 우리가 살고 있습니다. 그것은 양자장 이론의 한 예입니다. 기본적으로 우리가 이미 나열한 모든 입자입니다. 이들 각각에는 연관된 필드가 있습니다. 그리고 표준 모델은 각 필드가 다른 필드와 상호 작용하는 방식을 설명하는 공식입니다. 플레이 필드는 12개의 포스 필드입니다. 그리고 제가 설명할 방식으로 XNUMX개의 물질 필드를 계산하는 방법에 따라 다릅니다. 따라서 세 가지 힘장은 전기와 자기입니다. 실제로 패러데이로 인해 전기장과 자기장이 동전의 양면과 같다는 사실을 깨닫기 때문에 한쪽이 다른 쪽 없이는 존재할 수 없습니다. 그래서 우리는 그것들을 하나로 계산합니다. 그리고 두 개의 핵력 장이 있습니다. 하나는 강력한 핵력과 관련된 글루온 장이라고 합니다. 이것은 원자 내부의 핵과 약한 핵력과 관련된 다른 장을 함께 유지합니다. 그들은 W 보손 또는 Z 보손 필드. 그래서 우리는 XNUMX개의 포스 필드를 가지고 있습니다.
[비디오 삽입: 표준 모델: 가장 성공적인 과학적 이론]
(09:20) 그리고 우리는 많은 물질 필드를 가지고 있습니다. 그것들은 XNUMX개씩 세 그룹으로 나뉩니다. 가장 친숙한 것은 전자장이며, 업 및 다운 쿼크와 관련된 두 개의 쿼크장입니다. 양성자에는 — 오, 우리가 이것을 제대로 이해했으면 합니다 — 위아래 XNUMX개와 중성자 XNUMX개를 포함하고 있습니다. 제 생각에는 그 방향이 맞다고 생각합니다.
스트로가츠 (09:41): 어느 쪽이든 나를 속일 수 있습니다. 나는 결코 기억할 수 없다.
통 (09:43): 예, 하지만 청취자들은 알게 될 것입니다. 그리고 중성미자 장입니다. 12개의 힘과 상호작용하는 XNUMX개의 입자 모음이 있습니다. 그리고 나서 우리가 정말로 이해할 수 없는 이유로 우주는 그 물질 장을 두 번 반복하기로 결정했습니다. 그래서 뮤온, 이상한 매력 및 또 다른 중성미자라고 불리는 XNUMX개의 입자의 두 번째 집합이 있습니다. 중성미자에 대한 좋은 이름이 부족해서 그냥 뮤온 중성미자라고 부릅니다. 그리고 나서 XNUMX개의 또 다른 집합을 얻습니다. 타우, 상단 쿼크, 하단 쿼크, 그리고 다시 타우 중성미자입니다. 그래서 자연은 이런 방식으로 반복됩니다. 그리고 그 이유는 아무도 모릅니다. 나는 그것이 큰 미스터리 중 하나로 남아 있다고 생각한다. 그러나 세 가지 힘과 상호 작용하는 XNUMX개의 입자 집합이 표준 모델을 구성합니다.
(09:43) 아, 그리고 하나 놓쳤습니다. 내가 놓친 것이 중요합니다. 힉스 입자입니다. 힉스 입자는 모든 것을 하나로 묶습니다.
스트로가츠 (10:37): 좋아, 감질나게 해. 힉스 입자가 하는 일, 표준 모형에서 힉스 입자가 하는 역할에 대해 조금 이야기해야 할 것 같습니다.
통 (10:43): 다소 특별한 일을 합니다. 다른 모든 입자에 질량을 부여합니다. 나는 그것이 질량을 제공하는 방법을 설명하기 위해 좋은 비유를 갖고 싶습니다. 나는 나쁜 비유를 할 수 있지만 그것은 정말로 나쁜 비유입니다. 나쁜 비유는 이 힉스 장이 모든 공간에 퍼져 있다는 것입니다. 그것은 사실입니다. 그리고 나쁜 비유는 당밀이나 당밀처럼 약간 작용한다는 것입니다. 입자는 일종의 이 힉스 장을 통해 진행해야 합니다. 그런 식으로 속도가 느려집니다. 그들은 자연적으로 빛의 속도로 여행할 것이고, 이 힉스 장의 존재로 인해 속도가 느려집니다. 그리고 그것은 우리가 질량이라고 부르는 현상에 대한 책임이 있습니다.
(11:22) 내가 방금 말한 것의 대부분은 기본적으로 거짓말입니다. 내 말은, 그것은 일종의 마찰력이 작용하고 있다는 것을 암시합니다. 그리고 그것은 사실이 아닙니다. 그러나 방정식이 실제로 놀라울 정도로 쉬운 것들 중 하나입니다. 그러나 이러한 방정식을 포착하는 설득력 있는 유추를 생각해 내는 것은 다소 어렵습니다.
스트로가츠 (11:36): 힉스 장이 없다면 모든 것이 빛의 속도로 움직인다는 것은 놀라운 말씀입니다. 내 말 잘 들었어?
통 (11:47): 예, 항상 그렇듯이 이러한 사항을 제외하고는 예입니다. 주의해야 합니다. "하지만"은 힉스 장이 꺼지면 전자가 빛의 속도로 움직인다는 것입니다. 아시다시피 원자는 특히 안정적이지 않습니다. 어쨌든 거의 질량이 없는 중성미자는 빛의 속도로 이동할 것입니다. 그러나 양성자나 중성자는 기본적으로 지금과 같은 질량을 가질 것이라는 것이 밝혀졌습니다. 그 안에 있는 쿼크는 질량이 없을 것입니다. 그러나 양성자 또는 중성자 내부의 쿼크의 질량은 양성자 또는 중성자에 비해 완전히 하찮습니다. 0.1% 정도입니다. 따라서 양성자 또는 중성자는 실제로 우리가 가장 잘 이해하지 못하는 양자장 이론의 일부에서 질량을 얻습니다. 그러나 양자장의 거친 변동은 양성자 또는 중성자 내부에서 일어나고 있는 것이며 질량을 제공하는 것입니다. 따라서 소립자는 쿼크, 전자와 같이 질량이 없어질 것이지만 우리가 구성하는 물질인 중성자와 양성자는 그렇지 않을 것입니다. 그들은 이 다른 메커니즘에서 질량을 얻습니다.
스트로가츠 (12:42): 당신은 흥미로운 것들로 가득 차 있습니다. 내가 그것에 대해 어떻게 생각하는지 말할 수 있는지 봅시다. 그리고 제가 완전히 틀렸다면 저를 바로잡을 수 있습니다. 그래서 저는 이 강하게 상호작용하는 쿼크를 내부에 가지고 있습니다. 예를 들어, 양성자입니다. 그리고 뭔가 있을 거라 생각하면서 마음속에 간직하고 있어요 E = mc2 강력한 상호 작용이 많은 양의 에너지와 관련되어 있다는 연결이 여기에서 진행 중입니다. 그리고 그것은 어떻게 든 질량으로 번역되고 있습니다. 그게 아니면 가상 입자가 생성되고 사라지는 건가요? 그리고 그 모든 것이 에너지를 생성하고 따라서 질량을 생성합니까?
통 (13:16): 방금 말씀하신 두 가지입니다. 그래서 우리는 고등학교 때 이 거짓말을 합니다. 물리학은 젊었을 때 거짓말을 하고 나이가 들수록 상황이 조금 더 복잡해진다는 것을 깨닫는 것입니다. 우리가 하는 거짓말, 그리고 이미 앞서 말했듯이 각 양성자와 각 중성자 내부에 XNUMX개의 쿼크가 있다는 것입니다. 그리고 그것은 사실이 아닙니다. 올바른 진술은 양성자 내부에 수백 개의 쿼크, 반쿼크 및 글루온이 있다는 것입니다. 그리고 실제로 XNUMX개의 쿼크가 있다는 진술, 적절한 표현 방식은 주어진 시간에 반쿼크보다 XNUMX개의 쿼크가 더 있다는 것입니다. 그래서 추가로 XNUMX가지가 있습니다. 그러나 그것은 매우 복잡한 물체인 양성자입니다. 그것은 멋지고 깨끗하지 않습니다. 그것은 매우 복잡한 방식으로 상호 작용하는 수백, 아마도 수천 개의 서로 다른 입자를 포함합니다. 이 쿼크-반쿼크 쌍을 가상 입자로 생각할 수 있습니다. 가상 입자는 진공에서 튀어나왔다가 양성자 내부로 다시 들어가는 것입니다. 또는 그것에 대해 생각하는 다른 방식은 단지 필드 자체가 양성자 또는 중성자 내부에서 복잡한 방식으로 흥분되어 주위를 휘젓고 있다는 것입니다. 이것이 질량을 부여하는 것입니다.
스트로가츠 (14:20): 앞서 나는 이것이 매우 성공적인 이론이라고 암시했고 소수점 이하 12자리 정도에 대해 언급했습니다. 그것에 대해 말씀해 주시겠습니까? 그것은 위대한 승리 중 하나이기 때문에 양자장 이론이나 물리학뿐만 아니라 모든 과학에 대해 말하고 싶습니다. 제 말은, 우주를 이해하려는 인류의 시도는 아마도 우리가 한 일 중 가장 좋은 일일 것입니다. 그리고 양적 관점에서 볼 때 우리는 하나의 종입니다.
통 (14:42): 정확히 맞는 것 같아요. 그것은 일종의 특별합니다. 우리가 무엇을 하고 있는지 알면 정말 멋진 일을 할 수 있습니다.
스트로가츠 (14:42): 수학의 비합리적인 효율성에 대한 이 질문에 대해 일종의 철학적인 분위기를 조성하는 것으로 충분합니다.
통 (14:52): 그래서, 특정한 물체나 특정한 양, 그것은 양자장 이론의 포스터 소년입니다. 왜냐하면 우리는 그것을 아주 잘 계산할 수 있기 때문입니다. 비록 이러한 계산을 하는 데 수십 년이 걸리기는 하지만, 그것들은 쉽지 않습니다. 그러나 또한 중요한 것은 우리가 그것을 실험적으로 아주 잘 측정할 수 있다는 것입니다. 그래서 전화번호입니다 g-2 , 크게 보면 그다지 중요하지 않지만 그 숫자는 다음과 같습니다. 전자를 취하면 스핀이 있습니다. 전자는 지구가 축을 중심으로 회전하는 방식과 유사하지 않은 일부 축을 중심으로 회전합니다. 그것은 그보다 더 양자적이지만 염두에 두는 것이 나쁜 비유는 아닙니다.
(14:59) 전자를 가져와 자기장에 넣으면 시간이 지남에 따라 스핀의 방향이 진행되고 이 숫자는 g-2는 처리 속도를 알려주고 -2는 약간 이상합니다. 그러나 당신은 순진하게 이 숫자가 1일 것이라고 생각할 것입니다. 그리고 [폴] 디랙 실제로 이 숫자가 2의 XNUMX차 근사치임을 보여줌으로써 부분적으로 노벨상을 수상했습니다. 그럼 [줄리안] 슈윙거 노벨상을 받다., [Richard] Feynman 및 [Sin-Itiro] Tomonaga와 함께 2점이 아니라 2점 무언가를 보여주었습니다. 그리고 시간이 지남에 따라 우리는 그 무언가를 나중에 또 다른 XNUMX개의 무언가로 만들었습니다. 당신이 말했듯이, 그것은 이제 우리가 이론적으로 매우 잘 알고 있고 실험적으로도 매우 잘 알고 있는 것입니다. 그리고 이 숫자들이 한 자릿수마다 서로 일치하는 것을 보는 것은 놀랍습니다. 그것은 다소 특별한 것입니다.
(15:21) 이것이 당신을 그 방향으로 밀어붙이는 것 중 하나는 그것이 너무 좋다는 것입니다. 이것이 세계에 대한 모델이 아니라 이것이 실제 세계, 이 방정식에 훨씬 더 가깝다는 것이 너무 좋습니다.
스트로가츠 (16:31): 양자장 이론의 찬사를 불렀고, 찬사를 받을 만한 가치가 있기 때문에 우리는 그것이 극도로 복잡하고 어떤 면에서는 문제가 있는 이론 또는 일련의 이론이라는 것도 인식해야 합니다. 그래서 우리 토론의 이 부분에서 우리가 어떤 예약을 해야 하는지 이해하는 데 도움을 줄 수 있는지 궁금합니다. 또는 국경이 어디인지. 마찬가지로 이론은 불완전하다고 합니다. 그것에 대해 불완전한 것은 무엇입니까? 양자장 이론에 대해 남아 있는 가장 큰 미스터리는 무엇입니까?
통 (17:01): 구독하는 항목에 따라 다릅니다. 당신이 물리학자이고 이 숫자를 계산하고 싶다면 g-2, 그렇다면 양자장 이론에 대해 불완전한 것은 없습니다. 실험이 좋아지면 계산을 하거나 더 잘하게 됩니다. 당신은 정말로 당신이 원하는만큼 할 수 있습니다. 여기에는 여러 축이 있습니다. 그래서 처음부터 하나에 집중하겠습니다.
(17:22) 문제는 순수한 수학자 친구들과 이야기할 때 발생합니다. 왜냐하면 순수한 수학자 친구들은 똑똑한 사람들이고 우리가 이 수학 이론을 가지고 있다고 생각하기 때문입니다. 그러나 그들은 우리가 말하는 것을 이해하지 못합니다. 그리고 그것은 그들의 잘못이 아니라 우리의 잘못입니다. 우리가 다루고 있는 수학은 엄격한 기초 위에 있는 것이 아닙니다. 그것은 우리가 다양한 수학적 아이디어를 가지고 빠르고 느슨하게 놀고 있는 것입니다. 그리고 우리는 이 실험과의 합의가 보여주듯이 우리가 무엇을 하고 있는지 알고 있다고 확신합니다. 그러나 확실히 수학자들이 편안하게 느낄 수 있는 엄격함의 수준은 아닙니다. 그리고 점점 더 우리 물리학자들도 불편해하고 있다고 생각합니다.
(17:22) 이것은 새로운 것이 아닙니다. 새로운 아이디어, 새로운 수학적 도구가 있을 때마다 물리학자들이 문제를 해결할 수 있기 때문에 이러한 아이디어를 가지고 실행하는 경우가 많습니다. 그리고 수학자들은 항상 "엄격함"이라는 단어를 좋아합니다. 아마도 "현학"이라는 단어가 더 나을 것입니다. 그러나 지금 그들은 우리보다 조금 더 느리게 가고 있습니다. 그들은 i에 점을 찍고 T를 교차합니다. 그리고 어떻게든 양자장 이론을 사용하면 너무 오래되었고 진전이 거의 없었기 때문에 우리가 잘못 생각하고 있는 것 같습니다. 그래서 한 가지 불안한 점은 수학적으로 엄밀하게 만들 수 없다는 것입니다. 노력이 부족해서가 아닙니다.
스트로가츠 (18:33): 음, 문제의 핵심을 이해하려고 노력합시다. 아니면 그들 중 많은 수가 있습니다. 하지만 앞서 마이클 패러데이에 대해 말씀하셨습니다. 그리고 공간의 각 지점에는 벡터가 있습니다. 화살표로 생각할 수 있는 양이 있고 방향과 크기가 있습니다. 또는 원하는 경우 x, y와 같은 세 개의 숫자로 생각할 수 있습니다. 및 각 벡터의 z 성분. 그러나 양자장 이론에서는 각 점에서 정의된 객체가 벡터나 숫자보다 더 복잡하다고 생각합니다.
통 (18:33): 그렇습니다. 이를 수학적으로 표현하는 방법은 모든 단일 점에 연산자가 있다는 것입니다. 일부는 공간의 각 점에 앉아 있고 힐베르트 공간에 작용하는 무한 차원 행렬 자체가 매우 복잡하고 매우 정의하기 어렵습니다. 그래서 수학은 복잡하다. 그리고 대부분 이 문제 때문에 세계가 연속체입니다. 우리는 공간과 시간, 특히 공간이 연속적이라고 생각합니다. 따라서 각 지점에서 실제로 무언가를 정의해야 합니다. 그리고 한 점 옆에, 그 점에 극도로 가까운 점은 다른 연산자가 있는 또 다른 점입니다. 그래서 점점 더 작은 거리 눈금을 보면 나타나는 무한대가 있습니다. 바깥쪽으로 가는 무한대가 아니라 안쪽으로 가는 무한대가 있습니다.
(19:44) 이것은 그것을 우회하는 방법을 제안합니다. 그것을 피하는 한 가지 방법은 이러한 목적을 위해 가장하는 것입니다. 그 공간은 연속적이지 않습니다. 사실 공간이 연속적이지 않을 수도 있습니다. 그래서 여러분은 수학자들이 격자라고 부르는 격자를 갖는 것에 대해 생각하는 것을 상상할 수 있습니다. 따라서 연속적인 공간을 갖는 것보다 한 점에 대해 생각하고 그 다음에는 그 점에서 유한한 거리, 다른 점에 대해 생각합니다. 그리고 그것으로부터의 어떤 유한한 거리, 또 다른 점. 그래서 여러분은 공간을 이산화하고, 다시 말해 우리가 자유도라고 부르는 것에 대해 생각합니다. 어떤 연속체에 사는 것이 아니라 이 격자점에 사는 것처럼 움직이는 물질입니다. 그것은 수학자들이 훨씬 더 잘 다룰 수 있는 것입니다.
(19:44) 하지만 그렇게 하려고 하면 문제가 있습니다. 그리고 저는 그것이 이론 물리학에서 실제로 가장 깊은 문제 중 하나라고 생각합니다. 일부 양자장 이론은 우리가 그런 식으로 이산화할 수 없다는 것입니다. 특정 양자장 이론의 개별 버전을 작성하는 것을 금지하는 수학적 정리가 있습니다.
스트로가츠 (20:41): 오, 내 눈썹이 그 쪽에서 올라갔다.
통 (20:43): 이 정리를 Nielsen-Ninomiya 정리라고 합니다. 당신이 이산화할 수 없는 양자장 이론의 부류 중에는 우리 우주를 설명하는 것이 표준모형(Standard Model)이다.
스트로가츠 (20:52): 농담 아니에요! 우와.
통 (20:54): 이 정리를 액면 그대로 받아들인다면 우리가 매트릭스에 살고 있지 않다는 뜻입니다. 컴퓨터에서 무엇이든 시뮬레이션하는 방법은 먼저 이산화한 다음 시뮬레이션하는 것입니다. 그러나 우리가 알고 있는 물리 법칙을 이산화하는 것에는 근본적인 장애물이 있습니다. 그래서 우리는 물리 법칙을 시뮬레이션할 수 없지만, 다른 누구도 할 수 없다는 것을 의미합니다. 따라서 이 정리를 실제로 구입한다면 우리는 매트릭스에 살고 있지 않습니다.
스트로가츠 (21:18): 정말 즐기고 있어요, 데이빗. 이것은 너무 흥미롭습니다. 양자장 이론을 공부할 기회가 없었습니다. 나는 Princeton의 Jim Peebles에게서 양자역학을 배우게 되었습니다. 그리고 그것은 훌륭했습니다. 그리고 나는 그것을 매우 즐겼지만 결코 계속하지 않았습니다. 그래서 양자장 이론, 저는 여기 있는 많은 청취자들의 입장에 있습니다. 여러분이 설명하는 모든 경이로움을 아고그에서 바라보는 것입니다.
통 (21:41): 컴퓨터에서 시뮬레이션하기 어렵거나 불가능하게 만드는 표준 모델의 정확한 측면에 대해 조금 더 말씀드릴 수 있습니다. 멋진 태그라인이 있습니다. 할리우드 태그라인처럼 추가할 수 있습니다. 슬로건은 "우리 세상에서는 일어날 수 없는 일들이 거울 속에서 일어날 수 있다"입니다. 1950년대, 우 치엔 시잉 우리가 패리티 위반이라고 부르는 것을 발견했습니다. 이것은 당신이 눈앞에서 일어나는 일을 보거나 거울에 비친 이미지를 볼 때 그 차이를 구별할 수 있고 그것이 실제 세계에서 일어나고 있는지 거울에서 일어나고 있는지 알 수 있다는 진술입니다. 물리학 법칙의 이러한 측면에서 거울에 반사된 현상이 현실에서 발생하는 것과 다르다는 것이 문제가 됩니다. 이 이론에 따르면 시뮬레이션하기 어렵거나 불가능한 것은 바로 그 측면입니다.
스트로가츠 (22:28): 격자 자체가 패리티에 대처하는 데 아무런 문제가 없기 때문에 내 말을 이해하기 어렵습니다. 그러나 어쨌든, 나는 그것이 미묘한 정리라고 확신합니다.
통 (22:36): 우리 세계의 모든 입자가 전자, 쿼크인 이유에 대해 조금 말씀드릴 수 있습니다. 그들은 두 개의 다른 입자로 나뉩니다. 왼손잡이와 오른손잡이라고 합니다. 그리고 그것은 기본적으로 그들이 움직일 때 스핀이 어떻게 변하는지와 관련이 있습니다. 물리 법칙은 왼손 입자가 오른손 입자와 다른 힘을 느끼는 것과 같습니다. 이것이 이 패리티 위반으로 이어지는 것입니다.
(22:59) 이제 일관되고 왼손잡이 입자와 오른손잡이 입자가 서로 다른 힘을 경험한다는 속성을 가진 수학 이론을 작성하는 것이 어렵다는 것이 밝혀졌습니다. 당신이 뛰어 넘어야 할 일종의 허점이 있습니다. 양자장 이론에서 이상 또는 이상 소거라고 합니다. 그리고 이러한 미묘함, 이러한 허점은 최소한 공간이 연속적이라는 사실을 계산하는 특정 방식에서 공간이 연속적일 때 이러한 허점을, 또는 공간이 연속적일 때 이러한 요구 사항을 볼 수 있습니다. 따라서 격자는 이에 대해 아무것도 모릅니다. 격자는 이러한 멋진 변칙성에 대해 아무것도 모릅니다.
(23:36) 그러나 격자에 일관성이 없는 이론을 쓸 수는 없습니다. 그래서 어떻게든 격자는 엉덩이를 덮어야 하고 그것이 제공하는 것이 무엇이든 일관된 이론이라는 것을 확인해야 합니다. 그리고 그것이 하는 방식은 왼손잡이와 오른손잡이 입자가 다른 힘을 느끼는 이론을 허용하지 않는 것입니다.
스트로가츠 (23:50): 알겠습니다. 맛은 알 것 같아요. 토폴로지가 현상의 일부를 허용하는 것과 같은 것입니다. 이러한 예외는 약한 힘의 경우에 볼 수 있는 것을 확인하는 데 필요한 이산 공간이 허용하지 않는 것입니다. 연속체에 관한 것이 핵심입니다.
통 (24:06): 당신이 실제로 나보다 더 잘 말했다. 모두 토폴로지와 관련이 있습니다. 그것은 바로 맞습니다. 응.
스트로가츠 (24:11): 좋습니다. 좋은. 그것은 실제로 우리에게 아주 좋은 이야기입니다. 제가 다음으로 갈 수 있기를 바랐던 곳은 양자장 이론이 수학에 대해 한 일에 대해 이야기하는 것입니다. 왜냐하면 그것은 위대한 성공 사례 중 하나이기 때문입니다. 우주에 관심이 있는 물리학자들에게는 그것이 주된 관심사가 아닐 수도 있지만 수학계에 있는 사람들에게는 순전히 수학적 대상에 대해 생각함으로써 이루어진 위대한 공헌에 매우 감사하고 또한 신비스럽습니다. , 마치 그들이 양자장 이론의 통찰력으로 그들에게 알려주는 것처럼. 예를 들어 1990년대에 시작된 이야기 중 일부에 대해 간단히 말씀해 주시겠습니까?
통 (24:48): 네, 이것은 양자장 이론에서 나온 놀라운 것 중 하나입니다. 그리고 여기에는 작은 아이러니가 없습니다. 아시다시피, 아이러니는 우리가 수학자들이 극도로 의심하는 이러한 수학적 기술을 사용하고 있다는 것입니다. 왜냐하면 그들은 엄격하지 않다고 생각하지 않기 때문입니다. 그러나 동시에 우리는 어떻게든 수학자들을 뛰어넘고 특정 상황에서 그들 자신의 게임에서 거의 그들을 이길 수 있습니다. 어떤 상황에서는 수학의 일부 영역을 완전히 변형시킨 결과입니다.
(25:22) 그래서 나는 이것이 어떻게 작동하는지에 대해 당신에게 약간의 이해를 제공하려고 노력할 수 있습니다. 이것이 가장 유용한 수학 영역은 기하학과 관련된 아이디어입니다. 그것만이 아니다. 하지만 그것은 우리가 물리학자로서 생각하는 데 있어 가장 진보한 것이라고 생각합니다. 물론 기하학은 항상 물리학자들의 마음에 가까이 있었습니다. 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 공간과 시간 자체가 기하학적 대상이라는 사실을 우리에게 말해주고 있습니다. 그래서 우리가 하는 것은 수학자들이 다양체라고 부르는 것을 취하는 것입니다. 그것은 어떤 기하학적 공간입니다. 머릿속으로는 먼저 축구공의 표면을 생각할 수 있습니다. 그리고 아마도 도넛의 표면인 경우 중간에 구멍이 있습니다. 그런 다음 중간에 몇 개의 구멍이 있는 프레첼의 표면으로 일반화합니다. 그리고 나서 큰 단계는 그 모든 것을 취하여 더 높은 차원으로 밀어넣고 더 높은 차원의 구멍으로 자신을 감싸는 등의 더 높은 차원의 물체를 생각하는 것입니다.
(26:13) 그래서 수학자들은 우리에게 이런 종류의 물체를 분류하고, 다른 물체의 특별한 점, 물체가 가질 수 있는 구멍의 종류, 물체에 가질 수 있는 구조 등을 묻는 질문을 하고 있습니다. 그리고 물리학자로서 우리는 약간의 추가적인 직관력을 가지고 있습니다.
(26:28) 그러나 우리에게는 양자장 이론이라는 비밀 무기가 있습니다. 우리에게는 두 가지 비밀 무기가 있습니다. 우리는 양자장 이론을 가지고 있습니다. 우리는 엄격함을 의도적으로 무시합니다. 그 둘은 꽤, 아주 멋지게 결합됩니다. 그래서 우리는 이런 질문을 할 것입니다. 이 공간 중 하나를 가져와서 그 위에 입자를 놓고 그 입자가 공간에 어떻게 반응하는지 묻습니다. 이제 입자나 양자 입자의 경우 공간 전체에 퍼지는 확률의 파동이 있기 때문에 매우 흥미로운 일이 발생합니다. 그리고 이 양자적 성질 때문에, 그것은 공간의 전지구적 성질에 대해 알 수 있는 선택권을 가지고 있습니다. 모든 공간을 한 번에 느낄 수 있고 구멍이 있는 곳과 계곡이 있는 곳과 봉우리가 있는 곳을 파악할 수 있습니다. 그래서 우리의 양자 입자는 특정 구멍에 갇히는 것과 같은 일을 할 수 있습니다. 그런 식으로 공간의 토폴로지에 대해 알려주십시오.
(27:18) 그래서 양자장 이론을 이것에 적용하는 데에는 여러 가지 매우 큰 성공이 있었습니다. 그 중 가장 큰 것 중 하나는 1990년대 초였습니다. 거울 대칭이라고 하는 것이 있었습니다. 단순 기하학. 조금 후에 [나단] 세이버그 와 [에드워드] 위튼 특정 XNUMX차원 양자장 이론을 풀고 XNUMX차원 공간의 토폴로지에 대한 새로운 통찰력을 제공했습니다. 그것은 정말로 놀랍도록 유익한 프로그램이었습니다. 현재 수십 년 동안 일어나고 있는 일은 물리학자들이 양자장 이론에서 새로운 아이디어를 내놓을 것이지만 엄격함이 부족하기 때문에 일반적으로 그것들을 완전히 증명할 수 없다는 것입니다. 그러면 수학자들이 따라올 것입니다. 그러나 그것은 단순히 눈을 긋고 T자를 교차하는 것이 아니라 일반적으로 아이디어를 취하고 자신의 방식으로 증명하고 새로운 아이디어를 도입합니다.
(28:02) 그리고 그 새로운 아이디어는 양자장 이론으로 되돌려지고 있습니다. 그래서 수학과 물리학 사이에 정말 놀라운 조화로운 발전이 있었습니다. 밝혀진 바와 같이 우리는 종종 같은 질문을 하지만 매우 다른 도구를 사용하고 서로 이야기함으로써 다른 방법보다 훨씬 더 많은 진전을 이뤘습니다.
스트로가츠 (28:18): 저는 당신이 제공한 직관적인 그림이 이 양자장의 개념을 비편재화된 것으로 생각하는 데 매우 도움이 된다고 생각합니다. 알다시피, 우리가 점처럼 생각하는 입자가 아니라 공간과 시간 전체에 걸쳐 퍼지는 이 물체가 있습니다. 이론에 시간이 있거나 기하학을 하고 있다면 우리는 ' 그냥 공간 전체에 퍼진다고 생각하시면 됩니다. 이 양자 필드는 당신이 말했듯이 전역 기능을 감지하는 데 매우 적합합니다.
(28:47) 그리고 그것은 수학에서 표준적인 사고 방식이 아닙니다. 우리는 점과 점의 이웃, 한 점의 극소 이웃을 생각하는 데 익숙합니다. 우리 친구야. 우리는 수학자로서 가장 근시안적인 생물과 같은 반면, 물리학자들은 자동적으로 전역적으로 감지되는 물체, 즉 윤곽, 계곡, 봉우리, 표면 전체를 감지할 수 있는 이러한 필드에 대해 생각하는 데 너무 익숙합니다. 전역 개체의.
통 (29:14): 네, 맞습니다. 그리고 물리학에 대한 피드백의 일부는 매우 중요했습니다. 따라서 위상학을 이해하는 것은 양자장 이론에서 뿐만 아니라 기하학에서도 전 세계적으로 생각해야 하는 많은 양자장 이론 사고 방식의 근간을 이루고 있습니다. 그리고 알다시피, 예를 들어 양자 컴퓨터를 만드는 프로그램이 있으며 그 중 하나는 아마도 양자 컴퓨터를 만드는 가장 낙관적인 방법 중 하나일 것입니다.
(29:34) 그러나 작동할 수 있다면 양자 컴퓨터를 구축하는 가장 강력한 방법 중 하나는 정보가 로컬 지점에 저장되지 않고 전역적으로 저장되는 양자장 이론의 토폴로지 아이디어를 사용하는 것입니다. 우주. 이점은 한 지점에서 어딘가로 살짝 밀면 한 지점에 저장되지 않기 때문에 정보를 파괴하지 않는다는 것입니다. 그것은 한 번에 모든 곳에 저장됩니다. 제가 말했듯이, 수학과 물리학 사이에 정말 놀라운 상호작용이 있습니다. 우리가 말하는 동안 일어나고 있습니다.
스트로가츠 (30:01): 음, 마지막으로 기어를 다시 수학에서 물리학으로, 그리고 어쩌면 약간의 우주론으로 전환해 보겠습니다. 그래서 우리가 양자장 이론이라고 부르는 이론의 집합체인 물리 이론의 성공 사례와 관련하여 우리는 최근에 CERN에서 이러한 실험을 했습니다. 이것이 바로 대형 강입자 충돌기(Large Hadron Collider)가 있는 곳입니다. 맞습니까?
통 (30:01): 맞습니다. 제네바에 있어요.
스트로가츠 (30:04): 알겠습니다. 당신은 힉스의 발견에 대해 50, 60년 전에 오랫동안 예측했다고 말했지만, 물리학자들은 – 글쎄, 옳은 단어는 무엇인가? 실망, 수치심, 어리둥절. 그들이 Large Hadron Collider에서의 실험에서 보기를 바랐던 것 중 일부는 실현되지 않았습니다. 초대칭은 하나가 되는 것입니다. 그 이야기를 좀 해주세요. 이러한 실험에서 더 많은 것을 볼 수 있는 곳은 어디입니까? 더 이상 보지 못하는 것에 대해 어떻게 생각해야 합니까?
통 (30:53): 더 많은 것을 보고 싶었습니다. 나는 우리가 본 적이 없는 우리가 어떻게 느껴야 하는지 전혀 모른다. 이야기를 할 수 있어요.
통 (31:00): 그래서 LHC가 건설되었습니다. 그리고 그것은 그것이 힉스 입자를 발견할 것이라는 기대로 만들어졌습니다. 힉스 입자는 표준 모형의 마지막 부분이었습니다. 그리고 우리가 표준 모델을 완성하면 힉스 입자가 우리를 다음에 올 것, 그 이후에 올 현실의 다음 층으로 안내하는 포털이 될 것이라고 생각할 이유가 있었습니다. 그리고 여러분이 할 수 있는 주장이 있습니다. 여러분이 힉스를 발견할 때, 여러분은 힉스와 같은 에너지 규모, 힉스 입자를 어떻게든 안정화시키는 다른 입자를 같은 이웃에서 발견해야 한다는 주장이 있습니다. 힉스 입자는 특별합니다. 표준 모델에서 회전하지 않는 유일한 입자입니다. 다른 모든 입자들, 전자 스핀, 광자 스핀, 우리가 편광이라고 부르는 것입니다. 힉스 입자는 회전하지 않는 유일한 입자입니다. 어떤 의미에서는 표준 모델에서 가장 단순한 입자입니다.
(31:00) 그러나 회전하지 않는 입자가 매우 무거운 질량을 가져야 한다는 이론적인 주장이 있습니다. 매우 무겁다는 것은 가능한 가장 높은 에너지 규모까지 밀어 올리는 것을 의미합니다. 이러한 주장은 좋은 주장입니다. 우리는 양자장 이론에 의해 기술된 물질에서 다른 많은 상황에서 양자장 이론을 사용할 수 있습니다. 입자가 회전하지 않으면 스칼라 입자라고 부르는 것은 항상 사실입니다. 그리고 그것은 가벼운 질량을 가지고 있습니다. 가벼움에는 이유가 있습니다.
(32:25) 그래서 우리는 힉스 입자가 질량을 갖는 데는 이유가 있을 것이라고 예상했습니다. 그리고 우리는 힉스가 나타나면 일종의 추가 입자와 함께 그 이유가 올 것이라고 생각했습니다. 그리고 아마도 그것은 초대칭이었고 아마도 테크니컬러라고 불리는 것이었을 것입니다. 그리고 거기에는 수많은 이론이 있었습니다. 그리고 우리는 Higgs와 LHC(여기에 추가하는 것이 중요하다고 생각합니다)가 기계 작동, 실험 및 감지기의 감도와 관련하여 모든 기대치를 능가한다는 것을 발견했습니다. 그리고 이 사람들은 실험을 하는 절대적인 영웅입니다.
(32:56) 그리고 답은 우리가 현재 탐구하고 있는 에너지 규모에는 다른 것이 없다는 것입니다. 그리고 그것은 퍼즐입니다. 그것은 나에게 퍼즐이다. 그리고 그것은 많은 사람들에게 수수께끼입니다. 우리는 분명히 틀렸습니다. 우리는 새로운 것을 발견해야 한다는 기대에 대해 분명히 틀렸습니다. 하지만 우리는 왜 틀렸는지 모릅니다. 알다시피, 우리는 그 주장에 무엇이 잘못되었는지 모릅니다. 그들은 여전히 옳다고 느끼고, 여전히 나에게 옳다고 느낀다. 그래서 우리가 양자장 이론에 대해 놓치고 있는 것이 있습니다. 이것은 흥미진진합니다. 그리고 아시다시피, 과학의 이 분야에서는 틀려도 좋습니다. 왜냐하면 당신이 틀릴 때만 마침내 올바른 방향으로 밀릴 수 있기 때문입니다. 그러나 현재로서는 우리가 왜 틀렸는지 확신할 수 없다고 말하는 것이 공평합니다.
스트로가츠 (33:32): 이러한 역설로부터, 당시에 실망스러웠던 것에서 많은 발전이 이루어졌다는 것은 좋은 태도입니다. 그러나 그것을 통해 살고 한 세대에 - 내 말은, 이것이 밝혀질 때까지 당신이 씻겨 나갈 수 있다고 말하고 싶지는 않지만 그것은 무서운 전망입니다.
통 (33:50): 씻어도 괜찮습니다. 하지만 살고 싶습니다.
스트로가츠 (33:56): 네, 그런 말씀을 드려도 기분이 나쁩니다.
작은 것에서 큰 것까지, 우리는 우주론적 문제에 대해 생각하는 것이 어떻습니까? 암흑 물질, 암흑 에너지, 초기 우주와 같은 다른 위대한 신비가 있기 때문입니다. 그래서 당신은 빅뱅 직후, 아직 입자가 없었을 때 당신 자신의 큰 관심 분야 중 하나로 연구합니다. 우리는 방금 양자 필드를 가졌습니다.
통 (34:22): 빅뱅 이후 인플레이션이라고 불리는 때가 있었습니다. 그래서 우주가 매우, 매우 빠르게 팽창하던 시기였습니다. 그리고 이것이 일어나고 있을 때 우주에는 양자장이 있었습니다. 그리고 제 생각에 모든 과학에서 가장 놀라운 이야기 중 하나는 이러한 양자 장에 변동이 있다는 것입니다. 양자 지터 때문에 항상 위아래로 바운스됩니다. 하이젠베르크의 불확정성 원리가 말하는 것처럼 입자는 무한한 운동량을 갖기 때문에 특정 위치에 있을 수 없습니다. 그래서 알다시피 항상 약간의 불확실성이 있습니다. 이 분야도 마찬가지입니다. 이러한 양자 필드는 정확히 XNUMX이거나 정확히 어떤 값일 수 없습니다. 그들은 항상 양자 불확실성을 통해 위아래로 흔들리고 있습니다.
(35:02) 그리고 처음 몇 초 동안 무슨 일이 일어났습니까? 몇 초가 너무 깁니다. 처음 몇 개 10-30 초, 말하자면 빅뱅은 우주가 매우 빠르게 팽창했다는 것입니다. 그리고 이 양자 장은 일종의 행동에 사로잡혀 변동하고 있었습니다. 그러나 우주는 그것들을 거대한 규모로 끌어냈습니다. 그리고 그 변동은 거기에 멈췄습니다. 그것들은 더 이상 변동할 수 없었습니다. 기본적으로 인과 관계상의 이유 때문입니다. 왜냐하면 이제 그것들이 너무 멀리 퍼져서 변동의 한 부분이 다른 부분이 무엇을 하고 있는지 알지 못했기 때문입니다. 따라서 이러한 변동은 과거로 거슬러 올라가면 전 우주에 걸쳐 확장됩니다.
(35:43) 그리고 놀라운 이야기는 우리가 그들을 볼 수 있다는 것입니다. 우리는 그들을 지금 볼 수 있습니다. 그리고 우리는 그들의 사진을 찍었습니다. 그래서 그 사진의 이름은 끔찍합니다. 우주 마이크로파 배경 복사라고 합니다. 이 사진은 파란색과 빨간색 물결입니다. 그러나 그것은 13.8억 년 전에 우주를 가득 채운 불덩어리의 사진이고 거기에는 잔물결이 있습니다. 그리고 우리가 볼 수 있는 파문은 빅뱅 이후 XNUMX초의 처음 몇 분의 XNUMX초 동안 이러한 양자 변동에 의해 결정되었습니다. 그리고 우리는 계산을 할 수 있습니다. 양자 변동이 어떻게 생겼는지 계산할 수 있습니다. 그리고 CMB의 변동을 실험적으로 측정할 수 있습니다. 그리고 그들은 단지 동의합니다. 우리가 이러한 변동의 사진을 찍을 수 있다는 것은 놀라운 이야기입니다.
(36:30) 하지만 여기에도 실망스러운 수준이 있습니다. 우리가 볼 수 있는 변동은 상당히 단순합니다. 그것들은 단지 자유 필드에서 얻을 수 있는 것입니다. 그리고 우리가 볼 수 있다면 더 많은 정보를 얻을 수 있다면 좋을 것입니다. 통계적 이름은 변동이 가우시안이라는 것입니다. 그리고 아주 초기 우주에서 필드 간의 상호 작용에 대해 알려주는 가우스가 아닌 일부를 보는 것이 좋을 것입니다. 그리고 다시 플랑크 위성이 날아갔고 CMB의 스냅샷을 훨씬 더 선명하게 찍었습니다. 거기에 있는 비 가우시안은 존재하는 경우 플랑크보다 약간 작습니다. 위성이 감지할 수 있습니다.
(36:52) 그래서 미래에 다른 CMB 실험이 있을 것이라는 희망이 있습니다. 또한 이러한 비 가우시안이 은하가 형성되는 방식으로 나타날 수 있다는 희망도 있습니다. 우리가 많이 알고 있는 변동은 사실이지만 아마도 거기에서 더 많은 정보를 얻을 수 있을 것입니다. 따라서 가장 초기 단계에서 은하가 현재 우주에 분포되어 있는 방식에 이르기까지 14억 년 동안 이러한 변동을 추적할 수 있다는 것은 정말 놀라운 일입니다.
스트로가츠 (37:36): 음, 그것은 우주 마이크로파 배경에 대한 이러한 양자 변동의 각인에 대해 이전에는 가지지 못했던 많은 통찰력을 주었습니다. 나는 항상 궁금했다. 당신은 그것이 자유 이론이라고 언급했습니다. 즉, "자유"가 정확히 무엇을 의미하는지 알려주십시오. 별거없지? 내 말은, 그것은 단지, 그것은 진공 그 자체입니까?
통 (37:45): 우주가 팽창함에 따라 이 장이 흥분하기 때문에 진공만이 아닙니다. 그러나 그것은 다른 필드와 상호 작용하지 않거나 심지어 자체와 상호 작용하지 않는 필드입니다. 기본적으로 고조파 발진기처럼 위아래로 튀는 것입니다. 각 점은 스프링처럼 위아래로 튀고 있습니다. 여러분이 상상할 수 있는 가장 지루한 분야입니다.
스트로가츠 (38:11): 그리고 그것은 우리가 우주의 시작에서 어떤 특정한 양자장을 가정할 필요가 없다는 것을 의미합니다. 그냥, 당신이 말하는 바닐라입니다.
통 (38:19): 바닐라입니다. 따라서 이러한 상호 작용이 발생하거나 이러한 상호 작용이 발생하거나 필드에 이 특정 속성이 있음을 더 잘 처리하는 것이 좋았을 것입니다. 그리고 그것은 미래에 있을지 모르지만 현재로서는 아직 거기에 있지 않은 것 같습니다.
스트로가츠 (38:32): 그렇다면 우리는 당신의 개인적인 희망으로 마무리해야 할 것입니다. 앞으로 몇 년 동안 또는 양자장 이론 연구의 미래를 위해 개인적으로 해결되었으면 하는 한 가지를 꼽으라면 무엇을 가장 좋아하시나요? 꿈을 꿀 수 있다면.
통 (38:48): 너무 많습니다 —
스트로가츠: 더 많이 고를 수 있습니다.
통: 수학적인 측면이 있습니다. 그래서 저는 수학적 측면에서 Nielsen-Ninomiya 정리에 대해 더 많이 이해하고 싶습니다. 특정 양자장 이론을 이산화할 수 없다는 사실입니다. 그리고 정리에 허점이 있습니까? 우리가 버리고 어떻게든 그것을 하는 데 성공할 수 있는 가정이 있습니까?
(39:07) 물리학의 정리는 일반적으로 "중단" 정리라고 합니다. 당신은 이것을 할 수 없습니다. 그러나 그것들은 종종 어디를 봐야 하는지에 대한 이정표입니다. 수학적 정리는 분명히 사실이지만 따라서 매우 엄격한 가정이 수반되기 때문입니다. 그래서 아마도 당신은 이 가정이나 그 가정을 버리고 그것에 대해 진전을 이룰 수 있습니다. 수학적인 면에 있어서 진행 상황을 보고 싶습니다.
(39:28) 실험적인 측면에서, 우리가 이야기한 모든 것, 즉 새로운 입자, 그 너머에 있는 것에 대한 새로운 힌트. 그리고 우리는 꽤 정기적으로 힌트를 보고 있습니다. 가장 최근의 것은 질량이다. W 대서양 쪽의 보존은 대서양의 질량과 다릅니다. W 대서양의 내 편에 있는 boson과 그, 그것은 이상해 보입니다. 암흑 물질 또는 암흑 물질에 대한 힌트. 그것이 무엇이든 양자장으로 이루어져 있습니다. 의심의 여지가 없습니다.
(39:53) 그리고 당신이 예언이 있다고 암시한 암흑 에너지는 너무 강한 단어이지만 양자장 이론의 제안이 있습니다. 양자장의 모든 변동은 우주의 팽창을 주도해야 합니다. 하지만 어떻게 보면 우리가 실제로 보고 있는 것보다 훨씬 더 큽니다.
(40:07) 그래서, 힉스와 같은 퍼즐이 있습니다. 힉스는 왜 그렇게 가벼운가? 그것은 또한 암흑 에너지와 함께 있습니다. 우리가 생각하는 우주 속도에 비해 우주의 우주적 가속도가 왜 그렇게 작은가요? 그래서 그것은 약간 이상한 상황입니다. 제 말은, 우리는 이 이론을 가지고 있습니다. 정말 놀랍습니다. 그러나 우리가 정말로 이해하지 못하는 것이 있다는 것도 분명합니다.
스트로가츠 (40:26): 정말 광범위하고 매혹적인 대화에 대해 David Tong, 감사합니다. 오늘 함께해주셔서 감사합니다.
통 (40:33): 반갑습니다. 매우 감사합니다.
아나운서 (40:39): 원하는 경우 이유의 기쁨, 체크 아웃 Quanta Magazine 과학 팟캐스트, 이 쇼의 프로듀서 중 한 명인 Susan Valot가 진행합니다. 또한 이 팟캐스트에 대해 친구에게 알리고 좋아요를 누르거나 듣고 있는 곳을 팔로우하십시오. 사람들이 찾는 데 도움이 됩니다. 이유의 기쁨 팟 캐스트.
스티브 스트로가츠 (41 : 03) : 이유의 기쁨 의 팟캐스트입니다. Quanta Magazine, Simons Foundation에서 지원하는 독립적인 편집 간행물. Simons Foundation의 자금 지원 결정은 이 팟캐스트 또는 이 팟캐스트의 주제, 게스트 또는 기타 편집 결정에 영향을 미치지 않습니다. Quanta Magazine. 이유의 기쁨 Susan Valot와 Polly Stryker가 제작했습니다. 우리 편집자는 Matt Carlstrom, Annie Melchor 및 Leila Sloman의 지원을 받는 John Rennie와 Thomas Lin입니다. 우리의 테마 음악은 Richie Johnson이 작곡했습니다. 우리 로고는 Jackie King이, 에피소드 삽화는 Michael Driver와 Samuel Velasco가 담당했습니다. 나는 당신의 호스트 스티브 스트로가츠입니다. 질문이나 의견이 있으면 quanta@simonsfoundation.org로 이메일을 보내주십시오. 듣기 주셔서 감사합니다.
