새로운 이론은 공간과 시간을 무심코 뒤집는다
우주에 대해 알고 있다고 생각했던 것을 잊어버리세요.Tim Childers 지음게시일: 2025년 8월 30일 오전 9시 13분 EDT
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러브 직원 // 게티 이미지
이 이야기를 읽으면 다음과 같은 내용을 배울 수 있습니다.
- 에너지의 조각은 우주의 기본 구성 요소일 수 있습니다.
- 이 이론은 입자와 파동의 개념을 결합하여 공간과 시간 전체에서 흐르는 에너지의 집중을 제시합니다.
- 연구자들은 이 이론을 사용하여 아인슈타인이 풀었던 두 가지 문제에 대한 답을 찾았습니다.
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이 이론의 근간은 에너지가 항상 공간과 시간을 통해 흐른다는 근본적인 생각입니다 . 저자들은 에너지를 공간의 한 영역으로 들어오고 나가는 선으로, 서로 교차하지 않으며 시작점이나 끝점이 없다고 생각할 것을 제안합니다.
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기계항공우주공학과 교수인 실버버그는 The Conversation 에 기고한 글에서 “우리는 흐르는 에너지 선으로 이루어진 우주라는 아이디어를 바탕으로 그 흐르는 에너지를 구성하는 단일 구성 요소를 찾았습니다.” 라고 밝혔습니다. “만약 우리가 그러한 것을 발견하고 정의할 수 있다면, 우리는 그것을 이용하여 가장 크고 작은 규모에서 우주의 모습을 정확하게 예측할 수 있기를 바랐습니다.”
무슨 일이야?
기원전 4세기, 고대 그리스 철학자 아리스토텔레스 는 우주가 흙, 물, 공기, 불, 그리고 천상의 에테르라는 다섯 가지 물질 구성 요소로 이루어져 있다는 생각을 정립했습니다 . 이 생각은 2,000년 이상 지속되었고, 흙을 금으로 변환하여 부를 축적하려 했던 수많은 연금술사들을 괴롭혔습니다.
공교롭게도, 아리스토텔레스의 사상을 왕좌에서 몰아낸 것도 연금술사였습니다. 화학의 “아버지”로 유명한 로버트 보일은 고전 원소를 버리고 모든 물질은 입자로 이루어져 있다는 생각을 받아들였습니다. 이 혁명적인 생각은 아이작 뉴턴 경의 고전 역학 정립을 포함하여 과학사에서 가장 폭발적인 시대 중 하나를 이끌었습니다.광고 – 아래를 계속 읽어보세요
이제 이 입자는 과학계 의 왕이 되었고 , 스코틀랜드 과학자 제임스 클러크 맥스웰이 이 방정식에 전자기파를 도입할 때까지 150년 동안 이 입자의 지배를 받았습니다.
입자와 파동은 함께 모든 물질의 알려진 구성 요소가 되었습니다. 입자는 공간의 한 지점에 존재하는 물질로서 개별적인 벽돌 역할을 했습니다. 전자기파는 모든 것을 하나로 묶는 모르타르 역할을 했는데, 에너지는 파동으로서 공간 곳곳에서 소멸되었습니다.
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물질을 입자와 파동으로 구분함으로써 물리학자들은 입자와 파동의 움직임을 쉽게 설명할 수 있게 되어 예측이 더 쉬워졌습니다. 하지만 물리학에서는 쉬운 일이 하나도 없었고, 이 이론은 순식간에 뒤집혔습니다.
20세기 초, 유명한 이중 슬릿 실험은 입자와 파동이 우리가 생각했던 것만큼 명확하게 구분되지 않는다는 것을 보여주었습니다. 이 실험은 입자가 때로는 파동처럼 행동하고, 빛도 때로는 입자처럼 행동할 수 있음을 보여주었습니다.
물질의 파동-입자 이중성에 대한 관심이 폭발적으로 증가하던 무렵, 알베르트 아인슈타인은 시공간 구조의 휘어짐이 중력을 발생시키는 방식을 설명하는 일반 상대성 이론을 정립하고 있었습니다 . 이 두 가지 발견은 현대 물리학의 방향을 형성했지만, 두 현상 사이의 연관성은 여전히 불분명합니다.
에너지의 조각
“동료와 저는 최신 수학적 도구를 사용하여 우주를 정확하게 설명할 수 있는 새로운 이론을 제시했습니다. 이 이론을 공간과 시간의 휘어짐에 기반하는 대신, 입자와 파동보다 더 근본적인 구성 요소가 있을 수 있다고 생각했습니다.”라고 실버버그는 썼습니다.
그와 아이센은 입자와 파동의 특성을 모두 갖춘 해법을 모색했습니다. 그들은 입자처럼 응집되어 있으면서도 파동처럼 퍼져 나가는 구성 요소를 찾고자 했습니다. 그들의 해법은 바로 에너지 조각이었습니다.
에너지 조각은 멀리 있는 은하계의 별들과 매우 흡사합니다. 멀리서 보면 은하는 바깥쪽으로 밝게 빛나는 것처럼 보입니다. 하지만 자세히 살펴보면 천문학자들은 은하계를 구성하는 개별 별들을 구분할 수 있습니다. 같은 의미에서 에너지 조각은 중심에서 바깥쪽으로 흐르고 소멸되는 에너지의 집중을 나타냅니다.
과학자들은 새로운 구성 요소를 바탕으로 물리 문제를 해결하는 새로운 방정식들을 공식화했습니다. 그들은 100여 년 전 아인슈타인이 해결한 두 가지 문제에 대한 이론을 검증했습니다.광고 – 아래를 계속 읽어보세요
https://e71ce81abedafc8968fa280411cfb9dd.safeframe.googlesyndication.com/safeframe/1-0-45/html/container.html라이너 젠스/위키미디어 커먼즈아인슈타인은 태양의 질량으로 인해 시공간의 곡률이 생겨 수성의 궤도가 시간이 지남에 따라 흔들릴 것이라는 것을 정확하게 예측했습니다.
아인슈타인의 일반 상대성 이론은 천문학자들이 수행한 두 가지 관측을 통해 확인되었습니다. 첫 번째는 수성 궤도의 미세한 연간 변화였습니다 . 아인슈타인은 태양의 질량으로 인한 시공간의 곡률이 수성의 궤도를 시간이 지남에 따라 흔들릴 것이라고 정확하게 예측했습니다. 두 번째는 태양 근처의 휘어진 공간과 시간을 통과하는 빛이 휘어지는 현상이었습니다.
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실버버그는 “우리의 새로운 이론이 입자와 파동을 아마도 더 근본적인 조각으로 대체할 수 있는 가능성을 가지려면, 우리 이론으로도 이러한 문제를 해결할 수 있어야 할 것”이라고 썼다.
수성 문제를 해결하기 위해 실버버그와 아이센은 태양을 거대한 에너지 조각으로, 수성은 그 주위를 공전하는 더 작은 에너지 조각으로 모델링했습니다. 빛의 휘어짐 문제에서도 태양은 동일하게 모델링되었지만, 빛은 빛의 속도로 이동하는 질량 없는 점(광자)으로 모델링되었습니다. 움직이는 에너지 조각들의 경로를 계산한 후, 연구진은 아인슈타인과 동일한 답을 얻었습니다.
이 해법은 미시적 규모에서 거시적 규모에 이르기까지 물질의 거동을 모델링하는 데 있어 새로운 구성 요소가 얼마나 효과적인지를 보여줍니다. 비록 이 해법이 맥스웰과 아인슈타인의 발견처럼 물리학을 완전히 바꾸지는 못하더라도, 이 이론은 물질의 파동-입자 이중성을 더욱 직관적으로 이해하고 우주에 대한 새로운 사고방식을 제시할 수 있습니다.
