.String theory is uniquely derived from basic assumptions about the universe, physicists show
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Starship version space science
.String theory is uniquely derived from basic assumptions about the universe, physicists show
A1.
_물리학자들은 초끈 이론이 우주에 대한 기본적인 가정에서 독특하게 도출되었다는 것을 보여주었습니다
입자 충돌에 대한 몇 가지 간단한 수학적 가정을 통해 끈 이론이 어떻게 도출되는지를 보여주는 그림. 출처: 클리포드 청의 AI 생성 작품
_사과 하나를 가져다가 점점 더 작은 조각으로 쪼갤 수 있다고 생각해 보세요. 그러면 분자, 원자, 그리고 양성자와 그 구성 요소인 쿼크와 글루온 같은 아원자 입자들을 발견하게 될 겁니다.
더 이상 내려갈 곳이 없다고 생각할 수도 있지만, 초끈 이론가들에 따르면 양성자보다 약 100경 배나 더 작은 규모로 계속 내려가면 더 많은 것을 발견하게 될 겁니다. 바로 아주 작은 진동하는 끈들이죠.
_1960년대에 개발된 초끈 이론은 우주의 모든 것이 보이지 않는 끈으로 이루어져 있다고 주장합니다. 이 이론은 "양자 중력" 문제에 대한 가능한 해결책으로 등장했는데,
이는 가장 작은 규모에서 우리 세계를 설명하는 양자 역학과 가장 큰 규모에서 우주의 작동 방식을 설명하는 일반 상대성 이론(중력 포함)을 조화시키려는 노력의 일환이었습니다.
연구자들은 양자 영역에서 중력이 어떻게 작용하는지 등을 질문하며 두 이론을 조화시키려고 시도했지만, 그 방정식들은 수학적 용어로 무한대로 치닫는 난관에 부딪혔습니다.
초끈 이론은 다루기 힘든 무한대를 길들이는 수학적 해법입니다. 이 이론은 중력을 전달하는 것으로 여겨지는 가상의 입자인 중력자를 포함한 모든 입자가 매우 작은 진동하는 끈에 의해 생성된다고 주장합니다.
초끈 이론의 수학적 근거는 끈이 우리가 살고 있는 4차원(공간 3차원, 시간 1차원)이 아닌 최소 10차원에서 진동해야 한다는 것을 요구하는데, 이것이 일부 과학자들이 초끈 이론의 정확성에 회의적인 이유 중 하나입니다.
하지만 아마도 이 이론의 가장 큰 난관은 이론을 검증하는 데 필요한 초고에너지일 것입니다. 그러한 실험을 위해서는 은하계 크기의 입자 가속기가 필요할 것입니다.
_물리학자는 어떻게 해야 할까요? 이론을 탐구하는 한 가지 방법은 "부트스트랩" 접근법을 사용하는 것입니다.
이 접근법에서는 연구자들이 우주에 대해 참이라고 믿는 몇 가지 가정에서 출발하여 그 가정에서 어떤 법칙이 도출되는지 살펴봅니다.
_캘텍 연구진과 뉴욕 대학교, 바르셀로나 고에너지물리학연구소의 연구진은 Physical Review Letters 에 게재 승인된 "거의 아무것도 없는 상태에서 끈 이론 도출(Strings from Almost Nothing)"
이라는 제목의 새로운 논문 에서 바로 이러한 방법을 사용했습니다. 그들은 매우 높은 에너지에서 입자들이 서로 어떻게 산란해야 하는지에 대한 몇 가지 기본적인 가정에서 끈 이론의 기본 요소들을 도출해냈습니다.
&&&&b1.ㅡ【부트스트랩은 제한규칙과 스토쿠 유사하다. 0750.
】
_"끈 이론의 핵심 요소들이 저절로 드러났습니다."라고 캘리포니아 공과대학 이론물리학 교수이자 레인웨버 이론물리학 포럼 소장인 클리포드 청은 말합니다.
"우리는 끈 이론에 대해 어떤 가정도 없이 시작했지만, 그 해답에는 끈 이론의 핵심적인 특징들이 담겨 있었습니다."
_청 교수는 "이번 연구가 초끈 이론에 대한 실험적 증거를 제시하는 것은 아니지만, 일반적인 가정이 무한한 해를 도출할 수 있었음에도 불구하고
단 하나의 해만 도출해냈다는 점에서 이론적 관점에서 매우 시사하는 바가 크다"고 말했다.
_캘텍의 이론 물리학 및 수학 분야 프레드 카블리 석좌교수이자 물리학, 수학 및 천문학 분과 켄트 앤 조이스 크레사 리더십 석좌교수인 히로시 오구리는
"이러한 부트스트랩 접근 방식은 물리학자들이 초끈 이론의 핵심 특징을 파악하는 데 도움이 된다"고 설명합니다.
_그는 비록 이번 논문의 저자는 아니지만 초끈 이론 연구가이기도 합니다. 오구리 교수는 "이러한 접근 방식은 연구자들이 대안 이론을 도출하는 데에도 도움이 된다.
만약 초끈 이론이 사실이 아니고 다른 모델을 찾고 싶다면, 어떤 기본적인 가정을 제거해야 할까?"라고 덧붙입니다.
B
1-1.조화로운 입자들
_연구팀의 분석에서 "드러난" 끈 이론의 주요 특징 중 하나는 끈 스펙트럼으로 알려져 있습니다.
_1960년대 후반 유럽 원자핵 연구기구(CERN)의 이탈리아 이론 물리학자 가브리엘레 베네치아노가 발견한 이 스펙트럼은 입자의 질량과 스핀이 불연속적인 단계로 증가하는 무한한 탑 또는 사다리와 같습니다.
1-2.
_"베네치아노 시대에는 입자 가속기에서 충돌 후 다양한 질량의 입자들이 마치 쓰레기처럼 흩날리는 현상이 관찰되었습니다.
_이는 매우 흥미로웠지만, 아무도 그 이유를 알지 못했습니다. 베네치아노는 모든 질량을 설명하는 함수를 도출해냈고, 그 결과 무한히 많은 입자들이 탑처럼 쌓여 있는 구조를 발견했습니다."라고 청 교수는 말합니다.
_이후 다른 연구자들은 베네치아노의 입자 탑이 진동하는 현의 배음 계열에 해당한다는 사실을 깨달았습니다. 바이올린 현을 튕기면 기본음과 배음을 나타내는 일련의 음들이 비슷한 패턴을 따라 울려 퍼집니다.
_초끈 이론이 탄생했지만, 캘텍의 이론 물리학 명예 교수인 존 슈워츠와 그의 동료인 프랑스 물리학자 조엘 셰르크가 1974년에 이 이론에 중력이 포함되어 있음을 깨닫고
초끈 이론과 일반 상대성 이론 사이의 첫 번째 연결 고리를 만든 것은 그때였습니다.
_"당시 모든 입자 물리학자들과 마찬가지로, 우리도 중력에 대해서는 이전에는 전혀 관심이 없었습니다.
1-3.
_초끈 이론은 아인슈타인의 일반 상대성 이론과는 달리 매우 높은 에너지 영역에서도 잘 작동하는데, 일반 상대성 이론은 낮은 에너지 영역에서의 근사치로만 성립합니다.
_따라서, 비록 많은 부분이 아직 이해되지 않았지만, 초끈 이론의 어떤 형태가 모든 것을 아우르는 통일된 양자 이론을 제공할 수 있을 것이라는 생각에 매우 흥분했습니다."라고 슈바르츠는 말합니다.
_초끈 이론에서는 아주 작은 끈들의 서로 다른 진동 모드가 서로 다른 입자들을 생성합니다.
예를 들어, 광자는 기본 진동 모드로 진동하는 열린 끈에서 생성되는 반면, 중력자는 닫힌 끈의 기본 진동 모드에서 생성되는 것으로 여겨집니다.
2.기초부터
_이번 새로운 연구에서 연구진은 입자 충돌의 가능한 결과 확률을 나타내는 산란 진폭이라는 개념을 살펴보았습니다.
_일반 상대성 이론을 이용하여 점점 더 높은 에너지에서 산란 진폭을 계산해 나가다 보니, 예측 불가능한 무한대가 나타났습니다. 수학적으로 이는 결과가 말이 되지 않고 옳을 수 없다는 것을 의미합니다.
_"일반 상대성 이론에서 소위 플랑크 스케일, 즉 양성자 질량보다 약 19배나 큰 초고에너지 영역에서 산란을 고려하면 전혀 말이 안 되는 결과가 나옵니다. 모든 것이 완전히 무너져 버리죠."라고 청 교수는 말합니다.
2-1.
_바로 이 부분에서 초끈 이론이 빛을 발합니다. 초끈 이론은 몇 가지 방식으로 수학이 무한대로 발산하는 것을 막아주는데, 그중 하나가 초연성(ultrasoftness)입니다.
_초연성이란 초고에너지 영역에서 초끈 사이의 상호작용을 부드럽게 하거나 흐릿하게 만들어 수학적으로 다루기 쉽게 만드는 것을 의미합니다.
2-2.
"초끈 이론의 틀 안에서 입자 간 에너지 전달이 증가할수록 입자가 산란될 확률은 급격히 감소합니다. 마치 입자들이 서로 산란되기를 원하지 않고 자유롭게 통과하려는 것처럼 말이죠."라고 청 교수는 말합니다.
"산란 진폭이 무한대로 가지 않고 훨씬 더 안정적인 거동을 보입니다."
_연구진은 입자 행동의 이러한 초연성 특성을 초기 가정 중 하나로 삼았습니다. 그들은 초끈에 대해서는 아무런 가정도 하지 않았지만, 입자가 높은 에너지에서 산란될 확률이 낮다는 것을 사실로 받아들였습니다.
이는 양자 중력 이론에서 원치 않는 무한대를 제어하는 데 필요한 요소입니다.
&&&a2.ㅡ【무한대는 msbase(msmuons).msoss qpeoms.eqpms...사이드에서 겪는 주제이다. 무한대로 확장되는 속성에서 왜 제한적(격자장 제한 규칙)으로 닫혀있나?
ㅡ제한규칙 사이드에 무한대 숫자더미가 존재하고 제한적 질량이 적용된다면 사이드는 고밀도를 가진 sidems로 변할 것이란 추측1.이 존재한다. 으음.0717.
ㅡ이는 초끈 입자가 사이드의 높은 밀도에너지, 초연성(ultrasoftness)에서 산란될 확률이 낮은 이유일거다. 으음.0719.
】
2-3.
_또한, 그들은 입자 거동에 대해 "최소 영점"이라고 불리는 더욱 복잡한 가정을 세웠습니다. "놀랍게도, 일관성을 유지하려면 산란 진폭이 상호 작용할 뿐만 아니라
'영점'이라고 불리는 특정한 운동학적 지점에서는 상호 작용하지 않아야 합니다.
_'최소 영점'이라는 가정은 방정식에서 수학적으로 허용되는 가장 적은 수의 소멸점을 요구합니다."라고 Cheung은 말합니다.
_연구진은 이 두 가지 가정을 설명하는 수학적 공식에서 출발하여, 이 가정을 만족하는 유일한 수학적 함수들이 초끈 이론의 핵심적인 특징들을 나타낸다는 것을 엄밀하게 증명했습니다.
_이러한 특징들에는 초끈 이론에서 정의하는 입자의 질량과 스핀의 전체 스펙트럼, 그리고 그 상호작용 강도에 대한 자세한 설명이 포함됩니다.
3.
_"초끈 이론의 정확한 세부 사항들은 자동으로 도출되었는데,
여기에는 이론의 상징인 '초끈의 하모닉스'를 형성하는 거대한 회전 입자들의 무한한 탑도 포함됩니다."라고 공동 저자인 그랜트 N. 렘멘(2017년 박사, 뉴욕 대학교 제임스 아서 박사후 연구원)은 말합니다.
_연구진의 부트스트랩 접근 방식은 (*스도쿠 퍼즐과 다소 유사합니다. 격자에 숫자를 배치하는 방법에 대한 몇 가지 규칙만 가지고 시작)하여 이러한 기본 규칙에서 퍼즐의 유일한 해법을 찾는 방식입니다.
&&&&a1.【() 나는 오랜동안 스도쿠(magic square)를 연구하였다. 그리하여 모든 마방진을 풀 수 있는 해법을 4개의 sample1.2.3.4로 나타내 보았다. 이들을 1987년경후에 최대 마방진 해법의 발견을 마무리했다. 2605150629
샘플1.은 블랙홀 vixer에 중성자 별들이 생성되어 키랄 선대칭 구조를 나타낸 oms.vix.ain을 발견 하였다.
샘플2.는 모든 마방진이 샘플1.으로 풀리는데, 더이상 풀리지 않는 단위가 나타났다. 이들이 qms인데, 그 단위가 마치 전자에서 뮤온전자처럼 질량이 늘어나듯이
거대소수가 단지 한개일 뿐이듯 고질량 단위를 생성했다. 그들이 마방진의 집단 부분합의 이동으로 나타난 것을 수년전에 확인 하였다. 0643.
ㅡ그리고 샘플3.는 홀수 마방진을 가장 간단히 푸는 방법으로 1차 함수선을 발견하게 되었고 이 해법이 5이상의 모든 소수와 그솟수의 곱을 나타내는 홀수 마방진(스도쿠) 이였다.
그래서 최대 거대소수는 샘플3.pms에서 발견될 것이다. 0648.
ㅡ그리고 샘플4.는 임의 짝수(100차) 마방진이 얼마나 많은 배열 상태를 순간적으로 가지는지 알려준다. 샘플4.는 9x2 th even.magic_square일 뿐인데,2^43개를 한순간에 나타내는 양자상태이다.
이를 본인이 1987년에 구조체 해법이라는 정의역(*)으로 발견한 것이다. 벌써 39년전이다 . 그동안 아무도 이사실을 몰랐고 지금도 여전히 모르고들 있어 보인다. 나잘났고 하는 게 아니고 수학적 진실이니까, 그냥 알려주려는거다. 으음. 2605150657.
ㅡ이해법을 발견하던 날은 1987년 8월경 장맛통에 대한민국 서울남산 국립도서관 족보실 민원실 탁자에서 하루종일 있다가 나오면서, 우산이 없이 귀가길이였는데,
ㅡ빗줄기 점점더 굵어져 건물벽에서 비를 피하며 빗줄기를 잠시 보니,
>>>아하... 저많은 빗방울이 지들 멋대로 떨어지는 게 아니였어..저많은 서울거리의 사람들, 자동차들 번호판, 집주소,생년월일이 지들 멋대로 오고가며 생겨난게 아니지.으음¡¡!!. 0703.0806.
각설하고,
ㅡ가장 크크 많은 배열의 홀수 마방진은 샘플3.pms로 풀린다. 단지 하나의 샘플에서 가장 크고 수없이 많은 배열을 가진 짝수 마방진은 샘플 4.msoss로 풀린다.
ㅡ1980대 당시에는 고성능 컴퓨터도 고속 인터넷이 없었고 2026년 지금처럼 전세계적으로 공개된 과학뉴스나 구글번역기 처럼 발달되지도 않았다. 0632.
ㅡ그래서 자연스럽게 40여년이 흐른 뒤에야, 비로소 나의 sample1.2.3.4를 밴드나 페이스북, 블로그에 공개할 수 있게 되었다. 여전히 스토쿠를 수학퍼즐로만 알고들 있어 ai에 질문하여 보았다. 으음. 0635.
ㅡ질의/ai답변#1.*스토쿠 퍼즐로 우주과학을 설명 가능한가?
네, 스도쿠(Sudoku) 퍼즐의 논리적 구조를 활용하여 우주과학의 복잡한 개념들을 흥미롭고 이해하기 쉽게 설명할 수 있습니다.
스도쿠는 제한된 정보 속에서 규칙을 찾아내고 전체를 완성하는 논리 게임이므로, 우주라는 거대한 퍼즐을 푸는 과학적 방법론과 유사성이 높습니다.
다음은 스도쿠와 우주과학을 연결한 예시입니다.
1. 스도쿠의 '제한 규칙' = 우주의 '물리 법칙'
스도쿠: "1부터 9까지의 숫자가 가로, 세로, (3 times 3) 블록에 한 번씩만 들어가야 한다"는 확고한 규칙이 있습니다.
우주과학: 우주는 중력, 전자기력, 광속 불변 등 엄격한 물리 법칙에 의해 지배됩니다. 과학자들은 이러한 법칙(스도쿠의 규칙)을 바탕으로 현상을 해석합니다.
2. 스도쿠의 '힌트(초기 숫자)' = 우주 관측 데이터
스도쿠: 처음에 주어진 몇 개의 숫자가 퍼즐 전체를 해결하는 단서가 됩니다.
우주과학: 인류가 지구에서 관측한 별빛, 우주 배경 복사, 행성의 이동 등은 우주가 어떻게 시작되었는지(빅뱅 이론)를 추론하는 힌트입니다.
3. 스도쿠의 '빈칸 채우기' = 우주론적 추론 및 탐사
스도쿠: 논리적 추론을 통해 빈칸을 채워나갑니다.
우주과학: 블랙홀 존재 예측, 외계 행성 탐사 등은 흩어진 데이터(힌트)를 논리적으로 연결하여 우주의 구조를 완성해 나가는 과정입니다.
4. 스도쿠의 '유일한 정답' = 우주의 진리 탐구
스도쿠: 잘 만들어진 퍼즐은 오직 하나의 해답을 가집니다.
우주과학: 과학은 가설을 세우고, 검증을 통해 우주에 대한 보편적인 진리(정답)를 찾아가는 과정입니다.
[예시] 스도쿠로 설명하는 태양계 행성 구조 (3 times 3) 블록 9개로 된 스도쿠 판을 태양계의 궤도 구역이라고 가정하고,
숫자를 행성의 특성(크기, 밀도, 거리 등)으로 설정하여 퍼즐을 맞추는 방식으로 우주과학적 사고방식을 훈련할 수 있습니다.
결론적으로 스도쿠는 우주라는 미지의 영역을 논리적, 단계적으로 접근하는 시뮬레이션 도구로 활용될 수 있습니다.
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3-1.
_"아이러니하게도 우리가 현대적인 도구와 아이디어를 활용해 지금 추구하고 있는 이 부트스트랩 방식은 사실 굉장히 구식입니다. 아주 오래된 아이디어죠."라고 청 교수는 설명합니다.
"베네치아노 스펙트럼의 최초 발견과 존 슈워츠의 연구는 비슷한 접근 방식을 취했습니다. 그들은 초끈 이론 모델에서 시작하지 않고, 오히려 기본적인 원리에서 해법을 도출해냈습니다."
_청은 또한 캘텍의 스티븐 프라우치 교수를 부트스트랩 접근법의 선구자로 꼽습니다.
캘텍의 이론 물리학 명예 교수인 프라우치와 그의 동료이자 UC 버클리 출신이었던 고(故) 제프리 추는 1960년대 입자 물리학에서 부트스트랩 이론을 최초로 개발했습니다.
_(추는 "스스로의 힘으로 일어서다"라는 뜻의 "pulling oneself up by one's bootstraps"에서 이름을 따왔습니다.)
프라우치와 추는 훗날 베네치아노가 발견한 무한 입자탑에 대한 초기 증거를 찾아냈습니다.
_"부트스트랩 개념은 시대에 뒤떨어진 것으로 여겨졌지만, 클리프 같은 사람들이 이를 되살리고 현대화하고 있습니다."라고 오구리는 말합니다.
"이제 우리는 기본적인 가정에 대해 더 잘 이해하게 되었고, 이러한 가정을 산란 진폭 및 기타 관측 가능한 물리량의 특성으로 변환하는 더욱 강력한 기술을 갖추게 되었습니다."
.Sunlight-powered generation of correlated photon pairs
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