[인상깊은 문구]밤의 물리학

<<밤의 물리학>>

다케우치 가오루

꿈꾸는 과학 옮김

㈜사이언스 북스

1판 1쇄 찍음 2008년 10월 22일

1판 1쇄 펴냄 2008년 10월 31일

평가:  편하게 읽기 좋은 책, 전문적 지식보다는 발상의 전환을 생각해볼 수 있는 계기를 제공하는 것 같다.

제 0장 나이트 사이언스

나이트 사이언스: 갑자기 번득이는 아이디어로 논리를 찾아보기 힘든 생각을 출발점 삼아 연구를 시작하는 경우도 많다.

제 1장 우주론 여행

P37 “뉴턴 역학은 상대성 이론의 근사이다. (뉴턴 역학은 양자역학의 근사이기도 하다.) … 초끈이론의 저에너지 상태 근사를 구하면 아인슈타인의 이론이 나온다.”

P52~P53 “뉴턴의 사과 이야기만큼이나 이 일화도 사실 여부가 불확실하다. 아무래도 <조지 가모브 물리 열차를 타다> 시리즈로 유명한 (사실은 대폭발 이론을 제창한 것으로 더 유명한) 조지 가모브가 자서전에 이 일화를 실었는데, 이 책 때문에 일생일대의 실수를 한탄하는 아인슈타인의 이미지가 세상에 널리 퍼진 게 아닐까 한다.

사실 아인슈타인이 남긴 문헌에는 이러한 문구가 아니라 좀더 학술적인 문구, “앞으로 관측 데이터가 정밀해지면 우주 상수의 부호와 크기를 결정할 수 있을 것이다.”만 있다.

단지아인슈타인이 벨기에의 신부이자 우주론 학자였던 조지 르메트르(Georges Lemaitre)에게 보낸 편지에 우주 상수를 넣었던 것을 다음과 같이 후회하는 내용은 있다.

“이렇게 추악한 일이 이 우주에 일어나고 있다는 사실을 믿을 수 없었습니다.”

-       호두껍질 우주에 대한 책을 읽어보자

-       아서 스텐리 에딩턴 수비술 -> 디랙 거대수 가설 알아보자

제 2장 현대 물리학 여행

(P120) 초끈 이론 핵심: “우주를 구성하고 있는 소립자는 그보다 더 작은 끈의 진동 상태”

-       (P121) 전하가 서로 가까워질수록 작용하는 힘은 커진다. 만약 두 전하 사이의 거리가 0이 되면 어떻게 될까? 무한대가 된다! 중력의 법칙 역시 이 무한대의 문제를 갖고 있다.

현대 물리학에서는 이 무한대의 문제가 아주 중요하다. 초끈 이론의 발상은 여기에서 나온다. 전하를 크기가 없는 점입자라고 보는 것이 문제이니, 점을 잡아 늘여선(=끈)으로 만들면 문제가 해결되지 않을까? 바로 이러한 생각이 초끈 이론의 출발점이다.

(P126) 호킹: “양자 우주론에서 인류 원리는 필수적이다. 만약 인류 원리가 존재하지 않는다면 우리는 왜 11차원과 같은 다른 차원이 아니라 4차원에 살고 있는 것인지 대답할 수 없다. 인류 원리는 2차원 공간 같은 단순한 공간은 지적 생명체 같은 복잡한 구조물에는 충분하지 않다고 대답한다. 한편 공간이 4차원 이상이라면 중력과 전자기력이 역제곱보다 빠르게 약해진다. 이러한 물리 법칙의 지배를 받는 우주에서 행성은 별의 주위를 안정적으로 돌지 못하고 전자 또한 원자핵의 주위를 안정적으로 돌지 못한다. 따라서 우리와 같은 지적 생명체는 4차원에 존재할 수밖에 없다. 나는 인류 원리 이외의 다른 설명을 생각할 수 없다.”

P128 중력과 거리의 관계에 따른 행성의 공전 궤도

제 3장 과학자도 인간인걸

물리학자

1.     실재주의: 물리학 수식의 배후에는 어떠한 물체가 실재한다. 물리학이란 이 실재를 밝히는 것이다.

2.     실증주의: 물리학의 수식은 실험을 해석하기 위한 것에 지나지 않는다. 물리학은 실재를 논할 수 있는 학문이 아니다.

-       존 호건 – 과학의 종말 읽어보자

[우주][정리중][modifying]CMB Cosmic Microwave Background

Cosmic Microwave Background

Cosmic Microwave Background (우주배경복사)

The cosmic microwave background (CMB) is the thermal radiation assumed to be left over from the ‘Big Bang.’ It is a data that is 375,000 years old.

빅뱅의 잔해로 전 우주공간에 퍼져 있는 복사에너지로 빅뱅 후 약 375,000년이 지난 초기우주에 관한 데이터이다. 조지 가모브가 1948년 처음 예측했다. (배경복사의 온도 = 절대온도 2.7249K~2.7251K; 영하 270 근처)

첫 발견

아노 펜지어스(Arno Allan Penzias)와 로버트 윌슨(Robert Woodrow Wilson)이 1964년에 최초로 빅뱅의 잔향을 감지하였다. (지상에 도달하지 않는 여러 파장대에 대한 실험도 필요했음에 따라 확증을 할 수는 없었다.) 펜지어스와 윌슨이 발견은 빅뱅이론이 정상상태 우주론보다 우위를 점하는데 기여하였다.

빅뱅의 잔향이라는 증거

1.     등방성: 모든 방향에서 같은 세기로 잡음이 오고 지구 운동에 따른 영향도 받지 않는다

2.     흑체복사 이론: 절대온도 0K 이상인 모든 물체는 모든 파장의 복사를 방출하는데 초단파 잡음이 절대 온도 약 3K에 해당하는 흑체복사 스펙트럼과 일치하기 때문이다. 이는 가모프(George Anthony Gamow, 1904 ~ 1968)와 앨퍼(Ralph Asher Alpher, 1921~2007) 등이 빅뱅이론에서 주장한 우주배경복사의 특성과 일치한다.

하지만 우주배경복사가 비등방성(우주의 어떤 부분에서 오는 복사선이 다른 부분에서 오는 복사선과 약간 다른 파장을 갖는다는 것)을 갖는다는 증거를 찾아내야 했다.

COBE (Cosmic Observer Background Explorer): The COBE satellite was developed by NASA’s Goddard Space Flight Center launched on November 18, 1989. It carried three instruments, a Diffuse Infrared Background Experiment (DIRBE) to search for the cosmic infrared background radiation, a Differential Microwave Radiometer (DMR) to map the cosmic radiation sensitively, and a Far Infrared Absolute Spectrophotometer (FIRAS) to compare the spectrum of the cosmic microwave background radiation with a precise blackbody. (Credit: NASA, LAMBDA) 코비 위성은 우주배경복사의 온도가 정확하게 2.728 라는 것을 알아냈으며, 우주배경복사의 미세한 온도 변화가 있음을 알아냈다. 그리고 더욱 정밀한 측정을 하기 위해 WMAP 위성을 지구궤도에 올리게 되었다.

WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe): (우주론의 창시자 데이비드 윌킨슨(David Wilkinson)의 이름에서 따온 것) NASA Explorer mission that launched June 30, 2001 (델타 II호).

1.     Age of the universe which is 13.77 billion years.

2.     Tiny fluctuations were generated during the inflation.

3.     The shape of the space is flat.

4.     The universe is composed of only 4.6% of atoms. While 24% of the universe is dark matter and other 71% of the universe is dark energy which is a source of anti-gravity.

Plank satellite: Plank was a space observatory operated by the European Space Agency (ESA) launched on May 14, 2009. It is designed to observe anisotropies of the cosmic microwave background (CMB) at microwave and infra-red frequencies, with high sensitivity and small angular resolution.