자신을 인식하는 물질, 존재와 의식... 자연철학적 접근

아인슈타인의 특수상대성이론은 우리가 살고 있는 시공간이 4차원, 시간은 공간의 다른 표현임을 얘기한다. 우리는 공간의 방향으로 움직일 수도, 시간의 방향으로 움직일 수도 있다. 어떤 존재는 공간으로, 어떤 존재는 시간으로 움직이고, 우리가 어느 각도로 사물을 보느냐에 따라 나의 아들과 나의 아버지는 동시대에 같은 생물학적 나이로 존재할 수도 있다. 이상한 얘기이다. 세상이 원래 이렇게 이상한 것인지, 우리가 이상하게 생각하는 것인지... 일반상대성이론에서 공간은 물질에 의해서 휘어지고, 휘어진 공간으로 물질들은 등속으로 이동한다. 우주에는 물질과 에너지가 있고, 따라서 그것들은 공간을 휘게 만든다. 물질과 에너지의 양에 따라 우주가 안으로 휘어질 수도 바깥으로 휘어질 수도 있으며, 우주는 한없이 쪼그라 ..

아리스토텔레스는 만물이 물, 불, 공기, 흙의 4가지원소로 이루어져 있고, 이것들의 성질을 변화시키면 하나의 원소에서 다른 원소로 변환할 수 있다고 믿었다. 이러한 믿음은 과학이 발달하기 전까지 2000여년을 이어져서, 중세에 연금술은 학문의 경지에 이르게 된다. 서양에서 종교적 영향으로 금지된 연금술은 아랍권에서 활발히 연구되다가 11~12세기 십자군 원정을 통하여 다시 서유럽으로 유입된다. 현자의 돌 혹은 마법사의 돌을 이용하여 값싼 금속을 금으로 변하게 할 수 있다고 믿은 수많은 사람들의 헛된 시도는 아이러니컬하게도 현대 화학의 발전으로 연결된다. 18세기에 라브와지에(1734~1794)는 모든 원소는 기본적인 원소들의 결합으로 이루어지며, 이들은 더 이상 분해될 수 없다는 이론을 확립하고 금이 그..

얼마 전 작은 형에게 전화가 왔다. 조카가 대입 시험을 다시 보고 학교를 가려고 하는데 어떻게 결정하면 좋겠냐는 것이었다. 의사인 아버지에는 미치지 못한 조카가 원한 과는 수의대였지만, 점수가 그다지 높지 못한 모양이다. 1지망 H대 전자과, 2지망 S대 전자과, 3지망 제주대 수의대를 내는데, 3지망은 가망이 없다는 얘기였다. H대 전자과가 전국 모든 수의대보다 점수가 낮다.. 사실 이미 알고 있는 사실이었지만 다시 한번 한국의 현실을 자각한다. 애들에게 가능하면 미국으로 가는 것을 고려해 보라고 자주 얘기한다. 물론, 애들은 내가 젊었을 때처럼 강한 집념이 없고, 전혀 외국에 살 생각은 없다. 그러나, 출산율 0.8명으로, 2050년이면 나이지리아보다 GDP가 못한 나라, 인구 소멸과 노인들이 넘쳐나..

우주론을 이해하는 첫번째 방정식은 아인슈타인의 장방정식(Field equation)이다. 장 방정식은 공간에 물질이나 에너지가 존재할 때, 공간 자체가 어떻게 휘어지는 지를 기술하는 방정식이다. 리만 텐서, 리치 텐서, 우주 상수, 에너지모멘텀 텐서의 개념이 모두 포함되어 있다. 위의 장 방정식을 풀려면, 먼저 공간의 dynamics를 만드는 source 인 텐서 T가 주어져야 한다. 우주론에서 우주는 은하라는 점들이 마치, 액체 속 입자처럼 떠 돌아다니는 완전 유체 (perfect fluid)로 모델링된다. 이 경우, 에너지-모멘텀 텐서는 다음과 같이 주어진다. 아인슈타인의 장 방정식은 대칭성이 없이 해석적으로 푸는 것은 불가능하다. 4차원 시공간이므로 16개의 변수에 대한 비선형 연립 방정식을 풀어야..

#천문학 인간들은 우주의 5%에 대해서만 존재를 알고 있다. 물질들을 한 곳으로 모은 본질적인 존재인 암흑 물질은 우주의 25%를 차지하고, 나머지 70%는 암흑 에너지가 차지한다. 이것이 오늘날 주류 천문학자들이 얘기하는 내용이다. 95%의 물질이 무엇으로 되어 있는지, 있는지 없는지 조차 사실은 명확히 모른다. 다만, 인간들이 현재 가지고 있는 이론으로는 도저히 설명할 수 없는 현상들이 있기에 그들은 무엇인가가 존재하리라는 믿음을 가지고, 그러한 물자체가 무엇인지 파악하고자 오늘도 열심히 노력하고 있다. 중력의 존재, 높은 곳에 있는 물체는 낮은곳으로 당기는 힘이 있다는 사실은 인류 문명의 초기부터 알고 있었다. 그런데, 왜 별들과 태양은 떨어지지 않을까? 아리스토텔레스는 Quintessence (본..

인플레이션 우주론에 대해서 간단히 얘기를 해볼까요? 우주론에서 어려운 부분은 시작과 끝에 관한 얘기입니다. 즉, 인플레이션 우주와 블랙홀 부분이 가장 어렵죠. 왜냐하면 다루는 에너지 대역이 고에너지 영역이고 따라서 양자장론과 중력이론이 결합하여야 하기 때문입니다. 인플레이션 우주론을 이해하기 전에 먼저, 우주를 기술하는 metric에 대해서 알아야겠죠? 우주 스케일에서 metric은 크게 보면 두가지가 있습니다. 하나는 질량이 존재하는 곳에서 중력장 방정식을 풀면 나오는 FRW metric이고, 하나는 질량이 존재하지 않는 곳에서의 해인 슈바르츠쉴드 metric입니다. 인플레이션 이론과 관련있는 metric은 다음 FRW metric입니다. 열역학 제 1법칙 dU+PdV=0이 있습니다. 여기서 , U는 ..

블랙홀자료를 보다보면 Penrose diagram(펜다)을 가끔씩 볼 때가 있습니다. 펜다는 무한대의 시공간을 유한한 시공간으로 표시하기에 우주 규모의 시간대에서 이루어지는 운동의 궤적을 개념적으로 쉽게 이해할 수 있게 표현해 줍니다. 펜다는 어떻게, 어떤 원리로 구성된 것일까요? 수식을 통해서 정리해 봅니다. 먼저, 민코프스키 공간을 극좌표계로 표시합니다. 위 공간을 그냥 종이에 그리자면, t와 r이 각각 -무한대 ~무한대,0~무한대의 공간이므로 아주 큰 종이가 필요하겠죠? 따라서 좌표 변환을 해야 합니다. 먼저 (t,r)좌표계를 (u,v)좌표계로 아래와 같이 변환합니다. 복잡해 보이지만 그냥 (t,r)축을 45도 회전시킨 것에 불과합니다. 물리학자들은 흔히 광속이나 플랑크 상수를 1로 두고, 나중에 ..

블랙홀은 일반상대성 이론 중력장 방정식의 해로부터 유도되는 우주의 청소장입니다. 블랙홀과 일반 우주의 경계는 사건의 지평선 r=2GM 으로 간단히 기술되며 질량이 크면 그 크기는 커지며, 현재 거의 모든 은하의 중심에는 거대한 블랙홀이 존재할 것으로 추측됩니다. 블랙홀은 한방향으로 우리와 인과적으로 단절됩니다. 즉, 외부에서 블랙홀로는 얼마던지 정보와 물질이 유입되지만 블랙홀에서 외부로는 전혀 인과적 관계가 단절됩니다. 즉, 정보를 흡수할 수만 있고 외부로는 방출되지 않습니다. 블랙홀의 크기를 사건의 지평선의 크기로 정의하기도 하지만 물리적으로 블랙홀은 한 점입니다. 한 점에 모든 것들이 존재합니다. 그러나, 그 점은 무한 곡률을 가지기에 점이면서 또한 공간을 가지는 이상한 형태로 기술될 것이며, 우리는..