일반 상대성 이론과 양자역학이 서로 충돌하고 통합되기 어려운 이유는 무엇이며, 그 경계는 어느 지점인가요??
일반 상대성 이론과 양자역학이 서로 충돌하고 통합되기 어려운 이유는 무엇이며, 그 경계는 어느 지점인가요??
자세한 예시로 해서 알려주세요.
안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
일반 상대성 이론과 양자역학이 통합되기 어려운 이유는 두 이론이 다루는 세계의 규모와 성격이 다르기 때문입니다. 일반 상대성 이론은 중력을 시공간의 곡률로 설명하며 거시적인 천체의 움직임을 다룹니다. 반면 양자역학은 미시 세계에서 입자의 행동을 확률적으로 설명합니다. 이 두 이론은 블랙홀의 중심이나 빅뱅과 같은 극단적인 상황에서 충돌하게 되며 이때 시공간의 성질이 불확정해져 일반 상대성 이론이 적용되지 않습니다. 이러한 이유로 두 이론을 통합하는 것은 현재까지도 큰 도전 과제로 남아 있습니다.
안녕하세요. 박준희 전문가입니다.
양자역학과 일반 상대성이론이 충돌하는 대표적인 문제 는 바로 양자 중력 문제입니다. 일반 상대성이론은 시공 간을 연속적인 구조로 다루는 반면, 양자역학은 시공간을 불연속적인 양자 상태로 바라보기 때문에 서로 엇갈리는 논리인거죠.
감사합니다.
안녕하세요. 박두현 전문가입니다.
충돌하는 이유는 일반상대성이론은 결정론적입니다 즉, 물체가 어떻게 움직일지, 중력이어떻게 작용할지를 예측할 수 있습니다
이는 시공간의구조와 물질의 상호작용을 정확하게 기술합니다
반면 양자역학은 확률적입니다 입자의위치나 속도는 확률분포로 표현되며 이는 고전적인 결정론과 충돌합니다
즉,양자역학에서는 입자의 상태가 고정된 값이 아니라 여러 가능한 상태의 중첩으로 존재하는 것입니다
그리고 일반상대성 이론에서 중력이 시공간의 굴곡으로 이해되며, 이는 연속적인 구조로 취급됩니다
그러나 양자역학은 입자들의 양자화된 성질을 다루며, 모든 물리적 상호작용을 양자화된 입자들, 즉 보존들로 설명합니다
중력에 해당하는 입자인 그라비톤을 양자화하려면 중력을 양자역학적으로 설명할 수 있어야 하는데
이 과정에서 수많은 수학적 문제가 발생합니다
안녕하세요. 구본민 박사입니다.
일반 상재성 이론과 양자역학이 충돌하는 이유를 간략하게 설명 드릴게요
두 이론의 적용 범위가 달라요 (일반상대성 이론은 거시 세계, 양자역학은 미시세계를 다룹니다. )
일반상대성이론(아인슈타인, 1915년) : 중력을 설명하는 이론으로 매우 큰 것들(행성, 별, 블랙홀)의 움직임을 예측하는데 강합니다.
양자역학(1920년대 초) : 아주 작은 입자들(전자, 쿼크, 광자등)의 행동을 설명해요. 확률 기반이고, 불확실성이 중요한 특징입니다.
근본 철학이 달라요
일반 상대성 이론은 매끄러운 시공간 연속체를 가정합니다. 시간과 공간이 부드럽게 휘어지며 중력이 생기는 구조에요.
반면, 양자역학은 불연속적인 세계, 즉 입자가 튐, 확률, 관측에 의한 변화 같은 개념이 중심입니다.
충돌지점 : 극단적인 상황에서, 대부분의 경우 두 이론은 각자 영역에서 잘 작동해요. 하지만 특정상황에서는 둘 다 적용되어야 하는데 그때 서로 충돌하게 됩니다.
블랙홀의 중심(특이점 )
일반 상대성 이론에 따르면, 중심에는 무한히 작은 점에 모든 질량이 모이는 특이점이 생겨요.
하지만 양자역학은 무한한 밀도를 허용하지 않아요. 입자는 일정한 최소 단위로 존재해야 하거든요.
그래서 블랙홀 중심을 설명하려고 하면 두 이론이 모순에 빠져 버립니다.
빅뱅 순간
우주의 시작, 0초의 찰나에는 시공간이 매우 작고 에너지가 극도로 높아요.
양자역학적 효과와 중력이 동시에 중요해지지만, 두 이론을 함께 적용할 수가 없어요.
왜 통합이 어려울까?
수학적으로 두 이론이 맞지 않아요, 예를 들어 양자역학은 "양자장론"으로 확장되어 잘 맞춰졌는데, 중력을 양자화하면 수학적으로 무한대가 발생하고 계산이 수렴하지 않아요
중력을 입자로 설명하려고 하면 " 중력자"라는 가상의 입자가 필요해요. 하지만 아직 실험적으로 관측된 적이 없어요
양자 중력을 증명하려면 블랙홀 보다 작은 구조를 실험해야 하는데, 현재 기술로는 불가능해요.
아직 실험적으로 검증된 이론은 없지만, 이 방향으로 많은 연구가 진행 중이에요. 언젠가는 하나로 통합된이론이 나올 수도 있겠죠.
안녕하세요. 전찬일 전문가입니다.
두 이론이 충돌하는 이유로는 일반 상대성 이론은 시공간이 연속적이고, 매끄러운 휘어진 구조로 되어있다고 가정합니다. 양자 역학은 불연속적인 구조가 바탕에 깔려있는데요. 입자가 특정한 상태로 존재하는것이 아닌 확률적으로 분포한다고 설명하기 때문입니다.
상대성이론은 큰 규모에서 작용하고, 양자역학은 아주 작은 규모에서 작용합니다.
블랙홀로 설명을 하였을 때, 블랙혹 내부는 중력이 무한히 강해지며, 시공간이 극도로 휘어져 특이점이 생깁니다. 이 작은 영역에서는 양자역학이 지배적이어야 합니다. 일반 상대성 이론에 따르면 특이점에서 시공간이 휘어지고 물리법칙은 무너집니다. 반면 양자역학적으로 보면 무한한 에저니는 존재할 수 없고, 양자 요동으로 인해 시공간 자체가 불확정적이 됩니다. 이처럼 플랑크 스케일에서는 두 이론이 조화를 이루지 못하며 서로 충돌하게됩니다.
안녕하세요. 권창근 전문가입니다.
일반 상대성 이론과 양자역학은 각각 거시 세계와 미시 세계를 설명하는 물리 이론입니다. 하지만 이 두 이론은 특정 상황에서 충돌하며, 이를 해결하는 통합 이론은 아직 확립되지 않았습니다.
1. 일반 상대성 이론과 양자역학의 차이
일반 상대성 이론: 중력과 시공간의 구조를 설명하는 이론으로, 우주 규모에서 적용됩니다.
양자역학: 원자와 소립자 같은 미시적 세계에서 일어나는 현상을 설명하는 이론입니다.
2. 두 이론이 충돌하는 이유
일반 상대성 이론은 시공간을 연속적인 곡선으로 설명하지만, 양자역학은 불연속적인 확률적 성질을 가집니다.
전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력은 양자역학으로 설명할 수 있지만, 중력은 양자적으로 설명되지 않습니다.
블랙홀 안에서는 정보가 사라진다고 일반 상대성 이론은 예측하지만, 양자역학에서는 정보가 완전히 소멸되지 않습니다.
3. 두 이론이 충돌하는 경계
블랙홀 중심(특이점): 밀도가 무한대가 되어 일반 상대성 이론이 성립하지 않습니다.
빅뱅 직후: 우주가 극도로 작고 밀도가 높았던 순간으로, 양자 중력의 개념이 필요합니다.
플랑크 스케일(10⁻³⁵m, 10⁻⁴³s): 이 영역에서는 중력조차도 양자적 효과를 받아야 하지만, 이를 설명할 이론이 없습니다.
4. 해결책 후보
현재 일반 상대성 이론과 양자역학을 통합하려는 연구가 진행 중이며, 다음과 같은 이론이 제안되었습니다.끈 이론: 기본 입자를 점이 아닌 끈으로 간주하여 중력을 포함하는 이론입니다.
루프 양자 중력: 시공간 자체를 양자화하려는 접근 방식입니다.
결론적으로, 일반 상대성 이론과 양자역학은 각각 거시 세계와 미시 세계에서 잘 맞지만, 블랙홀이나 우주의 초기 상태 같은 극단적인 환경에서는 서로 충돌합니다. 이를 해결하기 위한 양자 중력 이론은 아직 완성되지 않았으며, 물리학의 가장 큰 미해결 과제 중 하나로 남아 있습니다.
안녕하세요. 조일현 전문가입니다.
두 이론이 다른 규모와 접근 방식이 매우 다르기 때문입니다.
이는 수학적 표현 방식의 차이로 실험적 검증이 어렵기 때문입니다.
실험적 검증은 양자중력 영역에서 해당됩니다.
아주 쉽게 설명하자면 일반성 상대성 이론은 별과 행성들을 움직임에 따라 설명하고 있으며
중력을 시공간의 휘어짐으로 표현하고 있습니다.
반면 양자역학은 원자와 전자의 행동을 설명하고 있으며
이는 모든것이 확률적으로 일어난다고 표현하고 있습니다.
예시로 블랙홀을 기반으로 두 이론이 갈리고 있으며 큰 틀안에 법칙과 작은 법칙 다름입니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
일반 상대성 이론은 중력을 시공간의 곡률로 설명하며 거시적인 천체 운동을 다루지만 양자역학은 미시 세계에서 활률적으로 입자의 운동을 설명합니다 두 이론은 블랙홀 중심의 특이점이나 빅뱅의 초기 상태처럼 극도로 작은 공간에서 극도로 강한 중력이 작용하는 상황에서 충돌하며 이때 시공간 자체가 불확정성이 커져 일반 상대성이론이 적용되지 않습니다
안녕하세요. 전기기사 취득 후 현업에서 일하고 있는 4년차 전기 엔지니어 입니다.
일반 상대성 이론과 양자역학이 통합되기 어려운 이유는 두 이론이 서로 다른 규모와 속성을 다루기 때문입니다. 일반 상대성 이론은 중력과 거시적 세계, 예를 들어 행성, 별 같은 천체의 움직임을 설명하는 이론입니다. 공간과 시간이 어떻게 휘어지는지를 수학적으로 다루죠. 반대로 양자역학은 원자 및 아원자 수준의 미세한 입자들의 행동을 설명하며, 확률로 이뤄진 세계를 다룹니다. 이 두 이론이 충돌하는 것은 중력이라는 거대한 힘을 미세한 양자적 수치로 정밀하게 설명해야 하는 극한 상황, 대표적으로 블랙홀의 중심이나 빅뱅 같은 지점에서 발생합니다. 이런데서는 두 이론이 상충하며 지금까지 통합 이론을 찾는 것이 과제로 남아 있습니다.