Is it possible to create a perfect vacuum? - Rolf Landua and Anais Rassat

번역: Jihyeon Park 검토: Jihyeon J. Kim

The universe is bustling with matter and energy.

우주는 물질과 에너지로 북적거리죠.

Even in the vast apparent emptiness of intergalactic space,

심지어 은하계사이 공간의 눈에 보이게 막대한 빈 공간에도

there's one hydrogen atom per cubic meter.

각 입방미터에는 수소 원자 하나가 있습니다.

That's not the mention a barrage of particles

이건 입자 포화와

and electromagnetic radiation

전자기 복사가

passing every which way from stars, galaxies, and into black holes.

별, 은하에서 나와 블랙홀로 통과하는 걸 말하는 게 아닙니다.

There's even radiation left over from the Big Bang.

심지어 우주 대폭발로부터 남겨진 방사선도 있습니다.

So is there such thing as a total absence of everything?

그러면 모든 것의 완전한 부재와 같은 것이 있을까요?

This isn't just a thought experiment.

이것은 그저 사고실험이 아닙니다.

Empty spaces, or vacuums, are incredibly useful.

빈 공간이나 진공상태는 놀라울 정도로 유용하죠.

Inside our homes, most vacuum cleaners work

우리의 가정내에서 대부분의 진공청소기는

by using a fan to create a low-pressure relatively empty area

빈 공간을 채우기 위한 물질을 빨아들이는 상 대적으로 저기압의 빈 구역을

that sucks matter in to fill the void.

만들기 위해 팬을 사용하여 작동하죠.

But that's far from empty.

그러나 빈 것과는 거리가 멀죠.

There's still plenty of matter bouncing around.

여전히 주변을 진동하는 물질들이 많이 있는 것이죠.

Manufacturers rely on more thorough, sealed vacuums

제조업자들은 더 철저한 밀봉된 진공이 필요합니다.

for all sorts of purposes.

모든 종류의 목적을 위해서 말이죠.

That includes vacuum-packed food that stays fresh longer,

거기엔 더 오래 신선하게 유지되는 진공포장음식도 해당됩니다.

and the vacuums inside early light bulbs that protected filaments from degrading.

그리고 초기의 전구 안의 진공상태는 열선이 훼손되는 것을 막아주었죠.

These vacuums are generally created with some version

이러한 진공상태들은 대개 새로운 형태와 함께 창조됩니다.

of what a vacuum cleaner does

가능한 벗어난 많은 원자들을 제거하기 위해

using high-powered pumps that create enough suction

충분한 흡입력을 생산할 수 있는 고마력의 펌프를 사용한

to remove as many stray atoms as possible.

진공청소기 처럼 말이죠.

But the best of these industrial processes

그러나 이러한 공업공정들의 최고는

tends to leave hundreds of millions of atoms

공간의 각 입방미터의 수 억의 원자들은

per cubic centimeter of space.

상태를 유지하려는 경향이 있다는 것입니다.

That isn't empty enough for scientists who work on experiments,

최대 10시간 동안 단 하나의 길 잃은 원자에 부딪히지 않기 위해

like the Large Hadron Collider,

입자선이 빛의 속력에 가깝게 순환되어야 하는

where particle beams need to circulate at close to the speed of light

입자충돌기와 같은 실험을 하는 과학자들에게는

for up to ten hours without hitting any stray atoms.

빈 정도가 아직 부족합니다.

So how do they create a vacuum?

그렇다면 과학자들은 어떻게 진공상태를 만들까요?

The LHC's pipes are made of materials, like stainless steel,

입자충돌기의 관은 그들 자신의 분자를 하나도 내놓지 않으며

that don't release any of their own molecules

떠도는 기체들을 흡수하기 위해 특수한 코팅이 되어있는

and are lined with a special coating to absorb stray gases.

스테인리스와 같은 재료로 만들어 집니다.

Raising the temperature to 200 degrees Celsius

온도를 섭씨 200도 까지 올리는 것은

burns off any moisture,

모든 수분을 증발시키고

and hundreds of vacuum pumps take two weeks to trap enough gas and debris

충돌형 가속기의 매우 놀란만큼 민감한 실험을 위해 수 백개의 진공관들은

out of the pipes for the collider's incredibly sensitive experiments.

충분한 기체와 관 밖의 잔해를 가두는데 2주가 걸립니다.

Even with all this,

이 모든 활동으로도

the Large Hadron Collider isn't a perfect vacuum.

거대한 강입자 충돌형 가속기는 완전한 진공상태가 아닙니다.

In the emptiest places, there are still

가장 비어있는 곳들에선

about 100,000 particles per cubic centimeter.

여전히 각 입방미터당 10만 개의 입자들이 존재하고 있습니다.

But let's say an experiment like that could somehow get every last atom out.

그러나 그런 실험이 어떻게든 모든 마지막 원자를 내보낼 수 있다고 해봅시다.

There's still an unfathomably huge amount of radiation all around us

여전히 셀 수 있는 많은 양의 바로 벽을 통과할 수 있으며

that can pass right through the walls.

우리 모두를 둘러싼 방사선이 있습니다.

Every second, about 50 muons from cosmic rays,

매초마다 우주의 방사선으로 부터의 약 50개의 뮤온들,

10 million neutrinos coming directly from the Big Bang,

우주대폭발로 부터 바로 오는 천만 개의 중성자들,

30 million photons from the cosmic microwave background,

우주배경복사로 부터의 3천만 개의 광자들,

and 300 trillion neutrinos from the Sun pass through your body.

그리고 태양으로 부터의 300조의 중성미자들이 여러분 몸을 지나갑니다.

It is possible to shield vacuum chambers with substances,

중성미자를 제외하고,

이 방사선을 흡수하며

including water,

반사하는 물과 같은 물질과

that absorb and reflect this radiation,

함께 한 진공용기는

except for neutrinos.

방사선을 막을 수 있습니다.

Let's say you've somehow removed all of the atoms

어떻게든 여러분이 모든 원자들을 없앴고

and blocked all of the radiation.

모든 방사선을 막았다고 해봅시다.

Is the space now totally empty?

그럼 이제 공간이 완전히 비었나요?

Actually, no.

사실은, 아닙니다.

All space is filled with what physicists call quantum fields.

모든 공간은 물리학자가 말하는 양자장으로 채워져 있습니다.

What we think of as subatomic particles,

우리가 원자보다 작은 입자라고 생각하는

electrons and photons and their relatives,

전자 그리고 광자, 그들의 친척들은

are actually vibrations in a quantum fabric

사실은 우주전반에 걸쳐 확장하는

that extends throughout the universe.

양자구조 안의 진동입니다.

And because of a physical law called the Heisenberg Principle,

그리고 하이젠베르크 정의라는 물리법칙 때문에

these fields never stop oscillating,

이 장들은 절대 진동을 멈추지 않습니다.

even without any particles to set off the ripples.

잔물결을 일으킬 단 하나의 입자 없이도요.

They always have some minimum fluctuation called a vacuum fluctuation.

그들은 언제나 진공요동이라고 불리는 몇몇의 최소한의 파동을 가지고 있습니다.

This means they have energy, a huge amount of it.

이것은 그들이 그것의 거대한 힘을 가지고 있다는 것을 의미하죠.

Because Einstein's equations tell us that mass and energy are equivalent,

왜냐하면 아인슈타인의 방정식이 덩어리와 힘은 동등하다고 말하기 때문이죠.

the quantum fluctuations in every cubic meter of space

공간의 각 입방미터의 양자요동은

have an energy that corresponds to a mass of about four protons.

약 네 개의 양성자 덩어리와 일치하는 힘을 가지고 있습니다.

In other words, the seemingly empty space inside your vacuum

말하자면 겉보기에 빈 것같이 보이는 진공 속이

would actually weigh a small amount.

사실은 조금 무게가 나간다는 것이죠.

Quantum fluctuations have existed since the earliest moments of the universe.

양자 요동은 우주의 초기 순간부터 존재해 왔습니다.

In the moments after the Big Bang,

우주대폭발 이후,

as the universe expanded,

우주가 확장되며

they were amplified and stretched out to cosmic scales.

그들은 우주의 규모로 확대되고 팽창되었습니다.

Cosmologists believe that these original quantum fluctuations

천문학자들은 원래의 이 양자요동들이

were the seeds of everything we see today:

우리가 오늘날 보는 모든 것의 근원이라고 믿습니다.

galaxies and the entire large scale structure of the universe,

은하들 그리고 행성들과 태양계와 마찬가지로

as well as planets and solar systems.

우주전체의 거대한 구조와 같은 것들 말이죠.

They're also the center of one of the greatest scientific mysteries of our time

그들은 또한 우리 시대의 대단한 과학적 미스테리 중 하나의 중심입니다.

because according to the current theories,

왜냐하면 최근의 이론에 따르면

the quantum fluctuations in the vacuum of space

공간의 진공상태에서 양자요동은

ought to have 120 orders of magnitude more energy than we observe.

우리가 관찰하는 것 보다 120배의 더 많은 규모의 힘을 가져야 합니다.

Solving the mystery of that missing energy

아마 잃어버리는 힘의 미스테리를 푸는 것이

may entirely rewrite our understanding of physics and the universe.

우리의 물리학와 우주에 대한 이해를 전체적으로 다시 쓸지 모릅니다.