String theory and the hidden structures of the universe - Clifford Johnson

끈이론과 우주의 숨겨진 구조물- 클리포드 존슨

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

번역: Christine Bak 검토: K Bang

So I work on trying to understand

저는 우주가 어떻게 작동하는지

how the universe works at the very basic level,

가장 기초적인 수준에서 이해하고자 합니다

the most basic level we can find.

우리가 발견할 수 있는 가장 근본적인 수준 말이죠.

So, when you try in your everyday life

일상 생활에서 어떤 것이

to try and work out how something works,

작동하는 방법을 알아내고자 할 때,

what you're actually doing is you're looking for

진짜로 하는 것은

what I call hidden structures.

숨겨진 구조물을 찾는 것입니다.

For example, you take something like your cell phone,

예를 들어, 휴대전화와 같은 경우에는,

your smart phone,

스마트폰을 보면,

it's a complicated object,

그것은 복잡한 물체이고

and you might wonder how it works.

그것이 어떤 방식으로 작동하는지 궁금해질 수 있겠죠.

Well, what you can do is go in

사람들이 할 수 있는 것은

and actually take it apart.

그것을 분해하는 것입니다.

You'll void the warranty, but that's OK.

보증은 무효가 되겠지만 (웃음) 괜찮습니다.

And you'll go in and what you'll find

그 속에서 찾을 수 있는 것은

is that it's made of tiny little electronic components.

그것이 조그마한 전기적 성분으로 구성되어 있다는 점입니다.

And those electronic components are actually moving around

그 전기적 성분들은 사실 우리가 알고 있는

a certain kind of particle that we know

특정한 입자 주위를 움직이고 있는데요,

that's called the electron,

그 입자는 전자라고 불립니다.

and that's where the name "electronics" comes from.

거기서 '전자 기기'라는 명칭이 오는 것입니다.

So if you know the actual rules

그래서 만약 사람들이 어떻게 그것들을

of how to put those things together,

조립할 수 있는지 실제 규칙들을 안다면

you can actually make your smart phone

실제로 스마트폰을 만들 수도 있고,

or you could make various other electronic devices as well.

아니면 다른 다양한 전자 기기들을 만들 수도 있는 것이죠.

So, there are people like myself

저와 같이

who, actually for a living, try and do this sort of thing

실제 직업으로, 이런 것들을 하는 사람들이 있습니다.

not just for, say, a cell phone or its components,

단순히, 예를 들어서 휴대전화나 그 구성 요소가 아니라,

but asking what, say, your hand is made of,

이런 것들을 물어보는거죠. 예를 들어 사람의 손이 무엇으로 만들어 졌는지,

or the chair you're sitting in,

아니면 앉아 있는 의자라든지,

or the planet Earth,

아니면 지구라든지,

the sun,

태양,

the stars,

the entire universe.

별,

우주 전체도요.

And so, using various kinds of instruments

그래서, 다양한 종류의 기구들과

and observations

관찰과

and experiments,

실험을 통해서,

we've been able to probe deeper and deeper over the years,

우리는 수년간 점점 더 깊게 조사할 수 있었고,

and we now know that the matter that we're made of

우리는 이제 우리 자신이 이루어진 물질과

and that we see around us

우리가 주변에서 보는 물질들이

is actually made of tiny little elementary particles.

사실 아주 작은 기본 입자들로 이루어져 있다는 것을 알게 되었습니다.

And elementary particles interact with each other

그리고 소립자들은 자연의 힘을 통해,

via the forces of nature,

서로 상호 작용합니다.

but we've also discovered

그러나 우리가 또 발견한 것이있 는데요.

that those forces of nature themselves actually operate

그 자연의 힘들이 소립자들을 서로 교환하면서

by exchanging elementary particles as well.

작동하기도 한다는 것입니다.

They're actually particles of force that are exchanged

그것들은 사실 물질의 입자들에 의해서 교환되는

by the particles of matter.

힘의 입자들인데요.

And you may have heard this year

여러분들은 올해 들으셨을지도 모르겠는데,

that there was big news,

아주 대단한 뉴스가 있었어요,

a major announcement in this story,

이 뉴스의 중요한 부분은,

the Large Hadron Collider, the LHC,

강입자 충돌기, LHC, 에요.

a huge experiment in Europe,

유럽에서 행해진 거대한 실험인데요,

has actually uncovered a Higgs boson,

힉스 입자를 발견했고,

and that particle's job is to interact

입자가 하는 일은

with the various elementary particles

다양한 소립자들과 상호 작용하여,

and give them the masses that we observe.

그들에게 우리가 관찰하는 질량을 주는 것입니다.

So, this exciting picture is analogous

이 흥미로운 그림들은

to the one I showed you for the cell phone.

제가 휴대전화를 보여드렸던 것과 유사한 것입니다.

We have the components

우리에게는 입자 이론의 구성 요소와

and we have the rules of particle theory,

규칙들이 있습니다.

as it's called,

그리고 이 입자 이론은

by which these all operate

이 모든 것들이 작동하고

and give rise to the various things.

다양한 것들을 만들어 냅니다.

Now, we actually think that we've only just

지금, 우리는 우리가 그저 이 양자 세계와

scratched the surface of finding this quantum world,

이 세계의 숨겨진 구조물들을

the hidden structure of our world.

겉핧기식으로 본 것이라고 생각합니다.

Let me give you three examples

우리가 아직도 연구하고 있는 수수께끼의

of the puzzles we're still working on.

세 가지 예를 들어드리겠습니다.

So, what I did is I gathered the particles up

저는 그 입자들을 그들이

into the patterns that they tend to form,

이루고자 했던 규칙대로 모았습니다.

but we don't know where those patterns come from.

그러나 우리는 이 규칙들이 어디서 온 것인지 모릅니다.

We know how to describe the particles,

우리는 입자를 묘사할 줄은 알지만,

but we don't know where the patterns come from.

그 규칙들이 생기는 것인지는 모릅니다.

When you see patterns in science,

과학에서 규칙을 본다는 것은,

you look for a hidden structure,

숨겨진 구조물을 찾는다는 것입니다.

so that's one of the things.

그것이 한가지 입니다.

Also, we now know that there's a huge amount

또한, 우리는 엄청난 양의 물질이 있다는 것을 압니다.

more matter out there

제가 방금까지 말씀드렸던 것들 보다

than just the things that I was just talking about.

훨씬 많은 물질이요.

That stuff is called dark matter.

그것은 암흑 물질이라고 불립니다.

We don't know what it is,

우리는 그것이 무엇인지 모르는데,

and we'd like to be able to get it

우리는 그것을 가져와서

and experiment with it and figure out what it is.

실험으로 그것이 무엇인지 알아내고 싶어합니다.

And then, the other thing I'd like to talk about

그리고, 또 하나 제가 말씀드리고 싶은 것은

is the fact that the force of gravity,

중력이,

perhaps the most familiar force we know,

아마 우리가 알고 있는 가장 친숙한 힘의 종류일텐데요,

when you get down to the quantum level,

양자 단계까지 내려가면,

it actually doesn't operate

실제로 입자 이론의 규칙에 따라서

according to those rules of particle theory.

작동하지 않는다는 것입니다.

So, given that gravity is actually about the shape

그래서, 아인슈타인이 우리에게 가르쳐주었 듯이,

of space and time as Einstein taught us,

중력이 실제로는 우주와 시간의 모양에 따르는 것이라는 점에서 보아,

we, in working out what the quantum story of gravity is,

우리는, 중력의 양자 세계를 알아내는 데 있어서,

which we call quantum gravity,

이것은 양자 중력이라고 부르는데요,

we hope to get to groups of questions like,

우리는 다음과 같은 질문들을 해결하고자 합니다.

are there particles of space and time itself

우주와 시간의 입자들이 존재하는가?

and how do they fit together?

그리고 그것들이 어떻게 연결되는가?

What are the rules?

그 규칙들은 무엇인가?

So, this leads us to things

이 질문들은 우리가 모든 것의 발단을

like studying where it all began,

연구하도록 이끕니다.

13.7 billion years ago,

137억년전,

the Big Bang.

빅뱅에 관해서요.

We know matter and energy

우리는 현재 이해하는 바와 같이

as we understand it was created,

빅뱅에서 물질과 에너지가 만들어졌다는것 뿐만 아니라,

but also, space and time itself.

우주와 시간 그 자체도 만들어졌다는 것도 알고 있습니다.

So those are the sorts of things

이러한 것들이 이 탐구 과정에서

we study in this quest.

우리가 연구하는 것들입니다.

Also, we have things that are around us today,

또한, 우리 주변에는

such as black holes,

블랙홀과 같은 것들이 있는데,

which are very important clues.

이것은 매우 중요한 단서입니다.

They're actually holes in space

블랙홀은 사실 우리가 알아내고자 하는

that we'd like to understand.

공간 속의 구멍들입니다.

Also, the newly discovered dark energy,

또한, 새로이 발견된 암흑 에너지는,

which is the tendency of space

우주의 성향으로

all through the universe to accelerate its expansion.

우주 자신의 팽창을 전체적으로 가속화하려는 경향이 있습니다.

So scientists are working on these kinds of things,

과학자들은 이러한 것들을 연구하고 있고,

trying to understand what we think is now the case

에너지와 물질에만

that there's not just hidden structures

숨겨진 구조물들이 존재하는 것이 아니라,

of matter and energy,

우주와 시간에도 있다는 것을

but also space and time.

이해하려고 노력합니다.

So the question is, what are the rules?

문제는, 그 규칙들이 과연 무엇이냐는 것입니다.

And there are many approaches to this,

여기에는 많은 접근법들이 있습니다.

and one of them is one you may have heard of,

그리고 그 중 하나는 여러분들이 들어보셨을 수도 있습니다.

called string theory.

끈이론이라고 하는 것입니다.

And so it is one of many approaches

이것은 여러 접근법들 중 하나인데,

and we don't know if it's right yet,

이것이 맞는 것인지는 아직 모릅니다.

we're not finished developing the theory,

우리는 이 이론을 아직 끝까지 발전시키지는 못했지만,

but it's given us some really exciting, tantalizing hints.

그것은 우리에게 매우 흥분되고 기대감에 차게 하는 암시들을 보여 주었습니다.

I'd like to tell you about a few of them.

저는 여러분들께 그 몇가지를 이야기해 드리고자 합니다.

So, one of them is simply that you take away

그 중 하나는 단순하게, 작은 양자 입자를 찾는다는

the idea of looking for a tiny quantum particle,

생각 자체를 빼버리는 것인데,

you look instead for an extended object,

대신에 확장된 물체를 찾는 것이지요.

a string, which can vibrate.

진동할 수 있는 끈,

And it actually gives you some exciting opportunities

그리고 사실 그것은 흥분되는 기회를 주는데,

because, for example, it would say

왜냐하면, 예를 들어,

if we've missed that hidden structure

만약 우리가 자세히 관찰하지 않아서,

by not looking closely enough,

숨겨진 구조물을 놓쳤다면,

we wouldn't realize that many different kinds of particles

우리들은 다양한 종류의 입자들이

are just different vibrations of the same string,

그저 같은 끈의 다른 진동일 뿐이라는 것을 모를 것이기 때문이죠.

which is a really exciting possibility

이것은 굉장히 흥미로운 가능성입니다.

and a huge simplification.

그리고 엄청난 단순화입니다.

So that's one of the ideas.

그래서 이것은 그 아이디어 중 하나입니다.

The other thing that's really exciting about string theory

끈이론의 또 다른 흥미로운 점은

is that one of those particles it describes

그것이 묘사하는 입자들 중 하나가

is actually the missing quantum of gravity

바로 우리가 이해하려고 했던

that we have been trying to understand.

잃어버린 중력의 양자라는 것입니다.

And then the other thing is that strings actually,

그리고 또 다른 것은, 끈들은 사실

instead of one wanting just to move in the dimensions,

차원 속에서 움직이는 것을 원하는 대신에,

the three space dimensions that we are familiar with,

우리가 익숙한 그 3차원 대신에 말입니다,

actually seem to want to move in higher dimensions.

사실 더 높은 차원에서 움직이고 싶어하는 듯 합니다.

So we have this idea, then,

그래서 우리는 이런 생각을 하게 되는 거죠.

what would it mean for our world,

이게 우리 세상에 무슨 의미가 있을까,

if this were anything to do with our world,

이게 만약 우리 세상과 관련이 없다면 어떨까 등의 생각을 해보는 겁니다.

and we don't know that yet?

우린 아직 아무 것도 모르고 있어요.

Here's a way that our world would arise from that.

여기 우리 세계가 만들어진 방법이 있습니다.

You would have our world,

우리 세계가 있고,

and then one of the hidden structures

그리고 숨겨진 구조물들 중 하나는

would be hidden chunks in space time

시공간 속에 숨겨진 덩어리인데,

that are not visible, those extra dimensions.

그 추가적인 차원들은 눈에 보이지 않습니다.

And then the various particles that we see in the world

우리가 세계 속에서 보는 다양한 입자들은,

would come from being vibrations of strings

끈의 진동으로 나타날 것이고,

and those patterns we saw that we can't explain

우리가 본 설명할 수 없는 규칙들은,

come from the fact that the strings can probe

그 끈들이 내부의 차원의 모양을

and feel the shape of those internal dimensions.

탐사하고 느낄 수 있다는 사실에 의한 것입니다.

So, one of the things, then, is

그래서, 또 하나 의문점은,

can we actually test this?

우리가 실제로 이것을 증명할 수 있을까, 입니다.

This is a lovely idea, but how do we confront this

이것은 좋은 생각이지만,

with real experiments and observations

우리가 지금 과학을 하고 있다고 해서 어떻게 진짜 실험과 관찰로

because we're doing science here?

이것을 해결할 수 있을까요?

And that's the hard thing.

이것이 바로 힘든 점입니다.

We think that the energy you need

우리는 매우 작은 규모를 탐사하고,

to probe the tiny-enough scales

그래서 그 끈들이 만약 거기에 있다면,

to see the strings if they're there,

그것들을 보기 위해서 필요한 에너지가

is more than we can hope to get any time soon.

우리가 당분간 가질 수 있기를 바랄 수 있는 양보다 많다고 생각합니다.

But what we can do is we can look

하지만 우리가 할 수 있는 것은,

for the consequences of those hidden structures,

그 숨겨진 구조물들의 결과를 찾는 것입니다.

we can look for how those things show up in physics

우리는 물리학에서 그것들이 어떻게 나타나는지 찾아볼 수 있습니다.

that we can get access to.

우리가 접근할 수 있는 물리학에서요.

So, that's why we study things like

그래서, 우리가

dark matter,

암흑 물질,

black holes,

블랙홀,

dark energy,

and we also look at remnants of the early universe,

암흑 에너지와 같은 것을 연구하는 것입니다.

그리고 초기 우주의 잔해물과

the cosmic microwave background that satellites.

우주 배경 복사와 같은 것들을 찾는 것입니다.

And, importantly, we look for clues

그리고, 중요한 것은, 우리는

from the various kinds of particle physics experiments,

다양한 입자 물리학 실험들로부터 단서들을 찾습니다.

like the LHC.

예를 들어 LHC요

So, one last thing, then,

마지막 하나는,

is a new thing that's been going on.

새로이 진행되고 있는 것입니다.

String theory may turn out to be useful

끈이론 물리학의 다른 분야에 있어서도

in other areas of physics.

유용할 수 있습니다.

There are new kinds of experiments

새로운 종류의 실험들이 진행되고 있는데,

that start out, say, with our friend the electron,

예를 들어 우리의 친구, 전자와 같은 경우

and actually show that in certain circumstances,

그리고 실제로 특정 상황에서

the electrons interact in a way

그 전자들이 완전히 새롭고 이상한 방법으로

that give you completely new,

상호 작용 한다는 사실을

weird kinds of behavior.

보여주기도 합니다.

And there are models that show

그리고 끈이론이 사실 가장 좋은 방법이라는 것을

that string theory's actually the best way.

보여주는 모델들이 있습니다.

In some circumstances,

어떤 상황에서는,

using the rules of string theory,

끈이론에서의 규칙을 이용해서,

you can actually explain that sort of behavior.

전자의 이상 행동들을 실제로 설명할 수 있습니다.

So this gives us an exciting possibility,

그래서 이것은 굉장히 흥분되는 가능성을 주고 있습니다.

there's real experiments you can do

여기 우리들이 이 전자들로

with these electrons

끈이론이 무엇인가에 관한

that will help us shape the rules

규칙을 만드는 것을 도와줄

for what string theory is.

진짜 실험들이 있습니다.

And you might go,

여러분들은 이렇게 말씀하실 수도 있습니다.

"Well, OK, that's going to give us

"그래, 뭐, 그건 더 나은 휴대전화를 만들 수 있는

maybe some fancy new kind of electronics

근사한 새 전자 기술을

that we can make a better cell phone with."

우리한테 가져다 줄 수도 있겠네."

But, what I'm saying that those rules

하지만, 제가 말씀드리고자 하는 것은 그 규칙들이

may actually be the same rules we're looking for

사실은 끈이론이 우리로 하여금

to see if string theory can help us

더 큰 질문들을 해결하게끔 도와줄 수 있는가를

with these bigger questions.

확인하게 해주는 규칙과 동일한 것이라는 점입니다.

So, at the end of the day,

그래서, 최종적으로,

the hidden structures of the universe we're looking for,

우리가 찾고 있는 우주 속의 숨겨진 구조물은

may, one day, be right under our noses.

아마, 어느 날, 우리 코 앞에 있을 수도 있습니다.

Thank you.

감사합니다.