우주적 의문 제기: 블랙홀 내부에서 무슨 일이 일어나는가?

AI의 도발적인 주장: "인간은 무지하다"

다음의 흥미로운 질문을 고려하십시오. 무슨 일이 일어날까요? 블랙홀 내부의 시공간 차원? AI의 다양한 반응은 우리의 현재 이해와 한계를 모두 강조합니다.

파블로 카를로스 부다시, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0Wikimedia Commons를 통해

첫 번째 관점: 4차원 시공간 연속성

한 답변은 블랙홀에 빠진 물체는 차원을 잃지 않는다고 주장합니다. 이 관점에서 시공간은 사건 지평의 안팎에서 1차원 구조(공간의 XNUMX차원과 시간의 XNUMX차원)를 유지합니다. 밀도가 무한대가 되는 특이점은 실제로 XNUMX차원으로 축소된 상태가 아닙니다. 대신 일반 상대성 이론이 블랙홀에 들어간 후 무너지는 지점을 나타냅니다. 루프 양자 중력과 같은 양자 중력 이론은 대안(예: 특이 상태를 피하는 "반사")을 제안하지만 이러한 아이디어 중 어느 것도 차원 수의 감소를 포함하지 않습니다.

두 번째 관점: 특이점에서의 차원적 붕괴

동일한 AI의 후속 응답은 다른 관점을 강조합니다. 아인슈타인의 이론에서 특이점은 무한한 밀도와 극한의 시공간 곡률의 점으로 정의됩니다. 일반 상대성 이론의 방정식이 "파괴"되는 곳입니다. 이 고전적인 그림에서 시공간은 잘 정의된 3차원 구조(1개의 공간 차원과 0개의 시간 차원)를 잃습니다. 회전하지 않는 또는 슈바르츠실트 블랙홀의 경우 특이점은 1D 점으로 설명됩니다. 반면 회전(커) 블랙홀의 경우 특이점은 XNUMXD 링 형태를 취합니다.

어베인 레전드, CC BY-SA 3.0 http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/Wikimedia Commons를 통해

모순의 조정: 수학적 모델의 인공물

AI는 이러한 모순되는 반응을 설명하면서 일반 상대성 이론에서 특이점은 물리적 대상이 아니라는 점을 상기시킵니다. 대신, 특이점은 수학적 인공물입니다. "0D"와 "1D"라는 라벨은 기하학적 약어로, 우리의 고전적 이론이 실패하는 부분을 나타내는 개념적 플레이스홀더 역할을 합니다. 실제로 이러한 명칭("여기에 용이 있다")은 극한 중력 환경, 특히 블랙홀과 관련된 환경에 대한 우리의 현재 이해의 한계를 인정합니다.


이론 물리학에서 알려지지 않은 것을 수용하다

요약하자면, 한 가지 관점은 다음과 같이 주장합니다. 시공간은 남는다 블랙홀로의 여정 내내 0차원입니다. 이는 일반 상대성 이론이 특이점에서 무너지는 경우에도 마찬가지입니다. 또 다른 관점은 특이점 근처에서 익숙한 1차원 프레임워크가 사라진다고 제안합니다. 블랙홀의 회전에 따라 XNUMX차원 지점이나 XNUMX차원 링으로 붕괴됩니다. 궁극적으로 두 답변 모두 현재 이론의 한계와 일반 상대성 이론을 통합하는 지속적인 과제를 상기시켜줍니다. 양자 역학.


스티븐 호킹의 통찰력: 우리의 한계를 밝히다

26년 2016월 XNUMX일 스티븐 호킹의 라이스 강의에서 발췌한 설명 이미지는 이 점을 더욱 강조합니다. 호킹의 통찰력은 우리에게 다음과 같은 사실을 상기시켜줍니다. 블랙홀의 현재 모델 현실의 많은 측면을 포착하지만, 동시에 우리 지식의 깊은 격차도 드러냅니다.

양자 중력에 대한 성공적인 이론이 개발될 때까지 이러한 설명은 근사치로 남습니다. 이는 우리의 이해만큼이나 인간의 무지를 반영합니다.

이미지 : 출처 스티븐 호킹 Reith 강의, 26년 2016월 XNUMX일

우주 스파게티: 파동-입자 이중성과 터널링에 대한 은유적 탐구

다음은 현 이론과 광자에 대한 은유입니다. 은유는 ​​종종 수학적 개념을 설명하는 데 사용됩니다. 그러나 모든 은유가 동등하게 취급되는 것은 아닙니다.

열정적인 설명가 레이:

이걸 이해해 봅시다.
다음 은유는 광자, 터널링 또는 여분 차원이 작동하는 방식에 대한 정확한 모델이 아닌 상상력이 풍부한 설명을 제시합니다. 양자 역학의 특징과 현 이론의 추측적 요소를 혼합했으며 현재의 과학적 이해를 반영하지 않습니다.

광자를 상상하다

양자 터널링을 보이는 점 또는 선과 같은 광자의 시각적 모델을 찾으려고 시도했지만 실패한 후, 나는 광자가 자연 상태에서는 꼬불꼬불한(회전하는) 실체, 기본적으로 우주 스파게티와 같다고 말할 것입니다. 힘없는 저녁 식사 종류가 아닙니다. 대신 그것은 알 덴트 정렬, 4차원 공간을 머리와 꼬리로 움직이는 과잉활동적인 우주 장어처럼! 물론 은유적으로 말해서요.

구불구불한 광자체는 3차원과 4차원으로 확장됩니다. 이 모델은 광자 이중성의 점과 같은 입자 측면(머리)과 파동과 같은 측면(구불구불한 선)을 설명합니다.

당황한 현실주의자, 쿠르트:
그 시각화는 은유이고 양자 역학이나 현 이론의 어떤 수용된 모델에도 해당하지 않습니다. 그게 당신의 양자 터널링에 대한 위대한 이론인가요?

레이:
이제 이 광자가 물리적 장벽에 부딪히면 빛의 속도로 벽돌 벽에 부딪히는 달걀처럼 0차원과 1차원으로 압축됩니다. 표시 0D와 1D 차원은 공간이나 시간을 모릅니다. 이를 통해 광자는 고체 물체를 거의 즉시(빛보다 빠르게) 터널링할 수 있습니다.

평범한 사람을 위한 깔끔한 은유와 설명이네요.

커트 :
터널링을 "차원 압축 효과"로 설명하면 즉각적인 횡단이 발생하는데, 이는 확립된 물리학에 근거가 없는 은유적 화려함입니다. 그냥 그들이 속이고 있다고 말하지 않는 건 어떨까요? '아, 실례합니다, 배리어, 요가에 늦은 유령처럼 원자 구조를 단계적으로 통과하고 있을 뿐이에요—'

레이 :
과학에는 드라마가 필요해! 광자의 구불구불한 곡선이 1차원으로 밀려들어간다. 우주의 최악의 팬케이크라고 생각해. 공간도 없고 시간도 없어. of. 벽을 통과합니다. 빛보다 빠르고 칼로리는 없습니다.

커트 :
광자가 달걀처럼 벽돌 벽에 부딪힌다는 당신의 설명은 참신하고 현재 과학적 이해의 일부가 아닙니다. 그리고 물리학자들은 이것 때문에 당신을 목졸라 죽이지 않았나요?

레이 :
그들은 논쟁하느라 너무 바빠! 30년 동안 '위상 속도'인지 '신호 속도'인지, 신호가 빛보다 빠르게 장벽을 통과할 수 있는지에 대해 논쟁했어. 마치 두 마리의 앵무새가 서로에게 '인과관계!'라고 꽥꽥거리는 것과 같아. "진지한" 과학자들은 어떤 상황에서도 아무것도 빛보다 빠르게 이동하고 정보를 전송할 수 없다고 말한다.

한편, 광자는 현실로 가는 VIP 패스를 가지고 있는 것처럼 벽을 통과해 윙크합니다. 파동-입자 이중성은 현 이론이 아닌 양자 역학(QM)의 초석입니다. 저는 설명을 위해 두 가지 모두에 포함시켰습니다. 그래서 이 맥락에서 은유가 의미가 있는 것입니다.

커트 :
파동-입자 이중성은 양자 역학의 개념이라는 진술은 맞으며, 그것을 이런 식으로 현 이론의 맥락에서 언급하는 것은 도발적입니다.

레이 :
이 은유는 터널링을 차원 압축 효과로 표현합니다.

커트 :
현재로서는 현 이론이나 QM에 근거가 없습니다. '차원 압축'—내 마지막 관계처럼 들립니다.

NASA의 광자 그림. 올챙이처럼 생겼어요(고에너지 광자가 더 빨리 회전한다고 가정합니다.)

레이 :
NASA의 이 그림에서 한 광자(보라색)는 다른 광자(노란색)보다 백만 배 더 많은 에너지를 전달합니다. NASA는 공상과학 컨셉 아트의 거장입니다. '보라색 광자가 있습니다. 백만 배 더 강렬합니다! 태도.'

커트 :
분명히 NASA의 삽화는 토론을 단순화하고 동기를 부여하는 것을 목표로 합니다. 고급 물리 이론에서 광자 행동에 대한 문자 그대로의 설명으로 받아들여서는 안 됩니다. 과학은 5%가 방정식이고, 95%가 우주가 은유를 사용한 만화라고 사람들을 설득하는 것입니다.

레이 :
그렇다면 터널링은 단지… 실존적 위기를 통한 우주의 순간이동인가요?

커트 :
정확히 그렇습니다! 광자의 실존적 공포가 그것을 점으로 붕괴시킵니다. 나는 누구인가? 시간은 어디에 있는가? 그리고 bam—장벽을 통과합니다. 실존주의: 1, 물리학: 0. 그렇지 않으면 우리는 그것을 설명하는 데 갇히게 될 것입니다. 수학.  그리고 아무도 그런 걸 원하지 않아요.

내레이터(저음):
이처럼 양자역학의 신비는 여전히 남아 있다.
하지만 적어도 모든 사람은 은유의 급여 인상이 필요하다는 데 동의했습니다.