카를로 로벨리의 가장 최근 책 <만약 시간이 존재하지 않는다면>을 시작으로 카를로 로벨리의 책을 연달아 읽었다. 첫 시작을 루프이론을 중점으로 다룬 <만약 시간이 존재하지 않는다면>부터 읽은 터라 책을 이해하는데 큰 어려움을 겪었고, 결국 최근 시간을 내서 카를로 로벨리의 책들을 이론을 이해하기 쉬운 순서대로 다시 읽고 정리했다. (모든것의 물리학 → 시간은 흐리지 않는다 → 보이는 세상은 실재가 아니다 → 만약 시간이 존재하지 않는다면)
책을 읽으면서도 내가 왜 갑자기 어려운 물리학 책들에 빠져 들었는지 몰랐다. 물리학을 좋아했나 하면 그건 아니다. 대학교 교양 수준에서 내 능력은 한계를 맞았다. 그렇다고 내가 이 책에서 엄청난 지식을 습득했냐고 한다면 그것도 아니다. 사실 현대 물리학 이론을 다루는 부분은 대부분 이해하지 못했다. 내가 이 책들을 좋아한 이유는 아마 SF 소설을 재밌게 읽는 것과 비슷한 이유일 것이다. 나 혼자서는 평생 조금이라도 비슷한 상상을 해보지 않았을 개념이 머릿속에 쏟아져 들어오는 것은, 마치 내 머리를 쪼개 뇌를 환각제에 집어넣는 기분이었다. 시공간이 중력 양자들로 불연속적으로 구성되며, 우리가 느끼는 시공간은 절대적이고 독립적으로 존재하는게 아니라 중력 양자와의 상호작용이라니. 시간은 존재하지 않고, 모호한 관점으로 인한 착각일 수 있다니.
물론 루프이론은 아직 검증되지 않았고, 몇십년 후 이 책들은 정말로 SF 소설이 되어버릴 수 있다. 하지만 이 책은 물리학 최전선이 보여주는 가능한 현실 중 하나를 보여줬고, 그것은 단순 지적 유희로도 짜릿했지만, 내 생각의 영역도 확장시켰다.




[보이는 세상은 실재가 아니다] 카를로 로벨리

들어가는 말.
§ 이 책은 양자 중력에 대해 다룸

첫번째 강의. 기원을 찾아서
01) 알갱이들
§ 데모크리토스의 원자론
§ 아인슈타인 : 브라운 운동에서 입자성과 원자의 크기 도출
02) 고전들
§ 뉴턴 역학
．전 우주적으로 동일한 방식으로 작용하는 중력
．구성 요소 : 공간, 시간, 입자
§ 패러데이, 맥스웰
．중력 외에 물체에 작용하는 힘인 전자기력이 존재, 장의 형태로 작용
．세상의 구성 요소 : 공간, 시간, 장, 입자

두 번째 강의. 혁명의 시작
01) 알베르트
．빛의 속도를 결정하는 맥스웰 방정식과 뉴턴 역학은 양립할 수 없음
§ 특수 상대성 이론
．절대적 동시성은 존재하지 않음 → 공간과 시간의 관련성
．에너지와 질량이 서로 전환도리 수 있는, 동일한 존재자의 두 면
．세상의 구성 요소 : 시공간, 장, 입자
§ 일반 상대성 이론
．뉴턴 역학의 의문점 : 멀리 떨어진 물체 사이에 어떻게 중력이 작용하는지 설명 불가
→ 물체는 독립된 공간에서 움직인다는 개념을 파기하고 중력장의 개념을 도입
．세상의 구성 요소 : 중력장, 입자
§ 아인슈타인의 우주론
．3-구 형태의 우주론 : 유한하면서 가장자리가 없는 3차원 공간

02) 양자들
．양자역학 3가지 특성 : 입자성, 비결정성, 관계성
§ 입자성
．플랑크의 가설과 아인슈타인의 광전 효과 발견 : 빛의 입자성
．아인수타인의 브라운 운동 설명 : 물질의 입자성
．닐스 보어의 물질 스펙트럼 설명 가설 : 전자의 에너지가 양자화된 값만 가질 수 있음
→ 전자 에너지의 입자성
§ 관계성
．하이젠베르크의 양자 도약 설명 : 전자는 상호작용할 때만 존재
§ 비결정성
．디렉의 양자역학 : 하이젠베르크의 관계성 설명하며, 이 이론에서 다음 상호작용의 정보는 확률로만 주어짐
§ 양자역학
．특수 상대성 이론과 결합한 양자장 이론 : 광자가 전자기장의 양자이듯 입자들은 장의 양자이며, 모든 장은 상호작용에서 입자 구조를 보임
．중력을 제외하고 거의 모든 것을 잘 설명하는 표준모형의 토대가 됨
．세상의 구성 요소 : 시공간, 양자장(장+양자)
§양자역학의 시사점
．입자성 : 가능한 상태의 수는 한계가 있으며, 플랑크 상수에 의해 제한됨
．비결정성 : 미래는 과거에 의해 하나로 결정되지 않음, 입자는 한 점에서 다른 점으로 이동하기 위해 모든 경로를 지나가는 것 처럼 행동함
．관계성 : 대상의 모든 특성은 다른 대상과의 관계에서만 존재

세 번째 강의. 시간과 공간에 관하여
01) 시공은 양자다
§ 일반상대성이론과 양자역학의 모순
．일반상대성이론은 장들이 양자화된다는 사실을 고려하지 않고, 양자역학은 시공간의 휨을 고려하지 않음
．일반적으론 서로 모순됨에도 설명 가능 (일반상대성이론은 우주 단위의 큰 영역에서, 양자역학은 원자 단위의 작은 영역에서), 하지만 블랙홀과 빅뱅같은 상황에서 모순 발생
．모든 장은 양자적 특성을 가지므로, 중력장도 양자적 특성을 가져야함
§ 휠러-드위트 방정식
．마트베이 : 일반상대성이론과 양자역학을 함께 취했을 때 공간의 가분성 한계 도출
．휠러 : 전자 구름처럼, 양자 공간을 중첩된 기하학 주조의 구름으로 상상(플랑크 규모에서 공간은 거품)
．휠러-드위트 방정식 : 공간 거품을 기술한 방정식, 무한하고 무의미한 결과 도출됨
．이 후 휠러-드위트 방정식의 몇가지 해가 발견되고, 해들이 공간 속 닫힌 선들(루프)에 의존함을 발견

02) 공간의 양자
．휠러-드위트 방정식의 해에 나타나는 루프는 중력장의 역선
．양자중력장의 역선은 공간 속에 존재하는 것이 아닌, 공간 자체를 구성
．공간의 부피는 선이 만나는 노드에 의해 규정
．공간은 연속적이지 않고(공간의 가능한 양자 상태 : 스핀 네트워크) 중력 입자로 이루어지며, 공간은 각 중력 양자들 간 상호작용

03) 시간은 존재하지 않는다
．휠러-드위트 방정식에 시간 변수는 없으며, 상대성이론에 따라 시공간은 개별로 존재하지 않으므로, 시간도 공간과 같이 양자중력장에 의해 발생함
．시간의 흐름도 양자역학적 특성으로 과정이 아닌, 시공의 가장자리(스핀 거품)의 형태로 구성
．시공간은 시핀 네트워크들이 상호 변환되는 과정에 의해 생성되며, 이 과정은 스핀 거품들의 합으로 표현
．양자중력의 스핀 거품은 양자 역학의 파인만 도형과 격자 모형 모두로 해석 가능
→ 양자중력이 양자의 역사이면서, 불연속 구조이므로
．세상의 구성 요소 : 공변 양자장

네 번째 강의. 우리가 보는 세계 너머
01) 빅뱅을 넘어서
．압축된 초기 우주 상태에서는 양자역학을 무시할 수 없음, 양자중력 필요
．우주가 수축할 경우, 일반상대성이론에 따르면 우주는 무한히 붕괴하지만 양자역학을 고려하면 한없이 붕괴할 수 없고 되튐 발생
→ 우주의 발생이 빅뱅이 아닌 빅바운스일 수 있음

02) 확증 가능한 것
．최근 물리학의 발견(힉스 보손, 우주 나이, 중력파)은 기존 이론의 검증
→ 기존의 이론을 배제한 자의적인 가설은 지양해야 함
．양자 공간을 검증하기 위해서는 전자기파보다 오래된 중력 배경 복사 확인 필요
→ 리사가 발사되면 별과 블랙홀의 중력파 뿐 아니라 빅뱅에 가까운 원시 중력파 배경을 관찰 가능할 것

03) 블랙홀의 열
．일반상대성이론에 따르면 블랙홀 중심은 무한히 작고 무한한 밀도로 붕괴
→ 양자중력을 감안하면 양자 반발로 인해 무한히 붕괴되지 않음
．호킹이 발견한 블랙홀의 열 방출(블랙홀의 증발)
→ 루프이론의 블랙홀 열 설명1 : 블랙홀 표면의 공간 양자의 진동으로 열 발생
→ 루프이론의 블랙홀 열 설명2 : 블랙홀에 들어간 정보의 손실과 연관된 엔트로피

04) 무한의 끝
．양자중력을 고려하면 일반상대성이론의 특이점 문제 해결
．양자중력을 고려하면 양자역학의 무한 발산 문제 해결

05) 정보, 정의되지 않은 생각
．정보의 정의 : 어떤 것의 가능한 대안 수, 물리계가 다른 물리계와 소통하는 능력 측정
．블랙홀이 정보를 흡수하여 열을 방출하는데, 블랙홀이 수축하면 흡수된 정보는 어떻게 되는가?
．열 시간 : 시간은 미시적 변수들의 평균

06) 신비