15:55
TEDxCaltech

Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse

션 캐롤 : 장구한 시간 및 다중우주의 힌트

Filmed:

우주학자 션 캐롤은 TEDxCaltech에서 시간과 우주의 본성에 대해 진지한 생각을 하게 만드는 이야기를 재미있게 한다. 지극히 간단하게 들리는 질문일지 모르지만 시간이란 것은 도대체 왜 존재하는 것일가? 이 질문에 대한 답들은 우주와 우리들의 본성에 대한 놀라운 결론을 시사해 줄지 모른다.

- Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe. Full bio

The universe
우주는
00:15
is really big.
정말로 거대합니다.
00:17
We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy.
우리는 은하계 안에서 살고 있죠.
00:19
There are about a hundred billion stars in the Milky Way Galaxy.
은하계에는 약 천억개의 별들이 있습니다.
00:22
And if you take a camera
여러분께서
00:25
and you point it at a random part of the sky,
허블우주망원경에
00:27
and you just keep the shutter open,
카메라를 달고
00:29
as long as your camera is attached to the Hubble Space Telescope,
아무런 방향으로나 사진을 찍는다면 이와 비슷한
00:31
it will see something like this.
사진이 찍힐 것입니다.
00:34
Every one of these little blobs
여기에 보이는 작은 덩어리 하나 하나가
00:36
is a galaxy roughly the size of our Milky Way --
약 천억개의 별들로 구성된
00:39
a hundred billion stars in each of those blobs.
우리 은하계와 비슷한 크기의 은하들입니다.
00:41
There are approximately a hundred billion galaxies
우리가 관측할 수 있는 우주의 구역만해도 약 천억개의
00:44
in the observable universe.
은하가 존재합니다.
00:47
100 billion is the only number you need to know.
여러분은 천억개라는 숫자만 기억하시면 됩니다.
00:49
The age of the universe, between now and the Big Bang,
빅뱅부터 지금까지 우주의 나이는 개의 나이로 치면
00:51
is a hundred billion in dog years.
천억살이지요.
00:54
(Laughter)
(웃음)
00:56
Which tells you something about our place in the universe.
이런 사실은 우리와 우주와의 관계를 잘 말해줍니다.
00:58
One thing you can do with a picture like this is simply admire it.
우리는 이런 사진을 보면 경외심을 금할 수 없지요.
01:01
It's extremely beautiful.
정말 너무나 아름답죠.
01:03
I've often wondered, what is the evolutionary pressure
저는 이런 사진을 상상도 하지 못하며 남아프리카의
01:05
that made our ancestors in the Veldt adapt and evolve
초원지대에서 살던 우리 조상들이 어떤 진화적 압력에 의해
01:08
to really enjoy pictures of galaxies
이 사진의 아름다움을 정말로 즐길 수 있도록
01:11
when they didn't have any.
진화했는지 종종 궁금해합니다.
01:13
But we would also like to understand it.
우리는 이런 사진에 대한 지적 호기심도 가지고 있지요.
01:15
As a cosmologist, I want to ask, why is the universe like this?
우주학자로서 제가 알고 싶은 것은 왜 우주가 이렇게 생겼냐는 것입니다.
01:17
One big clue we have is that the universe is changing with time.
이 질문에 대한 큰 단서는 시간이 흐르며 우주가 변한다는 것입니다.
01:21
If you looked at one of these galaxies and measured its velocity,
여러분이 은하 하나를 골라서 그 속도를 측정하면 그 은하가
01:24
it would be moving away from you.
여러분으로 부터 멀리 움직이는데,
01:27
And if you look at a galaxy even farther away,
더 먼곳에 있는 은하는 더 빨리 멀어진다는 것을
01:29
it would be moving away faster.
알 수 있습니다.
01:31
So we say the universe is expanding.
그래서 우리는 우주가 팽창한다고 말합니다.
01:33
What that means, of course, is that, in the past,
이말은 즉 과거에는 은하들이 현재보다 더 가까이
01:35
things were closer together.
있었다는 것을 의미합니다.
01:37
In the past, the universe was more dense,
즉, 과거에는 우주가 더 밀집했었고.
01:39
and it was also hotter.
또 더 뜨거웠었지요.
01:41
If you squeeze things together, the temperature goes up.
어떤것이던지 압축을 하면 온도가 올라가는데
01:43
That kind of makes sense to us.
그건 쉽게 이해할 수 있지요.
01:45
The thing that doesn't make sense to us as much
그러나, 빅뱅 직후인 우주의 초창기에
01:47
is that the universe, at early times, near the Big Bang,
만사가 엄청나게 스무스했다는 것은
01:49
was also very, very smooth.
쉽게 이해하기 힘듭니다.
01:52
You might think that that's not a surprise.
여러분은 그게 그렇게 놀랍지 않다고 생각할지 모릅니다.
01:54
The air in this room is very smooth.
이 강의실 내의 공기는 매우 스무스합니다.
01:56
You might say, "Well, maybe things just smoothed themselves out."
어떤 사람은 "시간이 흐르며 저절로 스무스하게 됐다"라고 말할지 모릅니다.
01:58
But the conditions near the Big Bang are very, very different
그러나 빅뱅 직후 얼마 동안의 모든 상황은 지금 이 강의실 내의
02:01
than the conditions of the air in this room.
상황과는 완전히 달랐습니다.
02:04
In particular, things were a lot denser.
특히, 모든것이 훨씬 더 압축된 상태였지요.
02:06
The gravitational pull of things
빅뱅 직후 얼마간은 모든 사물에
02:08
was a lot stronger near the Big Bang.
작용하는 중력의 힘이 훨씬 더 강했습니다.
02:10
What you have to think about
우주에는 천억 개의 은하가 있고
02:12
is we have a universe with a hundred billion galaxies,
또한, 각 은하에는 천억개의 별이 있다는
02:14
a hundred billion stars each.
사실을 생각해 보지요.
02:16
At early times, those hundred billion galaxies
초기 우주에는 이런 천억개의 은하들이
02:18
were squeezed into a region about this big --
정말로 이정도의 크기로
02:21
literally -- at early times.
압축된 상태에 있었습니다.
02:24
And you have to imagine doing that squeezing
그야말로 원자 하나도 틀림없게,
02:26
without any imperfections,
아무런 결함도 없게,
02:28
without any little spots
문자그대로 완벽무결하게,
02:30
where there were a few more atoms than somewhere else.
압축된 상황을 말합니다.
02:32
Because if there had been, they would have collapsed under the gravitational pull
만약에 조금이라도 이 압축된 상태에 결함이 있었다면 중력에 의해 그것이
02:34
into a huge black hole.
거대한 블랙홀로 붕괴되었을테니까요.
02:37
Keeping the universe very, very smooth at early times
우주 초기에 우주를 매우 매우 스무스하게 유지하려면 모든것이
02:39
is not easy; it's a delicate arrangement.
섬세하고 정확히 배열돼야 하니까 쉬운일이 아닙니다.
02:42
It's a clue
그것은 초기 우주가 임의로
02:44
that the early universe is not chosen randomly.
선택된 것이 아니라는 말해주는 하나의 단서입니다.
02:46
There is something that made it that way.
즉, 무엇인가 그렇게 만들었다는 말이며
02:48
We would like to know what.
우리는 그것이 무었인지 알려고 합니다.
02:50
So part of our understanding of this was given to us by Ludwig Boltzmann,
오스트리아의 19 세기 물리 학자인 루드비히 볼츠만은
02:52
an Austrian physicist in the 19th century.
우리에게 엔트로피라는 개념을 가르켜줌으로서
02:55
And Boltzmann's contribution was that he helped us understand entropy.
이 문제에 대한 답을 이해할 수 있도록 도와 주었지요.
02:58
You've heard of entropy.
여러분은 엔트로피라는 말을 들어보셨죠?
03:01
It's the randomness, the disorder, the chaoticness of some systems.
엔트로피는 어떤 시스템의 무질서, 불규칙성, 혼란성을 말합니다.
03:03
Boltzmann gave us a formula --
볼츠만의 묘비에는 엔트로피를
03:06
engraved on his tombstone now --
실제 숫자로 나타내 주는
03:08
that really quantifies what entropy is.
공식이 새겨져 있습니다.
03:10
And it's basically just saying
간단히 말해서, 엔트로피라는 것은
03:12
that entropy is the number of ways
아무리 자세히 살펴보더라도
03:14
we can rearrange the constituents of a system so that you don't notice,
모든것이 동일하게 보이도록 어떤 한 시스템의 구성요소들을
03:16
so that macroscopically it looks the same.
몇번이나 재배열할 수 있는 가를 말하는 것입니다.
03:19
If you have the air in this room,
여러분은 이 강의실 안에 있는 공기의
03:21
you don't notice each individual atom.
원자 하나하나의 차이를 느끼지 못합니다.
03:23
A low entropy configuration
엔트로피가 낮다는 말은
03:26
is one in which there's only a few arrangements that look that way.
그렇게 보일 수 있게 정렬할 수 있는 수가 적다는 것을 말합니다.
03:28
A high entropy arrangement
엔트로피가 높다는 말은
03:30
is one that there are many arrangements that look that way.
그렇게 보일 수 있게 정렬할 수 있는 수가 많다는 것을 말하지요.
03:32
This is a crucially important insight
이것은 우주 또는 우주의 고립된
03:34
because it helps us explain
한 지역에서 엔트로피가
03:36
the second law of thermodynamics --
증가하고 있다는
03:38
the law that says that entropy increases in the universe,
열역학 제2법칙을 설명하는데 도움을 주는
03:40
or in some isolated bit of the universe.
결정적으로 중요한 식견입니다.
03:43
The reason why entropy increases
엔트로피가 증가하는 이유는
03:45
is simply because there are many more ways
엔트로피가 높게 되는 방법이 낮게되는 방법보다
03:47
to be high entropy than to be low entropy.
훨씬 더 많다는 단순한 이유 때문입니다.
03:50
That's a wonderful insight,
이것은 엄청난 식견이지만
03:52
but it leaves something out.
무언가가 빠진 것이 있지요.
03:54
This insight that entropy increases, by the way,
참고로, 엔트로피가 증가한다는 식견은
03:56
is what's behind what we call the arrow of time,
과거와 미래의 차이를 말해주는 소위 '시간의 화살'이라는
03:58
the difference between the past and the future.
아이디어를 뒷바침해 줍니다.
04:01
Every difference that there is
과거와 미래 간의 모든 차이점은
04:03
between the past and the future
엔트로피가 증가했기
04:05
is because entropy is increasing --
때문에 발생한 것입니다 --
04:07
the fact that you can remember the past, but not the future.
그래서 우리는 과거는 기억하지만 미래는 모릅니다.
04:09
The fact that you are born, and then you live, and then you die,
사람은 태어나고, 살고, 그리고 죽는데
04:12
always in that order,
항상 순서가 그런 이유는
04:15
that's because entropy is increasing.
엔트로피가 증가하기 때문입니다.
04:17
Boltzmann explained that if you start with low entropy,
볼츠만은 엔트로피가 증가하는 것은 지극히
04:19
it's very natural for it to increase
자연스러운 것인데 그 이유는 엔트로피가
04:21
because there's more ways to be high entropy.
증가하는 방법이 더 많기 때문이라고 설명했습니다.
04:23
What he didn't explain
그러나 그는 왜 애당초에 엔트로피가
04:26
was why the entropy was ever low in the first place.
낮았는가에 대해서는 설명하지 않았습니다.
04:28
The fact that the entropy of the universe was low
우주의 엔트로피가 낮았다는 것은
04:31
was a reflection of the fact
초기 우주가 매우 매우
04:33
that the early universe was very, very smooth.
스무스했다는 것을 말하는 것인데
04:35
We'd like to understand that.
우리는 그 이유를 알고 싶습니다.
04:37
That's our job as cosmologists.
그것이 우리 우주학자들의 과제이지요.
04:39
Unfortunately, it's actually not a problem
불행히도 우리는 이 문제를 풀기 위해
04:41
that we've been giving enough attention to.
지금까지 충분한 노력을 하지 않았지요.
04:43
It's not one of the first things people would say,
"우리가 지금 해결하고자 하는 과제는 무엇입니까?"라고
04:45
if you asked a modern cosmologist,
우주학자들에게 물었을때
04:47
"What are the problems we're trying to address?"
바로 이 문제라고 선뜻말하는 사람은 별로 없지요.
04:49
One of the people who did understand that this was a problem
이것이 우리의 큰 과제라고 생각했던
04:51
was Richard Feynman.
사람의 하나는 리처드 파인만였습니다.
04:53
50 years ago, he gave a series of a bunch of different lectures.
파인만은 50 년 전에 여러 분야에 대한 강의시리즈를 했지요.
04:55
He gave the popular lectures
그때 인기를 끌었던 강의시리즈 하나는
04:57
that became "The Character of Physical Law."
"The Character of Physical Law"라는 책으로 출판되었지요.
04:59
He gave lectures to Caltech undergrads
그가 칼텍 대학생에게 한 강의 시리즈는
05:01
that became "The Feynman Lectures on Physics."
"The Feynman Lectures on Physics"으로 출판되었고
05:03
He gave lectures to Caltech graduate students
그가 칼텍 대학원생에게 한 강의 시리즈는
05:05
that became "The Feynman Lectures on Gravitation."
"The Feynman Lectures on Gravitation"으로 출판되었지요.
05:07
In every one of these books, every one of these sets of lectures,
그는 이 책들 그리고 그의 강의 시리즈에서
05:09
he emphasized this puzzle:
다음과 같은 질문을 계속했습니다:
05:12
Why did the early universe have such a small entropy?
왜 초기 우주의 엔트로피가 그렇게 작았을까요?
05:14
So he says -- I'm not going to do the accent --
그는 말하기를 - 파인만의 액센트는 생략하지요 -
05:17
he says, "For some reason, the universe, at one time,
"우주는 한때 총 에너지의
05:19
had a very low entropy for its energy content,
엔트로피가 낮았던 시절이 있었는데
05:22
and since then the entropy has increased.
그 이후로 엔트로피가 증가했다.
05:25
The arrow of time cannot be completely understood
우주 초기에 대한 수수께끼가
05:27
until the mystery of the beginnings of the history of the universe
추측의 경지에서 이해의 경지로 넘어올때 까지
05:30
are reduced still further
'시간의 화살'을 완전히
05:33
from speculation to understanding."
이해할 수 없다"고 말했지요.
05:35
So that's our job.
그래서 우리는 이 과제를 풀어야 합니다.
05:37
We want to know -- this is 50 years ago, "Surely," you're thinking,
50년 전에 그런말이 나왔으면 지금쯤은
05:39
"we've figured it out by now."
그 대답을 찾아냈을만도 하지만
05:41
It's not true that we've figured it out by now.
우리는 아직도 그 답을 찾지 못하고 있습니다.
05:43
The reason the problem has gotten worse,
그런데 1998년에 우리가 우주에 대한
05:45
rather than better,
중요한 사실을 발견하며
05:47
is because in 1998
이 문제를 해결하기가
05:49
we learned something crucial about the universe that we didn't know before.
오히려 더 힘들어 졌습니다.
05:51
We learned that it's accelerating.
즉, 우주가 가속한다는 것을 발견한 것이죠.
05:54
The universe is not only expanding.
우주가 단순히 팽창만 하는것이 아니라는 겁니다.
05:56
If you look at the galaxy, it's moving away.
은하계를 바라보면 그것이 우리로 부터
05:58
If you come back a billion years later and look at it again,
멀리 날아가고 있는데 억년 후에는 지금보다도
06:00
it will be moving away faster.
더 빨리 우리로 부터 멀리 날라가고 있을 것입니다.
06:02
Individual galaxies are speeding away from us faster and faster
모든 은하는 우리로 부터 점점 더 빨리 멀리 날라가고 있습니다.
06:05
so we say the universe is accelerating.
그래서 우리는 우주가 가속하고 있다고 말합니다.
06:08
Unlike the low entropy of the early universe,
초기 우주의 낮은 엔트로피와는 달리,
06:10
even though we don't know the answer for this,
비록 우주의 가속에 대한 답은 모르지만,
06:12
we at least have a good theory that can explain it,
최소한 그것을 설명할 수있는
06:14
if that theory is right,
좋은 설이 있는데 그것은 바로
06:16
and that's the theory of dark energy.
암흑에너지설입니다.
06:18
It's just the idea that empty space itself has energy.
이것은 빈 공간 자체가 에너지를 가지고 있다는 아이디어죠.
06:20
In every little cubic centimeter of space,
이것은 즉 매 입방 센티미터의 공간에
06:23
whether or not there's stuff,
입자, 물체, 방사선 또는
06:26
whether or not there's particles, matter, radiation or whatever,
그 어떤 것이 존재하건 안하건
06:28
there's still energy, even in the space itself.
그 공간 자체에 에너지가 존재한다는 것입니다.
06:30
And this energy, according to Einstein,
아인슈타인은 이 에너지가 우주에
06:33
exerts a push on the universe.
미는 힘을 가한다고 말합니다.
06:35
It is a perpetual impulse
이것은 은하계들이 서로 멀리 떨어지게
06:38
that pushes galaxies apart from each other.
밀어주는 영구적인 추진력을 제공해 줍니다.
06:40
Because dark energy, unlike matter or radiation,
그런데 암흑에너지는
06:42
does not dilute away as the universe expands.
물체나 방사선과는 달리 우주가 계속
06:45
The amount of energy in each cubic centimeter
확장되어도 매 입방 센티미터의
06:48
remains the same,
공간에 있는
06:50
even as the universe gets bigger and bigger.
에너지는 감소되지 않지요.
06:52
This has crucial implications
이것은 우주의 미래에 대해
06:54
for what the universe is going to do in the future.
신중한 의미를 가지고 있는데 이에 따르는
06:57
For one thing, the universe will expand forever.
중요한 결론의 하나는 우주가 영원히 확장된다는 것입니다.
07:00
Back when I was your age,
제가 여러분의 나이였을때 우리들은
07:02
we didn't know what the universe was going to do.
우주의 장래가 어떻게 될지 몰랐지요.
07:04
Some people thought that the universe would recollapse in the future.
어떤 사람들은 우주가 붕괴될 것이라고 믿었지요.
07:06
Einstein was fond of this idea.
아인슈타인은 이 아이디어를 좋아했습니다.
07:09
But if there's dark energy, and the dark energy does not go away,
그러나 만약에 암흑에너지가 존재하고 그것이 소멸되지 않는다면
07:11
the universe is just going to keep expanding forever and ever and ever.
우주는 영원히 영원히 계속 팽창할 것입니다.
07:14
14 billion years in the past,
우주는 지금까지 140억년 동안,
07:17
100 billion dog years,
즉, 개의 연수로 치면 1000억년 동안 팽창해 왔고
07:19
but an infinite number of years into the future.
앞으로도 무한한 시간을 통해 팽창하겠지요.
07:21
Meanwhile, for all intents and purposes,
그러나 우리 인간에 관한 한 우주는
07:24
space looks finite to us.
한정된 것으로 보입니다.
07:27
Space may be finite or infinite,
우주는 유한할 수도 있고 무한
07:29
but because the universe is accelerating,
할 수도 있지만 우주가 가속팽창하기
07:31
there are parts of it we cannot see
때문에 우리가 볼 수도 없고
07:33
and never will see.
보지도 못할 부분이 있습니다.
07:35
There's a finite region of space that we have access to,
우주에서 우리가 갈 수 있는 곳은 우리를 중심으로 한
07:37
surrounded by a horizon.
한정된 구역이지요.
07:39
So even though time goes on forever,
그래서 시간이 영원히 계속되더라도
07:41
space is limited to us.
우리에 관한 한 우주는 한정돼 있습니다.
07:43
Finally, empty space has a temperature.
마지막으로, 우주의 빈 공간에는 온도가 있습니다.
07:45
In the 1970s, Stephen Hawking told us
여러분은 블랙홀이 흑체라고 생각할 지 몰라도
07:48
that a black hole, even though you think it's black,
1970 년대에 스티븐 호킹은
07:50
it actually emits radiation
양자역학을 감안하면
07:52
when you take into account quantum mechanics.
실지로 방사선을 방출한다고 말했습니다.
07:54
The curvature of space-time around the black hole
블랙홀 주위의 시공간 곡률은
07:56
brings to life the quantum mechanical fluctuation,
양자역학적 요동을 일으키며 그 결과
07:59
and the black hole radiates.
블랙홀을 방사하게 됩니다.
08:02
A precisely similar calculation by Hawking and Gary Gibbons
호킹과 게리 기븐스의 정확하게 유사한 계산 결과들은
08:04
showed that if you have dark energy in empty space,
빈 공간에 암흑에너지가 있다면 우주 전체가
08:07
then the whole universe radiates.
방사한다는 것을 보여줬습니다.
08:10
The energy of empty space
빈 공간의 에너지는
08:13
brings to life quantum fluctuations.
양자적 요동을 하게 합니다.
08:15
And so even though the universe will last forever,
따라서, 우주가 영원히 지속되고,
08:17
and ordinary matter and radiation will dilute away,
우주팽창에 의해 일반 물질과 방사선이 희석되더라도
08:19
there will always be some radiation,
우주의 빈 공간에는
08:22
some thermal fluctuations,
언제나 약간의 방사선과
08:24
even in empty space.
열요동이 있을것입니다.
08:26
So what this means
이는 즉, 우주는 마치
08:28
is that the universe is like a box of gas
끊임없이 가스가 나오는
08:30
that lasts forever.
무슨 상자 같다는 거죠.
08:32
Well what is the implication of that?
그럼 이것은 무엇을 의미할까요?
08:34
That implication was studied by Boltzmann back in the 19th century.
19 세기에 볼츠만은 이것이 무엇을 의미하는 가에 대해 연구했지요.
08:36
He said, well, entropy increases
그는 우주의 엔트로피가
08:39
because there are many, many more ways
높게 되는 방법이 낮게 되는 것보다
08:42
for the universe to be high entropy, rather than low entropy.
훨씬 더 많기 때문에 엔트로피가 증가한다고 말했습니다.
08:44
But that's a probabilistic statement.
하지만 그것은 확률적인 기술이었지요.
08:47
It will probably increase,
즉, 엔트로피는 아마도 증가할 것이고
08:50
and the probability is enormously huge.
또한 그럴 확률은 엄청나게 크다는 것이었지요.
08:52
It's not something you have to worry about --
이 강의실 안에 있는 공기가 모두 한곳으로 몰려서
08:54
the air in this room all gathering over one part of the room and suffocating us.
우리가 질식하게 될 확율은 매우 매우 낮으므로 그런 걱정을 할 필요는
08:56
It's very, very unlikely.
전혀 없지요.
09:00
Except if they locked the doors
그러나, 우리가 이 강의실 안에
09:02
and kept us here literally forever,
갇혀진 상태에서 영원히 기다린다면
09:04
that would happen.
그런일이 생기지요.
09:06
Everything that is allowed,
이 강의실 안에 있는
09:08
every configuration that is allowed to be obtained by the molecules in this room,
모든 분자들이 만들 수 있는 모든 분자 구성들이 언젠가는
09:10
would eventually be obtained.
그렇게 만들테니까요.
09:13
So Boltzmann says, look, you could start with a universe
즉, 볼츠만은 열평형 상태로 부터 우주가
09:15
that was in thermal equilibrium.
시작됐다고 가정하자고 말했지요.
09:18
He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion of the universe.
그는 빅뱅에 대해서도 몰랐고 우주의 팽창에 대해서도 몰랐지요.
09:20
He thought that space and time were explained by Isaac Newton --
그는 공간과 시간은 아이작 뉴턴이 설명한 바와같이
09:23
they were absolute; they just stuck there forever.
절대적이며 변하지 않는다고 생각했지요.
09:26
So his idea of a natural universe
그래서 그는 우주의 모든 곳에는
09:28
was one in which the air molecules were just spread out evenly everywhere --
모든 물질의 분자인 공기분자들이 골고루
09:30
the everything molecules.
퍼져있다고 생각했지요.
09:33
But if you're Boltzmann, you know that if you wait long enough,
볼츠만의 아이디어는 우리들이 충분히 오랜 시간 동안을 기다린다면
09:35
the random fluctuations of those molecules
이들 분자들의 임의적인 요동에 의해
09:38
will occasionally bring them
가끔 엔트로피가 낮은
09:41
into lower entropy configurations.
구성이 된다는 것입니다.
09:43
And then, of course, in the natural course of things,
그런 다음에는 물론 시간이 흐름에 따라 자연적으로
09:45
they will expand back.
그것이 다시 확장된다는 것이죠.
09:47
So it's not that entropy must always increase --
즉, 엔트로피는 반드시 항상 증가해야 하는 것이 아니고
09:49
you can get fluctuations into lower entropy,
보다 더 정돈되고 낮은 엔트로피의 상태로
09:51
more organized situations.
요동할 수도 있다는 것입니다.
09:54
Well if that's true,
그것이 사실이라면 볼츠만은
09:56
Boltzmann then goes onto invent
다중우주와 인류지향 원칙이라는
09:58
two very modern-sounding ideas --
2가지의 매우 현대적으로
10:00
the multiverse and the anthropic principle.
들리는 아이디어를 발명한 것이지요.
10:02
He says, the problem with thermal equilibrium
그는 열평형 아이디어의 문제점은 우리는 그러한
10:05
is that we can't live there.
상황에서는 살 수 없다는 것이라고 말합니다.
10:07
Remember, life itself depends on the arrow of time.
생명 자체는 '시간의 화살'에 의존한다는 것을 기억해야죠.
10:09
We would not be able to process information,
우리가 열평형 상태에 있다면 우리는
10:12
metabolize, walk and talk,
정보 처리, 신진대사, 걷는것 또는
10:14
if we lived in thermal equilibrium.
대화를 하지 못할 것입니다.
10:16
So if you imagine a very, very big universe,
상상도 할 수 없게, 무한으로 큰 우주안에서
10:18
an infinitely big universe,
입자들이 임의로 서로 충돌한다면
10:20
with randomly bumping into each other particles,
가끔가다 어떤곳이 낮은 엔트로피 상태로
10:22
there will occasionally be small fluctuations in the lower entropy states,
약간 요동하다가는 다시 릴랙스한 상태로
10:24
and then they relax back.
되돌아오게 되겠지요.
10:27
But there will also be large fluctuations.
그러나 큰 요동도 있을 수 있겠지요.
10:29
Occasionally, you will make a planet
그러면 간혹 행성이나, 별이나, 은하
10:31
or a star or a galaxy
또는 1000억개의 은하를
10:33
or a hundred billion galaxies.
만들 수 있겠지요.
10:35
So Boltzmann says,
그래서 볼츠만은
10:37
we will only live in the part of the multiverse,
생명이 가능하며, 요동하는 입자들이 있는 무한한
10:39
in the part of this infinitely big set of fluctuating particles,
세트가 있는 다중우주의 일부에서만
10:42
where life is possible.
우리가 살 수 있다고 말합니다.
10:45
That's the region where entropy is low.
이러한 곳은 엔트로피가 낮은 곳이지요.
10:47
Maybe our universe is just one of those things
어쩌면 우리의 우주라는 것은 그냥 때떄로
10:49
that happens from time to time.
생기는것들 중의 하나일지 모릅니다.
10:52
Now your homework assignment
이제 제가 여러분에게 숙제를 하나 드리겠는데
10:54
is to really think about this, to contemplate what it means.
그것은 이 말의 의미를 정말로 깊이 생각하고 숙고하라는 것입니다.
10:56
Carl Sagan once famously said
칼 세이건은 사과 파이를 만들려면
10:58
that "in order to make an apple pie,
우주를 먼저 발명해야 한다는
11:00
you must first invent the universe."
유명한 말을 한적이 있습니다.
11:02
But he was not right.
하지만 그의 말은 틀린 말이지요.
11:05
In Boltzmann's scenario, if you want to make an apple pie,
볼츠만의 시나리오에 의하면, 사과 파이를 만들려면 원자들의
11:07
you just wait for the random motion of atoms
임의 운동이 사과 파이를 만들때 까지
11:10
to make you an apple pie.
기다리기만 하면 되니까요.
11:13
That will happen much more frequently
왜냐하면, 원자들의 임의 운동으로
11:15
than the random motions of atoms
사과 과수원과 설탕 그리고 오븐이
11:17
making you an apple orchard
만들어지고 또 그안에서 파이가 만들어지는 것
11:19
and some sugar and an oven,
보다는 사과파이가 직접 우연히 만들어질
11:21
and then making you an apple pie.
확률이 훨씬 더 높을테니까요.
11:23
So this scenario makes predictions.
즉, 이 시나리오가 예측하는 것은
11:25
And the predictions are
엔트오피가 조금만 요동하면
11:28
that the fluctuations that make us are minimal.
우리가 만들어 질수 있다는 것입니다.
11:30
Even if you imagine that this room we are in now
지금 우리가 있는 이 강의실이 존재하고 있고,
11:33
exists and is real and here we are,
이 강의실 밖에는 칼텍이라는 대학, 미국이라는 나라,
11:36
and we have, not only our memories,
그리고 은하수가 있다는 기억과 인상을
11:38
but our impression that outside there's something
우리가 가지고 있더라도, 엔트로피의
11:40
called Caltech and the United States and the Milky Way Galaxy,
요동에 의해 실제로 칼텍대학, 미국, 그리고 은하계가
11:42
it's much easier for all those impressions to randomly fluctuate into your brain
만들어지는 것에 비교하면, 엔트로피의 요동에 의해
11:46
than for them actually to randomly fluctuate
우리의 두뇌가 그러한 여러가지 인상을 받게
11:49
into Caltech, the United States and the galaxy.
만드는 것이 훨씬 더 쉽다는 것입니다.
11:51
The good news is that,
그런데 다행히도
11:54
therefore, this scenario does not work; it is not right.
이 시나리오는 틀렸지요.
11:56
This scenario predicts that we should be a minimal fluctuation.
이 시나리오는 우리는 최소한의 엔트로피 요동의 결과여야 한다고 예측했지요.
11:59
Even if you left our galaxy out,
우리 은하계를 무시하더라도,
12:02
you would not get a hundred billion other galaxies.
1000억개나 되는 다른 은하계들을 무시할 수는 없다는 것이죠.
12:04
And Feynman also understood this.
그리고 파인만도 이것을 이해하고 있었죠.
12:06
Feynman says, "From the hypothesis that the world is a fluctuation,
파인만은 "세계가 물질이 요동한 결과라는 가설로 부터
12:08
all the predictions are that
충분히 예측할 수 있는 것은
12:12
if we look at a part of the world we've never seen before,
우리가 전에 본적이 없는 세계의 일부를 처음으로 본다면
12:14
we will find it mixed up, and not like the piece we've just looked at --
그곳은 우리가 그 방금전에 봤던 곳과는 달리 혼돈된, 즉 엔트로피가
12:16
high entropy.
높은 상태에 있을 것이다.
12:18
If our order were due to a fluctuation,
우리의 정돈된 상태가 요동에 의한 것이라면 우리가 방금
12:20
we would not expect order anywhere but where we have just noticed it.
그것을 관찰한 곳 이외에는 정돈을 기대하지 않겠으며
12:22
We therefore conclude the universe is not a fluctuation."
따라서 우리는 우주가 요동하지 않는다는 결론을 내린다. "라고 말했지요.
12:24
So that's good. The question is then what is the right answer?
그건 좋습니다. 그런데 그렇다면 과연 정답은 무엇인가요?
12:28
If the universe is not a fluctuation,
만약에 우주가 요동이 아니라면
12:31
why did the early universe have a low entropy?
왜 초기 우주의 엔트로피가 낮았을까요?
12:33
And I would love to tell you the answer, but I'm running out of time.
여러분에게 답을 말해 주고 싶지만 그럴 시간이 없군요.
12:36
(Laughter)
(웃음)
12:39
Here is the universe that we tell you about,
이것은 우리가 지금 말하는 우주와
12:41
versus the universe that really exists.
실제로 존재하는 우주를 보여주는
12:43
I just showed you this picture.
그림입니다.
12:45
The universe is expanding for the last 10 billion years or so.
우주는 약 지난 100 억년간 확장되고 있고
12:47
It's cooling off.
지금 냉각되고 있지요.
12:49
But we now know enough about the future of the universe
하지만 오늘의 과학은 우주의 미래에 대해
12:51
to say a lot more.
더 많은 예측을 할 수 있습니다.
12:53
If the dark energy remains around,
만약에 암흑에너지가 남아있으면
12:55
the stars around us will use up their nuclear fuel, they will stop burning.
우리 주위에 있는 별들은 핵 연료를 다 소진하고 핵반응이 중단되겠지요.
12:57
They will fall into black holes.
그러고는 블랙홀로 떨어질 것입니다.
13:00
We will live in a universe
그러면 우리는 블랙홀 밖에 없는
13:02
with nothing in it but black holes.
우주에서 살게 되겠지요.
13:04
That universe will last 10 to the 100 years --
그런 우주는 10의 100승 년 정도 지속될 것입니다 -
13:06
a lot longer than our little universe has lived.
즉, 지금까지의 우주의 역사보다 훨씬 더 긴 시간이지요.
13:10
The future is much longer than the past.
미래는 과거보다 훨씬 더 길겠지요.
13:12
But even black holes don't last forever.
그러나 블랙홀들도 영원히 지속되지는 않습니다.
13:14
They will evaporate,
블랙홀은 증발할 것이며
13:16
and we will be left with nothing but empty space.
그리고 아무것도 없고 빈 공간만 남아있을 것입니다.
13:18
That empty space lasts essentially forever.
그 빈 공간은 근본적으로 영원히 지속됩니다.
13:20
However, you notice, since empty space gives off radiation,
그러나 빈 공간은 방사선을 방출하기 때문에
13:24
there's actually thermal fluctuations,
사실은 열요동이 있고
13:27
and it cycles around
빈공간에서
13:29
all the different possible combinations
허용되는 모든 배합을
13:31
of the degrees of freedom that exist in empty space.
계속해서 하겠지요.
13:33
So even though the universe lasts forever,
그래서 우주가 영원히 지속하더라도
13:36
there's only a finite number of things
우주에 존재할 수 있는 것들은
13:38
that can possibly happen in the universe.
한정돼 있습니다.
13:40
They all happen over a period of time
이런일들은 모두 10의 10승의 120승년
13:42
equal to 10 to the 10 to the 120 years.
이라는 시간에 걸쳐 발생합니다.
13:44
So here's two questions for you.
이제 여러분께 2가지 질문을 드리지요.
13:47
Number one: If the universe lasts for 10 to the 10 to the 120 years,
첫째로 : 우주가 10의 10승의 120승 년 동안 지속된다면
13:49
why are we born
왜 우리는 빅뱅이 있은 직후라서
13:52
in the first 14 billion years of it,
따스한 잔광이 아직도 남아있는
13:54
in the warm, comfortable afterglow of the Big Bang?
첫 140억년 이라는 짧은 시간 동안에 태어났을까요?
13:57
Why aren't we in empty space?
우리는 왜 빈 공간에 있지 않을까요?
14:00
You might say, "Well there's nothing there to be living,"
어떤 사람은 "빈공간에는 살고 어쩌고 할 아무것도 없다 "라고
14:02
but that's not right.
말할 지 모르지만 그건 틀린 말이죠.
14:04
You could be a random fluctuation out of the nothingness.
왜냐면 임의의 요동으로 무에서 당신이 생길 수 있으니까요.
14:06
Why aren't you?
왜 당신은 빈공간에 살지 않죠?
14:08
More homework assignment for you.
이것도 여러분께 드리는 숙제입니다.
14:10
So like I said, I don't actually know the answer.
제가 말했듯이 저도 사실은 그 대답을 모릅니다.
14:13
I'm going to give you my favorite scenario.
그 대신 제가 좋아하는 시나리오를 말해드리지요.
14:15
Either it's just like that. There is no explanation.
첫번째는, 아무런 설명도 할 필요가 없이 그냥 그렇다는 것입니다.
14:17
This is a brute fact about the universe
이것이 우주에 대한 냉정한 사실이니까
14:20
that you should learn to accept and stop asking questions.
그냥 그렇다고 믿고 더 이상 묻지 말라는 것입니다.
14:22
Or maybe the Big Bang
두번째는, 빅뱅이 우주의
14:26
is not the beginning of the universe.
시작이 아니라는 것입니다.
14:28
An egg, an unbroken egg, is a low entropy configuration,
깨지지 않은 달걀은 엔트로피가 낮은 구성이지만
14:30
and yet, when we open our refrigerator,
우리는 냉장고 문을 열면서 "우리 냉장고
14:33
we do not go, "Hah, how surprising to find
안에 낮은 엔트로피가 있다니 참 놀랍구나"라고
14:35
this low entropy configuration in our refrigerator."
말하지 않지요.
14:37
That's because an egg is not a closed system;
그 이유는 달걀은 닫힌 시스템이 아니고
14:39
it comes out of a chicken.
닭에서 나왔기 때문이죠.
14:42
Maybe the universe comes out of a universal chicken.
어쩌면 우주는 우주닭에서 나왔을지도 모릅니다.
14:44
Maybe there is something that naturally,
어쩌면 물리법칙의 성장을 통해
14:48
through the growth of the laws of physics,
낮은 엔트로피 구성에서 자연스럽게 우리의
14:50
gives rise to universe like ours
우주 같은 것이 태어나게 되는
14:53
in low entropy configurations.
무엇인가가 있을지도 모릅니다.
14:55
If that's true, it would happen more than once;
그게 사실이라면 그런일은 한번 이상 일어날 것이며
14:57
we would be part of a much bigger multiverse.
우리는 훨씬 더 광대한 다중우주의 일부라는 결론이 내리겠지요.
14:59
That's my favorite scenario.
이게 제가 제일 좋아하는 시나리오입니다.
15:02
So the organizers asked me to end with a bold speculation.
주최자가 이 강의을 끝낼때 대담한 추측을 해달라고 부탁했지요.
15:04
My bold speculation
저의 대담한 추측은
15:07
is that I will be absolutely vindicated by history.
제가 옳다는 것은 앞으로 역사적으로 증명될 것이라는 것입니다.
15:09
And 50 years from now,
앞으로 50 년후에는 지금 제가 가지고 있는
15:12
all of my current wild ideas will be accepted as truths
뚱딴지 같은 모든 아이디어들을
15:14
by the scientific and external communities.
과학계와 대중이 믿게될 것입니다.
15:17
We will all believe that our little universe
모든 사람들이 우리의 작은 우주가 훨씬 더 큰
15:20
is just a small part of a much larger multiverse.
다중우주의 작은 한 부분이라고 믿게 되겠지요.
15:22
And even better, we will understand what happened at the Big Bang
그러나 그것보다도 더 좋은 것은 빅뱅에서 무슨 일이
15:25
in terms of a theory
일어 났는지를 이론적으로 이해하고 그것을
15:28
that we will be able to compare to observations.
관측결과와 비교할 수 있게 되는 것이겠지요.
15:30
This is a prediction. I might be wrong.
제 예측은 틀릴 수도 있습니다.
15:32
But we've been thinking as a human race
우리 인류는 고대 시절부터
15:34
about what the universe was like,
우주의 역사는 어떠했으며 또한 왜 그렇게
15:36
why it came to be in the way it did for many, many years.
우주가 생겼었는가를 생각해 왔지요.
15:38
It's exciting to think we may finally know the answer someday.
우리가 언젠가 이에 대한 답을 알게 될지 모른다는 것은 흥미진진합니다.
15:41
Thank you.
감사합니다.
15:44
(Applause)
(박수)
15:46
Translated by Young-ho Park
Reviewed by Bianca Lee

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About the Speaker:

Sean M. Carroll - Physicist, cosmologist
A physicist, cosmologist and gifted science communicator, Sean Carroll is asking himself -- and asking us to consider -- questions that get at the fundamental nature of the universe.

Why you should listen

Sean Carroll is a theoretical physicist at Caltech in Pasadena, California, where he researches theoretical aspects of cosmology, field theory and gravitation -- exploring the nature of fundamental physics by studying the structure and evolution of the universe.

His book on cosmology and the arrow of time, From Eternity to Here: The Quest for the Ultimate Theory of Time, was published in 2010. He keeps a regular blog at Cosmic Variance.

More profile about the speaker
Sean M. Carroll | Speaker | TED.com