TEDxCaltech
Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse
션 캐롤 : 장구한 시간 및 다중우주의 힌트
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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.
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. Full bio
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
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The universe
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우주는
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is really big.
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2000
2000
정말로 거대합니다.
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We live in a galaxy, the Milky Way Galaxy.
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4000
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우리는 은하계 안에서 살고 있죠.
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There are about a hundred billion stars in the Milky Way Galaxy.
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7000
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은하계에는 약 천억개의 별들이 있습니다.
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And if you take a camera
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여러분께서
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and you point it at a random part of the sky,
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허블우주망원경에
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and you just keep the shutter open,
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카메라를 달고
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as long as your camera is attached to the Hubble Space Telescope,
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아무런 방향으로나 사진을 찍는다면 이와 비슷한
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it will see something like this.
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사진이 찍힐 것입니다.
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Every one of these little blobs
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여기에 보이는 작은 덩어리 하나 하나가
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is a galaxy roughly the size of our Milky Way --
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약 천억개의 별들로 구성된
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a hundred billion stars in each of those blobs.
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우리 은하계와 비슷한 크기의 은하들입니다.
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There are approximately a hundred billion galaxies
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우리가 관측할 수 있는 우주의 구역만해도 약 천억개의
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in the observable universe.
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은하가 존재합니다.
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100 billion is the only number you need to know.
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여러분은 천억개라는 숫자만 기억하시면 됩니다.
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The age of the universe, between now and the Big Bang,
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빅뱅부터 지금까지 우주의 나이는 개의 나이로 치면
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is a hundred billion in dog years.
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천억살이지요.
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(Laughter)
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(웃음)
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Which tells you something about our place in the universe.
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이런 사실은 우리와 우주와의 관계를 잘 말해줍니다.
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One thing you can do with a picture like this is simply admire it.
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우리는 이런 사진을 보면 경외심을 금할 수 없지요.
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It's extremely beautiful.
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정말 너무나 아름답죠.
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I've often wondered, what is the evolutionary pressure
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저는 이런 사진을 상상도 하지 못하며 남아프리카의
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that made our ancestors in the Veldt adapt and evolve
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초원지대에서 살던 우리 조상들이 어떤 진화적 압력에 의해
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to really enjoy pictures of galaxies
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이 사진의 아름다움을 정말로 즐길 수 있도록
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when they didn't have any.
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진화했는지 종종 궁금해합니다.
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But we would also like to understand it.
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2000
우리는 이런 사진에 대한 지적 호기심도 가지고 있지요.
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As a cosmologist, I want to ask, why is the universe like this?
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62000
4000
우주학자로서 제가 알고 싶은 것은 왜 우주가 이렇게 생겼냐는 것입니다.
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One big clue we have is that the universe is changing with time.
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66000
3000
이 질문에 대한 큰 단서는 시간이 흐르며 우주가 변한다는 것입니다.
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If you looked at one of these galaxies and measured its velocity,
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여러분이 은하 하나를 골라서 그 속도를 측정하면 그 은하가
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it would be moving away from you.
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여러분으로 부터 멀리 움직이는데,
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And if you look at a galaxy even farther away,
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더 먼곳에 있는 은하는 더 빨리 멀어진다는 것을
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it would be moving away faster.
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알 수 있습니다.
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So we say the universe is expanding.
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그래서 우리는 우주가 팽창한다고 말합니다.
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What that means, of course, is that, in the past,
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이말은 즉 과거에는 은하들이 현재보다 더 가까이
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things were closer together.
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2000
있었다는 것을 의미합니다.
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In the past, the universe was more dense,
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즉, 과거에는 우주가 더 밀집했었고.
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and it was also hotter.
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또 더 뜨거웠었지요.
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If you squeeze things together, the temperature goes up.
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어떤것이던지 압축을 하면 온도가 올라가는데
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That kind of makes sense to us.
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그건 쉽게 이해할 수 있지요.
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The thing that doesn't make sense to us as much
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그러나, 빅뱅 직후인 우주의 초창기에
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is that the universe, at early times, near the Big Bang,
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만사가 엄청나게 스무스했다는 것은
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was also very, very smooth.
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쉽게 이해하기 힘듭니다.
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You might think that that's not a surprise.
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여러분은 그게 그렇게 놀랍지 않다고 생각할지 모릅니다.
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The air in this room is very smooth.
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이 강의실 내의 공기는 매우 스무스합니다.
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You might say, "Well, maybe things just smoothed themselves out."
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어떤 사람은 "시간이 흐르며 저절로 스무스하게 됐다"라고 말할지 모릅니다.
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But the conditions near the Big Bang are very, very different
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그러나 빅뱅 직후 얼마 동안의 모든 상황은 지금 이 강의실 내의
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than the conditions of the air in this room.
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상황과는 완전히 달랐습니다.
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In particular, things were a lot denser.
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특히, 모든것이 훨씬 더 압축된 상태였지요.
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The gravitational pull of things
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빅뱅 직후 얼마간은 모든 사물에
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was a lot stronger near the Big Bang.
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작용하는 중력의 힘이 훨씬 더 강했습니다.
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What you have to think about
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우주에는 천억 개의 은하가 있고
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is we have a universe with a hundred billion galaxies,
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또한, 각 은하에는 천억개의 별이 있다는
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a hundred billion stars each.
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사실을 생각해 보지요.
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At early times, those hundred billion galaxies
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3000
초기 우주에는 이런 천억개의 은하들이
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were squeezed into a region about this big --
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정말로 이정도의 크기로
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literally -- at early times.
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압축된 상태에 있었습니다.
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And you have to imagine doing that squeezing
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그야말로 원자 하나도 틀림없게,
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without any imperfections,
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아무런 결함도 없게,
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without any little spots
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문자그대로 완벽무결하게,
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where there were a few more atoms than somewhere else.
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137000
2000
압축된 상황을 말합니다.
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Because if there had been, they would have collapsed under the gravitational pull
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만약에 조금이라도 이 압축된 상태에 결함이 있었다면 중력에 의해 그것이
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into a huge black hole.
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142000
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거대한 블랙홀로 붕괴되었을테니까요.
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Keeping the universe very, very smooth at early times
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우주 초기에 우주를 매우 매우 스무스하게 유지하려면 모든것이
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is not easy; it's a delicate arrangement.
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147000
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섬세하고 정확히 배열돼야 하니까 쉬운일이 아닙니다.
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It's a clue
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그것은 초기 우주가 임의로
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that the early universe is not chosen randomly.
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2000
선택된 것이 아니라는 말해주는 하나의 단서입니다.
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There is something that made it that way.
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153000
2000
즉, 무엇인가 그렇게 만들었다는 말이며
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We would like to know what.
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155000
2000
우리는 그것이 무었인지 알려고 합니다.
02:52
So part of our understanding of this was given to us by Ludwig Boltzmann,
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157000
3000
오스트리아의 19 세기 물리 학자인 루드비히 볼츠만은
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an Austrian physicist in the 19th century.
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160000
3000
우리에게 엔트로피라는 개념을 가르켜줌으로서
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And Boltzmann's contribution was that he helped us understand entropy.
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163000
3000
이 문제에 대한 답을 이해할 수 있도록 도와 주었지요.
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You've heard of entropy.
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166000
2000
여러분은 엔트로피라는 말을 들어보셨죠?
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It's the randomness, the disorder, the chaoticness of some systems.
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168000
3000
엔트로피는 어떤 시스템의 무질서, 불규칙성, 혼란성을 말합니다.
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Boltzmann gave us a formula --
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171000
2000
볼츠만의 묘비에는 엔트로피를
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engraved on his tombstone now --
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173000
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실제 숫자로 나타내 주는
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that really quantifies what entropy is.
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175000
2000
공식이 새겨져 있습니다.
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And it's basically just saying
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177000
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간단히 말해서, 엔트로피라는 것은
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that entropy is the number of ways
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179000
2000
아무리 자세히 살펴보더라도
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we can rearrange the constituents of a system so that you don't notice,
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181000
3000
모든것이 동일하게 보이도록 어떤 한 시스템의 구성요소들을
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so that macroscopically it looks the same.
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184000
2000
몇번이나 재배열할 수 있는 가를 말하는 것입니다.
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If you have the air in this room,
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186000
2000
여러분은 이 강의실 안에 있는 공기의
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you don't notice each individual atom.
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188000
3000
원자 하나하나의 차이를 느끼지 못합니다.
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A low entropy configuration
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191000
2000
엔트로피가 낮다는 말은
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is one in which there's only a few arrangements that look that way.
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193000
2000
그렇게 보일 수 있게 정렬할 수 있는 수가 적다는 것을 말합니다.
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A high entropy arrangement
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195000
2000
엔트로피가 높다는 말은
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is one that there are many arrangements that look that way.
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197000
2000
그렇게 보일 수 있게 정렬할 수 있는 수가 많다는 것을 말하지요.
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This is a crucially important insight
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2000
이것은 우주 또는 우주의 고립된
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because it helps us explain
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201000
2000
한 지역에서 엔트로피가
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the second law of thermodynamics --
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203000
2000
증가하고 있다는
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the law that says that entropy increases in the universe,
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205000
3000
열역학 제2법칙을 설명하는데 도움을 주는
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or in some isolated bit of the universe.
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2000
결정적으로 중요한 식견입니다.
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The reason why entropy increases
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210000
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엔트로피가 증가하는 이유는
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is simply because there are many more ways
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212000
3000
엔트로피가 높게 되는 방법이 낮게되는 방법보다
03:50
to be high entropy than to be low entropy.
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215000
2000
훨씬 더 많다는 단순한 이유 때문입니다.
03:52
That's a wonderful insight,
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217000
2000
이것은 엄청난 식견이지만
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but it leaves something out.
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219000
2000
무언가가 빠진 것이 있지요.
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This insight that entropy increases, by the way,
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221000
2000
참고로, 엔트로피가 증가한다는 식견은
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is what's behind what we call the arrow of time,
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223000
3000
과거와 미래의 차이를 말해주는 소위 '시간의 화살'이라는
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the difference between the past and the future.
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226000
2000
아이디어를 뒷바침해 줍니다.
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Every difference that there is
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228000
2000
과거와 미래 간의 모든 차이점은
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between the past and the future
100
230000
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엔트로피가 증가했기
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is because entropy is increasing --
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232000
2000
때문에 발생한 것입니다 --
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the fact that you can remember the past, but not the future.
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234000
3000
그래서 우리는 과거는 기억하지만 미래는 모릅니다.
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The fact that you are born, and then you live, and then you die,
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237000
3000
사람은 태어나고, 살고, 그리고 죽는데
04:15
always in that order,
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240000
2000
항상 순서가 그런 이유는
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that's because entropy is increasing.
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242000
2000
엔트로피가 증가하기 때문입니다.
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Boltzmann explained that if you start with low entropy,
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244000
2000
볼츠만은 엔트로피가 증가하는 것은 지극히
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it's very natural for it to increase
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246000
2000
자연스러운 것인데 그 이유는 엔트로피가
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because there's more ways to be high entropy.
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248000
3000
증가하는 방법이 더 많기 때문이라고 설명했습니다.
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What he didn't explain
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251000
2000
그러나 그는 왜 애당초에 엔트로피가
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was why the entropy was ever low in the first place.
110
253000
3000
낮았는가에 대해서는 설명하지 않았습니다.
04:31
The fact that the entropy of the universe was low
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256000
2000
우주의 엔트로피가 낮았다는 것은
04:33
was a reflection of the fact
112
258000
2000
초기 우주가 매우 매우
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that the early universe was very, very smooth.
113
260000
2000
스무스했다는 것을 말하는 것인데
04:37
We'd like to understand that.
114
262000
2000
우리는 그 이유를 알고 싶습니다.
04:39
That's our job as cosmologists.
115
264000
2000
그것이 우리 우주학자들의 과제이지요.
04:41
Unfortunately, it's actually not a problem
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266000
2000
불행히도 우리는 이 문제를 풀기 위해
04:43
that we've been giving enough attention to.
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268000
2000
지금까지 충분한 노력을 하지 않았지요.
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It's not one of the first things people would say,
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270000
2000
"우리가 지금 해결하고자 하는 과제는 무엇입니까?"라고
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if you asked a modern cosmologist,
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272000
2000
우주학자들에게 물었을때
04:49
"What are the problems we're trying to address?"
120
274000
2000
바로 이 문제라고 선뜻말하는 사람은 별로 없지요.
04:51
One of the people who did understand that this was a problem
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276000
2000
이것이 우리의 큰 과제라고 생각했던
04:53
was Richard Feynman.
122
278000
2000
사람의 하나는 리처드 파인만였습니다.
04:55
50 years ago, he gave a series of a bunch of different lectures.
123
280000
2000
파인만은 50 년 전에 여러 분야에 대한 강의시리즈를 했지요.
04:57
He gave the popular lectures
124
282000
2000
그때 인기를 끌었던 강의시리즈 하나는
04:59
that became "The Character of Physical Law."
125
284000
2000
"The Character of Physical Law"라는 책으로 출판되었지요.
05:01
He gave lectures to Caltech undergrads
126
286000
2000
그가 칼텍 대학생에게 한 강의 시리즈는
05:03
that became "The Feynman Lectures on Physics."
127
288000
2000
"The Feynman Lectures on Physics"으로 출판되었고
05:05
He gave lectures to Caltech graduate students
128
290000
2000
그가 칼텍 대학원생에게 한 강의 시리즈는
05:07
that became "The Feynman Lectures on Gravitation."
129
292000
2000
"The Feynman Lectures on Gravitation"으로 출판되었지요.
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In every one of these books, every one of these sets of lectures,
130
294000
3000
그는 이 책들 그리고 그의 강의 시리즈에서
05:12
he emphasized this puzzle:
131
297000
2000
다음과 같은 질문을 계속했습니다:
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Why did the early universe have such a small entropy?
132
299000
3000
왜 초기 우주의 엔트로피가 그렇게 작았을까요?
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So he says -- I'm not going to do the accent --
133
302000
2000
그는 말하기를 - 파인만의 액센트는 생략하지요 -
05:19
he says, "For some reason, the universe, at one time,
134
304000
3000
"우주는 한때 총 에너지의
05:22
had a very low entropy for its energy content,
135
307000
3000
엔트로피가 낮았던 시절이 있었는데
05:25
and since then the entropy has increased.
136
310000
2000
그 이후로 엔트로피가 증가했다.
05:27
The arrow of time cannot be completely understood
137
312000
3000
우주 초기에 대한 수수께끼가
05:30
until the mystery of the beginnings of the history of the universe
138
315000
3000
추측의 경지에서 이해의 경지로 넘어올때 까지
05:33
are reduced still further
139
318000
2000
'시간의 화살'을 완전히
05:35
from speculation to understanding."
140
320000
2000
이해할 수 없다"고 말했지요.
05:37
So that's our job.
141
322000
2000
그래서 우리는 이 과제를 풀어야 합니다.
05:39
We want to know -- this is 50 years ago, "Surely," you're thinking,
142
324000
2000
50년 전에 그런말이 나왔으면 지금쯤은
05:41
"we've figured it out by now."
143
326000
2000
그 대답을 찾아냈을만도 하지만
05:43
It's not true that we've figured it out by now.
144
328000
2000
우리는 아직도 그 답을 찾지 못하고 있습니다.
05:45
The reason the problem has gotten worse,
145
330000
2000
그런데 1998년에 우리가 우주에 대한
05:47
rather than better,
146
332000
2000
중요한 사실을 발견하며
05:49
is because in 1998
147
334000
2000
이 문제를 해결하기가
05:51
we learned something crucial about the universe that we didn't know before.
148
336000
3000
오히려 더 힘들어 졌습니다.
05:54
We learned that it's accelerating.
149
339000
2000
즉, 우주가 가속한다는 것을 발견한 것이죠.
05:56
The universe is not only expanding.
150
341000
2000
우주가 단순히 팽창만 하는것이 아니라는 겁니다.
05:58
If you look at the galaxy, it's moving away.
151
343000
2000
은하계를 바라보면 그것이 우리로 부터
06:00
If you come back a billion years later and look at it again,
152
345000
2000
멀리 날아가고 있는데 억년 후에는 지금보다도
06:02
it will be moving away faster.
153
347000
3000
더 빨리 우리로 부터 멀리 날라가고 있을 것입니다.
06:05
Individual galaxies are speeding away from us faster and faster
154
350000
3000
모든 은하는 우리로 부터 점점 더 빨리 멀리 날라가고 있습니다.
06:08
so we say the universe is accelerating.
155
353000
2000
그래서 우리는 우주가 가속하고 있다고 말합니다.
06:10
Unlike the low entropy of the early universe,
156
355000
2000
초기 우주의 낮은 엔트로피와는 달리,
06:12
even though we don't know the answer for this,
157
357000
2000
비록 우주의 가속에 대한 답은 모르지만,
06:14
we at least have a good theory that can explain it,
158
359000
2000
최소한 그것을 설명할 수있는
06:16
if that theory is right,
159
361000
2000
좋은 설이 있는데 그것은 바로
06:18
and that's the theory of dark energy.
160
363000
2000
암흑에너지설입니다.
06:20
It's just the idea that empty space itself has energy.
161
365000
3000
이것은 빈 공간 자체가 에너지를 가지고 있다는 아이디어죠.
06:23
In every little cubic centimeter of space,
162
368000
3000
이것은 즉 매 입방 센티미터의 공간에
06:26
whether or not there's stuff,
163
371000
2000
입자, 물체, 방사선 또는
06:28
whether or not there's particles, matter, radiation or whatever,
164
373000
2000
그 어떤 것이 존재하건 안하건
06:30
there's still energy, even in the space itself.
165
375000
3000
그 공간 자체에 에너지가 존재한다는 것입니다.
06:33
And this energy, according to Einstein,
166
378000
2000
아인슈타인은 이 에너지가 우주에
06:35
exerts a push on the universe.
167
380000
3000
미는 힘을 가한다고 말합니다.
06:38
It is a perpetual impulse
168
383000
2000
이것은 은하계들이 서로 멀리 떨어지게
06:40
that pushes galaxies apart from each other.
169
385000
2000
밀어주는 영구적인 추진력을 제공해 줍니다.
06:42
Because dark energy, unlike matter or radiation,
170
387000
3000
그런데 암흑에너지는
06:45
does not dilute away as the universe expands.
171
390000
3000
물체나 방사선과는 달리 우주가 계속
06:48
The amount of energy in each cubic centimeter
172
393000
2000
확장되어도 매 입방 센티미터의
06:50
remains the same,
173
395000
2000
공간에 있는
06:52
even as the universe gets bigger and bigger.
174
397000
2000
에너지는 감소되지 않지요.
06:54
This has crucial implications
175
399000
3000
이것은 우주의 미래에 대해
06:57
for what the universe is going to do in the future.
176
402000
3000
신중한 의미를 가지고 있는데 이에 따르는
07:00
For one thing, the universe will expand forever.
177
405000
2000
중요한 결론의 하나는 우주가 영원히 확장된다는 것입니다.
07:02
Back when I was your age,
178
407000
2000
제가 여러분의 나이였을때 우리들은
07:04
we didn't know what the universe was going to do.
179
409000
2000
우주의 장래가 어떻게 될지 몰랐지요.
07:06
Some people thought that the universe would recollapse in the future.
180
411000
3000
어떤 사람들은 우주가 붕괴될 것이라고 믿었지요.
07:09
Einstein was fond of this idea.
181
414000
2000
아인슈타인은 이 아이디어를 좋아했습니다.
07:11
But if there's dark energy, and the dark energy does not go away,
182
416000
3000
그러나 만약에 암흑에너지가 존재하고 그것이 소멸되지 않는다면
07:14
the universe is just going to keep expanding forever and ever and ever.
183
419000
3000
우주는 영원히 영원히 계속 팽창할 것입니다.
07:17
14 billion years in the past,
184
422000
2000
우주는 지금까지 140억년 동안,
07:19
100 billion dog years,
185
424000
2000
즉, 개의 연수로 치면 1000억년 동안 팽창해 왔고
07:21
but an infinite number of years into the future.
186
426000
3000
앞으로도 무한한 시간을 통해 팽창하겠지요.
07:24
Meanwhile, for all intents and purposes,
187
429000
3000
그러나 우리 인간에 관한 한 우주는
07:27
space looks finite to us.
188
432000
2000
한정된 것으로 보입니다.
07:29
Space may be finite or infinite,
189
434000
2000
우주는 유한할 수도 있고 무한
07:31
but because the universe is accelerating,
190
436000
2000
할 수도 있지만 우주가 가속팽창하기
07:33
there are parts of it we cannot see
191
438000
2000
때문에 우리가 볼 수도 없고
07:35
and never will see.
192
440000
2000
보지도 못할 부분이 있습니다.
07:37
There's a finite region of space that we have access to,
193
442000
2000
우주에서 우리가 갈 수 있는 곳은 우리를 중심으로 한
07:39
surrounded by a horizon.
194
444000
2000
한정된 구역이지요.
07:41
So even though time goes on forever,
195
446000
2000
그래서 시간이 영원히 계속되더라도
07:43
space is limited to us.
196
448000
2000
우리에 관한 한 우주는 한정돼 있습니다.
07:45
Finally, empty space has a temperature.
197
450000
3000
마지막으로, 우주의 빈 공간에는 온도가 있습니다.
07:48
In the 1970s, Stephen Hawking told us
198
453000
2000
여러분은 블랙홀이 흑체라고 생각할 지 몰라도
07:50
that a black hole, even though you think it's black,
199
455000
2000
1970 년대에 스티븐 호킹은
07:52
it actually emits radiation
200
457000
2000
양자역학을 감안하면
07:54
when you take into account quantum mechanics.
201
459000
2000
실지로 방사선을 방출한다고 말했습니다.
07:56
The curvature of space-time around the black hole
202
461000
3000
블랙홀 주위의 시공간 곡률은
07:59
brings to life the quantum mechanical fluctuation,
203
464000
3000
양자역학적 요동을 일으키며 그 결과
08:02
and the black hole radiates.
204
467000
2000
블랙홀을 방사하게 됩니다.
08:04
A precisely similar calculation by Hawking and Gary Gibbons
205
469000
3000
호킹과 게리 기븐스의 정확하게 유사한 계산 결과들은
08:07
showed that if you have dark energy in empty space,
206
472000
3000
빈 공간에 암흑에너지가 있다면 우주 전체가
08:10
then the whole universe radiates.
207
475000
3000
방사한다는 것을 보여줬습니다.
08:13
The energy of empty space
208
478000
2000
빈 공간의 에너지는
08:15
brings to life quantum fluctuations.
209
480000
2000
양자적 요동을 하게 합니다.
08:17
And so even though the universe will last forever,
210
482000
2000
따라서, 우주가 영원히 지속되고,
08:19
and ordinary matter and radiation will dilute away,
211
484000
3000
우주팽창에 의해 일반 물질과 방사선이 희석되더라도
08:22
there will always be some radiation,
212
487000
2000
우주의 빈 공간에는
08:24
some thermal fluctuations,
213
489000
2000
언제나 약간의 방사선과
08:26
even in empty space.
214
491000
2000
열요동이 있을것입니다.
08:28
So what this means
215
493000
2000
이는 즉, 우주는 마치
08:30
is that the universe is like a box of gas
216
495000
2000
끊임없이 가스가 나오는
08:32
that lasts forever.
217
497000
2000
무슨 상자 같다는 거죠.
08:34
Well what is the implication of that?
218
499000
2000
그럼 이것은 무엇을 의미할까요?
08:36
That implication was studied by Boltzmann back in the 19th century.
219
501000
3000
19 세기에 볼츠만은 이것이 무엇을 의미하는 가에 대해 연구했지요.
08:39
He said, well, entropy increases
220
504000
3000
그는 우주의 엔트로피가
08:42
because there are many, many more ways
221
507000
2000
높게 되는 방법이 낮게 되는 것보다
08:44
for the universe to be high entropy, rather than low entropy.
222
509000
3000
훨씬 더 많기 때문에 엔트로피가 증가한다고 말했습니다.
08:47
But that's a probabilistic statement.
223
512000
3000
하지만 그것은 확률적인 기술이었지요.
08:50
It will probably increase,
224
515000
2000
즉, 엔트로피는 아마도 증가할 것이고
08:52
and the probability is enormously huge.
225
517000
2000
또한 그럴 확률은 엄청나게 크다는 것이었지요.
08:54
It's not something you have to worry about --
226
519000
2000
이 강의실 안에 있는 공기가 모두 한곳으로 몰려서
08:56
the air in this room all gathering over one part of the room and suffocating us.
227
521000
4000
우리가 질식하게 될 확율은 매우 매우 낮으므로 그런 걱정을 할 필요는
09:00
It's very, very unlikely.
228
525000
2000
전혀 없지요.
09:02
Except if they locked the doors
229
527000
2000
그러나, 우리가 이 강의실 안에
09:04
and kept us here literally forever,
230
529000
2000
갇혀진 상태에서 영원히 기다린다면
09:06
that would happen.
231
531000
2000
그런일이 생기지요.
09:08
Everything that is allowed,
232
533000
2000
이 강의실 안에 있는
09:10
every configuration that is allowed to be obtained by the molecules in this room,
233
535000
3000
모든 분자들이 만들 수 있는 모든 분자 구성들이 언젠가는
09:13
would eventually be obtained.
234
538000
2000
그렇게 만들테니까요.
09:15
So Boltzmann says, look, you could start with a universe
235
540000
3000
즉, 볼츠만은 열평형 상태로 부터 우주가
09:18
that was in thermal equilibrium.
236
543000
2000
시작됐다고 가정하자고 말했지요.
09:20
He didn't know about the Big Bang. He didn't know about the expansion of the universe.
237
545000
3000
그는 빅뱅에 대해서도 몰랐고 우주의 팽창에 대해서도 몰랐지요.
09:23
He thought that space and time were explained by Isaac Newton --
238
548000
3000
그는 공간과 시간은 아이작 뉴턴이 설명한 바와같이
09:26
they were absolute; they just stuck there forever.
239
551000
2000
절대적이며 변하지 않는다고 생각했지요.
09:28
So his idea of a natural universe
240
553000
2000
그래서 그는 우주의 모든 곳에는
09:30
was one in which the air molecules were just spread out evenly everywhere --
241
555000
3000
모든 물질의 분자인 공기분자들이 골고루
09:33
the everything molecules.
242
558000
2000
퍼져있다고 생각했지요.
09:35
But if you're Boltzmann, you know that if you wait long enough,
243
560000
3000
볼츠만의 아이디어는 우리들이 충분히 오랜 시간 동안을 기다린다면
09:38
the random fluctuations of those molecules
244
563000
3000
이들 분자들의 임의적인 요동에 의해
09:41
will occasionally bring them
245
566000
2000
가끔 엔트로피가 낮은
09:43
into lower entropy configurations.
246
568000
2000
구성이 된다는 것입니다.
09:45
And then, of course, in the natural course of things,
247
570000
2000
그런 다음에는 물론 시간이 흐름에 따라 자연적으로
09:47
they will expand back.
248
572000
2000
그것이 다시 확장된다는 것이죠.
09:49
So it's not that entropy must always increase --
249
574000
2000
즉, 엔트로피는 반드시 항상 증가해야 하는 것이 아니고
09:51
you can get fluctuations into lower entropy,
250
576000
3000
보다 더 정돈되고 낮은 엔트로피의 상태로
09:54
more organized situations.
251
579000
2000
요동할 수도 있다는 것입니다.
09:56
Well if that's true,
252
581000
2000
그것이 사실이라면 볼츠만은
09:58
Boltzmann then goes onto invent
253
583000
2000
다중우주와 인류지향 원칙이라는
10:00
two very modern-sounding ideas --
254
585000
2000
2가지의 매우 현대적으로
10:02
the multiverse and the anthropic principle.
255
587000
3000
들리는 아이디어를 발명한 것이지요.
10:05
He says, the problem with thermal equilibrium
256
590000
2000
그는 열평형 아이디어의 문제점은 우리는 그러한
10:07
is that we can't live there.
257
592000
2000
상황에서는 살 수 없다는 것이라고 말합니다.
10:09
Remember, life itself depends on the arrow of time.
258
594000
3000
생명 자체는 '시간의 화살'에 의존한다는 것을 기억해야죠.
10:12
We would not be able to process information,
259
597000
2000
우리가 열평형 상태에 있다면 우리는
10:14
metabolize, walk and talk,
260
599000
2000
정보 처리, 신진대사, 걷는것 또는
10:16
if we lived in thermal equilibrium.
261
601000
2000
대화를 하지 못할 것입니다.
10:18
So if you imagine a very, very big universe,
262
603000
2000
상상도 할 수 없게, 무한으로 큰 우주안에서
10:20
an infinitely big universe,
263
605000
2000
입자들이 임의로 서로 충돌한다면
10:22
with randomly bumping into each other particles,
264
607000
2000
가끔가다 어떤곳이 낮은 엔트로피 상태로
10:24
there will occasionally be small fluctuations in the lower entropy states,
265
609000
3000
약간 요동하다가는 다시 릴랙스한 상태로
10:27
and then they relax back.
266
612000
2000
되돌아오게 되겠지요.
10:29
But there will also be large fluctuations.
267
614000
2000
그러나 큰 요동도 있을 수 있겠지요.
10:31
Occasionally, you will make a planet
268
616000
2000
그러면 간혹 행성이나, 별이나, 은하
10:33
or a star or a galaxy
269
618000
2000
또는 1000억개의 은하를
10:35
or a hundred billion galaxies.
270
620000
2000
만들 수 있겠지요.
10:37
So Boltzmann says,
271
622000
2000
그래서 볼츠만은
10:39
we will only live in the part of the multiverse,
272
624000
3000
생명이 가능하며, 요동하는 입자들이 있는 무한한
10:42
in the part of this infinitely big set of fluctuating particles,
273
627000
3000
세트가 있는 다중우주의 일부에서만
10:45
where life is possible.
274
630000
2000
우리가 살 수 있다고 말합니다.
10:47
That's the region where entropy is low.
275
632000
2000
이러한 곳은 엔트로피가 낮은 곳이지요.
10:49
Maybe our universe is just one of those things
276
634000
3000
어쩌면 우리의 우주라는 것은 그냥 때떄로
10:52
that happens from time to time.
277
637000
2000
생기는것들 중의 하나일지 모릅니다.
10:54
Now your homework assignment
278
639000
2000
이제 제가 여러분에게 숙제를 하나 드리겠는데
10:56
is to really think about this, to contemplate what it means.
279
641000
2000
그것은 이 말의 의미를 정말로 깊이 생각하고 숙고하라는 것입니다.
10:58
Carl Sagan once famously said
280
643000
2000
칼 세이건은 사과 파이를 만들려면
11:00
that "in order to make an apple pie,
281
645000
2000
우주를 먼저 발명해야 한다는
11:02
you must first invent the universe."
282
647000
3000
유명한 말을 한적이 있습니다.
11:05
But he was not right.
283
650000
2000
하지만 그의 말은 틀린 말이지요.
11:07
In Boltzmann's scenario, if you want to make an apple pie,
284
652000
3000
볼츠만의 시나리오에 의하면, 사과 파이를 만들려면 원자들의
11:10
you just wait for the random motion of atoms
285
655000
3000
임의 운동이 사과 파이를 만들때 까지
11:13
to make you an apple pie.
286
658000
2000
기다리기만 하면 되니까요.
11:15
That will happen much more frequently
287
660000
2000
왜냐하면, 원자들의 임의 운동으로
11:17
than the random motions of atoms
288
662000
2000
사과 과수원과 설탕 그리고 오븐이
11:19
making you an apple orchard
289
664000
2000
만들어지고 또 그안에서 파이가 만들어지는 것
11:21
and some sugar and an oven,
290
666000
2000
보다는 사과파이가 직접 우연히 만들어질
11:23
and then making you an apple pie.
291
668000
2000
확률이 훨씬 더 높을테니까요.
11:25
So this scenario makes predictions.
292
670000
3000
즉, 이 시나리오가 예측하는 것은
11:28
And the predictions are
293
673000
2000
엔트오피가 조금만 요동하면
11:30
that the fluctuations that make us are minimal.
294
675000
3000
우리가 만들어 질수 있다는 것입니다.
11:33
Even if you imagine that this room we are in now
295
678000
3000
지금 우리가 있는 이 강의실이 존재하고 있고,
11:36
exists and is real and here we are,
296
681000
2000
이 강의실 밖에는 칼텍이라는 대학, 미국이라는 나라,
11:38
and we have, not only our memories,
297
683000
2000
그리고 은하수가 있다는 기억과 인상을
11:40
but our impression that outside there's something
298
685000
2000
우리가 가지고 있더라도, 엔트로피의
11:42
called Caltech and the United States and the Milky Way Galaxy,
299
687000
4000
요동에 의해 실제로 칼텍대학, 미국, 그리고 은하계가
11:46
it's much easier for all those impressions to randomly fluctuate into your brain
300
691000
3000
만들어지는 것에 비교하면, 엔트로피의 요동에 의해
11:49
than for them actually to randomly fluctuate
301
694000
2000
우리의 두뇌가 그러한 여러가지 인상을 받게
11:51
into Caltech, the United States and the galaxy.
302
696000
3000
만드는 것이 훨씬 더 쉽다는 것입니다.
11:54
The good news is that,
303
699000
2000
그런데 다행히도
11:56
therefore, this scenario does not work; it is not right.
304
701000
3000
이 시나리오는 틀렸지요.
11:59
This scenario predicts that we should be a minimal fluctuation.
305
704000
3000
이 시나리오는 우리는 최소한의 엔트로피 요동의 결과여야 한다고 예측했지요.
12:02
Even if you left our galaxy out,
306
707000
2000
우리 은하계를 무시하더라도,
12:04
you would not get a hundred billion other galaxies.
307
709000
2000
1000억개나 되는 다른 은하계들을 무시할 수는 없다는 것이죠.
12:06
And Feynman also understood this.
308
711000
2000
그리고 파인만도 이것을 이해하고 있었죠.
12:08
Feynman says, "From the hypothesis that the world is a fluctuation,
309
713000
4000
파인만은 "세계가 물질이 요동한 결과라는 가설로 부터
12:12
all the predictions are that
310
717000
2000
충분히 예측할 수 있는 것은
12:14
if we look at a part of the world we've never seen before,
311
719000
2000
우리가 전에 본적이 없는 세계의 일부를 처음으로 본다면
12:16
we will find it mixed up, and not like the piece we've just looked at --
312
721000
2000
그곳은 우리가 그 방금전에 봤던 곳과는 달리 혼돈된, 즉 엔트로피가
12:18
high entropy.
313
723000
2000
높은 상태에 있을 것이다.
12:20
If our order were due to a fluctuation,
314
725000
2000
우리의 정돈된 상태가 요동에 의한 것이라면 우리가 방금
12:22
we would not expect order anywhere but where we have just noticed it.
315
727000
2000
그것을 관찰한 곳 이외에는 정돈을 기대하지 않겠으며
12:24
We therefore conclude the universe is not a fluctuation."
316
729000
4000
따라서 우리는 우주가 요동하지 않는다는 결론을 내린다. "라고 말했지요.
12:28
So that's good. The question is then what is the right answer?
317
733000
3000
그건 좋습니다. 그런데 그렇다면 과연 정답은 무엇인가요?
12:31
If the universe is not a fluctuation,
318
736000
2000
만약에 우주가 요동이 아니라면
12:33
why did the early universe have a low entropy?
319
738000
3000
왜 초기 우주의 엔트로피가 낮았을까요?
12:36
And I would love to tell you the answer, but I'm running out of time.
320
741000
3000
여러분에게 답을 말해 주고 싶지만 그럴 시간이 없군요.
12:39
(Laughter)
321
744000
2000
(웃음)
12:41
Here is the universe that we tell you about,
322
746000
2000
이것은 우리가 지금 말하는 우주와
12:43
versus the universe that really exists.
323
748000
2000
실제로 존재하는 우주를 보여주는
12:45
I just showed you this picture.
324
750000
2000
그림입니다.
12:47
The universe is expanding for the last 10 billion years or so.
325
752000
2000
우주는 약 지난 100 억년간 확장되고 있고
12:49
It's cooling off.
326
754000
2000
지금 냉각되고 있지요.
12:51
But we now know enough about the future of the universe
327
756000
2000
하지만 오늘의 과학은 우주의 미래에 대해
12:53
to say a lot more.
328
758000
2000
더 많은 예측을 할 수 있습니다.
12:55
If the dark energy remains around,
329
760000
2000
만약에 암흑에너지가 남아있으면
12:57
the stars around us will use up their nuclear fuel, they will stop burning.
330
762000
3000
우리 주위에 있는 별들은 핵 연료를 다 소진하고 핵반응이 중단되겠지요.
13:00
They will fall into black holes.
331
765000
2000
그러고는 블랙홀로 떨어질 것입니다.
13:02
We will live in a universe
332
767000
2000
그러면 우리는 블랙홀 밖에 없는
13:04
with nothing in it but black holes.
333
769000
2000
우주에서 살게 되겠지요.
13:06
That universe will last 10 to the 100 years --
334
771000
4000
그런 우주는 10의 100승 년 정도 지속될 것입니다 -
13:10
a lot longer than our little universe has lived.
335
775000
2000
즉, 지금까지의 우주의 역사보다 훨씬 더 긴 시간이지요.
13:12
The future is much longer than the past.
336
777000
2000
미래는 과거보다 훨씬 더 길겠지요.
13:14
But even black holes don't last forever.
337
779000
2000
그러나 블랙홀들도 영원히 지속되지는 않습니다.
13:16
They will evaporate,
338
781000
2000
블랙홀은 증발할 것이며
13:18
and we will be left with nothing but empty space.
339
783000
2000
그리고 아무것도 없고 빈 공간만 남아있을 것입니다.
13:20
That empty space lasts essentially forever.
340
785000
4000
그 빈 공간은 근본적으로 영원히 지속됩니다.
13:24
However, you notice, since empty space gives off radiation,
341
789000
3000
그러나 빈 공간은 방사선을 방출하기 때문에
13:27
there's actually thermal fluctuations,
342
792000
2000
사실은 열요동이 있고
13:29
and it cycles around
343
794000
2000
빈공간에서
13:31
all the different possible combinations
344
796000
2000
허용되는 모든 배합을
13:33
of the degrees of freedom that exist in empty space.
345
798000
3000
계속해서 하겠지요.
13:36
So even though the universe lasts forever,
346
801000
2000
그래서 우주가 영원히 지속하더라도
13:38
there's only a finite number of things
347
803000
2000
우주에 존재할 수 있는 것들은
13:40
that can possibly happen in the universe.
348
805000
2000
한정돼 있습니다.
13:42
They all happen over a period of time
349
807000
2000
이런일들은 모두 10의 10승의 120승년
13:44
equal to 10 to the 10 to the 120 years.
350
809000
3000
이라는 시간에 걸쳐 발생합니다.
13:47
So here's two questions for you.
351
812000
2000
이제 여러분께 2가지 질문을 드리지요.
13:49
Number one: If the universe lasts for 10 to the 10 to the 120 years,
352
814000
3000
첫째로 : 우주가 10의 10승의 120승 년 동안 지속된다면
13:52
why are we born
353
817000
2000
왜 우리는 빅뱅이 있은 직후라서
13:54
in the first 14 billion years of it,
354
819000
3000
따스한 잔광이 아직도 남아있는
13:57
in the warm, comfortable afterglow of the Big Bang?
355
822000
3000
첫 140억년 이라는 짧은 시간 동안에 태어났을까요?
14:00
Why aren't we in empty space?
356
825000
2000
우리는 왜 빈 공간에 있지 않을까요?
14:02
You might say, "Well there's nothing there to be living,"
357
827000
2000
어떤 사람은 "빈공간에는 살고 어쩌고 할 아무것도 없다 "라고
14:04
but that's not right.
358
829000
2000
말할 지 모르지만 그건 틀린 말이죠.
14:06
You could be a random fluctuation out of the nothingness.
359
831000
2000
왜냐면 임의의 요동으로 무에서 당신이 생길 수 있으니까요.
14:08
Why aren't you?
360
833000
2000
왜 당신은 빈공간에 살지 않죠?
14:10
More homework assignment for you.
361
835000
3000
이것도 여러분께 드리는 숙제입니다.
14:13
So like I said, I don't actually know the answer.
362
838000
2000
제가 말했듯이 저도 사실은 그 대답을 모릅니다.
14:15
I'm going to give you my favorite scenario.
363
840000
2000
그 대신 제가 좋아하는 시나리오를 말해드리지요.
14:17
Either it's just like that. There is no explanation.
364
842000
3000
첫번째는, 아무런 설명도 할 필요가 없이 그냥 그렇다는 것입니다.
14:20
This is a brute fact about the universe
365
845000
2000
이것이 우주에 대한 냉정한 사실이니까
14:22
that you should learn to accept and stop asking questions.
366
847000
3000
그냥 그렇다고 믿고 더 이상 묻지 말라는 것입니다.
14:26
Or maybe the Big Bang
367
851000
2000
두번째는, 빅뱅이 우주의
14:28
is not the beginning of the universe.
368
853000
2000
시작이 아니라는 것입니다.
14:30
An egg, an unbroken egg, is a low entropy configuration,
369
855000
3000
깨지지 않은 달걀은 엔트로피가 낮은 구성이지만
14:33
and yet, when we open our refrigerator,
370
858000
2000
우리는 냉장고 문을 열면서 "우리 냉장고
14:35
we do not go, "Hah, how surprising to find
371
860000
2000
안에 낮은 엔트로피가 있다니 참 놀랍구나"라고
14:37
this low entropy configuration in our refrigerator."
372
862000
2000
말하지 않지요.
14:39
That's because an egg is not a closed system;
373
864000
3000
그 이유는 달걀은 닫힌 시스템이 아니고
14:42
it comes out of a chicken.
374
867000
2000
닭에서 나왔기 때문이죠.
14:44
Maybe the universe comes out of a universal chicken.
375
869000
4000
어쩌면 우주는 우주닭에서 나왔을지도 모릅니다.
14:48
Maybe there is something that naturally,
376
873000
2000
어쩌면 물리법칙의 성장을 통해
14:50
through the growth of the laws of physics,
377
875000
3000
낮은 엔트로피 구성에서 자연스럽게 우리의
14:53
gives rise to universe like ours
378
878000
2000
우주 같은 것이 태어나게 되는
14:55
in low entropy configurations.
379
880000
2000
무엇인가가 있을지도 모릅니다.
14:57
If that's true, it would happen more than once;
380
882000
2000
그게 사실이라면 그런일은 한번 이상 일어날 것이며
14:59
we would be part of a much bigger multiverse.
381
884000
3000
우리는 훨씬 더 광대한 다중우주의 일부라는 결론이 내리겠지요.
15:02
That's my favorite scenario.
382
887000
2000
이게 제가 제일 좋아하는 시나리오입니다.
15:04
So the organizers asked me to end with a bold speculation.
383
889000
3000
주최자가 이 강의을 끝낼때 대담한 추측을 해달라고 부탁했지요.
15:07
My bold speculation
384
892000
2000
저의 대담한 추측은
15:09
is that I will be absolutely vindicated by history.
385
894000
3000
제가 옳다는 것은 앞으로 역사적으로 증명될 것이라는 것입니다.
15:12
And 50 years from now,
386
897000
2000
앞으로 50 년후에는 지금 제가 가지고 있는
15:14
all of my current wild ideas will be accepted as truths
387
899000
3000
뚱딴지 같은 모든 아이디어들을
15:17
by the scientific and external communities.
388
902000
3000
과학계와 대중이 믿게될 것입니다.
15:20
We will all believe that our little universe
389
905000
2000
모든 사람들이 우리의 작은 우주가 훨씬 더 큰
15:22
is just a small part of a much larger multiverse.
390
907000
3000
다중우주의 작은 한 부분이라고 믿게 되겠지요.
15:25
And even better, we will understand what happened at the Big Bang
391
910000
3000
그러나 그것보다도 더 좋은 것은 빅뱅에서 무슨 일이
15:28
in terms of a theory
392
913000
2000
일어 났는지를 이론적으로 이해하고 그것을
15:30
that we will be able to compare to observations.
393
915000
2000
관측결과와 비교할 수 있게 되는 것이겠지요.
15:32
This is a prediction. I might be wrong.
394
917000
2000
제 예측은 틀릴 수도 있습니다.
15:34
But we've been thinking as a human race
395
919000
2000
우리 인류는 고대 시절부터
15:36
about what the universe was like,
396
921000
2000
우주의 역사는 어떠했으며 또한 왜 그렇게
15:38
why it came to be in the way it did for many, many years.
397
923000
3000
우주가 생겼었는가를 생각해 왔지요.
15:41
It's exciting to think we may finally know the answer someday.
398
926000
3000
우리가 언젠가 이에 대한 답을 알게 될지 모른다는 것은 흥미진진합니다.
15:44
Thank you.
399
929000
2000
감사합니다.
15:46
(Applause)
400
931000
2000
(박수)
ABOUT THE SPEAKER
Sean M. Carroll - Physicist, cosmologistA 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.
Sean M. Carroll | Speaker | TED.com