HHH의 천문학 이야기

인플레이션 이전의 ‘거품 우주’ 개념과 정보 공간의 전(前) 구조적 성격우리가 알고 있는 시공간은 인플레이션 시기 이후의 팽창된 시공간 구조를 바탕으로 기술되지만, 인플레이션 이전의 우주는 고전적인 시공간 개념 자체가 적용되지 않는 ‘전시공적(pre-spacetime)’ 상태, 즉 양자 중력 영역에 속한다. 이 영역에서 우주는 다수의 거품(bubbles), 또는 파동함수의 국소적인 진동 모드로 존재하며, 각각의 거품은 하나의 ‘준우주(proto-universe)’로 간주될 수 있다. 이들 거품은 Planck 스케일의 극미한 크기에서 중첩 상태에 있으며, 상호 얽힘(entanglement) 및 터널링을 통해 상호작용한다. 핵심적인 질문은 여기서 ‘정보’가 어떻게 정의되고, 생성되며, 거품 간에 어떻게 ‘전..

천문학 2025. 8. 9. 13:09

시간비대칭성의 우주적 기원: 열역학 법칙을 넘어서시간의 방향성, 즉 ‘시간의 화살(arrow of time)’은 물리학의 핵심적인 미스터리 중 하나로 간주된다. 대부분의 근본 물리법칙(예: 고전역학, 전자기학, 양자역학의 슈뢰딩거 방정식)은 시간 반전을 허용하지만, 현실 세계에서의 현상들은 명확한 시간비대칭성을 지닌다. 특히 열역학 제2법칙은 고립된 계에서 엔트로피가 증가한다는 점에서 비가역적이며, 시간의 비대칭성을 정의하는 핵심 원리로 여겨진다. 그러나 이 법칙 자체는 초기 조건에 의해 결정된 것이다. 초기 우주, 즉 인플레이션 직후의 상태가 극도로 낮은 엔트로피 상태였다는 점이야말로, 전체 우주에 시간의 비대칭성을 부여하는 열쇠다. 여기서 중요한 물음이 제기된다. 왜 우주는 극도로 낮은 엔트로피 상..

천문학 2025. 8. 9. 11:02

다차원 시공간과 진동 모드의 이론적 정합성현대 이론물리학에서 제안되는 대부분의 통일 이론은 우리가 인식하는 4차원 시공간 너머의 고차원 존재를 전제로 한다. 특히, 초끈이론이나 M-이론과 같은 다차원 이론은 시공간이 최대 10차원 또는 11차원으로 구성되어 있으며, 이 중 대부분은 인간이 직접 감지할 수 없는 축소된(extra compactified) 상태에 있다는 가정을 기반으로 한다. 이러한 고차원 시공간은 단순히 수학적 가능성에 머무르지 않고, 특정한 방식으로 진동하거나 구조화되어 물리적 실재로 기능할 수 있다. 다차원 시공간의 축소된 차원에서 발생하는 진동 모드는 흔히 칼루차-클라인(Kaluza-Klein) 모드로 불리며, 이들은 각 차원의 기하학적 특성과 경계 조건에 따라 고유한 질량, 에너지..

천문학 2025. 8. 9. 09:10

우주의 종말과 ‘정보 붕괴’라는 개념적 전환우주의 종말에 대한 기존의 논의들은 주로 물리적 종말 유형(열적 사망, 대붕괴, 대열사 등)에 집중되어 있다. 그러나 최근 이론물리학과 정보론 사이의 융합 연구에서는 "우주의 궁극적 종말은 에너지나 물질의 소멸이 아니라, 정보의 재구성이 더 이상 불가능해지는 시점"이라는 해석이 제안된다. 즉, 우주의 종말을 단순히 엔트로피 증가로만 보는 것이 아니라, 정보 처리 및 복구 능력의 한계점을 중심으로 접근하는 것이다. 이는 물리학의 가장 근본적인 대칭성과 보존법칙이 '정보'라는 구조를 통해 해석될 수 있다는 관점에서 비롯된다.예컨대 블랙홀 정보 역설(Black Hole Information Paradox)을 비롯한 양자정보 이론에서는 ‘사라진 것처럼 보이는 정보’가 ..

천문학 2025. 8. 9. 07:47

플랑크 시간대의 양자 얽힘과 시공간 씨앗의 비국소성우주의 시초를 논할 때, 일반적으로는 플랑크 시간대(약 10^-43초 후)를 기준으로 시간과 공간이 정의되기 시작했다고 본다. 이 극초기 상태는 중력, 양자역학, 열역학이 아직 통합되지 않은 불완전한 해석 영역에 해당하지만, 여러 양자중력 이론—특히 루프 양자 중력과 끈 이론의 다중 시공간 해석—에서는 초기 우주 전체가 강하게 얽힌 양자 상태로 시작했을 가능성을 제기한다. 이때의 ‘얽힘’은 단지 입자 수준의 상관관계를 의미하는 것이 아니라, 시공간 자체의 기본 단위들—예컨대 정칙 격자 위의 면적·부피 연산자—가 얽혀 있는 상태, 즉 기하적 얽힘(geometric entanglement)을 포함한다.이러한 얽힘은 통계역학적으로 완전한 균일성을 보장하지 않으..

천문학 2025. 8. 9. 05:56

중성자별과 중성미자: 극한 상태에서의 정보론적 상호작용의 단서중성자별은 초신성 폭발 이후에 남는 극도로 조밀한 천체로, 주로 중성자로 이루어져 있으며 반경은 약 10km 내외, 밀도는 원자핵 밀도에 필적한다. 이처럼 극한의 상태에서는 전자기파는 내부에서 탈출하기 어렵고, 중력적으로도 고립되어 있기 때문에 외부와의 통신이나 정보 교환은 거의 불가능하다고 여겨져 왔다. 그러나 중성자별 내부에서는 중성미자가 주요한 열 및 입자 흐름의 매개체로 작용하며, 중성미자는 수많은 천체물리학적 환경에서도 거의 상호작용하지 않고 수십 광년을 자유롭게 통과할 수 있는 특수한 성질을 지닌다.이러한 특성으로 인해 중성미자는 오래전부터 별 내부 물리학을 연구하는 도구로 주목받았으나, 본 논의에서는 한 걸음 더 나아가 서로 고립된..

천문학 2025. 8. 9. 03:42

우주 필라멘트의 전자기장 형성과 전류 불균형우주 필라멘트는 은하, 은하단, 초은하단을 잇는 거대한 구조적 가교로, 수천만 광년 이상의 길이를 갖는 저밀도 물질 흐름의 ‘우주적 혈관’에 해당한다. 이 구조는 단지 중력적 연결망이 아닌, 복합적인 전자기적 흐름과 자기장 배열을 포함하는 동역학적 장으로 구성되어 있다. 최근 다차원 MHD(자기유체역학) 시뮬레이션과 극초단파 및 극저주파 배경 복사 분석은 필라멘트 내부에 자기장 구배(magnetic field gradient)와 그로 인해 유도되는 전류 비대칭(current anisotropy)이 존재함을 암시한다.이러한 전자기 구조는 초기 우주에서 기원한 원시 자기장의 비등방적 팽창, 그리고 암흑물질 필라멘트의 고유 비대칭성과 결합하면서 생긴다. 특히 두 개 ..

천문학 2025. 8. 9. 01:31

우주 재결합 이전 플라즈마 난류의 비선형 구조와 위상 장 형성의 단서우주 초기, 대략 우주 나이 10⁻⁶초에서 10⁴년 사이의 시기는 고온의 플라즈마 상태가 우주 전체를 지배하던 시기였다. 이 시기의 물질은 전자, 양성자, 광자 등이 끊임없이 산란하고 상호작용하는 광-중입자 유체의 성질을 띠며, 자유 행진(free-streaming)보다는 복잡한 집단적 흐름과 파동 현상이 중요한 역할을 하게 된다. 특히 이 시기에는 전자기장, 중력장, 약한 비등방성의 우주팽창이 얽혀 있어, 플라즈마의 운동은 비선형적 난류 흐름(non-linear turbulent flow)을 유도하게 된다.전통적인 우주론 모델에서는 이러한 난류를 평균적으로 소멸시켜가며 결국 밀도 요동만이 은하 형성의 시드로 남는다고 간주한다. 그러나 ..

천문학 2025. 8. 8. 23:49