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| 고차원 공간은 존재할까? |
 백도원 | 천안성정중학교 1학년 |
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점, 선, 면, 입체도형은 각각 몇 차원일까? 각각 0,1,2,3차원으로 대부분이 차원에 대해서는 이 정도만 알고 있다. 나 또한 차원에 대해서는 이 정도밖에 알지 못했고, 차원을 어떻게 정의하는지, 고차원 공간이 존재하는지 등에 대해서는 잘 알지 못했다. '차원이란 무엇인가?'라는 책을 읽음으로써, 차원의 정확한 정의, 고차원 공간의 존재성과 관련된 연구 등에 대해 알게 되었고, '평행 우주', '초끈 이론' 등이 이 차원과 관련되어 있다는 것을 알게 되었으며, 이 분야에 대해 조금이나마 더 알게 되었다.
우선, 차원의 정의에 대해 알게 되었다. 차원이란 '한 점의 위치를 정하기 위해 필요한 수치의 개수'로 정의한다고 한다. 그래서, 평면 상에서는 좌표 평면을 생각했을 때, x, y좌표, 두 개의 값을 알면 그 점의 위치를 정할 수 있으므로 평면을 2차원이라고 하는 것이었다. 그리고, 시간을 '제 4의 차원'이라고는 하지만 공간과 대등하게 다룰 수는 없다는 것을 알게 되었다. 시간 역시, 차원의 정의대로 생각해보면 1차원임을 알 수 있다. 또한, 소수 차원의 존재성에 대해서 알게 되었다. 그런데, 이 소수 차원은 프랙탈의 경우만 존재한다고 한다. 프랙탈의 경우, 하우스도르프가 차원을 새롭게 정의했는데, 도형을 확대한 비율과 늘어난 도형의 넓이를 이용하여 차원을 계산하는 것이었다.
그리고, '상대성 이론'에 대하여 간단히 알게 되었다. 우선, '상대성 이론'에서는 '광속도 불변의 원리'가 기본이 된다고 한다. 그리고, 시간과 공간을 합쳐서 4차원 시공이라고 표현했을 때, 이것을 평면 상에 표현하기 위해 3차원 공간을 2차원으로 표현한 후, 그와 수직인 시간 축을 설정해 '시공 다이어그램'으로 사용한다고 한다. 그리고, 중력이 4차원 시공의 휘어짐으로 생긴다는 것을 알게 되었으며, 물리학 분야에서 아직 연구 중인 것이 중력, 강한 핵력, 약한 핵력, 전자기력 4가지 힘의 통일이라고 한다. 현재까지는 중력을 제외한 3가지 힘의 통일만이 이론으로 발표되었다고 한다. 그리고, 4차원 초입체에 대한 내용이 나왔다. '정육면체 8개로 이루어진 전개도를 이용하면 4차원 초입방체를 만들 수 있다'는 내용이 책에 나오는데, 이런 부분은 이해하기 어려웠고, 과연 가능할지 의문이 들기도 하였다.
마지막으로, 초끈 이론과 평행 우주에 대한 내용을 알게 되었다. 초끈 이론은 입자들을 0차원의 점이 아닌 1차원의 끈으로 생각하는 이론으로, 이 이론에 모순이 생기지 않으려면 10차원의 시공이 필요하다고 한다. 그리고, 초끈 이론이 더욱 발전함에 따라 브레인(평행 우주)를 우주의 기본 요소라고 생각하게 되었다고 한다. 그리고, CERN(유럽원자핵공동연구소)의 'LHC'가 세계 최대의 원형 가속기로 소립자 물리학과 관련된 실험을 진행하고 있다는 것도 알게 되었다.
이 책을 읽으면서 차원에 대한 새로운 내용들을 많이 알게 되었다. 그리고, 내 장래희망이 양자물리학자인데, 이런 차원이 초끈 이론 등과 같은 입자물리학 분야에 관련이 있다는 것을 알게 되었고, 초끈 이론에서 입자들을 1차원의 끈으로 생각하는 것은 모순이 되지 않는지 궁금하기도 하였다. 그리고, CERN에 있는 'LHC'가 양성자를 광속의 99.9999991%까지 가속시킬 수 있다는 점에서 'LHC'의 성능이 정말 대단한 것 같다는 생각이 들었다. 그리고, 이 실험기구로 발견되지 않은 입자를 어떻게 발견해 내는지도 궁금하였다. 뿐만 아니라, 차원이 다르다고 만유인력의 법칙과 같은 물리 법칙들이 왜 바뀌는지도 궁금하였다. 아직 '차원', '초끈 이론', '평행 우주', '상대성 이론' 등과 같은 개념들을 완벽히 이해하지 못했다. 아마 이 개념들을 완벽히 이해하는 것은 쉬운 일이 아닐 것이다. 그래도, 이러한 개념들에 대해 조금이나마 알게 되었다. 그리고, 책의 마지막 부분에 랜덜 교수와의 인터뷰 내용이 나왔는데, 이 부분을 읽으면서 차원에 대해 더 심화된 내용들, 현재 이 분야에서 연구되고 있는 내용들에 대해서 알게 되었다. 앞으로도, 양자물리학자라는 내 장래희망을 이루기 위해 평소 공부도 열심히 하고 물리학 분야에서 현재 연구가 되고 있는 분야가 무엇인지도 알아보며 꾸준히 노력할 것이다. 노력한 만큼, 목표가 이루어진다는 사실을 기억하며, 꾸준히 내 목표를 이루기 위해 노력할 것이다. |
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