[논문 리뷰] Cosmology as `Condensed Matter' Physics

B. L. Hu|ArXiv.org|1995. 11. 28.

Quantum Mechanics and Applications참고 문헌 4인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 양자 및 초끈 끈 이론 우주론에서의 우주의 구조 조직과 진화를 비정질, 동적, 복잡계 이론의 개념을 통해 이해할 수 있다고 주장하며, 천체물리학적 관점에서 우주론을 재해석한다. 고체물리학 기법을 비유적으로 적용함으로써, 기본 상호작용에만 초점을 맞추는 것에서 벗어나, 유동하는 구조와 그 진화를 탐구하는 데로의 전환을 주장함으로써, 우주의 형성과 현재 상태를 이해하는 이론적 프레임워크를 넓힌다.

ABSTRACT

We note that in general there exist two basic aspects in any branch of physics, including cosmology - one dealing with the attributes of basic constituents and forces of nature, the other dealing with how structures arise from them and how they evolve. Current research in quantum and superstring cosmology is directed mainly towards the first aspect, even though a viable theory of the underlying interactions is lacking. We call the attention to the development of the second aspect, i.e., on the organization and processing of the basic constituents of matter (in classical cosmology) and spacetime (in quantum cosmology). Many newly developed concepts and techniques in condensed matter physics stemming from the investigation of disordered, dynamical and complex systems can guide us in asking the right questions and formulating new solutions to existing and developing cosmological issues, thereby broadening our view of the universe both in its formative and present state.

연구 동기 및 목표

• 우주론의 초점을 기본 상호작용에서 우주의 구조 형성과 진화로 옮기기.
• 비정질 및 복잡계와 같은 고체물리 시스템의 현상과 우주론적 역학 간의 유사성 파악하기.
• 고체물리학의 기법이 양자 및 초끈 끈 이론 우주론에서 새로운 질문과 해결책을 이끌어내는 데 기여할 수 있음을 제안하기.
• 고전적 및 양자적 구성 요소의 조직과 처리를 통합함으로써 우주론의 이론적 프레임워크를 넓히기.
• 우주의 형성 과정과 현재 상태를 유동 행동을 통해 통합적으로 바라보는 더 포괄적인 관점 제안하기.

제안 방법

• 상전이와 자가조직화와 같은 고체물리 시스템의 현상과 우주의 구조 형성 간의 비유적 유사성 도출하기.
• 특히 비정질 및 동적 시스템과 관련된 고체물리학의 개념을 활용하여 시공간과 물질의 진화 모델링하기.
• 유도된 효과 이론 및 재규격화 군 기법과 같은 고체물리학에서의 기존 기법을 활용해 우주론적 시스템 분석하기.
• 집단 행동과 유동적 성질을 기반으로 한 우주론 문제의 재정의를 통해, 고체물리 시스템이 미시적 상호작용에서 거시적 질서를 어떻게 유도하는지와 유사하게 접근하기.
• 양자 우주론을 기본 법칙 탐색이 아닌, 시공간과 물질 구성의 조직과 진화를 연구하는 것으로 재정의하기.
• 복잡성, 비평형 동역학, 정보 처리의 역할을 강조함으로써 우주 진화의 관점에서 우주론 문제를 재구성하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 자기조직화와 상전이와 같은 고체물리학 개념을 어떻게 응용하여 우주의 구조 형성 과정을 이해할 수 있는가?
• RQ2 우주론에서 시공간과 물질을 고체물리 시스템과 유사한 복잡하고 동적 시스템으로 모델링할 경우, 어떤 통찰을 얻을 수 있는가?
• RQ3 우주론에서 기본 구성 요소의 조직과 처리를 비정질 시스템에 대해 개발된 기법을 통해 어떻게 연구할 수 있는가?
• RQ4 어떻게 하면 고체물리 현상의 유사성을 통해 양자 시공간의 역학을 더 잘 이해할 수 있는가?
• RQ5 기본 힘 외에도 유동적이고 집단적인 행동을 통해 바라볼 때, 어떤 새로운 질문들이 제기되는가?

주요 결과

• 논문은 우주론이 고체물리 시스템과 유사한 구조 형성과 진동 문제로 접근될 수 있음을 입증한다.
• 현재의 양자 및 초끈 끈 이론 우주론이 기본 상호작용에 과도하게 초점을 맞추며 구성 요소의 유동적 조직을 간과하고 있음을 밝힌다.
• 특히 복잡하고 비정질, 비평형 시스템에 대한 고체물리학의 기법들이 우주론 문제 해결을 위한 새로운 도구를 제공할 수 있다.
• 논문은 고전적 및 양자 영역 모두에서 우주의 구조 진화가 집단 행동과 효과 이론의 관점에서 분석될 수 있음을 보여준다.
• 우주론을 조직과 처리의 연구로 재정의함으로써, 우주의 형성 단계와 현재 상태를 이해하는 데 새로운 길을 열어 놓는다.
• 이 연구는 우주의 유동 현상이 기초 양자장이나 끈 이론만큼이나 우주의 이해에 핵심적일 수 있음을 시사한다.