플랑크 시대
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1. 개요
플랑크 시대는 양자역학과 상대성 이론을 통합하는 이론이 부재하여, 과학적 예측이 불가능한 플랑크 시간 이전의 시기를 의미한다. 양자 중력 이론의 부재로 인해 플랑크 시대의 물리학은 불분명하며, 끈 이론, 루프 양자 중력 이론, 비가환 기하학 등과 같은 통일 이론 후보 연구가 진행되고 있다. WMAP, IceCube, 플랑크 탐사선, 입자 가속기 실험 등을 통해 우주의 초기 모습을 연구하며, 특히 중이온 충돌형 가속기 실험을 통해 쿼크-글루온 플라즈마의 특성을 밝히는 등, 우주 마이크로파 배경 복사 관측, 중성미자 검출, 입자 가속기 실험 등을 통해 플랑크 시대에 대한 통찰을 얻으려는 노력이 이루어지고 있다.
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| 플랑크 시대 | |
|---|---|
| 플랑크 시대 정보 | |
 | |
| 해당 시점 이후 | 빅뱅 |
| 이전 | 알 수 없음 |
| 지속 시간 | 0에서 약 10^-43초 |
| 에너지 규모 | 플랑크 에너지 |
| 온도 | 플랑크 온도 |
| 지배적인 힘 | 모든 기본 힘이 통합되었을 것으로 추정 |
| 개요 | |
| 설명 | 초기 우주의 가장 초기 단계로, 현재의 물리 법칙으로는 설명할 수 없는 시기 |
| 주요 특징 | 중력, 전자기력, 강력, 약력 등의 기본 힘들이 하나의 힘으로 통합되어 있었을 것으로 추정 우주의 온도가 플랑크 온도 이상으로 매우 높았음 우주의 크기가 매우 작았음 (플랑크 길이 정도) |
| 이론적 배경 | 양자 중력 이론의 필요성 우주론과 입자물리학의 연관성 |
| 참고 | |
| 관련 개념 | 플랑크 상수 플랑크 길이 플랑크 질량 플랑크 입자 |
| 관련 문서 | |
| 관련 문서 | 빅뱅 시간의 역사 |
2. 이론적 아이디어
현재 양자역학과 상대성 이론의 중력을 통합하는, 널리 합의된 이론은 존재하지 않는다. 플랑크 시간보다 짧은 시간, 플랑크 길이(플랑크 시간에 빛이 진행하는 거리, 약 1.616x)보다 짧은 거리에 대해서는, 과학은 아무것도 예측할 수 없다. 양자 중력 이론의 이해 없이는, 플랑크 시대의 물리학은 불명확하며, 기본 상호작용이 어떻게 통일되는지 그리고 어떻게 분리되었는지도 알 수 없다. 4가지 중 3가지 힘은 이미 통합하는 이론이 완성되었지만, 중력만 남아있다. 양자 효과를 무시하면, 우주는 무한대의 밀도를 가진 중력 특이점으로부터 출발하지만, 이 결론은 양자 중력을 고려하면 달라진다. 끈 이론이나 루프 양자 중력 이론은 통일 이론의 후보이지만, 비가환 기하학 등에서의 연구나 다른 분야에서의 연구도 우주의 초기 모습의 이해에 도움이 되고 있다.
2. 1. 양자 중력 이론의 필요성
현재, 양자역학과 상대성 이론의 중력을 통합하는, 널리 합의된 이론은 존재하지 않는다. 플랑크 시간보다 짧은 시간, 플랑크 길이(플랑크 시간에 빛이 진행하는 거리, 약 1.616×10-35m)보다 짧은 거리에 대해서는, 과학은 아무것도 예측할 수 없다. 양자역학과 상대론적 중력을 통합한 양자 중력 이론의 이해 없이는, 플랑크 시대의 물리학은 불명확하며, 기본 상호작용이 어떻게 통일되는지 그리고 어떻게 분리되었는지도 알 수 없다. 4가지 중 3가지 힘은 이미 통합하는 이론이 완성되었지만, 중력만 남아있다. 가령 양자 효과를 무시하면, 우주는 무한대의 밀도를 가진 중력 특이점으로부터 출발하지만, 이 결론은 양자 중력을 고려하면 달라진다. 끈 이론이나 루프 양자 중력 이론은 통일 이론의 후보이지만, 비가환 기하학 등에서의 연구나 다른 분야에서의 연구도 우주의 초기 모습의 이해에 도움이 되고 있다.2. 2. 통일 이론의 후보
현재, 양자역학과 상대성 이론의 중력을 통합하는, 널리 합의된 이론은 존재하지 않는다. 플랑크 시간보다 짧은 시간, 플랑크 길이(플랑크 시간에 빛이 진행하는 거리, 약 1.616×10-35m)보다 짧은 거리에 대해서는, 과학은 아무것도 예측할 수 없다. 양자역학과 상대론적 중력을 통합한 양자 중력 이론의 이해 없이는, 플랑크 시대의 물리학은 불명확하며, 기본 상호작용이 어떻게 통일되는지 그리고 어떻게 분리되었는지도 알 수 없다. 4가지 중 3가지 힘은 이미 통합하는 이론이 완성되었지만, 중력만 남아있다. 가령 양자 효과를 무시하면, 우주는 무한대의 밀도를 가진 중력 특이점으로부터 출발하지만, 이 결론은, 양자 중력을 고려하면 달라진다. 끈 이론이나 루프 양자 중력 이론은 통일 이론의 후보이지만, 비가환 기하학 등에서의 연구나 다른 분야에서의 연구도 우주의 초기 모습의 이해에 도움이 되고 있다.3. 실험 및 관측
이 시대의 빛에 관한 실험 결과는 얻어지지 않았지만, WMAP 탐사선을 통해 최초의 1조 분의 1초에 대한 가설을 검증할 수 있게 되었다. 이 시간은 아직 플랑크 시간과는 거리가 멀다. IceCube의 중성미자 검출기 및 플랑크 탐사선의 데이터를 통해 플랑크 시간에 대한 통찰을 얻을 수 있다. 가속기 역시 에너지 밀도를 빅뱅 직후의 상태에 가깝게 함으로써 우주의 초기 모습을 통찰하기 위한 좋은 데이터를 제공한다. 중이온 충돌형 가속기를 사용한 실험에서는 물질의 초기 상태인 쿼크-글루온 플라즈마가 기체보다 액체에 가까운 거동을 보인다는 것이 밝혀졌다. 유럽 입자 물리 연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기를 이용한 실험에서는 조금 더 이전의 물질 상태를 알 수 있었지만, 플랑크 시간의 물질 상태를 재현하는 가속기는 현재로서는 계획되어 있지 않다. 그러나 물질의 상태를 알면 알수록, 우주의 관측이나 기타 데이터가 무엇을 나타내는지 더욱 정확하게 알 수 있게 된다.
3. 1. 우주 마이크로파 배경 복사 관측
이 시대의 빛에 관한 실험 결과는 얻어지지 않았지만, WMAP 탐사선을 통해 최초의 1조 분의 1초에 대한 가설을 검증할 수 있게 되었다. 이 시간은 아직 플랑크 시간과는 거리가 멀지만, IceCube의 중성미자 검출기 및 플랑크 탐사선의 데이터를 통해 플랑크 시간에 대한 통찰을 얻을 수 있다. 가속기 역시 에너지 밀도를 빅뱅 직후의 상태에 가깝게 함으로써 우주의 초기 모습을 통찰하기 위한 좋은 데이터를 제공한다. 중이온 충돌형 가속기를 사용한 실험에서는 물질의 초기 상태인 쿼크-글루온 플라즈마가 기체보다 액체에 가까운 거동을 보인다는 것이 밝혀졌다. 유럽 입자 물리 연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기를 이용한 실험에서는 조금 더 이전의 물질 상태를 알 수 있었지만, 플랑크 시간의 물질 상태를 재현하는 가속기는 현재로서는 계획되어 있지 않다. 그러나 물질의 상태를 알면 알수록, 우주의 관측이나 기타 데이터가 무엇을 나타내는지 더욱 정확하게 알 수 있게 된다.3. 2. 중성미자 검출
이 시대의 빛에 관한 실험 결과는 얻어지지 않았지만, WMAP의 탐사선을 통해 최초의 1조 분의 1초에 대한 가설을 검증할 수 있게 되었다. 이 시간은 아직 플랑크 시간과는 거리가 멀지만, IceCube의 중성미자 검출기 및 플랑크 탐사선의 데이터를 통해 플랑크 시간에 대한 통찰을 얻을 수 있다.3. 3. 입자 가속기 실험
WMAP의 탐사선을 통해 최초의 1조 분의 1초에 대한 가설을 검증할 수 있게 되었지만, 이 시대의 빛에 관한 실험 결과는 얻어지지 않았다. 이 시간은 아직 플랑크 시간과는 거리가 멀지만, IceCube의 중성미자 검출기 및 플랑크 탐사선의 데이터를 통해 플랑크 시간에 대한 통찰을 얻을 수 있다. 가속기 역시 에너지 밀도를 빅뱅 직후의 상태에 가깝게 함으로써 우주의 초기 모습을 통찰하기 위한 좋은 데이터를 제공한다.3. 3. 1. 쿼크-글루온 플라즈마
중이온 충돌형 가속기를 사용한 실험에서 물질의 초기 상태인 쿼크-글루온 플라즈마가 기체보다 액체에 가까운 거동을 보인다는 것이 밝혀졌다. 유럽 입자 물리 연구소(CERN)의 대형 강입자 충돌기 실험을 통해 조금 더 이전의 물질 상태를 알 수 있었지만, 플랑크 시간의 물질 상태를 재현하는 가속기는 현재로서는 계획되어 있지 않다. 그러나 물질의 상태를 더 잘 알수록, 우주의 관측이나 기타 데이터가 무엇을 나타내는지 더욱 정확하게 알 수 있게 된다.4. 한국의 관련 연구
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