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1. 서막
물리학에서 가장 중요한 몇가지 법칙이 있는데
한번쯤 들어봤을 질량보존의 법칙, 에너지 보존 법칙, 운동량 보존의 법칙 등등이 그것이야.
그중 끝팥왕은 에너지 보존 법칙인데
에너지 보존 법칙은 우주의 에너지 총량은 항상 보존된다는 법칙이지.
아인슨타인의 E=mc^2와 더불어 질량-에너지 보존 법칙이라고도 불려 ㅎㅎ
에盧지 보존 법칙은 이처럼 노짱의 운지현상을 해석하는데 도움을 주지
부엉바위 꼭대기의 위치에너지가 노짱이 지면과 접하는 순간 운동 에너지로 바뀐거야 ㅎㅎ
둘째로 실생활에서 자주 접하는게 운동량 보존 법칙인데,
당구가 대표적인 예야
한 공이 움직여서 다른 공을 치면 딱! 하고 맞은 공이 움직이게 되는거지 ㅎㅎ
위 영상이 운동량 보존의 대표적인 영상이야 신박히지
지금까지 정리하자면 이토록 우주에서는 특정한 물리량이 보존되고 있어!
2. 본론
이제부터가 본론이야
그렇다면 이러한 물리량들은 왜 보존되는 것일까?
과학자들은 정말 궁금했어
중요한 우주의 물리량들이 보존되는 이유를 탐구한 결과 결국 매우 의미있는 정리를 발견하게 되지
바로 '뇌터의 정리'야
뇌터의 정리는
"우주의 대칭성에는 그에 대응되는 하나의 보존량이 따른다." 라는 매우 중요한 법칙이야
무슨 골까는 소릴까?
쉽게 말해서
어떤 물리량이 보존된다는 말은, 우주가 어떤 대칭성을 가진다는 것과 동치야
예를 들어 볼께
과학자들은 우주가 시간에 대해 대칭적이라고 대전제를 까는 가정을해
그 말은 지금 시각을 0초(기준)로 하고 우주를 기술하는 것과
앞으로 5분 후를 0초(기준)을 하고 우주를 기술하는 것이 달라서는 안된다는 뜻이야
쉽게말해서 지금 기준으로 열심히 계산해보니 10분후에 노짱이 시장에 있다 해가 구해졌다고 하자
이러한 결과는 앞으로 5분후를 기준으로 보는 시간 세상에서 그 기준에서 열심히 계산해보면
그 기준시로 5분후에 역시 노짱은 시장에 있어야 한다는 거야
매우 단순하지?
뇌터는
바로 우주가 이런 시간 대칭성을 가진다면, 결과적으로 이는 우주 전체의 에너지 보존이 되게 된다는걸 수학적으로 증명을 해냈어
우주가 시간 대칭적일것이라는 매우 그럴듯한 가정(공리)과 별로 연관성이 없어 보이던
에너지 보존이라는 물리법칙이 시사하는 바가 같다는 점이 매우 놀랍지
비단 에너지 보존 뿐만 아니야
운동량 보존의 법칙은 -> 우주의 (데카르트)좌표 대칭성의 결과이며
각운동량 보존의 법칙은 -> 우주의 회전좌표계 대칭성의 결과였던 것을 딱! 하고 증명을 해버려
즉, 우주의 기준을 지금 일게이가 있는 지점으로 잡고 물리법칙을 통해 우주를 예측한 결과나
봉하마을 기준으로 우주를 예측한 결과가 서로 같다(엄밀히는 좌표 값은 다르지만, 이 좌표를 변환해주면 같다는 뜻이야)는
매우 당연한 공리(가정)이 필연적으로 운동량 보존을 보장해 주는거야
더 나아가
지금 일게이 기준에서 시계 방향을 기준으로 우주를 기술하나
반시계방향으로 우주를 기술하나 결과는 같다는 회전좌표계 대칭성이
우주의 각운동량 보존 법칙을 보장해주는 거야!!
3. 결론
매우 신기한 일이지
누가 어디를 기준으로 잡고 우주를 설명하더라도
우주에서 일어나는 일은 본질적으로 같을 거라는 직관(공리)에서
우주에서 일어나는 일은 본질적으로 같을 거라는 직관(공리)에서
(만약 안그러면 물리학자들이 단체 운지하겠지? 기준을 어디에 잡냐에 따라 어떤 물체의 위치 예측이 다 달라진다면 말이야 ㅎㅎ)
우주의 대칭성이라는 대 전제가 세워지고
이와 전~혀 무관해 보이는 물리량들이 보존되는 이유가 바로 이런 대칭성 때문이란 것은 정말 신비한 일이야
3줄요약
1.뇌터의 정리가 있다
2. 뇌터의 정리는 왜 우주의 여러 물리량이 보존되는지를 설명해준다
3. 우주의 아름다운 대칭성과 여러 물리법칙의 연관성을 이어주는 매우 신비로운 법칙이다
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