[ Huw Price (2004). On the Origins of the Arrow of Time: Why there is still a puzzle about the low-entropy past. In C. Hitchcock (Ed.), Contemporary Debates in the Philosophy of Science, pp. 219–239. Oxford: Blackwell. ]
11.1 The Most Underrated Discovery in the History of Physics?
11.2 PTB in the Age of Steam
11.3 How many Asymmetries do we Need?
11.3.1 The two-asymmetry approach
11.3.2 The one-asymmetry approach
11.4 Did it all Happen by Accident?
11.5 The Monkey Wrench
11.6 Initial Smoothness
11.7 Should Cosmologists be Trying to Explain Initial Smoothness?
11.8 What’s Special about Initial Conditions?
11.9 The Just Good Luck Objection
11.10 The Only One Universe Objection
11.10.1 Not necessarily unique
11.10.2 Even one case provides generality
11.10.3 Even unique things get explained
11.11 What Might Explanations Look Like?
11.11.1 The appeal to inflation
11.11.2 The anthropic strategy
11.11.3 Penrose’s Weyl hypothesis
11.12 Conclusion
11.1 The Most Underrated Discovery in the History of Physics?
p. 219
물리 법칙은 과거나 미래나 구분이 없다.
그러나 비가역적이라고 함.
그렇게 퍼즐이 나옴. 세계에 대한 시간 편향(Temporal Bias)이 퍼진 근원은 무엇인가?
시간 편향의 퍼즐(Puzzle of Temporal Bias), (줄여서 PTB)
pp. 219-220
우주의 초기 조건을 설명하지 않아도 된다는 철학적 견해의
두 가지 결과
첫 번째는 사람들이 우주의 초기 역사에 관한 놀라운 것을 말할 때 그러한 작업이 한 것을 낮게 평가하는 것
두 번째는 사람들이 현대 우주론이 초기 우주를 밝혀야 하는지를 중요하지 않은 것으로 생각한다는 점.
p. 220
프라이스의 논변
옛 철학적 견해는 실수다. 우리는 우주의 초기 상태를 설명하는 계획에 관심을 가져야 한다.
퍼즐을 풀기 위해 우선 19세기로
11.2 PTB in the Age of Steam
19세기
엔트로피
열역학 제2법칙
볼츠만의 대응
11.3 How many Asymmetries do we Need?
p. 222
우리에게 얼마나 많은 비대칭들이 필요하느냐는 질문
비대칭 한 개만 있으면 된다는 견해와 두 개가 있어야 한다는 견해
11.3.1 The two-asymmetry approach
p. 222
제2법칙은 확률적
H-정리는 어떻게 비대칭성을 얻는가?
pp. 222-223
제2법칙에 대한 또 다른 인과적 접근
하나는 개입주의
다른 하나는 양자 이론의 확장에서 제안된 확률붕괴 메커니즘
p. 223
이러한 인과적 접근들은 두 가지 시간 비대칭을 요구함.
엔트로피가 줄어들지 않을 것이라는 이러한 인과적 메커니즘은 그 자체로 우리가 보는 결과물을 산출하지 않기 때문.
...
불츠만의 새로운 접근은 한 가지 시간 비대칭만 있다는 것
그것은 낮은 엔트로피 경계 조건(low-entropy boundary condition)
11.3.2 The one-asymmetry approach
p. 223
p. 224
두-비대칭 접근은 심각한 문제에 직면함.
11.4 Did it all Happen by Accident?
11.5 The Monkey Wrench
p. 226
문제는 볼츠만의 엔트로피와 확률의 연결에서 유래함.
11.6 Initial Smoothness
p. 227
관찰된 열역학적 현상의 시간 비대칭성을 설명하기 위해 어떤 경계 조건이 필요한가?
이 질문에 깔끔한 답변을 기대할 근거는 없다.
낮은 엔트로피는 사용가능한 형태의 에너지의 집중을 요구함.
과거 어떤 시점에 사용가능한 에너지가 축적되는 방법은 셀 수 없이 많음.
그런데 단일한 조건이 트릭을 부리는 것으로 보임.
모든 관찰된 질서는 빅뱅 이후 우주의 단일한 성격(a single characteristc)에 귀속되는 것 같음.
pp. 227-228
결정적인 것은 빅뱅 이후 약 10만 년 정도 우주의 물질이 극도로 매끄럽게(extremely smoothly) 분포되었다는 것.
그것이 엔트로피가 낮은 상태라는 것은 풀기 어려운 것으로 보임.
넓게 분포된 무질서한 물질은 동질적이지 않은가?
그러나 그것은 모두 힘에 의존함.
보통 기체가 퍼지는 경향이 있는 것은 지배적인 힘(압력)이 있어서임.
(중력 같은) 인력의 지배를 받는 계에서 물질의 분포는 매우 불안정함.
그러한 물질의 자연스러운 움직임은 뭉치는 것.
예) 나뭇잎 위에 있는 물의 표면장력(surface tension)
p. 228
과거에서 미래로 가는 방향에 대하여, 과거와 미래 사이에 객관적인 구분이 없다는 것에 동의하지 않을 이유가 없다는 것
p. 228
프라이스는 초기 우주의 이러한 특징에 관한 주목할만한 것 두 가지가 있다고 강조함.
하나는 중력을 가진 물질(gravitating matter)이 어떻게 움직이는지에 관한 이론에 따르면 거의 일어나지 않을 법한데 어쨌든 일어났다는 것
(펜로즈)
다른 것은 우리가 우주에서 찾은 낮은 엔트로피 계의 방대한 범위를 설명하는 이상한 필요조건(?)
...
가장 중요한 메커니즘은 별과 은하의 형성
smoothness는 은하와 별 형성, 가장 비-가역적 현상의 필요조건
p. 228
프라이스는 낮은 엔트로피의 우주론적 기원에 관한 발견이 20세기 후반 물리학의 가장 중요한 성과라고 봄.
어떤 의미에서 이것은 시간 편향의 퍼즐을 한 곳에서 다른 곳으로 옮긴 것
이제 우리는 왜 초기 우주가 매우 매끈했는지 알고자 함.
그러나 그 퍼즐이 주목받을 수 있는 것임이 드러난다는 것은 매우 이상한 사실임.
p. 228
그래서 초기 매끈함의 퍼즐(puzzle of initial smoothness)은 열역학의 시간 비대칭과 함께 시작하는 그 이상한 계획에 구체적인 형태를 제공함.
우주론이 초기 매끈함을 설명할 수 있다면, 그 계획은 근본적으로 완전하며 시간 편향의 퍼즐도 근본적으로 해결됨.
그러나 만족스러운 설명이 어떤 형태를 가질지는 매우 불명료함.
p. 228
어떤 철학자들은 초기 조건이 왜 그랬냐는 물음이 답할 필요가 없는 것이라고 하는데 프라이스는 그러한 철학자들은 실수하고 있다는 것
11.7 Should Cosmologists be Trying to Explain Initial Smoothness?
p. 229
19세기 후반 낮은 엔트로피 퍼즐은 새로운 구체적 형태를 띠게 됨.
빅뱅 이후의 우주는 왜 매끈한가?
우리는 이 질문에 대한 답변을 찾아야 하는가?
철학자들은 아니라고 답함.
Callender 1997, p. 69
Callender 2004, 12장
Callender 1998, pp. 149-50
Sklar 1993, pp. 311-12
p. 229
이러한 반박에 대응할 수 있는 여러 가지 방법
방법(1): 흄과 칸트가 틀렸다고 할 수 있음.
방법(2): 매끈한 우주를 설명하는 데는 인과적이지 않고 확률적이지도 않은 설명이 있다고 할 수 있음.
방법(3): 비판자들이 목표물을 잘못 잡았다고 할 수도 있음. 왜냐하면 매끄러운 초기 우주는 유관한 의미에서 경계 조건이 아니며 설명을 요구하는 어떤 것이기 때문임.
프라이스의 전략은 주로 방법(3)에 기반하며 (1)과 (2)의 몇몇 요소를 포함함.
p. 229
프라이스의 전략은 다음과 같이 진행됨.
1단계
직관에 호소할 것임.
우주론이 발견할 수 있었던 우주를 상상하고, 그것은 우리가 찾는 더 나아간 설명이고 직관적으로 명확해 보이는 것이라고 하자.
그러면 우리는 그것이 실제 사례와 상상 사례가 다르다고 생각할 이유가 없을 것이다.
2단계
낮은 엔트로피 “경계 조건”의 지위(status)를 명확히 할 것임.
특히 그냥 경계 조건의 status가 아니라 낮은 엔트로피 경계 조건의 status에 초점을 맞추게 할 것
그것은 본성상 “사실적”(fact-like)이라기보다는 “법칙적”(law-like)
3단계
캘린더의 흄 식 반박에 간단히 대응함.
그러한 status의 명확함에 초점을 맞춤
p. 229
“과거 가설”이라는 용어에 초점
p. 230
파인만
p. 230
앨버트
11.8 What’s Special about Initial Conditions?
p. 230
초기 조건들을 설명한다는 생각에 대한 일반적인 거부는 더 초기의 사건들에서 사건들을 설명한다는 생각과 관련됨.
정의상, 초기 조건보다 더 이른 것은 없음.
p. 230
최근 물리학은 우주의 물질이 빅 크런치로 향하고 있다고 있다는 것을 발견.
이는 매우 이상한 것이 일어나는 것.
물질의 개별 조각들의 운동이 ...
cooperation의 이상한 feat에 의하여, 다양한 힘들이 균형을 이루고 물질들은 그 자체로 굉장히 일양적으로 퍼지게 될 것임.
왜?
앨버트(2000, 151)가 말하듯, “(예를 들어, 엔트로피가 줄어드는 것 같은) 이상한 미시상태가 되려는 속성은 작은 섭동들에서 매우 이상하게도 불안정함.”(??)
볼츠만 측정의 관점에 의하면, 우리가 상상하는 엔트로피가 줄어드는 우주에 대한 가장 미세한 섭동은 엔트로피가 증가하는 우주를 산출할 것으로 기대됨.
pp. 230-231
이 발견은 물리학의 어떠한 발견보다도 우위(?)
물리학자들이 손을 놓고 그것을 설명하지 않도록 해야 하는가?
이러한 발견이 설명을 요구하지 않는다면 어떤 상상가능한 발견(conceivable discovery)이 그런가?
p. 231
프라이스의 견해는
this state of affairs는 정확히 물리학이 발견해온 것이라는 것
...
p. 231
이 논변에서 단계들은 모두 도전할 수 있음.
첫 번째는 과거와 미래의 객관적인 구분이 없고 우리 세계와 우리 세계와 동일한 것이 발생한 세계의 차이점이 없으나 opposite order는 아니라는 견해에 의존함.
이 주장은 유효함.
이 주장을 거부하는 사람은 존 어만(John Earman)
시간의 방향에 관한 고전적인 논문(1974)에서 어만은 시간에 관하여 공간의 동등성에 관한 유비를 거부할 근거가 없을 것이라고 함.
프라이스는 여기에 동의함.
p. 231
중요한 점은,
프라이스가 상상한 물리적 발견과 우주론의 실제 발견이 다르다고 말하고자 한다면, 그리고 매끄러운 초기 우주에 대한 설명이 요구된다는 사실을 설명해야 한다고 말하고자 한다면, 힘든 싸움을 마주해야 할 것이다.
첫째, 그들은 과거와 미래의 객관적인 차이점을 설명하는 것에서 우리에게 빚짐
둘째, 그들은 이러한 차이점이 어떻게 설명해야 할 것의 차이점을 만드는지 설명해야 함.
셋째, 그들은 우리가 사는 우주가 temporal mirror world가 아니라 smooth extremity가 설명될 필요가 없는 우주인지 어떻게 알았는지를 설명해야 한다.
11.9 The Just Good Luck Objection
p. 232
Leslie에 대한 Mellor의 반박
p. 233
프라이스가 보기에
현대 우주론은 암묵적으로 부드러운 빅뱅(smooth bing bang)이 단순히 운 좋은 사건이라고 보는 것 같지 않다고 함.
p. 233
다음 절에서 흄, 칸트, 캘린더의 도전에 간단히 답할 것임.
11.10 The Only One Universe Objection
p. 233
캘린더(Callender)는 우주 생성을 설명하는 계획에 대한 흄의 반대를 인용함.
pp. 233-234
프라이스는 이 반대에 세 가지 대응
첫 번째, 경계 조건(boundary condition)은 필연적으로 유일한 것이 아니다. 왜냐하면 우주는 다른 비슷한 특이점들(singularities)을 포함하므로.
두 번째, 경계 조건이 유일하다고 해도, 그 구성요소들이 일반론(generality)을 제공하는 데는 중요한 의미가 있다.
세 번째, 어떠한 사태의 유일한 상태를 설명하는 것은 불가피하다.
11.10.1 Not necessarily unique
p. 234
요구되는 경계 조건이 유일하다는 것은 명확하지 않다.
팽창하는 우주는 결국 재수축할 수 있고, 그러면 과거의 빅뱅처럼 미레에 빅크런치가 있을 것.
최근의 천문학적 증거는 이러한 가능성에 반대되지만, 일단 가능성을 남겨두자.
어쨌든, 전체 우주가 재수축한다고 해도 ...
호킹(1985, p. 2491)과 펜로즈(1979, pp. 597-8) 같은 사람들은 이러한 맥락을 지적함.
이러한 과정은 전체 우주의 붕괴의 미니어처 버전과 매우 흡사하다는 것
그렇다면, 어떤 측면에서 빅뱅은 우주가 포함하는 많은 사례들의 일반적인 종류 중 하나라는 것.
빅뱅은 특별한 유의미성을 가질 수 있지만 그것의 속성이 특이점들에 관한 원리적으로 시험가능한 일반 이론에서 도출될 수 없는지는 명확하지 않음.
11.10.2 Even one case provides generality
p. 234
빅뱅 이후에 우주의 전체 물질이 매끄럽게 분포되었다면, 이는 우주의 모든 개별 구역의 물질에 관해서도 참이라는 것을 함축함.
빅뱅으로 시간을 거슬러 올라가면, 물질의 비-규칙적 축적(irregular accumulations)이 사라지는 것을 발견함.
우주의 어느 구역에서도 비슷한 것
p. 234
프라이스가 든 유비
최근 관찰 증거는 우주의 팽창이 실제로 가속적이었음을 보여줌.
우리는 왜 그렇게 되었는지 설명하고자 하는 것이 부적절하다고 생각하지 않음.
그런데 이러한 팽창도 유일한 사례임.
11.10.3 Even unique things get explained
pp. 234-235
자연 법칙은 그 법칙이 있는 세계가 하나만 있다는 점에서 unique하다
그러나 우리는 근본 법칙들로부터 그 법칙들을 설명하는 것이 적절하다고 생각함.
프라이스는, 우리가 볼츠만 가설을 괴롭힌 것 같은 반대를 피하기 위해서 낮은 엔트로피 상태인 초기 우주가 법칙적 가설(law-like hypothesis)로 여겨질 필요가 있다고 주장함.
이 가설에 대한 더 깊은 이해를 구하는 것이 합리적인 프로젝트인 것으로 보임.
11.11 What Might Explanations Look Like?
p. 235
프라이스는 몇 가지 전략을 소개하여 매끄러운 우주를 설명하는 것에 대한 것을 구하는 것을 끝내고자 함.
이 전략들이 그 자체로 문제가 없는 것은 아니지만 ....
11.11.1 The appeal to inflation
p. 235
첫 번째 접근은 우주론자들이 팽창 모형(inflationary model)이라고 부르는 것에서 유래함.
이 모형은 우주의 초기 상태에 어떤 일이 일어났을 수 있을지를 기술하는, 표준 빅뱅 모형에 대한 일종의 front end임.
이 제안은, 우주가 극도로 작았을 때 작용한 물리적 힘은 우리에게 익숙한 것과 달랐을 것이라는 것
특히, 중력은 인력이라기보다는 척력이고 그 결과는 우주의 팽창이라는 것
그리고 우주가 차가워지면서 특정한 지점에서 “phase transition”을 겪음.
힘들이 바뀌고 중력은 인력이 되고 우주는 “보통의” 빅뱅의 더 차분한 팽창을 겪었다는 것.
p. 235
1980년대 이것이 제안된 후,
11.11.2 The anthropic strategy
11.11.3 Penrose’s Weyl hypothesis
11.12 Conclusion
p. 238
위의 예들은 물리학이 매끄러운 초기 우주를 더 기본적인 것의 결과로서 어떻게 다루는지를 보여줌.
현대 물리학의 역사를 돌이켜 보자면, 우리는 매끄러운 초기 우주에 관한 최근의 발견이 그 퍼즐에 대한 우리의 이해가 굉장히 진보했음을 보여준다는 것
진전의 크기는 그 진전을 예측하기 어렵다는 것을 상기시킴.
p. 238
매끄러운 초기 우주 그 자체에 관하여,
...
우리가 할 수 있는 최선의 것은, 우리의 직관을 믿고 우리가 발견할 수 있는 것은 발견하는 것.
p. 238
프라이스는 이러한 직관들이 초기 조건을 설명하는 프로젝트에 관한 오래된 관심사를 심각하게 받아들이는 것을 막는 몇몇 철학적 처방(philosophical therapy)보다 이득임을 논증함.
(2018.12.22.)
