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자연적으로 나타나는 생명체의 가능성 없는 가능성

이 연구는 그럴듯한 프리바이오틱스 조건 하에서 체계화된 생물학적 정보가 형성되는 것이 얼마나 엄청나게 어려운지 조사합니다. Endres는 이를 페이지에 임의의 문자를 던져서 선도적인 과학 웹사이트에 일관된 기사를 작성하려고 시도하는 것과 비교하여 이를 설명합니다. 복잡성이 증가함에 따라 성공 확률은 빠르게 거의 0으로 떨어집니다.

이 문제를 탐구하기 위해 Endres는 정보 이론과 알고리즘 복잡성의 원리를 적용하여 원시 세포로 알려진 최초의 단순 세포가 기본 화학 성분으로 스스로 조립되는 데 필요한 것이 무엇인지 추정했습니다. 이 접근법은 그러한 과정이 자연적으로 일어날 가능성이 놀라울 정도로 낮다는 것을 보여주었습니다.

기회만으로는 충분하지 않은 이유

이번 발견은 무작위 화학 반응과 자연적 과정이 초기 지구에서 제한된 시간 내에 생명체가 어떻게 출현했는지 완전히 설명하지 못할 수도 있음을 시사합니다. 시스템은 본질적으로 무질서해지는 경향이 있기 때문에 생명에 필요한 복잡한 분자 조직을 구축하는 것은 큰 도전이었을 것입니다.

이것이 생명의 기원이 불가능하다는 것을 의미하는 것은 아니지만, 엔드레스는 현재의 과학 모델에 핵심 요소가 빠져 있을 수 있다고 주장합니다. 그는 무생물에서 생명이 출현하는 이면의 물리적 원리를 규명하는 것이 생물물리학에서 해결되지 않은 가장 큰 문제 중 하나라고 강조합니다.

투기적 대안을 고려하다

이 연구는 또한 프란시스 크릭(Francis Crick)과 레슬리 오르겔(Leslie Orgel)이 제안한 논란의 여지가 있는 아이디어인 지향성 범정자론(directed panspermia)에 대해서도 간략하게 고려합니다. 이 가설은 진보된 외계 문명에 의해 의도적으로 지구에 생명체가 도입되었을 수 있음을 시사합니다. Endres는 이 아이디어가 논리적으로 가능하다는 점을 인정하지만 이는 단순한 설명을 선호하는 원칙인 Occam의 면도날에 어긋난다고 지적합니다.

자연적 기원을 배제하는 대신, 연구는 그 과정이 얼마나 어려웠을지를 정량화하는 방법을 제공합니다. 이는 생명에 대한 막대한 정보 및 조직적 장벽을 극복하는 데 도움이 될 수 있는 새로운 물리적 법칙이나 메커니즘의 잠재적인 필요성을 지적합니다. 이 연구는 생명체가 어떻게 발생할 수 있는지에 대한 보다 수학적인 근거를 갖춘 이해를 향한 중요한 움직임을 나타냅니다.

계속되는 미스터리

이 연구는 과학에서 가장 심오한 질문 중 일부가 여전히 답을 얻지 못한 채 남아 있음을 상기시켜 줍니다. 연구자들은 수학과 생물학을 결합함으로써 인류의 가장 오래된 미스터리 중 하나인 존재 자체가 어떻게 시작되었는지에 대한 새로운 통찰력을 발견하기 시작했습니다.

Universe Today에 원래 게시된 기사를 각색했습니다.

수세기 동안 실크로드를 따라 진행되는 전염병과 그 경로에 있는 파괴적인 도시와 마을에 대한 묘사는 역사적 기록보다는 운율이 맞는 이야기에 대한 오해에 기초해 왔습니다.

문제의 작품은 “마카마(maqāma)”입니다. 이는 방황하는 “사기꾼”이 자주 등장하는 아랍어 문학 형식입니다. 시인이자 역사가인 Ibn al-Wardi가 1348/9년 알레포에서 쓴 이 작품은 나중에 이 질병이 어떻게 대륙을 횡단했는지에 대한 목격자의 설명으로 오인되었습니다.

과학으로 착각한 이야기

현대의 유전적 증거에 따르면 흑사병을 일으킨 박테리아는 중앙아시아에서 유래했을 가능성이 가장 높습니다. Ibn al-Wardi의 이야기에 영향을 받은 일부 과학자들은 여전히 ​​전염병이 10년도 채 안 되어 키르기스스탄에서 흑해와 지중해로 퍼져 1340년대 후반에 서부 유라시아와 북아프리카를 휩쓴 치명적인 전염병이 촉발되었다고 주장합니다. 때때로 “빠른 이동 이론”이라고도 불리는 이 해석은 Ibn al-Wardi의 시적 작품을 문자 그대로 받아들이는 데 크게 의존합니다.

새로운 연구는 이 아이디어에 도전하며, 박테리아가 단 몇 년 만에 3,000마일 이상을 이동하여 1347년에서 1350년 사이에 그렇게 광범위한 발병을 일으켰을 수 있다는 것이 현실적인지 의문을 제기합니다.

사기꾼 전염병과 혼란의 세기

그의 마카마(maqāma)에서 Ibn al-Wardi는 전염병을 15년 간의 여행에 걸쳐 한 지역에서 다른 지역으로 죽음을 가져오는 장난스러운 방랑자로 의인화합니다. 이야기는 중국을 넘어 인도, 중앙아시아, 페르시아를 거쳐 마침내 흑해, 지중해, 이집트, 레반트에 이른다. 저자가 나중에 그의 역사 저술에서 이 이야기의 일부를 인용했기 때문에 많은 후대 독자들은 그것이 사실이라고 생각했습니다.

아랍 및 이슬람 연구 박사 과정 연구원인 무하메드 오마르(Muhammad Omar)와 엑서터 대학의 이슬람 의학 역사가인 나히안 팬시에 따르면, 혼란은 아랍 연대기 작가들과 이후 유럽 역사가들이 흑사병 확산에 대한 문자 그대로의 설명으로 다루기 시작한 15세기에 시작되었습니다.

역사적 웹의 중심에 있는 텍스트

Fancy 교수는 다음과 같이 설명했습니다. “전염병 확산에 대한 사실적으로 잘못된 설명에 대한 모든 길은 이 하나의 텍스트로 이어집니다. 이는 흑사병이 어떻게 이 지역을 가로질러 이동했는지에 대한 신화의 거미줄 중앙에 있는 것과 같습니다.

“아시아를 횡단하는 전염병의 전체 이동과 시리아 이전 이집트에의 도착은 항상 Ibn al-Wardī의 단수 Risāla에 기반을 두고 있으며, 이는 다른 동시대 연대기 및 심지어 마카마에서도 입증되지 않습니다. 이 텍스트는 전염병이 전파되고 사람들을 속였다는 사실을 강조하기 위해 작성되었습니다. 문자 그대로 받아들여서는 안 됩니다.”

마카마의 문화적 역할

마카마 장르는 10세기 후반에 등장했으며 12세기부터 특히 인기를 끌었습니다. 14세기에 이슬람 세계의 맘루크 작가들은 특히 이 스타일을 중요하게 여겼으며, 전염병에 관한 작품을 포함하여 그들의 작품 중 상당수가 오늘날 전 세계 도서관에 남아 있습니다. 이 이야기들은 앉은 자리에서 공연되거나 큰 소리로 읽히도록 의도되었습니다.

이븐 알-와르디 리살 1348~49년에 쓰여진 전염병을 주제로 한 최소 세 개의 마카마 중 하나였습니다. 이 연구는 그러한 문헌이 어떻게 질병의 경로에 대한 통찰력이 아니라 당시 사람들이 상상할 수 없는 손실과 격변에 어떻게 대처했는지에 대한 통찰력을 제공한다는 점을 강조합니다.

이전 발병 재검토

Ibn al-Wardi의 작품을 허구적 구성으로 인식함으로써 역사가들은 1258년 다마스커스와 1232~33년 카이펑을 강타한 전염병과 같이 더 일찍, 잘 알려지지 않은 전염병에 초점을 맞출 수 있습니다. 학자들은 이제 지역 사회가 이러한 초기 위기를 어떻게 기억했는지, 그리고 그러한 기억이 나중에 흑사병에 대한 이해에 어떤 ​​영향을 미쳤는지 탐구할 수 있습니다.

역사적 위기 속에서 인류애 찾기

팬시(Fancy) 교수는 다음과 같이 덧붙였습니다. “이러한 글은 코로나19 팬데믹 기간 동안 사람들이 새로운 요리 기술이나 예술적 기술을 개발한 방식과 유사하게, 창의성이 어떻게 통제력을 행사하는 방법이었는지, 죽음이 널리 퍼진 이 시기에 대처 메커니즘으로 작용했는지 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“이 마카마는 흑사병이 어떻게 확산되었는지에 대한 정확한 정보를 제공하지 못할 수도 있습니다. 하지만 이 문서는 당시 사람들이 이 끔찍한 위기 속에서 어떻게 살고 있었는지 알 수 있도록 도와주기 때문에 경이롭습니다.”

생물학적 나노기공은 생명공학에 혁명을 일으켰지만 복잡하고 때로는 불규칙한 방식으로 작동할 수 있습니다. 연구자들은 이온이 어떻게 이온을 통해 이동하는지, 이온 흐름이 가끔 완전히 멈추는 이유에 대한 완전한 이해가 여전히 부족합니다.

특히 수수께끼 같은 두 가지 행동은 오랫동안 과학자들의 흥미를 끌었습니다. 바로 정류(Rectification)와 게이팅(Gating)입니다. 적용된 전압의 “부호”(플러스 또는 마이너스 – 플러스 또는 마이너스)에 따라 이온의 흐름이 변경될 때 정류가 발생합니다. 게이팅은 이온 흐름이 갑자기 감소하거나 멈출 때 발생합니다. 이러한 효과, 특히 게이팅은 나노기공 기반 감지를 방해할 수 있으며 설명하기 어려운 상태로 남아 있습니다.

EPFL의 Matteo Dal Peraro와 Aleksandra Radenovic이 이끄는 연구팀은 이제 이 두 가지 효과 뒤에 숨은 물리적 메커니즘을 확인했습니다. 실험, 시뮬레이션 및 이론적 모델링을 결합하여 정류와 게이팅이 모두 나노기공의 자체 전하와 이러한 전하가 기공을 통해 이동하는 이온과 상호 작용하는 방식에서 발생한다는 것을 발견했습니다.

전하 실험

연구팀은 감지 연구에 일반적으로 사용되는 박테리아 기공인 에어로리신을 연구했습니다. 그들은 내부에 늘어선 전하를 띤 아미노산을 변형하여 각각 뚜렷한 전하 패턴을 가진 26개의 나노 기공 변형을 만들었습니다. 다양한 조건에서 이온이 변형된 기공을 통해 어떻게 이동하는지 관찰함으로써 주요 전기적 및 구조적 요인을 분리할 수 있었습니다.

이러한 효과가 시간이 지남에 따라 어떻게 전개되는지 더 잘 이해하기 위해 과학자들은 교류 전압 신호를 나노 기공에 적용했습니다. 이 접근 방식을 통해 그들은 빠르게 발생하는 정류와 더 느리게 발생하는 게이팅을 구별할 수 있었습니다. 그런 다음 그들은 데이터를 해석하고 작동 메커니즘을 밝히기 위해 생물물리학적 모델을 구축했습니다.

나노기공이 뇌처럼 학습하는 방법

연구자들은 내부 표면의 전하가 이온 이동에 어떻게 영향을 미치고 일방향 밸브와 유사하게 이온이 다른 방향보다 한 방향으로 더 쉽게 흐르게 하기 때문에 정류가 발생한다는 것을 발견했습니다. 이와 대조적으로 게이팅은 무거운 이온 흐름이 전하 균형을 방해하고 기공 구조를 불안정하게 만들 때 발생합니다. 이 일시적인 붕괴는 시스템이 재설정될 때까지 이온 통과를 차단합니다.

두 효과 모두 나노기공 내 전하의 정확한 위치와 유형에 따라 달라집니다. 혐의 “표시”를 반대로 함으로써 팀은 게이팅이 발생하는 시기와 방법을 제어할 수 있었습니다. 기공의 강성을 높이면 게이팅이 완전히 중단되어 구조적 유연성이 이 현상의 핵심임을 확인했습니다.

더 스마트한 나노기공을 향하여

이러한 발견은 맞춤형 특성을 지닌 생물학적 나노기공 엔지니어링에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다. 이제 과학자들은 나노 기공 감지 응용 분야에서 원치 않는 게이팅을 최소화하거나 생체 영감 컴퓨팅을 위해 의도적으로 게이팅을 사용하는 기공을 설계할 수 있습니다. 한 시연에서 팀은 신경 시냅스와 매우 유사하게 전압 펄스로부터 “학습”하여 시냅스 가소성을 모방하는 나노기공을 만들었습니다. 이 발견은 미래의 이온 기반 프로세서가 언젠가 이러한 분자적 “학습”을 활용하여 새로운 형태의 컴퓨팅을 강화할 수 있음을 시사합니다.

King’s College London의 과학자들은 케라틴이 치아 법랑질을 재건하고 부패의 초기 단계를 멈출 수 있다는 것을 발견했습니다. 케라틴이 타액에서 발견되는 미네랄과 상호 작용할 때 천연 에나멜의 구성과 보호 기능을 밀접하게 복제하는 코팅을 형성합니다.

King’s College London의 보철학 수석 저자이자 컨설턴트인 Dr. Sherif Elsharkawy는 다음과 같이 설명했습니다. “뼈나 머리카락과 달리 법랑질은 재생되지 않습니다. 일단 손실되면 영원히 사라지게 됩니다.”

침식 및 충치로부터 치아 보호

산성 음료를 마시는 것부터 잘못된 칫솔질 습관까지 일상적인 습관은 시간이 지남에 따라 에나멜을 마모시킵니다. 이러한 침식은 민감성, 불편함, 그리고 결국 치아 상실로 이어질 수 있습니다. 불소 치약은 이 과정을 늦추는 데 도움이 되지만, 새로운 연구의 케라틴 기반 제제는 더 나아가 실험실 테스트에서 이를 완전히 방지했습니다.

케라틴은 치아 표면 위에 조밀하고 광물화된 장벽을 만들어 민감성을 담당하는 신경 채널을 차단합니다. 이는 추가 손상을 방지할 뿐만 아니라 원인과 증상을 모두 해결하여 불편함을 즉각적으로 완화해 줍니다.

연구진은 이 치료법이 매일 사용하는 치약이나 네일 광택제와 유사하게 치과의사가 바르는 전문 젤의 두 가지 형태로 제공될 것으로 예상하고 있습니다. 연구팀에 따르면 케라틴 기반 에나멜 복구 제품은 2~3년 안에 대중에게 공개될 수 있을 것으로 보인다.

케라틴이 치아 치유를 돕는 방법

에 발표된 연구에서는 첨단 헬스케어 소재과학자들은 양모에서 케라틴을 추출하여 치아 표면에 적용했습니다. 타액에 존재하는 천연 미네랄에 노출되었을 때, 단백질은 실제 에나멜을 모방한 결정과 같은 구조로 스스로 조직되었습니다.

시간이 지남에 따라 이 미세한 틀은 계속해서 칼슘과 인산염 이온을 끌어당겨 점차 내구성이 있는 에나멜 같은 층을 형성했습니다. 이번 발견은 재생 치과학에서 중요한 이정표를 세웠으며 연구원들이 단순히 손상을 덧대기보다는 치아 보호막을 재건할 수 있는 치료법에 더 가까이 다가갈 수 있게 되었습니다.

지속 가능하고 자연적이며 임상적으로 효과적입니다.

King’s College London의 PhD 연구원이자 연구의 제1저자인 Sara Gamea는 “케라틴은 현재의 치과 치료에 대한 혁신적인 대안을 제공합니다. 케라틴은 머리카락이나 피부와 같은 생물학적 폐기물에서 지속적으로 공급될 뿐만 아니라 독성이 있고 내구성이 떨어지는 수복 치과에서 일반적으로 사용되는 전통적인 플라스틱 수지가 필요하지 않습니다. 케라틴은 또한 원래 치아의 색상과 더 밀접하게 일치할 수 있기 때문에 이러한 치료법보다 훨씬 자연스러워 보입니다.”라고 말했습니다.

이 연구는 치과용 재료가 환경에 미치는 영향과 불소의 장기적인 사용에 대한 점점 커지는 우려를 다루고 있습니다. 재활용된 생물학적 재료를 사용함으로써 이러한 접근 방식은 합성 화합물에 대한 의존도를 줄이면서 치과 진료를 보다 친환경적으로 만들 수 있습니다.

생명공학 치과의 새로운 시대

Gamea는 “이 기술은 생물학과 치과학 사이의 격차를 해소하여 자연 과정을 반영하는 친환경 생체 재료를 제공합니다.”라고 말했습니다.

Elsharkawy 박사는 다음과 같이 덧붙였습니다. “우리는 생명공학을 통해 증상을 치료할 뿐만 아니라 신체 자체의 물질을 사용하여 생물학적 기능을 회복할 수 있는 흥미진진한 시대에 진입하고 있습니다. 추가 개발과 올바른 업계 파트너십을 통해 우리는 곧 이발과 같은 간단한 것에서 더 강하고 건강한 미소를 키울 수 있을 것입니다.”

이 연구는 Wellcome Trust Seed Award, King’s College London, 의학 아카데미 ‘임상 강사를 위한 스타터 보조금’ 및 국립 보건 연구 연구소의 지원을 받았습니다.

2024년 2월 25일 XRISM은 Resolve 장비를 사용하여 한때 더 큰 별의 작은 잔해인 중성자별 GX13+1을 관찰했습니다. GX13+1은 과열된 물질로 이루어진 강착원반이 안쪽으로 나선을 그리며 별 표면을 때리는 X선에서 밝게 빛납니다.

이러한 내부 흐름은 주변 공간을 변경하는 강력한 유출을 일으킬 수도 있습니다. 이러한 유출이 어떻게 발생하는지 아직 조사 중이므로 팀이 GX13+1을 목표로 삼았습니다.

Resolve는 개별 X선 광자의 에너지를 정확하게 측정할 수 있으므로 과학자들은 이전에 캡처된 적이 없는 세밀한 세부 사항을 볼 수 있을 것으로 예상했습니다.

ESA XRISM 프로젝트 과학자인 Matteo Guainazzi는 “데이터의 풍부한 세부정보를 처음 봤을 때 판도를 바꾸는 결과를 목격하고 있다고 느꼈습니다.”라고 말했습니다. “우리 중 많은 사람들에게 그것은 수십 년 동안 쫓아온 꿈의 실현이었습니다.”

우주 바람이 중요한 이유

이 바람은 단순한 호기심이 아닙니다. 그들은 우주에 대규모 변화를 주도합니다.

은하 중심에 초대질량 블랙홀이 있는 성계에서도 비슷한 바람이 분다. 그들은 거대한 분자 구름을 압축하여 별 탄생이나 열을 유발하고 그 구름을 분산시켜 별 형성을 중단시킬 수 있습니다. 천문학자들은 이러한 밀고 당기기를 피드백이라고 부르며, 극단적인 경우 중앙 블랙홀에서 나오는 바람이 전체 은하계의 성장을 조절할 수 있습니다.

초대질량 블랙홀 주변의 과정은 GX13+1 근처의 과정을 반영할 수 있기 때문에 팀은 기본 물리학을 더 선명하게 드러낼 수 있는 더 가깝고 밝은 목표로 이 중성자별 시스템을 선택했습니다.

Eddington 한계에 대한 적시 급증

계획된 관측 직전에 GX13+1은 예상외로 밝아졌고 에딩턴 한계에 도달하거나 심지어 초과했습니다.

이 한계는 물질이 블랙홀이나 중성자별과 같은 소형 물체에 떨어질 때 어떤 일이 발생하는지 설명합니다. 물질이 더 많이 유입되면 더 많은 에너지가 방출됩니다. 에너지 출력이 증가함에 따라 방사선은 들어오는 물질에 압력을 가하여 물질을 바깥쪽으로 밀어냅니다. 에딩턴 한계에서 생성되는 고에너지 빛은 유입되는 거의 모든 물질을 바람의 형태로 우주로 다시 몰아낼 수 있습니다.

Resolve는 이 극적인 단계에서 GX13+1을 녹음했습니다.

이번 연구의 수석 연구원인 영국 더럼 대학의 크리스 돈(Chris Done)은 “만약 우리가 시도했다면 이 일을 계획할 수 없었을 것입니다.”라고 말했습니다. “시스템은 최대 복사 출력의 약 절반에서 훨씬 더 강력한 출력으로 바뀌어 이전에 본 것보다 더 강한 바람을 생성했습니다.”

느리고 촘촘한 바람은 예상을 뒤엎는다

강한 폭발에도 불구하고 풍속은 시속 100만km 가까이 유지됐다. 이는 지구에서는 빠르지만, 유출이 광속의 20~30%, 2억km/h 이상에 도달할 수 있는 초대질량 블랙홀 주변의 에딩턴 한계 근처의 바람과 비교할 때 느립니다.

Chris는 “이 바람이 얼마나 ‘느린’지, 얼마나 두꺼운지 아직도 놀랍습니다. 마치 우리를 향해 굴러가는 안개 더미를 통해 태양을 보는 것과 같습니다. 안개가 두꺼워지면 모든 것이 어두워집니다.”라고 Chris는 말합니다.

중성자별 vs 블랙홀 바람

대조는 이뿐만이 아니었습니다. 에딩턴 한계의 초거대 블랙홀에 대한 이전 XRISM 관측에서는 초고속의 덩어리진 바람이 나타났습니다. 이에 비해 GX13+1의 유출은 느리고 원활하게 나타난다.

“바람은 완전히 달랐지만 에딩턴 한계 측면에서 거의 동일한 시스템에서 나왔습니다. 그렇다면 이 바람이 실제로 복사압에 의해 구동된다면 왜 다른가요?” 크리스가 묻습니다.

핵심은 부착 디스크 온도

연구팀은 그 답이 중심 물체 주변의 강착 원반의 온도에 있다고 제안합니다. 직관과는 반대로, 초대질량 블랙홀 주변의 원반은 중성자별이나 블랙홀이 있는 항성질량계의 원반보다 온도가 더 낮은 경향이 있습니다.

초대질량 블랙홀 주변의 디스크는 훨씬 더 큽니다. 그들은 매우 밝을 수 있지만 그 힘은 넓은 지역에 걸쳐 분산되어 있기 때문에 그들이 방출하는 일반적인 방사선은 자외선에서 최고조에 이릅니다. 항성질량계는 X선을 더 강하게 방출합니다.

자외선은 X선보다 더 쉽게 물질과 상호작용합니다. Chris와 동료들은 이러한 차이로 인해 자외선 복사가 물질을 더 효율적으로 밀어내고 초대질량 블랙홀 근처에서 볼 수 있는 훨씬 더 빠른 바람을 생성할 수 있다고 제안합니다.

은하 진화에 있어서 이것이 무엇을 의미하는가

이 설명이 유효하다면 극한 환경에서 에너지와 물질의 교환에 대해 과학자들이 생각하는 방식이 개선될 것입니다. 또한 이러한 과정이 은하의 성장과 우주의 더 넓은 진화에 어떻게 영향을 미치는지 명확히 할 수 있습니다.

ESA 연구원인 Camille Diez는 “XRISM의 전례 없는 해상도를 통해 이러한 물체를 훨씬 더 자세히 조사할 수 있어 NewAthena와 같은 차세대 고해상도 X선 망원경의 기반이 마련되었습니다.”라고 말했습니다.

XRISM 사명 개요

XRISM(크리즈엠으로 발음)은 2023년 9월 7일에 발사되었습니다. 이 임무는 NASA 및 ESA와 협력하여 JAXA(일본 항공우주 탐사국)가 주도합니다. 이 비행기는 개별 X선 광자의 에너지를 측정하여 전례 없는 수준의 에너지 분해능(X선 ‘색상’을 구별하는 장비의 기능)을 제공하는 X선 열량계인 Resolve와 주변 지역을 이미지화하는 광시야 X선 CCD 카메라인 Xtend라는 두 가지 장비로 비행합니다.

UBC Okanagan의 Irving K. Barber 과학 학부 겸임 교수인 Mir Faizal 박사와 그의 협력자인 Drs. Lawrence M. Krauss, Arshid Shabir 및 Francesco Marino는 현실의 기본 구조가 어떤 컴퓨터도 복제할 수 없는 방식으로 작동한다는 것을 보여주었습니다.

그들의 연구는 물리학에서의 홀로그래피 응용 저널다음과 같은 시뮬레이션된 우주에 대한 아이디어에 대해 이의를 제기하는 것이 아닙니다. 매트릭스. 더 나아가 우주 자체가 어떤 알고리즘의 범위 밖에 있는 일종의 이해를 바탕으로 구축되었음을 보여줍니다.

시뮬레이션 가설과 수학의 만남

“우주를 시뮬레이션할 수 있다는 제안이 있었습니다. 그러한 시뮬레이션이 가능하다면 시뮬레이션된 우주 자체가 생명을 생성할 수 있으며, 이는 다시 자체 시뮬레이션을 만들 수도 있습니다. 이러한 반복적 가능성으로 인해 우리 우주가 다른 시뮬레이션 내에 중첩된 시뮬레이션이 아니라 원래 우주일 가능성이 거의 없어 보입니다.”라고 Faizal 박사는 말합니다. “이 아이디어는 한때 과학적 탐구의 범위를 넘어서는 것으로 생각되었습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 실제로 과학적으로 해결될 수 있음이 입증되었습니다.”

팀의 발견은 현실이 진정 무엇인지에 대한 진화하는 이해에 달려 있습니다. 물리학은 공간을 통해 움직이는 고체 물체에 대한 아이작 뉴턴의 관점을 훨씬 뛰어 넘었습니다. 아인슈타인의 상대성 이론은 고전 모델을 대체했고, 양자역학은 이를 다시 한번 변형시켰습니다. 이제 이론 물리학의 최전선에서 양자 중력은 공간과 시간조차 기본 요소가 아니라고 제안합니다. 대신에, 그것들은 더 깊은 것, 즉 순수한 정보로부터 발생합니다.

현실 아래 숨겨진 영역

물리학자들은 이 정보 계층을 우리가 인식하는 물리적 세계보다 더 실제적인 수학적 기초인 “플라톤 영역”으로 설명합니다. 새로운 연구에 따르면, 공간과 시간 자체가 나타나는 것은 바로 이 영역에서 비롯됩니다.

그러나 과학자들은 이러한 정보 기반 구조조차도 계산만으로는 현실을 완전히 설명할 수 없음을 입증했습니다. 그들은 괴델의 불완전성 정리를 포함한 고급 수학적 원리를 적용함으로써 일관되고 완전한 존재 모델에는 소위 “비알고리즘적 이해”가 필요하다는 것을 증명했습니다.

이 아이디어를 이해하려면 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 상상해 보세요. 컴퓨터는 정의된 지침을 단계별로 따릅니다. 그러나 일련의 논리적 연산을 수행해도 도달할 수 없는 일부 진실이 존재합니다. 이것은 “괴델의 진리”로 알려져 있으며, 이는 실제이지만 계산을 사용하여 증명할 수는 없습니다.

계산이 실패하는 경우

“이 참 진술은 증명할 수 없습니다.”라는 진술을 고려하십시오. 만약 그것이 증명 가능하다면 그것은 거짓이고 모순되는 논리일 것입니다. 증명할 수 없으면 참입니다. 즉, 이를 증명하려는 논리 시스템이 불완전하다는 의미입니다. 두 경우 모두 계산만으로는 부족합니다.

“우리는 양자 중력의 계산 이론을 사용하여 물리적 현실의 모든 측면을 설명하는 것이 불가능하다는 것을 입증했습니다.”라고 Faizal 박사는 말합니다. “따라서 모든 것에 대한 물리적으로 완전하고 일관된 이론은 계산만으로는 파생될 수 없습니다. 오히려 비알고리즘적 이해가 필요합니다. 이는 양자 중력의 계산 법칙보다 더 근본적이며 따라서 시공간 자체보다 더 근본적인 것입니다.”

우주를 시뮬레이션할 수 없는 이유

플라톤 영역의 기본 규칙이 컴퓨터 시뮬레이션을 지배하는 규칙과 유사해 보인다면 해당 영역 자체를 시뮬레이션할 수 있습니까? 연구원들에 따르면 대답은 ‘아니요’입니다.

“불완전성 및 정의 불가능성과 관련된 수학적 정리를 활용하여 우리는 계산만으로는 현실에 대한 완전히 일관되고 완전한 설명을 얻을 수 없음을 보여줍니다”라고 Faizal 박사는 설명합니다. “그것은 정의상 알고리즘 계산을 넘어서서 시뮬레이션할 수 없는 비알고리즘적 이해가 필요합니다. 따라서 이 우주는 시뮬레이션이 될 수 없습니다.”

공동 저자인 로렌스 M. 크라우스(Lawrence M. Krauss) 박사는 이 발견의 의미가 물리학의 기초까지 깊숙이 확장된다고 지적합니다. “물리의 기본 법칙은 공간과 시간을 생성하기 때문에 공간과 시간 내에 포함될 수 없습니다. 그러나 모든 것에 대한 진정한 기본 이론은 궁극적으로 이러한 법칙에 기초한 계산을 통해 모든 물리적 현상을 설명할 수 있기를 오랫동안 희망해 왔습니다. 그러나 우리는 이것이 불가능하다는 것을 입증했습니다. 현실을 완전하고 일관되게 설명하려면 더 깊은 것, 즉 비알고리듬 이해라고 알려진 이해 형태가 필요합니다.”

알고리즘 너머의 현실

Faizal 박사는 다음과 같이 요약했습니다. “모든 시뮬레이션은 본질적으로 알고리즘적입니다. 프로그래밍된 규칙을 따라야 합니다. 그러나 현실의 기본 수준은 비알고리즘적 이해를 기반으로 하기 때문에 우주는 시뮬레이션이 될 수도 없고, 결코 시뮬레이션이 될 수도 없습니다.”

수년 동안 시뮬레이션 가설은 검증할 수 없는 것으로 간주되어 철학과 사변적 허구의 영역에 국한되었습니다. 그러나 이 새로운 연구는 수학적, 물리학적 이론에 확고히 기반을 두고 있으며, 과학의 가장 흥미로운 질문 중 하나에 대한 최종적이고 결정적인 답을 제공합니다.

UBC Okanagan의 Irving K. Barber 과학 학부 겸임 교수인 Mir Faizal 박사와 그의 협력자인 Drs. Lawrence M. Krauss, Arshid Shabir 및 Francesco Marino는 현실의 기본 구조가 어떤 컴퓨터도 복제할 수 없는 방식으로 작동한다는 것을 보여주었습니다.

그들의 연구는 물리학에서의 홀로그래피 응용 저널다음과 같은 시뮬레이션된 우주에 대한 아이디어에 대해 이의를 제기하는 것이 아닙니다. 매트릭스. 더 나아가 우주 자체가 어떤 알고리즘의 범위 밖에 있는 일종의 이해를 바탕으로 구축되었음을 보여줍니다.

시뮬레이션 가설과 수학의 만남

“우주를 시뮬레이션할 수 있다는 제안이 있었습니다. 그러한 시뮬레이션이 가능하다면 시뮬레이션된 우주 자체가 생명을 생성할 수 있으며, 이는 다시 자체 시뮬레이션을 만들 수도 있습니다. 이러한 반복적 가능성으로 인해 우리 우주가 다른 시뮬레이션 내에 중첩된 시뮬레이션이 아니라 원래 우주일 가능성이 거의 없어 보입니다.”라고 Faizal 박사는 말합니다. “이 아이디어는 한때 과학적 탐구의 범위를 넘어서는 것으로 생각되었습니다. 그러나 최근 연구에 따르면 실제로 과학적으로 해결될 수 있음이 입증되었습니다.”

팀의 발견은 현실이 진정 무엇인지에 대한 진화하는 이해에 달려 있습니다. 물리학은 공간을 통해 움직이는 고체 물체에 대한 아이작 뉴턴의 관점을 훨씬 뛰어 넘었습니다. 아인슈타인의 상대성 이론은 고전 모델을 대체했고, 양자역학은 이를 다시 한번 변형시켰습니다. 이제 이론 물리학의 최전선에서 양자 중력은 공간과 시간조차 기본 요소가 아니라고 제안합니다. 대신에, 그것들은 더 깊은 것, 즉 순수한 정보로부터 발생합니다.

현실 아래 숨겨진 영역

물리학자들은 이 정보 계층을 우리가 인식하는 물리적 세계보다 더 실제적인 수학적 기초인 “플라톤 영역”으로 설명합니다. 새로운 연구에 따르면, 공간과 시간 자체가 나타나는 것은 바로 이 영역에서 비롯됩니다.

그러나 과학자들은 이러한 정보 기반 구조조차도 계산만으로는 현실을 완전히 설명할 수 없음을 입증했습니다. 그들은 괴델의 불완전성 정리를 포함한 고급 수학적 원리를 적용함으로써 일관되고 완전한 존재 모델에는 소위 “비알고리즘적 이해”가 필요하다는 것을 증명했습니다.

이 아이디어를 이해하려면 컴퓨터가 어떻게 작동하는지 상상해 보세요. 컴퓨터는 정의된 지침을 단계별로 따릅니다. 그러나 일련의 논리적 연산을 수행해도 도달할 수 없는 일부 진실이 존재합니다. 이것은 “괴델의 진리”로 알려져 있으며, 이는 실제이지만 계산을 사용하여 증명할 수는 없습니다.

계산이 실패하는 경우

“이 참 진술은 증명할 수 없습니다.”라는 진술을 고려하십시오. 만약 그것이 증명 가능하다면 그것은 거짓이고 모순되는 논리일 것입니다. 증명할 수 없으면 참입니다. 즉, 이를 증명하려는 논리 시스템이 불완전하다는 의미입니다. 두 경우 모두 계산만으로는 부족합니다.

“우리는 양자 중력의 계산 이론을 사용하여 물리적 현실의 모든 측면을 설명하는 것이 불가능하다는 것을 입증했습니다.”라고 Faizal 박사는 말합니다. “따라서 모든 것에 대한 물리적으로 완전하고 일관된 이론은 계산만으로는 파생될 수 없습니다. 오히려 비알고리즘적 이해가 필요합니다. 이는 양자 중력의 계산 법칙보다 더 근본적이며 따라서 시공간 자체보다 더 근본적인 것입니다.”

우주를 시뮬레이션할 수 없는 이유

플라톤 영역의 기본 규칙이 컴퓨터 시뮬레이션을 지배하는 규칙과 유사해 보인다면 해당 영역 자체를 시뮬레이션할 수 있습니까? 연구원들에 따르면 대답은 ‘아니요’입니다.

“불완전성 및 정의 불가능성과 관련된 수학적 정리를 활용하여 우리는 계산만으로는 현실에 대한 완전히 일관되고 완전한 설명을 얻을 수 없음을 보여줍니다”라고 Faizal 박사는 설명합니다. “그것은 정의상 알고리즘 계산을 넘어서서 시뮬레이션할 수 없는 비알고리즘적 이해가 필요합니다. 따라서 이 우주는 시뮬레이션이 될 수 없습니다.”

공동 저자인 로렌스 M. 크라우스(Lawrence M. Krauss) 박사는 이 발견의 의미가 물리학의 기초까지 깊숙이 확장된다고 지적합니다. “물리의 기본 법칙은 공간과 시간을 생성하기 때문에 공간과 시간 내에 포함될 수 없습니다. 그러나 모든 것에 대한 진정한 기본 이론은 궁극적으로 이러한 법칙에 기초한 계산을 통해 모든 물리적 현상을 설명할 수 있기를 오랫동안 희망해 왔습니다. 그러나 우리는 이것이 불가능하다는 것을 입증했습니다. 현실을 완전하고 일관되게 설명하려면 더 깊은 것, 즉 비알고리듬 이해라고 알려진 이해 형태가 필요합니다.”

알고리즘 너머의 현실

Faizal 박사는 다음과 같이 요약했습니다. “모든 시뮬레이션은 본질적으로 알고리즘적입니다. 프로그래밍된 규칙을 따라야 합니다. 그러나 현실의 기본 수준은 비알고리즘적 이해를 기반으로 하기 때문에 우주는 시뮬레이션이 될 수도 없고, 결코 시뮬레이션이 될 수도 없습니다.”

수년 동안 시뮬레이션 가설은 검증할 수 없는 것으로 간주되어 철학과 사변적 허구의 영역에 국한되었습니다. 그러나 이 새로운 연구는 수학적, 물리학적 이론에 확고히 기반을 두고 있으며, 과학의 가장 흥미로운 질문 중 하나에 대한 최종적이고 결정적인 답을 제공합니다.