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초끈이론: 아인슈타인의 꿈을 찾아서 ㅣ 살림지식총서 126
박재모.현승준 지음 / 살림 / 2004년 9월
평점 : 
구판절판
스탠퍼드 대학교의 레너드 서스킨스 교수가 우주의 시원에 대한 설명을 담은 <우주의 풍경; http://blog.joins.com/yang412/12797504>에서 끈이론이라는 용어를 처음 알게 되었습니다. 우주를 구성하고 있는 최소단위가 점같이 생긴 입자가 아니라 끊임없이 진동하는, 매우 가느다란 끈이라는 이론입니다만, 1960년대 소립자들의 상호작용을 설명하는 수학적 함수와 관련된 물리학적 모형으로 1차원의 끈이라는 것을 래너드 서스킨스와 난부 요이치로에 의하여 제시된 것입니다. 이렇게 입자물리학에 들어선 끈이론은 양자역학과 일반상대성이론을 조화시켜 양자중력이론으로 발전하면서 우주의 시원을 설명하는 이론으로까지 발전하게 되었습니다.
마이클 셔머가 과학과 비과학의 경계를 탐구한다는 목적으로 저술한 <과학의 변경지대; http://blog.joins.com/yang412/12502415>에서 과학적 타당성을 나타내는 퍼지비율 0.4인 카오스와 복잡계 이론을 정상과학에 속하는 것으로 분류하고 있는데 반하여 퍼지비율 0.7인 초끈 이론을 정상과학과 비정상과학의 경계에 결쳐 있는 변경지대의 과학으로 분류하고 있는 것은 아직까지도 이론을 뒷받침할 과학적 근거가 충분치 않아서 인 것 같습니다.
우리가 살고 있는 세상은 삼차원으로 되어 있으며, 여기에 시간을 더하면 4차원이 된다고 알고 있습니다. 그런데 초끈 이론에서는 우리가 살고 있는 세상 혹은 우주가 10차원 혹은 11차원으로 구성되어 있다고 합니다. 문제는 5차원에서 10차원에 이르는 세계에 적용할 좌표의 범위가 너무 광범위하여 단순화하여 적용할 단순한 법칙을 만들기가 쉽지 않아서라고 합니다.
물리학을 전공하시는 박재모교수님과 현승준교수님이 어렵게만 느껴지는 초끈 이론을 일반인도 쉽게 이해할 수 있도록 정리하여 <초끈 이론>에 담았는데, 여전히 쉽지 않은 것 같습니다. 초끈 이론은 일반상대론과 양자역학을 결합하는 이론으로 제시된 것이라고 앞서도 간략하게 줄였습니다. 뉴턴에 의하여 정립된 중력이론은 물체의 속도가 광속보다 훨씬 느린 거시세계를 설명할 수 있지만 물체의 속도가 충분히 광속에 가까운 경우에는 수정이 불가피하다고 합니다. 또한 1930년대 완성된 양자역학은 물체의 운동이 광속보다 매우 작은 속도로 움직이는 미시의 세계를 기술하지만, 역시 물체의 속도가 광속에 가까운 경우 수정이 불가피하다는 것입니다. 미시의 세계에 존재하는 소립자들의 생성과 소멸은 양자역학과 중력의 결합을 요구하는데, 이는 특수상대성이론과 양자역학이 결합된 양자장론의 범위 내에서는 이루어지지 않기 때문에 새로운 이론체계가 요구되었고, 일방상대론과 양자역학을 결합한 초끈 이론이 나오게 된 것이라고 합니다.
저자들은 1980년대에 모두 다섯 가지 종류의 초끈 이론이 밝혀졌다고 하는데, 1990년대 중반에 두 가지 관찰이 있었다고 합니다. 첫째, 초끈에는 D-브레인(D-brane)이라라 불리는 다양한 차원을 가지는 물체가 존재한다. 둘째, 다섯 가지 초끈은 완전히 독립적인 것이 아니라 서로 관련되어 있으며 모두 11차원에 존재하는 M이론으로부터 나온다. 저자들은 초끈 이론은 초대칭성의 개수와 초끈의 종류에 따라 다섯 가지가 존재하는 것으로 알려졌다고 적었습니다. “이중 초대칭성이 가장 큰 것으로 IIA련돠 IIB형 두 가지 이론이 있으며, 이들은 원래 닫힌 끈만 존재하는 이론으로 알려진 것들이었다. 열린 끈과 닫힌 끈을 모두 가지고 있는 이론으로 알려져 있던 것은 I형 초끈 이론이라는 것(67쪽)”입니다. 이 부분의 설명이 분명하지 않아 쉽게 이해되지 않는 부분이기도 합니다.
초끈 이론은 중력을 성공적으로 양자화하고 모든 종류의 입자와 그들 간의 상호작용을 포함하는 모영으로 각광받고 있지만, 초대칭성이라거나, M이론의 구축, 블랙홀의 정보손실 문제, 우주론에서의 우주상수에 관한 난제들은 앞으로 풀어야할 과제로 남아 있다는 것입니다.
초끈 이론에 대한 보다 분명한 이해가 가능할 것이라는 기대는 아무래도 다음 기회로 미루어야 할 것 같습니다.