자기홀극 문제magnetic monopole problem
대통일이론은 우주의 초창기에 다량의 자기홀극이 존재했음을 예견하고 있습니다. 자기홀극이란 남극(S) 혹은 북극(N)만 갖고 있는 자석을 의미합니다. 모든 자석은 N극과 S극이 동시에 짝으로 존재합니다. 둘 중 하나의 극만 갖고 있는 자석이란 없습니다. 대통일이론에 따르면 우주는 가짜진공(최저에너지를 갖지 않은 진공상태. 가짜진공은 완벽한 대칭을 가진 상태 중 하나로 빅뱅이 일어나던 순간에 우주가 이런 상태에 있었을 것으로 추정됩니다. 그 후 우주가 낮은 에너지상태로 전환되면서 원래의 대칭은 붕괴되었습니다. 가짜진공은 불안정한 상태이기 때문에 시간이 흐르면 최저에너지에 해당하는 진짜진공상태로 자연스럽게 전환됨) 상태에서 시작되었으며 세 개의 힘들(중력(만유인력)을 제외한)은 하나의 힘으로 통합되어 있었습니다. 그런데 어느 순간부터 이런 구조가 붕괴되면서 가짜진공은 진짜진공으로 전환되었으며 그 과정에서 하나의 힘이 세 가지로 분리되었습니다. 1917년에 네덜란드 물리학자 빌렌 드 지터Wilhelm de Sitter(1872~1934)가 예견한 바와 같이 가짜진공상태에서 우주가 지수함수exponential function적으로 점차 빠르게 팽창하며 팽창속도는 우주상수, 즉 가짜진공에 함유되어 있는 에너지에 의해 좌우됩니다.
앨런 구스는 기발한 아이디어를 떠올렸습니다. 우주가 가짜진공상태에서 출발했다면 초기의 팽창속도는 지수함수적으로 점차 빨라졌을 것입니다. 가짜진공상태의 우주는 짧은 시간 동안에도 엄청난 비율로 팽창되기 때문에 자기홀극의 밀도도 순식간에 작아졌을 것입니다. 그동안 과학자들이 자기홀극을 발견하지 못한 까닭은 그것에 없어서가 아니라 있긴 있지만 너무 넓은 우주 속에 흩어져 있기 때문입니다. 구스가 찾은 해답은 바로 이것이었습니다.