모든 끈의 모태인 M-이론
오늘날 네 번째 공간차원은 끈이론string theory(세상을 이루고 있는 기본단위를 점입자 대신 공간을 점유라는 끈으로 보는 물리학의 이론)과 그 최신버전 이론인 M-이론(혹은 membrane theory막이론)을 통해 새롭게 부각되고 있다. 일반상대성이론general theory of relativity과 양자역학quantum mechanics 사이에 심각한 충돌이 야기되면서 3차원 이상의 공간이 해결사로 등장하는 M-이론이 부상했다. 최근 들어 M-이론이 각광받는 이유는 두 이론 사이의 충돌을 무마시켜서 만물의 이론을 창출해낼 가장 강력한 후보로 대두되고 있기 때문이다.
자연에 존재하는 모든 힘을 하나의 우아한 이론체계로 통일하려면 10차원 혹은 11차원의 초공간이 도입되어야 한다. 지난 50년 동안 물리학자들은 우주의 모든 것을 하나의 통일된 논리로 설명하기 위해 필사의 노력을 기울였지만 성공적인 이론은 하나도 없었다. 그 이유는 우주의 특성을 물리적으로 설명하려면 일반상대성이론과 양자역학이 반드시 고려되어야 하는데, 두 이론은 적용분야가 전혀 다르기 때문이다. 일반상대성이론은 블랙홀이나 빅뱅, 퀘이사, 팽창하는 우주 등 거시적 규모에 적용되는 이론으로 트렘폴린의 막처럼 부드럽게 휘어진 대상을 다루는 구면기하학(구면과 거기에 작용하는 회전군rotational group에 의해 결정되는 고전기하학(클라인의 기하학Klein's geometry)의 하나로 구면 위에서 두 점을 연결하는 대원의 호를 평면에서 두 점을 연결하는 선분에 대응한다고 보고 연구하는 기하학을 말한다)에 기초를 두고 있다.
그러나 양자역학의 적용분야는 이와 정반대이다. 양자역학은 원자･양성자･중성자･쿼크 등 지극히 작은 세계에 적용되는 물리학으로 양자quanta라는 작은 에너지 덩어리에 기초하고 있다. 상대성이론과는 달리 양자역학은 어떤 물리적 사건이 일어날 확률만을 계산할 수 있기 때문에 전자와 같은 입자들의 위치를 정확하게 알 수는 없다. 이 두 개의 이론은 서로 다른 수학과 다른 가정 그리고 다른 원리에 기초하고 있으며, 적용분야도 판이하게 다르므로 이것들을 통합하려는 모든 시도가 실패로 끝난 것은 그다지 놀라운 일이 아니었다.
오스트리아의 물리학자 에르빈 슈뢰딩거Erwin Schrodinger(1887~1961)와 독일의 물리학자 베르너 하이젠베르크Werner Karl Heisenberg(1901~76), 오스트리아 태생의 미국 물리학자 볼프강 파울리Wolfgang Pauli(1900~58), 영국의 물리학자 아서 에딩턴Arthur Stanley Eddington(1882~1944)을 비롯한 물리학의 거인들은 아인슈타인의 뒤를 이어 물리법칙을 하나로 통일하는 작업에 전념했으나 아무도 성공하지 못했다. 1928년에 아인슈타인이 통일장이론unified field theory(입자물리학에서 기본입자 사이에 작용하는 힘의 형태와 상호관계를 하나의 통일된 이론으로 설명하고자 하는 장field의 이론으로, 좁은 의미로는 중력과 전자기력을 결합시키기 위한 1920~30년대의 노력을 지칭하며, 1970년대 중반의 게이지 이론에 의해 다시 관심을 끌게 되었다)의 초기버전을 발표한 적이 있는데, 그 논문의 일부가 『뉴욕타임스』에 실리면서 수백 명의 기자들이 그의 집 앞에 몰려들었다. 1946년에 에르빈 슈뢰딩거도 자신이 통일장이론을 완성했다면서 급하게 기자회견을 요청한 적이 있었다. 『뉴욕타임스』의 기자들이 슈뢰딩거의 기자회견 내용을 정리하여 아인슈타인을 비롯한 몇몇 물리학자들에게 보내면서 이론의 진위 여부에 대한 자문을 구했다. 그러나 아인슈타인은 자신이 연구초기에 발견한 내용을 슈뢰딩거가 재발견한 것에 지나지 않는다면서 공개적인 평을 거절했다. 아인슈타인은 자신의 견해를 솔직하게 밝힌 것뿐이었지만 슈뢰딩거는 이 소식을 접하고 자존심이 크게 상했다.