넘쳐나는 끈이론
1984년에 시작된 끈이론 열풍은 한동안 전 세계의 이론물리학계를 휩쓸면서 물리학 최대의 화두로 자리 잡았다. 그러나 1990년대 중반으로 접어들 즈음, 끈이론 추종자들의 열정은 이미 많이 식어 있었다. 끈이론이 직면한 어려운 문제 중 하나는 끈을 서술하는 방정식이 무려 수십억 개나 된다는 점이다. 시공간의 차원을 줄이는 방법에 따라 끈이론의 해는 4차원뿐만 아니라 다양한 차원에서 얻어질 수 있으며, 각각의 해는 나름대로 타당한 우주를 서술하고 있었다.
우리가 살고 있는 저에너지 세계에서는 초대칭의 존재를 확인할 수 없다. 그래서 초끈이론을 현실세계에 적용하려면 초대칭을 붕괴시켜야 한다. 초대칭이 붕괴되지 않았다면 각 입자는 자신의 초대칭짝과 동일한 질량을 갖고 있어야 한다. 물리학자들은 자연의 초대칭이 이미 붕괴되어 초대칭짝들의 질량이 현재의 입자가속기로는 감지할 수 없을 정도로 엄청나게 커졌다고 믿고 있다. 그러나 초대칭이 어떤 과정을 통해 붕괴되었는지는 아직 미지로 남아있다.
베네치아노의 초창기 이론에 입각한 초끈이론은 I형type I 초끈이론이라 한다. I형 초끈이론은 열린 끈open string(두 개의 끝을 갖는 끈)과 닫힌 끈closed string(원형으로 감긴 끈)을 모두 허용하고 있다. 1970년대의 물리학자들은 I형 끈이론을 집중적으로 연구했다. 미치오 카쿠와 케이지 키카와는 끈의 장이론을 이용해 I형 끈의 상호작용이 모두 다섯 종류로 분류될 수 있음을 입증했는데, 그중 네 개는 열린 끈에 적용되고 닫힌 끈의 상호작용은 한 가지뿐이다. 두 사람은 닫힌 끈만으로도 자체모순이 없는 이론을 만들 수 있다는 사실을 입증했다. 이 이론은 현재 II형type II 끈이론으로 알려져 있고, 닫힌 끈들은 세포분열 과정과 비슷하게 두 개의 작은 닫힌 끈으로 분열하면서 상호작용을 주고받는다.
가장 현실적인 끈이론으로는 프린스턴의 연구팀으로 원자핵 내의 강력과 쿼크의 작용을 밝혀낸 공로로 2004년에 노벨물리학상을 수상한 데이비드 그로스David J. Gross(1941~), 미국의 이론물리학자로 1984년에 코넬 대학에서 박사학위를 받은 에밀 마티넥Emil Martinec(1958~), 라이언 롬Ryan Rohm, 시카고 대학의 교수 제프리 하비Jeffrey A. Harvey가 구축한 이형끈이론heterotic string theory을 들 수 있다. 닫힌 끈만을 허용하는 이형끈이론은 E(8)×E(8), 혹은 O(32)대칭군을 채용하고 있는데, 대칭의 규모가 매우 커서 GUT까지도 포함할 수 있다.