초끈이론 Superstring Theoty의 본질
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표준모델에 의하면 우주를 구성하는 최소단위는 ‘점‘ 처럼 생긴 입자들이며, 이들은 더 이상의 내부구조를 갖고 있지 않다. 지금까지 알려진 여러 사실들로 미루어볼 때, 표준모델은 강력한 이론임에 틀림없
지만(앞에서 언급했던 대로, 표준모델에 의한 계산결과는 오늘날 측정기술의 한계인 10억 × 10억 분의 1(109)cm 영역까지 정확하게 들어맞고 있다),
중력을 포함하고 있지 않기 때문에 궁극적인 이론이 될 수는 없다. 게다가, 중력을 양자역학적 기초에서 이해하려는 시도가 실패로 돌아간것은, 플랑크길이보다도 직은 초미세 공간에서 일어나고 있는 양자적요동 때문이었다.
이 충돌(일반상대성이론과 양자역학의 충돌) 을 무마시키기 위해서는
더욱 깊은 단계에서자연을 바라보고 이해하는 새로운 이론이 개발되어야만 했다. 그러던 중 1984년에 퀸메리 대학의 물리학자인 마이클 그린 Michael Green과캘리포니아 공과대학 Caltech의 존 슈바르츠 John Schwarz는 초끈이론(줄여서 ‘끈이론‘ 이라 부르기도 한다)이 그 문제를 해결해줄 수 있다는사실을 처음으로 발견하였다.
끈이론은 초미세계를 서술하는 기존의 이론들과 화끈하게 다른 체계를 갖고 있다. 이 이론에 의하면 우주를 구성하고 있는 최소단위는 점같이 생긴 입지가 아니다.
끊임없이 진동하는, 매우 가느다란 끈이모든 만물의 최소단위를 이루고 있다. 그러나 여기서 개념상 주의해야할 점이 있다. 우리가 흔히 보는 일상적인 끈들은 원자와 분자들로 이루어진 집합체이지만, 끈이론에 등장하는 끈은 더 이상의 세부구조를 갖고 있지 않다.
다시 말해서, 끈이론이 말하는 끈이란 물질을 이루는 가장 궁극의 최소단위인 것이다. 하지만 이 끈은 길이가 너무도 짧기때문에 플랑크길이와 비슷하다) 최첨단의 관측장비를 동원한다 해도 마치 점입자처럼 보인다.
끈이론은 만물의 최소단위를 점입자에서 끈으로 대치시켰을 뿐이지만, 그 여파는 상상을 초월할 정도이다. 끈이론의 가장 뛰어난 특징은, 그것이 일반상대성이론과 양자역학의 충돌을 무마시킬 수 있는 가능성을 지녔다는 점이다. 앞으로 차차 보게 되겠지만, 끈이라는 것은 점입자와 달리 공간상에 어떤 특정 길이를 갖고 있다.
- 바로 이러한 사실이 두 이론을 조화롭게 묶는 데 결정적인 장점으로 작용한다.
끈이론의 두 번째 특징은 모든 물징과 힘들을 하나의 근본적인 단위, 즉 진동하는 끈으로부터 설명하기 때문에, 통일된 물리법칙을 이끌어 내는 데 매우 적절한 이론이라는 점이다.
p.215~217 - P216
끈이론에 의하면, 소립자들의 다양한 특성은 끈의 특정한 진동패턴 때문에 나타나는 결과라고 했다. 이러한 관점은 끈이론이 등장하기전에 물리학자들이 갖고 있던 생각과 커다란 차이가 있다. 과거의 물리학자들은 개개의 소립자들이 ‘서로 다른 구조‘ 를 갖고 있기 때문에각기 다른 성질을 갖는다고 생각했다. 그들이 상상했던 소립자는 물질의 최소단위이긴 했지만 그 내부에는 각자의 개성을 나타내는 모종의 ‘물성 stuff‘ 이 내재되어
있었다.
예를 들어, 전자의 ‘물성‘ 은 음전하이며, 뉴트리노 neutrino(양성자가 붕괴될 때 방출되는 입자)의 물성은 무無전하라는 식이었다. 그러나 끈이론은 이런 추상적인 관념을 완전히뒤집어엎었다.
‘모든 물질과 힘의 물성은 단 하나의 근원, 즉 끈의진동으로부터 비롯된다는 것이 끈이론의 핵심이다. 모든 소립자들은진동하는 끈의 현현 顯現이며, 모든 끈들은 완전하게 동일한 존재다.
입자들이 서로 다른 성질을 갖는 듯이 보이는 이유는 끈의 진동 패턴이 사로 다르기 때문이다.
(중략)
바로 이런 이유 때문에, 끈이론은 자연의 법칙을 하나로 통일시켜줄 유력한 후보로 각광받고 있다. 물질을 이루는 모든 소립자들과 힘을 전달하는 모든 매개입자들은 특정한 진동패턴을 자신의 신분증처럼 간직하고 있다. 우주 내에서 일어나는 모든 사건들과 물리적 과정들은 가장 궁극적인 단계에서 입자들 사이에 작용하는 힘‘ 으로 설명될 수 있으므로, 끈이론은 물리적 우주를 통일된 관점에서 서술하는만물의 이론 theory of everything(T.O.E.)의 자질을 충분히 갖고 있다.
p.229~230 - P229
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