생각 72: 초끈이론에 대해서
Superstring Theory
초끈이론은 물질과 힘의 근본을 입자가 아니라 진동하는 작은 끈이라고 생각하는 이론으로, 현대물리학에서 우주의 모든 상호작용, 즉 '중력, 전자기력, 약력, 강력' 4가지의 힘을 하나로 통일하는, 이른바 '만물의 법칙(Theory of Everything)'을 설명하는 유력한 이론이다.
자연계에는 중력, 전자기력, 물질의 붕괴와 관련된 약력, 핵의 구조를 설명하는 강력의 4가지 힘이 존재한다.
이 4가지 힘을 통합하려고 한 시도는 1867년 전기력과 자기력을 통일한 맥스웰에서 비롯된다. 그로부터 오랜 세월이 흐른 후 1967년 와인버그와 살람은 전자기력과 약력을 통일했다. 그 후 물리학자들은 입자들이 일정한 거리 이하로 가까워지면 전자기력, 약력, 강력의 세 힘이 하나의 힘으로 기술될 수 있다는 것을 발견했다. 이것이 1974년 죠지아이와 글래쇼에 의해 제창된 '대통일장 이론'이다. 하지만 다른 모든 힘의 이론들이 양자역학과 잘 접목되는데 반해 중력은 양자화하기 어려웠다.
초끈이론이 태어난 것은 중력 현상과 양자역학의 불일치를 해결하기 위해서이다. 현재 거시적 세계에서는 중력 현상을 설명하는 이론(상대성 이론 등)이 주로 들어맞고, 원자 등 미시적 세계에서는 양자역학을 이용한 설명이 주로 들어맞는다. 하지만 두 세계를 통합, 설명하는 이론은 아직 존재하지 않았다. 이 모순을 해결하기 위해 과학자들이 생각해낸 것이 초끈이론이다.
1974년 미국 캘리포니아 공대의 존 슈바르츠 교수가 끈 이론에 초대칭성을 접목해 초끈이론을 제안하면서 초끈이론이 확립되기 시작했다. 이어 슈바르츠 교수가 1984년 런던대의 마이클 그린 박사와 함께 양자역학적 모순을 해결하면서 초끈이론으로 4가지 힘을 설명할 수 있게 됐다.
초끈이론은 우주의 구성요소가 고유의 진동 패턴을 갖는 '끈'이라는 가정에서 출발한다. 인간은 그동안 우주를 구성하고 있는 궁극의 입자를 찾기 위해 노력했지만 기본 입자들의 수(數)는 오히려 늘어만 갔다. 그러나 초끈 이론으로 설명한다면 이러한 입자들은 단지 서로 다른 주파수로 진동하는 끈에 불과하다.
또한 초끈이론에서는 현재 우리가 존재하는 4차원(상하,전후,좌우,시간)이 아니라 10차원 혹은 11차원에서 만물의 법칙이 설명된다. 우주는 11차원으로 이뤄져 있는데 인간은 4차원만 인식할 수 있고 나머지7차원은 공간에 아주 작게 접혀 있어 관측하기 어렵다는 것이다.
처음의 초끈이론은 10차원이었지만 1995년 말에 '끈(string)'이 아닌 2차원인 '면(membrane)'이라는 이론이 나오면서 11차원이 되었다. 이것을 이른바 'M이론'(Membrane, Magic, Mystery, Matrix, 혹은 모든 이론의 Mother란 뜻)이라고 부른다.
출처 네이버 용어사전
영향력이 적은 나머지 6차원들
초끈이론(superstring theory)은 끈이론(string theory)을 초대칭화 (supersymmetrize)한 이론이다. 초끈이론에서는 만물의 근본이 1차원적인 끈이다. 기존의 뉴턴역학이나 양자장론(quantum field theory)이 만물의 근본을 차원이 없는 일종의 점입자(point particle)로 여기는 것과 매우 다르다.
끈이론이 그 이론 내적으로 일관된 이론이려면 시공간이 무려 26차원이어야 한다. 여기서 시공간을 초대칭화해서 초끈이론을 만들면 그 내적 정합성을 위해 필요한 시공간이 10차원이다. 지금 우리는 시공간 합해서 4차원에 살고 있으니까, 만약 초끈이론이 맞다면 나머지 6차원이 어떤 형태로든 우리의 4차원 주변에 들러 붙어있어야만 한다. 이 부가적인 6차원이 꽤나 크다면 그 효과를 간접적으로 이미 확인했을 것이다. 사실은 그렇지 않았기 때문에 부가적인 6차원은 매우 작은 영역(혹은 매우 높은 에너지 영역)에 조밀화 (compactification)되어 있을 것이라고 생각할 수 있다.
출처 네이버 오늘의 과학
10차원 설명에 도전
Google에서 10th dimension을 찾으면 동영상을 볼수 있습니다. 제가 이해한 10차원 설명에 과감하게 도전합니다.
빅뱅시작
1차원 – 점과 점을 연결: 끈 (선)
2차원 – 끈과 끈을 연결: 면
3차원 – 면과 면을 연결: 입체
4차원 – 입체에 시간이 더해지면 시공간인 인생이 됩니다
5차원 – 시공간이 없어진 차원입니다. 5차원을 점으로 보고 다시 새로운 빅뱅 시작
6차원 – 새로운 점과 점을 연결: 새로운 끈
7차원 – 새로운 끈과 끈을 연결: 새로운 면
8차원 – 새로운 면과 면을 연결: 새로운 입체
9차원 – 새로운 입체에 시간이 더해지면 평행우주에서의 인생
10차원 – 평행우주에서 시공간이 없어진 차원. 다시 빅뱅시작
최소 단위가 M (면)이 되면 10차원이 아니고 11차원이 됩니다.
우리는 3차원 세계에서 존재하며 4차원에서 인생을 살아갑니다. 만일에 우리가 3차원이 아니고 8차원 세계에 존재하고 9차원에서 생활하는 것은 아닐까요?
‘4차원에 대해서’ 글을 쓰면서 삼각형이 만난 신 사과에 대해서 썼습니다. 면인 삼각형의 눈에 입체인 사과는 항상 다르게 보입니다. 2차원의 삼각형은 3차원의 사과를 설명할 수 없어 신이라고 생각할 수 있습니다.
개미가 사는 공간이 3차원, 4차원이라고 생각한다면 인간이 생활하는 공간은 8차원, 9차원이 될수 있습니다. 완전히 다른 세상에 살고 있습니다.
한번 박테리아를 생각해 보겠습니다. 개미가 보기에 박테리아가 3차원에 존재한다면 개미 자신은 8차원에 존재하고 인간은 13차원에 존재하게 됩니다. 실상 박테리아와 개미 사이에는 1차원의 차이만 존재하지만 평행우주를 설명하려고 5차원을 한 단위로 사용했습니다.
끈을 진동하게 하는 에너지
끈이 존재하지 않으면 우주는 존재할 수 없습니다. 끈이 끝임없이 진동을 해야 합니다. 끈이 진동함으로 우주의 에너지를 제공합니다. 그렇다면 우리가 살아가는 인생의 끈에 끝임없이 에너지를 제공하는 것은 무엇일까요?
자본주의 사회에서는 돈입니다. 민주주의 사회에서는 자유.평등입니다. 그리고 사람의 기본인 종족을 유지하려면 가족, 즉 부모, 형제, 아내와 자녀가 필요합니다.
끈이론에서 시공간이 대칭을 이루는 초끈이론을 기본으로 본다면 돈, 자유, 평등, 가족이 균형을 맟추어야 합니다. 한가지만 결핍되도 불행해 집니다. 그리고 한가지가 너무 많아져도 불균형이 되서 불안정한 인생이 됩니다.
우주의 끈을 진동하게 하는 에너지는 우주의 모든 상호작용, 즉 '중력, 전자기력, 약력, 강력에 의해서 공급됩니다. 이 상호작용은 어떻게 만들어졌을까요?
여기서 유신론과 무신론이 시작을 합니다. 신의 작품이라고 하면 유신론과 이신론입니다. 그냥 신과 관계없이 물리학이라고 생각하면 무신론입니다.
다른 힘보다 제일 강력한 힘은 중력입니다. 중력은 무게가 존재해야 합니다. 질량은 어디서 왔을까요? 빅뱅의 시작에는 빛밖에는 없었을텐데…
