UNSTRUNG(7)

UNSTRUNG(7)

Jim Holt

* 밝힘: '더 뉴요커(The New Yorker)', 2006년 10월 2일자에 게제되었던 글 입니다[바로가기]. 단행본 'When Einstein Walked with Goedel'의 18장에 'The String Theory Wars: Is Beauty Truth?'로 실려 있습니다. 이 책은 '아인슈타인이 괴델과 함께 걸을 때'로 한글번역 출간되어 있습니다. 아래 글은 원문을 임의로 해석한 것이므로 내용에 주의하시고 원문과 번역본을 함께 읽어 주세요. 특히 []안의 부분은 저의 생각입니다. 저는 이분야 전문가가 아닌 그저 평생 학습자 입니다.

한번은 위튼이 말하길, "내인생에서 가장 극적인 흥분"은 끈이론이 중력론과 양자 역학을 아우를 수 있을지 모른다고 알게 되었을 때라는 것이다. 그가 끈 이론에 투신하자 순전히 수학적인 면에서, 특히 매듭[끈이론의 난제]을 푸는데 있어서 큰 진전이 있었다. 1990년에 수학의 노벨상이라는 필즈상을 받은 첫번째 물리학자가 되었다.

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위튼은 [끈 이론에서 주장하는] 추가된 차원으로 인해 부분적으로 제기된 수수께끼를 앞세워(usher) 두 번째 혁명을 이끌었다. 여분의 차원들이 꼬여 있어서 보이지 않을 만큼 작지만 꼬이는 데는 여러 방법이 있는 것으로 밝혀졌다. 그리고 물리학자들은 지속적으로 새로운 꼬임을 찾았다[1]. 끈 이론의 종류(version)가 여럿이라면 그중 어느 것이 옳단 말인가? 그들이 생각하는 에너지의 규모가 [현재] 입자가속기가 달성할 수 있는 것을 훨씬 넘어서기에 실험으로 이 문제를 다룰 수 없다[2]. 1990년 대 초에 이미 다섯 가지 이상의 끈이론이 나왔다. 불신(discouragement)이 팽배했다. 하지만 1995년에 로스 엔젤리스에서 열린 끈이론 학회에서 위튼이 청중들에게 한 발언을 기화로 분위기는 반전됐다. 서로 다른 다섯 가지 이론이 언뜻 보기에 달라 보이지만 깊이 들여다 보면 서로 닿는면(facet)이 있다고 발표했다. 그는 이 이론을 "M-이론"이라고 불렀다. M 이론에서는 진동하는 끈(string)에 덧붙여  진동하는 [두께가 없는] 박막(membrane)과 방울(blob)을 덧붙였다[3]. 새 이론의 이름에 관해서 위튼은 애매한(noncommittal) 입장을 취했다. 그에 따르면 "M은 마술(magic), 미지(mystery), 박막(membrane) 중 상황에 따라 뭐든지" 된단다. 후에, 확률로서 "흐릿함(murky)" 이라고도 했는데 "이 이론에 대한 이해가 초보단계인 것은 사실"이라고 했다. 다른 물리학자들은 "메트릭스(matrix)", 모든 이론의 어머니라는 의미로 "어머니(mother)", 심지어 "자위(masturbation)" 이라고 했다. 끈이론에 비판적인 쉘던 글래셔는 M은 위튼의 W를 뒤집어 놓은게 아닐지 의심했다.

[1. 공간의 3차원 외에 6개의 차원이 저마다 방식으로 꼬일 수 있다고 주장함. 이로인해 모형화한 우주의 모형의 가짓수가  무려 1 뒤에 0이 오백개!]

[2. 어느 끈이론 버젼을 채택할 수 없으니 수학만 맞다면 다 받아들이기로 한다. 이쁘면 다냐?]

[3. 끈이 1차원이라면, 박막은 2차원과 방울은 3차원. 복잡도를 늘리는 방식으로 서로 달라보이는 이론들을 끼워 맞추는 중이다.]

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두번째 혁명이 있은지 20여년이 흐른 지금 이전에 끈이라고 알려진 이론은 실질적인 방정식 보다는 그럴듯한 해석만 남았고 불명확한 문제(nonuniqueness problem)[1]들이 무지막지하게 늘어났다. 최근에 헤아려본 바로는 끈이론의 수가 1뒤에 0이 오백 개는 될 지경이다. "어째서 이 상황을 '터무니 없음을 보여 줄이지'[2] 않을까?" 라며 스몰린이 묻는다. 하지만 끈이론 가들은 꿋꿋했다(unabashed). 이렇게 엄청나게 다양한 조합의 각이론은, 그들의 표현을 빌면, 서로 다른 있음직한 우주들 중 하나의 지역적 특성(local weather)과 역사를 기술한다는 것이다.

[1. 수학적으로 그럴싸한, 혹은 아름다운 여러개의 수식들]

[2. reductio ad absurdum: 1. (reduction to the absurd) a disproof by showing that the consequences of the proposition are absurd 2. or a proof of a proposition by showing that its negation leads to a contradiction]

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UNSTRUNG(6)

UNSTRUNG(6)

Jim Holt

* 밝힘: '더 뉴요커(The New Yorker)', 2006년 10월 2일자에 게제되었던 글 입니다[바로가기]. 단행본 'When Einstein Walked with Goedel'의 18장에 'The String Theory Wars: Is Beauty Truth?'로 실려 있습니다. 이 책은 '아인슈타인이 괴델과 함께 걸을 때'로 한글번역 출간되어 있습니다. 아래 글은 원문을 임의로 해석한 것이므로 내용에 주의하시고 원문과 번역본을 함께 읽어 주세요. 특히 []안의 부분은 저의 생각입니다. 저는 이분야 전문가가 아닌 그저 평생 학습자 입니다.

새로운 이론이 기존 생각을 깼던 방법이 이것[1]만이 아니었다. 우리는 (시간이라는 한 차원이 더해진) 3차원 공간에 사는 걸로 믿고 있다. 하지만 끈이론에서는 수학적 감각에 맞추기 위해 세상은 9개의 공간 차원이어야 한다[2]. 그럼 왜 우리는 나머지 6개 차원은 인지하지 못할까? 끈이론에 따르면 미소 공간(micro-geometry)에 꼬여 있기 때문에 보이지 않다. (일테면 마당에 놓아둔 물 호스를 보자. 멀리서 보면 호스는 일차원의 선이지만 가까이 보면 이차원의 둥근 관이다.) 차원이 숨어있다는 가정(assumption)은 몇몇 물리학자들을 터무니 없이 강타했다[3]. 하지만 다른 사람들에게는 관심 가질 가치가 없어(a small price) 보였다. 스몰린의 말에 따르면, "끈이론이 이전에 다른 이론들이 약속하지 못했던 중력 양자론, 즉 힘과 물질의 진정한 통합 같은 것을 장담했었다(promised)."

[1. 입자물리실험 자료가 베타 함수에 기적적으로 일치한 점을 들면서 끈이론이 시작되었다. 한술 더 떠서...]

[2. 끈이론이 기존의 물리학계의 정설들을 깨겠다면 제시한 것들에 9차원 설도 있다.]

[3. 수학자들의 9차원 가정에 물리학자들이 쓸데 없이(as extravagant) 말려들었다. 기존의 물리학에서도 미시(입자)세계는 양자론으로 거시세계는 중력이론으로 설명하고 있었으니 말려들 만도 하다.]

[4. 입자물리 실험 자료를 기적적으로 오일러 베타 함수에 맞춰 놓고는 수학적으로 가설을 풀고자 9차원을 제시했다. 이 방정식(끈이론)으로 중력을 양자론으로 설명(통합)하겠다고 장담 했었다.]

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하지만 언제쯤 그 약속[통일이론을 내놓겠다던]이 제대로(good) 나올 수 있을까? 그 가능성이 처음 엿본(glimpsed) 이래 수십년이 지났지만 끈이론은 여러번의 "혁명[1]"을 치루기에 이르렀다. 첫번째 혁명은 1984년에 잠정적으로 치명적 난제(kink: 꼬임)가 풀렸을(worked out) 때 였다. 이 성공에 까치발(heel: 발뒤꿈치)을 하고선 프린스턴 물리학자 네명이 끈이론이 진정으로 자연의 모든 힘들을 통합할(encompass: 둘러쌀) 거라며 프린스턴 현악 사중주를 재녹음(dub)했다[2]. 수년이내 전세계 물리학자들이 끈이론에 관한 천여편의 논문을 내놨었다. 이 이론은 세계적 이론물리학의 선두에 서 있던 한 인물의 관심도 끌어냈다. 그의 이름은 에드워드 위튼 (Edward witten)이다.

[1. 끈이론에 문제가 제기될 때마다 수정 보완]

[2. 네명의 끈이론자들의 발표에 빗댐]

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프린스턴의 고등연구원에 있는 위튼은 추종자(fellow)들로부터 아인슈타인에 버금간다고 받들여지는(be held in awe) 사람이다. 그는 십대 시절에는 물리학보다 정치에 관심이 많았다. 1968년에 열일곱의 나이에 '더 네이션'지에 신좌파는 전략이 부재하다는 글을 게제했었다. 브랜디스 대학에서 역사학을 전공하고 1972년 조지 맥거번의 대통령선거 유세단에서 일했다. (맥거번은 위튼에게 대학원 입학 추천 장을 써줬다.) 위튼이 물리학에서 경력을 쌓아가기로 결심하고 아주 빠르게 학업을 성취했다(be a quick study). 프린스턴에서 박사학위를 받고 하버드에서 박사후 과정을 이수했고 프린스턴에서 전임 교수가 되었을 때는 그의 나이 스물아홉이었다. 이년후 맥아더 "천재 칭호"를 받았다. 위튼의 논문들은 깊고 간결함의 전형이었다[훌륭했다]. 다른 물리학자들의 비비꼰 문제를 가지고 공격해도 그는 기본 원리에서 답을 찾아 문제를 풀었다.

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UNSTRUNG(5)

UNSTRUNG(5)

Jim Holt

* 밝힘: '더 뉴요커(The New Yorker)', 2006년 10월 2일자에 게제되었던 글 입니다[바로가기]. 단행본 'When Einstein Walked with Goedel'의 18장에 'The String Theory Wars: Is Beauty Truth?'로 실려 있습니다. 이 책은 '아인슈타인이 괴델과 함께 걸을 때'로 한글번역 출간되어 있습니다. 아래 글은 원문을 임의로 해석한 것이므로 내용에 주의하시고 원문과 번역본을 함께 읽어 주세요. 특히 []안의 부분은 저의 생각입니다. 저는 이분야 전문가가 아닌 그저 평생 학습자 입니다.

1970년대에 표준모형이 각고 끝에 나온 이래(be hammered out)[1] 지금까지 큰 수정은 없었다. (2012년에 유럽 실험 물리학회 CERN의 강입자 충돌기 덕에 힉스 보존[2]이 발견되어 마지막 남은 고리를 채우는최후의 모형 완성을 이뤘다.) 표준모형은 분자, 원자, 전자 및 그 이하의 규모에서 자연이 어떻게 행동(구성)하는지 설명한다. 이 규모에서 중력은 약해서 무시된다[3]. (반면) 일반 상대론은 (뉴튼의)사과, 행성, 은하 그리고 그 이상의 규모에서 자연이 어떻게 행동하는지 설명한다. 이런 거대 규모에서 양자 불확정성[4]은 평균치로 상쇄되어 무시된다[5]. 두 이론으로 모든 자연 현상(미시적, 거시적)을 설명할 수 있을 것 같아 보였다. 하지만 모든 물리학자들이 이런 노력으로 얻은 분리된 설명(이론)에 만족하는 것은 아니다. 무었보다 자연은 모든 것들이 합쳐져 작동하고 있다[6]. 게다가 두 이론이 겹치는 영역에서 무슨 일이 벌어질까? 아주 무거우면서 아주 작다면 말이다. 예를 들어 빅뱅 직후의 상태를 지금 우리가 보는 우주의 전체질량이 원자보다 작은 크기로 뭉쳐 있다고 한다. 그런 작은 규모에서는 양자 불확정성이 일반상대론의 부드러운(연속의 ) 기하학을 깨트린다(무력화한다). 그리고 중력이 어떻게 작용하게 되는지 설명이 없다[7]. (오늘날 같은 모습의) 우주의 탄생을 이해하려면 일반 상대론과 양자역학을 "통일" 시켜야 한다. 이 통일된 이론이 바로 이론물리학자들의 꿈이다.

[1. hammer out: 짜내다]

[2. 힉스 보손 (Higgs Boson)]

[3. 크기가 작으니 질량도 매우 작다.]

[4. 입자의 위치 변화와 운동량 변화의 곱이 플랑크 상수 보다 작다.

[5. 작은 입자의 위치와 운동량은 확정할 수 없더라도 이입자 수조개가 모여 물체를 구성하면 불확정성은 사라진다. 플랑크 상수를 수조배 하면 일상에서 인지 가능한 숫자가 된다.]

[6. 작든 크든 모든 것들이 유기적으로 뭉쳐 있는 자연을 상반된 이론으로 각각 설명하는 것은 모순되다.]

[7. 빅뱅직후(10^-30 초 후) 엄청난 질량이 불확정(양자 요동)을 이기지 못하고 금격한 팽창이 있었다는 인플레이션 이론이 있다. 이 팽창이 현재 우주의 마이크로파 배경복사에 흔적을 남겼을 것이며 이 때 질량 불균형이 발생하여 중력파를 일으켰다. 이 중력파는 마이크로파 (빛 혹은 전자기파라 불리는)에 편광을 변화시킬 만큼 강력했을 것이다. BlCEP2는이 편광을 관측하려는 실험이다.]

끈이론은 우연히 생겨났다. 1960년대 말 일단의 젊은 물리학자들이 수학책을 만지작 거리다 백년 묶은 공식을 우연히 보게 되었는데 오일러의 베타 함수[1]였다. 이 함수가 기적 기본입자 물리실험에서 나온 최신 자료에 기적 같게도 들어맞았다. 처음에는 아무도  왜 그런지 감을 잡지 못했다(영문을 몰랐다.). 하지만 몇해가 지난후 그 공식에 숨은 뜻이 드러났다. 만일 기본입자를 움찔거리는 작은 끈이라고 친다면 의문을 모두 해소할 수 있었다. 이 끈이란 것이 무었으로 구성되었다고 생각하면 좋을까(끈의 실체를 뭐라고 하면 좋을까)? (실체는) 없었다. 정말로. 한 물리학자가 정리한 것처럼 그 끈들은 "공간이라는 부드러운 천(연속 평면=기존의 이론)을 꿰는 작은 일차원의 실(rip: 찢어짐, 강하게 관통하다)"로 여겨졌다[2].

[1. 오일러의 베타 함수 , Gamma Function ]

[2. 기존의 이론에 남아있는 틈새를 기운 실 쯤으로 여김]

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UNSTRUNG(4)

 UNSTRUNG(4)

Jim Holt

* 밝힘: '더 뉴요커(The New Yorker)', 2006년 10월 2일자에 게제되었던 글 입니다[바로가기]. 단행본 'When Einstein Walked with Goedel'의 18장에 'The String Theory Wars: Is Beauty Truth?'로 실려 있습니다. 이 책은 '아인슈타인이 괴델과 함께 걸을 때'로 한글번역 출간되어 있습니다. 아래 글은 원문을 임의로 해석한 것이므로 내용에 주의하시고 원문과 번역본을 함께 읽어 주세요. 특히 []안의 부분은 저의 생각입니다. 저는 이분야 전문가가 아닌 그저 평생 학습자 입니다.

아인슈타인의 일반 상대론은 20세기 초반에 현대 물리학의 시발이 된 혁명적 혁신들 중 하나였다. 다른 하나는 양자 역학이다. 둘 중 양자역학이 고전의 뉴튼 물리학에서 더욱 급격한 변화였다. 비록 굽긴했지만 부드러운(연속의) 시공간에 존재하는 물체를 다루는 일반 상대론과는 달리 양자역학은 무작위적이며 뜀뛰며 변화하는, 입자들이 파동(혹은 그와 상응하는)으로 행동하고 불확정성이 지배하는 단절된 미시 세계를 기술한다.

[양자역학이 훨씬 급진적인 이유는, 불연속성(전자기파의 에너지는 주파수에 비례한다. 주파수는 정수배로 유효하다.), 무작위성과 통계적 해석, 미세입자의 위치와 운동량(질량과 속도의 곱)을 특정할 수 없다는 불확정성 원리등이 고전적 뉴튼과 매우 다른 시각이다. 양자역학은 미시 세계를 다룬다. 이에 반해 일반 상대론은 거시적으로 출발했다. 굽은 시공간이라는 이해하기 어려운 개념이 도입 되었지만 연속적인 세계를 다룬다는 점에서 고전 물리라 일컷는 뉴튼 역학에 좀더 이어받은 것으로 본다. 현대 물리학은 불연속의 양자론과 연속의 상대론을 접목시키려 애쓰는 중이다.]

이 두 개의 혁명이 있은지 수십년이 흐르는 동안 대부분의 활동[연구]은 양자역학 측에서 있었다. 중력외에 자연을 지배하는 세가지 힘이 더해졌는데, "전자기력"과 원자내 핵이 존재하게 하는 "강력", 방사성 붕괴[1]를 일으키는 "약력"이 그것이다. 결국 물리학은 입자 물리학의 "표준모형"을 만들어냄으로써 세개의 힘을 양자역학이라는 틀에 간신히 합쳐놓았다. 표준 모형은 막대와 풍선검[2]을 합쳐놓은 고안(contraption)과 비슷했다. 아주 이질적인 상호작용을 엉성하게 묶어 놨다. 그것을 기술한 방정식은 이 십여개의 별로 연관 없어 보인다(arbitrary). (방정식이라기 보다)여러가지 입자의 질량과 상호작용하는 힘의 강도를 나타내는 듯한 숫자들로 보인다[3]. (엉성해 보이지만) 이 숫자처럼 보이는 것들은 실험으로 측정되었고 수동으로 채웠다[4]. 여전히 이 표준모형은  (이론에)이어진 입자물리학의 모든 실험 결과를 예측하므로서 눈부시게 유용한 것으로 증명되는 중이다[5]. (이론 값과 실험치가)소숫점 아래 열두자리까지 정밀도를 갖추는 경우도 흔했다. 파인만이 한 때 예견했던 대로, 이러한 정밀도는 로스엔젤레스에서 뉴욕까지 거리를 눈꼽(털끝만큼) 차이로 계산해낸 것과 같다[6].

 [1. 방사성 붕괴: 고에너지 전자기파가 방출되면서 입자가 더 가벼운 다수 입자로 쪼개지는 것. 핵반응에서 일어난다.]

[2. 막대기보양 풍선검의 고안: 전혀 이질적인 것들을 묶어놓은 것. 막대 풍선검은 크게 유행했다.]

[3.입자들의 특성을 스핀 혹은 숫자로 표시한다.]

[4. 표준모형이 이론적 연구로 만들어지긴 했지만 그저 '아름다운' 수학방정식과 다르다. 모형(=이론)으로 입자의 실체를 예측했다.]

[5. 입자가속 충돌실험으로 이론에서 예측되었던 입자들의 존재가 증명되었다. 근래 몇년간 노벨 물리학상을 받고 있다.]

[6. 1960년대의 기술로 이론으로 예측한 입자들을 규명하려면 엄청나게 정밀한 측정 장치가 필요하리라는 예측은 어쩌면 규명이 불가능 할지도 모른다고 봤을 것이다. 하지만 21세기에 들어 대규모 입자 가속 충돌기와 정밀 측정 장치는 이를 완수해 냈다.]

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UNSTRUNG(3)

 UNSTRUNG(3)

Jim Holt

* 밝힘: '더 뉴요커(The New Yorker)', 2006년 10월 2일자에 게제되었던 글 입니다[바로가기]. 단행본 'When Einstein Walked with Goedel'의 18장에 'The String Theory Wars: Is Beauty Truth?'로 실려 있습니다. 이 책은 '아인슈타인이 괴델과 함께 걸을 때'로 한글번역 출간되어 있습니다. 아래 글은 원문을 임의로 해석한 것이므로 내용에 주의하시고 원문과 번역본을 함께 읽어 주세요. 특히 []안의 부분은 저의 생각입니다. 저는 이분야 전문가가 아닌 그저 평생 학습자 입니다.

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두 끈이론 비평가(critics)들[1]은 각각 고발장(a bill of indictment)을 내놨다. 그것[2]은 과학과 철학, 심미주의(aesthetics), 게다가 놀랍게도 사회학[3]의 짬뽕(mixture)이다. 그들[4]의 관점에서 보면, 물리학이 알버트 아인슈타인의 틀 안에서(in the mold of~) 공식적으로 인정되는(officially sanctioned) 문제에 종사한(work on) 기술자들[5]을 포상하고 공상가(통찰력을 가진)[6]을 단념 시키는 살벌한 문화(cutthroat culture)에 과도하게 점령되어 왔다(have been overtaken)[7]고 봤다.

[1. 우잇과 스몰린]

[2. 고발장, a bill of indictment]

[3. 물리학계의 여성차별과 인종주의 문제가 언급될 것이다.]

[4. 두 비평가? 끈이론가?]

[5. 실험 물리학자들]

[6. visionary: 통찰력을 가진 예언가]

[7. 두 전 끈이론자들은 고발장에서 물리학의 현재 모습을 보는 끈이론자들의 시각을 전하고 있다. 아인슈타인의 상대론 틀에서 벗어나지 못하고 백년전 상대론을 실험적으로 규명하는데 전념하면서 자신들의 환상을 무시하고 있다는 끈이론자들의 시각을 말한다. 최근 노벨 물리학상 수상자들을 보면 입자 발견, 상대론을 증명한 우주론 및 천체 관측자들인 점에 불만인듯 하다.]

우잇은 실증적 뒷받침(empirical background) 부족과 개념에 집착(conceptual rigor)한 끈이론이 성장한 연구자(=practitioner)[1]들로 하여금 과학을 앞세운 눈속임(hoax)과 천제성의 공헌 사이에 구분도 못하게 뒀다고 비난했다(argue).

[1. practitioner는 훈련을 마치고 자신만의 업을 연 개업의나 변호사를 뜻한다. 이미 학위 과정을 마치고 상당한 천제성을 발휘하고 있는 끈이론학자들을 지칭한다. 풋내기나 돌팔이가  아니라는 뜻]

스몰린은 그의 비난에서 끈이론을 여성과 흑인에 배타적인(against) 물리학계의 뻔뻔한 편견에 연계하여 도덕적 차원의 불평을 덧붙였다.

[여성과 흑인은 지적 능력이 떨어진다는 비열한 편견은 이미 사회학적 논란거리조차 아니지만 끈이론 학계 내의 전문직위를 보건데 여전하다는 고발.]

수학에 대한 공허한 맹신의 경향을 고려해 보건데 "수많은 잘나가는 이론 물리학자들이 한 때 수학 수업에서 여자애들 한테 인기있는 선수들(=the jocks)에 대항해 앙갚음으로 자신의 실력을 과시하던  불안하고 여드름 투성이 꼬꼬마였지 않았었나?"고 (스몰린은) 반문한다.

그런 구질한(sordid) 동기가 순수하고 객관적인 물리학에 영향을 주었다고 생각하니 혼란스럽다(믿기지 않는다.)[1]. 하지만 그런것들이 끈이론이 확립의 이상한 시기에 있었다[2]. (물리학의) 역사에서 처음으로(for the first time) 이론이 실험을 따라잡았다(caught up in~). 최종 이론을 탐구하는 과정에서 새로운 자료가 부족해지자 물리학은 얻기 힘든 실증(empirical evidence) 대신 뭔가 다른 쪽을 향해야(steer)만 했다. 그리고 그 '무엇인가'를 '아름다움' 이라고 불렀다[포장했다.]. 하지만 물리학에서 '아름다움'은 속빈강정[3]이 되리라는 것은 삶에서 체험하는 일(as in the rest of life)이다[3].

[1. 찌질한 수학 천재들의 잘난척 하려는 사적 동기가 물리학의 순수성과 객관성을 망쳤을 리가 없다.]

[2. 끈이론이 등장한 시기에 이미 비열한 동기가 있었다.]

[3. slippery thing: 번드르한(미끈한, 종잡을 수 없는) 것]

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물리학에서 아름다움의 상징(gold standard)은 아인슈타인의 상대론이다. 무엇이 상대론을 아름답게 했을까? 먼저, 단순성이다. 단한개의 방정식으로 질량이 존재하는 기하학적으로 굽은 시공간에서 중력을 설명했다. (이 방정식은) 질량이 어떻게 시공간을 휘게 하는지, 질량을 가진 물체의 움직임을 시공간의 휨으로 기술한다. 이어서 (Then...) 깜짝 놀랄 일은, 이 모든 이론이 모든 기준 좌표계가 동일하다는, (말하자면) 회전 목마에 올라탔을때[1] 물리법칙에 변함이 없다는 당연한 가정에서 나왔으리라(would flow from)고 누군들 상상이나 할 수 있었을까? 끝으로, 필연에서 나오는 독보성(aura: 광채)이다. 어떤 것도 상대론이 가진 논리구조를 깨지 않고는 논박할 수 없다.

[1. 목마를 탄채 요동치는(hop) 경우나 정지한 경우(frame of reference)나 적용되는 물리법칙에 변함이 없다.]

물리학자 스티븐 와인버그는 이(상대론의 무결성)을 라파엘의 '성가족'에 비유했다. 화판(canvas) 위에 그려진 모든 인물들의 위치가 완벽하고 어느 하나 나무랄데가(바꿨으면 하는 부분이) 없다.

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UNSTRUNG(2)

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Jim Holt

* 밝힘: '더 뉴요커(The New Yorker)', 2006년 10월 2일자에 게제되었던 글 입니다[바로가기]. 단행본 'When Einstein Walked with Goedel'의 18장에 'The String Theory Wars: Is Beauty Truth?'로 실려 있습니다. 이 책은 '아인슈타인이 괴델과 함께 걸을 때'로 한글번역 출간되어 있습니다. 아래 글은 원문을 임의로 해석한 것이므로 내용에 주의하시고 원문과 번역본을 함께 읽어 주세요. 특히 []안의 부분은 저의 생각입니다. 저는 이분야 전문가가 아닌 그저 평생 학습자 입니다.

그렇다면 지금은 물리학의 최고의 시대인가 최악의 시대인가? [전성기 인가 암흑기 인가?] 무엇보다 이론 물리학은 빅토리아 시대의 소설이 아니다[1]. 당신이 신문의 과학란을 즐겨 읽는 독자라면 아마도 호의적으로 생각 했으리라. 하지만 끈이론은 항상 다소의 냉소적인 말을 들어왔다. 30여년 전, 리차드 파인먼은 끈이론을 "미친", "터무니 없는" 그리고 물리학의 "잘못된 방향"이라고 일축했었다. 물리학의 위대한 업적중 하나를 이끌었다며 노벨상을 받았던 쉘던 글래쇼(Sheldon Glashow)는 끈이론의 시대가 도래하기 전부터 끈이론을 "중세 신학의 새로운 형태"로 비유해 왔고 하버드에서 자기가 속한 학과내에서 끈이론 자들을 몰아내려고 했다. (성공하진 못했다.)

[1. 제국주의 팽창, 대영제국, 성공회를 비롯한 열렬한 종교운동으로 대변되는 시기 입니다. 미친 20세기를 낳았죠. 브론테, 오스틴 등 여성작가들이 활동 하던시대이기도 합니다. 끈이론을 이시대 소설로 비유하다니 끈이론으로서는 치욕스럽겠네요.]

2006년 두명의 끈이론 세대의 두 과학자가 나서서 그들이 이론 물리학을 우습게(the mess) 봤다고 폭로했다[1]. "누군가에게 나의 이야기는 비극이 될 것이다." 리 스몰린(Lee Smolin)이 그의 저서 '난관에 부딧친 물리학: 끈이론의 등장과 과학의 종말 그리고 향후 전망(The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, a Fall of Science, and What Comes Next)'에 그렇게 밝혔다. 피터 우잇(Peter Woit)은 그의 저서 '아예 틀리진 않았다: 끈이론의 실패와 물리법칙의 통합을 향한 탐구(Not Even Wrong: The Failure of String Theory and the Search for Unity in Physical Law)'에서 "불행(disaster)" 이라는 단어의 사용을 주저하지 않았다(prefer). 스몰린과 우잇은 1980년대 초 끈이론이 횡행하던 시절(fashionable) 물리학의 성과를 내는 장인(journeymen)이었다. 둘 모두 지금은 (끈이론에서)벗어나 있다. 끈이론에 관한 열여덟편의 논문을 냈던 스몰린은 이제 개종한 끈이론자로서 캐나다의 경계 연구소(Perimeter Institute)라는 곳에서 물리학자의 멘셰비키 파(Menshevik cell: 볼셰비키 반대파. 반혁명주의자들)를 세우는데 협력하고 있다. 우잇은 [학문간 이종 교배를 시도했던] 덕분에 다양한 학문분야에 걸친 통찰을 갖게 되었지만 (지금은) 물리학의 전문 분야를 수학에 끌어넣기를 거부한다. 그는 현재 컬럼비아 대학에서 수학을 가르치고 있다.

[1. 수학자들이 함부로 이론 물리학을 끌어들여 이종교배를 시도한 행위를 일컬어 하는 말이겠지요.]

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UNSTRUNG (1)

UNSTRUNG(1)

Jim Holt

* 밝힘: '더 뉴요커(The New Yorker)', 2006년 10월 2일자에 게제되었던 글 입니다[바로가기]. 단행본 'When Einstein Walked with Goedel'의 18장에 'The String Theory Wars: Is Beauty Truth?'로 실려 있습니다. 이 책은 '아인슈타인이 괴델과 함께 걸을 때'로 한글번역 출간되어 있습니다. 아래 글은 원문을 임의로 해석한 것이므로 내용에 주의하시고 원문과 번역본을 함께 읽어 주세요. 특히 []안의 부분은 저의 생각입니다. 저는 이분야 전문가가 아닌 그저 평생 학습자 입니다.

끈이론 전쟁: 이쁘면 단가?

물리학 전성시대다. 물리학자들은 오랜동안 찾아왔던 모든 것들을 위한 이론을 얻기 직전(verge: 가장자리)에 와있다. 어쩌면 이 이론은 티셔츠 문구로 꾸밀수(emblazon) 있을 만큼 단촐한(concise) 정교한 방정식들로 우주의 탄생과 종말을 보여줄지도 모른다.

[이 글은 끈이론을 수학적으로 '아름답게' 꾸몃을 뿐이라며 실랄하게 비판하고 있습니다. 도입부 부터 예사롭지 않지요. 물리 방정식이 아름답다고 옳은가?에 대한 입자 물리학자 머리 겔만의 테드 강연[한글자막판]을 참조하세요. 아름다울 수록 내 좌절은 깊어집니다.]

고대 이래로 믿어왔던(suppose) 세상이 가장 작은 입자들로 구성되었다고 하는 대신에 에너지의 작은 기준은 "끈" 이라고 주장하고 있다.

[고대 철학의 원자설과 현대 입자 물리학을 실체(혹은 질량)가 있다고 합시다. 현대 물리학은 '질량은 곧 에너지(E=mc^2)'라는 등식을 의심없이 받아들이게 했습니다. 그렇다면 에너지를 기술하는 방정식이 바로 세상의 기초라고 하면 무리일까요? 문제는 에너지의 종류가 중력, 전기력, 핵력 등 여러개인데 서로 사맛디 아니한 점이 있다는 겁니다. 끈 이론은 이를 모두 '아름다운' 방정식으로 한데 묶어 내 보고 싶어 합니다.]

[각각 다른 종류의 힘을 기술한 끈들이] 저마다 방식(different ways)으로 진동하므로써[3] 자연에 꼭 있어야 하는 현상을 만들어낸다. 마치 진동하는 여러 가닥의 바이얼린 줄이 어울려 음표를 들려주는 식과 같다. 끈이론은 단지 강력함을 넘어서는데 [그 이유는] 수학적으로도 아름답다는 점이다[1]. 아직 남은 과제라고 해봤자 실제 방정식을 내놓을 일이다. 이 일은 생각보다 오래 걸릴 것 같다. 하지만 이 일에 몰두하는 이론물리 학회의 회원들은 거의 모두다 백년 묵은 꿈인 최종이론이 임박했다고 믿고 있다. 그것을 믿는 학회는 뉴저지 프린스턴의 한 현자(sage)가 이끌고 있다[2].

[1. 앞문장과 단어의 부연설명이나 첨언에 활용 되는 영어 문장의 구둣점, 문장기호 등의 활용을 눈여겨 보자. 차라리 문장을 끊어서 읽는 것이 편하다.]

[2. 이 문단에서 끈이론을 비꼴 밑자락을 깔고 있습니다. 곧 완성된다던 끈 이론은 생각은 그럴듯 했으나 방정식은 아직 완성되지 않았고 오히려 점점 추상적(수학적 아름다움이 높아짐)이 되어가고 있습니다. 이 글의 뒷부분에 끈 이론에 경도된 이론물리 학회가 마치 교주(프린스턴에 있는 한 현자!)에 이끌린 종교 같다고 합니다. 심지어 배교자도 나옵니다.]

[3. By vibrating in different ways, . . . . . . 이 문장에서 물리학적인 통찰이 느껴집니다. 전기장이든 자기장 이든 혹은 중력장이든 장(field) 그 자체로는 퍼져 있을 뿐입니다. 장이 요동을 쳐야  에너지가 나옵니다. 자기장에서 도선이 움직이면 전기가 발생하죠. 전기장과 자기장이 수직으로 파도쳐야 두장의 파도치는 면의 수직으로 전자기 파(빛)이 나옵니다. 질량체 주변에 형성된 중력장을 흔들면 중력파가 나옵니다. 희미한 중력장에서 우리가 감지할 만큼의 강력한 파동이 나오려면에서 적어도 블랙홀 같은 엄청난 질량이 충돌해야 겠지요.]

[4. 통일장 이론이라고, 힘(force)과 에너지(energy)이라고 부르던 것들을 모두 장(field)과 파동(wave)으로 끌고와서 통합하려던 시도가 있었습니다. 끈이론의 조상격입니다. 그나저나 힘과 에너지를 어떻게 구분하나요? 물리 문제를 풀다보면 어쩔때는 힘으로 어쩔때는 에너지로 풀죠?]

물리학계는 괴로운 시절을 보냈다. 한 세대 이상 물리학자들은 끈이론 이라고 하는 꿈의 한조각(the wisp)을 쫓아왔다. 이 추적(chase)은 한 세기의 4분의 3을 차지 해왔던 결말의 종착점에서 시작되었다[1]. 십여개의 끈이론 학술회의가 열리고 수백편의 새로운 박사 학위가 주조(mint) 되고 있으며 수천편의 논문이 쓰여졌다[2]. 하지만 이런 활동에도 새로운 실험 할 만한 예측 한개도 내 놓지 못했다. (심지어) 이론적 문제 한개도 해를 내놓지 못하고 있다. 그 이론이 있어야만 한다고(might exist) 주장하는(suggest) 몇 개의 감(hunch)과 계산들 만이 있을 뿐(so far) 이론은 없다는 것이 (끈이론의) 현실이다(in fact)[3]. 비록그 이론을 찾았다고 한들 의아한 몇 가지 형태로 나올 것이다. (한마디로) 아무것도 아닌 이론이 될 것이다[4]. 하지만 물리학의 저변은 전공자들로부터 제기되는(from the profession) 다른 이견을 무자비하게 제거하면서(ruthlessly weeding) 맹목적으로(with irrational fervor) 끈이론을 밀고 있다[5]. 어쨌든 물리학은 불모의 파탄 국면에 빠져있다[6].

[1. three quarters of a century: 아인슈타인은 말년에 물리학의 힘을 통합하는 통일장 이론을 연구했지만 성공하지 못했습니다. 아인슈타인은 1955년에 사망했지요. 통일장 이론은 60년대 말에 끈이론으로 이어집니다.]

[2. hundreds of new Ph.D's have been minted...: (현재완료형 시제가 사용됨에 유의) 결론은 정해 놓고 이론을 보충하는 학위 논문들을 '주조'라고 표현합니다. 마치 '답정너' 느낌 입니다. 끈이론의 세를 불리려고 박사학위를 '찍어낸다'는 뜻일 겁니다.]

[3. 일반상대론의 장방정식이 나오자 얼마 안있어 슈발츠쉴트가 해를 내놨고 입자의 존재를 예측하는 이론은 실험을 통해 입자가 발견되었다는 점을 상기해 보면서 끈이론의 허구성을 이야기합니다. 끈이론은 방정식도 없이 그저 감과 수능시험문제 처럼 만들어낸 수식의 계산들 이라고 끌어내리는 듯합니다. 물론 저는 감히 범접하지 못할 심오한 아름답기 그지 없는 수식들이죠.]

[4. 끈이론이 제기된 모든 모순을 풀고 완성 되더라도 결국 기존의 물리이론에서 모양만 바꾼 형태가 될 것이므로 무용하다고 저자는 말하네요.]

[5. 끈이론의 '아름다움'은 물리학계를 매혹시켰고 열광적인 '추종자'들을 갖게 되었습니다. 하지만 각 전공분야로부터 모순이 제기 되었고 그때 마다 끈이론은 수정되어 지금은 M-이론 이라고 부릅니다. 일반 상대론의 4차원의 시공간도 어려운데 무려 11차원 이라니! 저자는 이를 두고 말하는 것 같습니다. 이론 물리학이 상대론 이후 백년이 넘도록 이렇다할 업적을 내놓지 못하는 이유가 '쓸모없는' 끈이론을 추종한 탓이라고 하네요.]

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이렇게 일일이 주관적 참견을 달다가는 언제 다읽을지 모르겠습니다. 이어진 편에서는 영문읽기에 속도를 내보지요.

 [다음][끝]