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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