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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