"물리학자들의 꿈 TOE는 이루어질것인가?"

TOE란 만물의 이론(Theory Of Everything)의 약자로 자연계에 존재하는 4가지 힘(중력, 전자기력, 강한 핵력, 약한 핵력)을 하나의 방정식으로 서술할수 있다는 가상의 이론입니다.

위 질문에 대한 답을 어쩌면 M이론은 벌써 찾았는지도 모릅니다. 우선 M이론이라하면 생소한 사람들도 많을 것입니다. M이론이란 Membrane Theory의 약자로 우리나라말로 하자면 막이론이라 번역할수 있겠네요. 끈이론은 모든 입자는 진동하는 끈에의해 그 특성과 존재가 나타난다는 이론이죠. 이 끈의 길이는 플랑크길이(약 10의 -23승)로 관측가능한 영역을 벗어난 길이입니다. 따라서 끈이론이 주장하는 끈을 관측할수는 없지만 다른 간접적 증거에 의해 이론을 증명할 수는 있습니다. 끈이론에서는 우주를 10차원의 초공간으로 설명하죠. 실제로 인간이 느낄수 있는 차원은 상하좌우앞뒤의 3차원과 시간의 1차원을 합한 4차원입니다. 끈이론이 주장하는 나머지 6차원은 어디있을까요??

답은 칼라비-야우도형에서 찾을수 있습니다. 즉 우리가 알수 없는 6차원은 엄청나게 좁은 영역에 구겨져 있다는 것이죠. 쉽게 예를 들어보겠습니다. 강의 건너편을 연결하는 다리를 생각해보죠. 다리를 멀리서보면 1차원의 끈으로 보입니다. 하지만 조금더 가까이 가보면 다리의 옆면이 보이죠. 즉 2차원의 평면이 보입니다. 그리고 더 가까이가면 다리의 윗면과 옆면이 보이죠. 즉 다리의 원래모습인 3차원의 모습이 다 보입니다.

즉 우주의 차원은 10차원이지만 우리가 느낄수 있는 차원의 수가 4차원인 이유는 나머지 6차원이 극히 작은 영역에 구겨져 있기때문이라는것이 끈이론입니다.

그럼 막이론은 대체 무엇일까요?

막이론은 처음 초끈이론과 상관없이 태어났습니다. 일반적으로 아인슈타인의 일반상대성이론에 나오는 중력방정식을 11차원으로 끌어올리면(수학적 방법입니다) 중력과 약력, 강력을 포괄하는 초중력이론이 나옵니다. 마찬가지로 막이론도 우주를 서술함에 있어서 11차원을 도입하죠. 그리고 우주는 다양한 차원의 막이 진동하여 이루어진다는 이론입니다. 다시말하자면 1차원 브레인은 끈으로 표현되죠. 2차원의 브레인은 막, 3차원의 브레인은 부피를 가지게 됩니다. 결국 M이론으로 끈이론을 포괄할 수 있다는것이죠.

끈이론이 발견되고나서 학자들은 왜 자연의 기본힘을 서술하는 만물의 이론이 5개나 될까하는 질문에 대해 많이 당황해했었습니다. 왜냐하면 당시 끈이론은 I형 끈이론, II형 끈이론, IIa형 끈이론, SO형 끈이론등 총 5개의 끈이론이 존재했었습니다. 하지만 과학자들은 일종의 믿음같은 것이 있어서 모든힘을 서술하는 근본적 이론은 반드시 단순명쾌하며 아름다워야 한다는 관념이 있었죠.

이때 M이론이 등장하여 결국 모든 끈이론은 11차원의 M이론의 10차원적 서술에 불과하다는 것을 알게 됩니다. M이론에 따르면 우주는 11차원의 초공간속을 부유하는 4차원의 막이 결국 우리가 살고 있는 우주라는 것이죠.

M이론에 따르면 공간이 구겨져 있는 작은 영역은 입자가속기로도 증명할 수 있으며, 이를 증명하기 위해 전세계적으로 실험경쟁에 돌입했습니다. 하지만 현재의 입자가속기로 이 영역 이내의 중력을 검출하기엔 역부족이어서 이를 검증하기 위한 거대입자가속기가 현재 건축중에 있으며 곧 완공예정입니다.

1. 1. ▒ 마왕 ▒ '06.12.17 1:44 AM 신고
   ?????? 공부좀 해봐야 겠습니다. ↓댓글에댓글
   • ㄴ 1. 아리만 '06.12.17 10:13 AM 신고
     구겨져 있는 고차원은 중력이론을 이용해 확인할 수 있습니다. 일반적으로 중력은 거리의 제곱에 반비례하죠. 하지만 3차원이 아닌 4차원이라면 거리의 3제곱에 비례하게 되죠. 따라서 고차원이 작은 영역안에 말려있다면 입자가속기를 이용해 두개의 입자를 충돌시킬경우 전자기력을 극복하고 아주 가까이 접근하게 되고 이때 입자가 가진 중력이 매우 작은 영역에 집중되므로 미니블랙홀이 생성되게 됩니다. 이때 블랙홀이 가진 질랑이 너무 작기때문에 순식간에 호킹복사라는 현상을 일으키고 소멸하게 됩니다.(호킹복사란 양자적 터널효과에 의해 블랙홀에서 발산하는 입자에너지입니다. 상세한 개념은 서적을 보시는편이 좋을것입니다.) 만약 거시세계에서 적용되는 중력이론이 매우 좁은 영역에서도 적용된다면 위에 언급한 거리에 까지 접근하더라도 미니블랙홀은 생성할 수 없습니다.

1. 1. ?????? 공부좀 해봐야 겠습니다. ▒ 마왕 ▒ '06.12.17 1:44 AM
2. → 구겨져 있는 고차원은 중력이론을 이용해 확인할 수 있습니다. 일반적으로.. 아리만 '06.12.17 10:13 AM