초끈이론의 세계
초끈이론은 무엇인가
● 아인슈타인의 목표: 우주 모든 법칙을 하나로 통합해 전부를 아우르는 통일장 이론 만들기
==> 현대 물리학의 지상 과제
● 끈이론
- 우주의 모든 것이 상상할 수 없이 작은 끈(진동하는 에너지)으로 이루어져 있음
- 우주 만물을 구성하기 위해 작은 끈들의 다양한 형태로 진동함
- 우주는 진동하는 가느다란 끈들이 연주하는 다채로운 음이 모여서 만들어진 거대한 교향곡
- 모든 것을 단 하나의 원리와 방정식으로 통일하는 것이 목표
● 통일된 이론(UNIFICATION)
- 우주의 모든 것을 하나의 개념 또는 하나의 방정식으로 기술할 수 있는 법칙
- 물릭학의 목표: 더 많은 우주의 현상을 보다 더 간단한 원칙으로 설명
● 뉴턴의 중력(G)법칙
- 사과를 땅으로 잡아당기는 힘과, 달이 지구궤도를 돌게 하는 힘이 동일한 하나의 힘
- 천체와 지구를 중력이라는 하나의 이론으로 통합
- 중력의 힘을 나타내긴 했으나, 중력이 어떻게 작용하는지는 설명 못함
● 아인슈타인
- 빛의 속도가 우주에서의 한계속도이며, 온 우주에서 그 속도를 능가하는 것음 없다는 것을 발견
- 빛의 속도 보다 빠른 것은 없다는 개념이, 뉴턴의 중력 법칙에 위배
● 뉴턴 vs 아인슈타인
- 태양이 파괴된다면,
- 뉴턴: 파괴되는 즉시 행성들은 궤도를 벗어남 => 거리에 상관없이 중력이 즉시 작용
- 아인슈타인: 태양의 빛이 지구까지 오는데 8분이 걸림. 중력이 빛보다 빨리 이동할 수
없기에, 태양이 파괴되더라도 즉시 행성이 궤도 이탈을 하지 않을 것
- 그럼 왜 행성들이 궤도를 도는 이유는? 중력이 우주의 한계속도를 넘어설 수 없다는 것을
증명해야 됨 ==> 이를 증명하기 위해 새로운 이론 필요
● 아인슈타인 일반 상대성 이론
- 중력이 시간과 공간의 장을 구부러지거나 휘어지게 함
- 중력이 무엇인가에 대한 새로운 인식 심어 줌.
- 하나의 시공간에 3차원의 공간과 1차원의 시간이 한데 섞여있다고 생각
- 4차원으로된 시공간을 기하학적으로 이해
- 통합된 시공간에서 행성이나 항성같은 무거운 물체에 의해 구부러지거나 휘어짐
- 지구가 태양주의를 도는 것은, 태양이 중력으로 지구를 잡아당기는 것이 아닌, 태양 때문에
생긴 공간의 굴곡을 그냥 따라 돌기 때문
- 만약, 태양이 파괴되는 경우 중력으로 인한 영향력은 우주 공간에 물결처럼 퍼져나가는
파장을 형성, 이 파장이 지구에 다다를때까지 태양 주의의 궤도를 벗어나지 않음
- 중력의 파장이 빛의 속도와 똑깥이 이동
● 아인슈타인의 새 목표: 만물의 이론 만들기
- 자신의 중력 이론(G)과 이미 알려져있던 전자기력(EM) 통합하여 전 우주의 모든것을 설명할
수 있는 궁극적인 방정식(만물의 이론) 만들기
- 전자기력: 맥스웰이 수학을 통해 전기력과 자기력의 관계 설명하는 4개의 방정식 발견하여,
전기력과 자기력을 통합
- 문제: 전자기력이 지구의 중력보다 수십억배 강함
● 양자역학의 시작
- 1920년대 닐스보어를 주축으로 구성
- 오랫동안 물질의 최소단위로 여겨져왔던 원자가, 더 작은 입자 즉 양자와 중성자로 된 원자
핵과 그 주위를 도는 전자로 구성되어져 있음
- 아인슈타인과 맥스웰의 이론은 원자 안에서 서로 상호 작용하는 작은 입자들을 설명하는
데는 무용지물
- 양자역학으로 미시세계를 정확히 설명하는데 성공했지만, 너무 급진적인 이론이라 자연계에
대한 기존 시각을 완전히 전복시킴
- 아인슈타인: 우주는 질서정연하고 예측 가능함
- 닐스고어: 원자의 소립자의 수준으로 볼 때, 세계는 예측 불가능한 게임의 세계. 원자나
양자의 차원에서는 확실한 규칙이 없음. 가능성을 예측하는게 최선.
- 아인슈타인 '신은 주사위를 던지지 않는다'는 말로, 양자역학 반대
- 1930년대 원자의 비밀을 풀어냄
- 원자의 구조를 연구하는 과정에서 우주를 지배하는 힘이 중력과, 전자기력 외 강력(S)과
약력(W) 발견
- 강력(S): 모든 원자의 원자핵 형태 유지시켜주며, 양성자와 중성자를 단단하게 결속하는 힘
- 약력(W)우라늄이나 코발트같은 같은 원소에서 방사능붕괴를 일으키는 힘
- 양자 수준에서 볼 때, 중력은 다른 세가지 힘에 비해 미약
● 물리학의 양대진영
- 항성과 은하계 우주 전체와 같이 크고 무거운 대상을 연구하는데 일반상대성이론 적용
- 원자와 소립자 같이 작은 물체를 연구하는데 양자역학 이용
● 블랙홀
- 고밀도 항성처럼 거대한 물체가 극단적인 수축을 이르키면 시공간이 뒤틀리게 되어 그 안의
중력이 무한대가되어, 빛조차 탈출 못함
- 블랙홀의 중심이 작고 무겁기 때문에 동시에 두 이론(G, S/W/EM) 적용, 하지만 두 이론은
서로 충돌
● 끈이론
- 미시세계이론과 거시세계이론을 하나로 통합, 우주 만물을 설명할 수 있는 길이 열릴지 모름
- 우주를 구성하는 최소단위가 점 같이 생긴 입자가 아닌, 끊임없이 진동하는 가느다란 끈
● 결론
- 뉴턴 "난 바닷가에서 노는 어린 소년과 같았다. 더 예쁜 조개와 더 둥근 조약돌을 찾는 동안
내 앞에는 거대한 진실의 바다가 진실을 가린 채 누워 있었다."
- 아인슈타인: 거대산 진실의 바다 즉 자연계의 모든 법칙이 몇개의 수학적 법칙으로 표현되는
간단한 이론임을 보여 줌
- 끈이론: 아인슈타인의 통합에 대한 꿈을 이루기 직전에 와있음
• 진동하는 가느다란 끈으로 이뤄진 우주
• 양자역학과 일반상대성이론이 통합될 수 없는 이유는 무엇인가?
• 우리가 살고 있는 시공간에 '여분의 차원'이 존재하는가?
• 여러 개의 변형이론이 대두된 '끈이론'
• ※ 끈이론(String Theory)
• - '끈'이라 불리는 1차원적 물체가 자연의 근본 물질이라는 가정에서 출발한 통일장이론
• - 기존 물리학이 자연계를 구성하는 최소 단위인 원자와 그 속의 소립자들을 극도로 작은
구형이나 점으로 생각하였으나, 끈이론에서는 최소 구성 단위가 진동하는 작은 끈이라고
주장
● 우주에 대한 2가지 이해방식
• (1) 아인슈타인 일반 상대성 이론(General Theory Of Relativity) - 별과 은하계 같은 우주의
거대한 물체를 이해하는 방식
• - 시공간이 중력과 상호 작용하여 그 결과가 시공간의 곡률로 나타난다는 중력 이론
• (2) 양자역학(Quantum Mechanics)
• - 우주의 작은 물체들 즉 원자보다 작은 소립자를 설명하는 체계
• - 미시세계의 원자나 소립자들의 운영방식을 지배하는 역학 원리
● 일반상대성이론과 양자역학의 충돌
• - 양자역학에서 말하는 현란하게 요동치는 시공간의 모습은 일반상대성이론이
묘사한 매끄럽고 질서정연하며 기하학적인 시공간모델과 정면으로 충돌
• - 두 이론을 함께 설명할 수 있는 방정식이 만들어지면 언제 어디에서 어떻게 우주가
운영되는지, 그 비밀이 밝혀질 것
• ==> 미시세계와 거시세계를 통합하고, 양자역학과 일반상대성 이론을 하나로 엮을 수
있으며 절대 깨지는 않는 그런 이론 필요
● 우주를 지배하는 4가지 힘 [물리학에서 가정하는 4가지 힘...]
• 원자의 분리에서 부터 별의 탄생에 이르기까지, 우주의 모든 사건은 아래 네 가지 힘이
물질과 상호작용하며 일어남
• (1) 일방상대성 이론: 중력(G)
• (2) 양자역학
• - 강력(S): 원자안에서 양성자와 중성자를 단단하게 결속시키며 원자핵의 형태를 유지시켜
주는 자연계의 힘(Strong Nuclear Force)
• - 전자기력(EM): 전기력과 자기력이 합해진 힘
• - 약력(W): 방사능 붕괴를 일으키는 힘
● 끈이론의 탄생
• - 1968년 이탈리아 물리학자 가브리엘 베네치아노가 강력을 설명하는 방정식을 찾는 과정
에서, 우연히 레온하르트 오일러가 기술한 오일러의 방정식을 보게 되고, 이 방정식이
강력을 기술하는 방정식이라고 생각함
• - 미국의 레너드 서스킨드가 오일러 방정식이 탄력있는 끈 입자를 기술한다고 생각
● 표준모델
• - 주류 물리학에서는 입자가 점이라고 믿음
• - 입자들을 고속으로 부딪치게하여 입자의 반응을 조사, 충돌효과 연구해 온 결과, 자연계에
존재하는 입자가 생각보다 훨씬 많다는게 밝혀짐
• - 입자물리학(?): 자연계의 기본 힘을 입자로 설명할 수 있음
• - 전자기력, 강력, 약력에도 매개입자가 존재한다는게 밝혀짐
• - 140억년전 빅뱅 직후 초고온상태에서는, 약력과 전자기력이 한데 합쳐서 전자기약력
이라는 단일한 함을 이루었을 것이라고 믿음
• - 시간을 더 거슬러 올라가면, 우주는 전자기약력과 강력이 합해진 Super Force 상태였을
것이라고 믿음
• - 표준모델(Standard Model): 자연계에 존재하는 4가지 힘 중에서 중력을 제외한 모든
힘들을 통합하는 이론
• - 한계: 미시세계를 지배하는 세 가지 힘을 설명하였으나, 중력은 포함시키지 못함
• - 표준모델에 가려져 끈이론은 물리학의 변방이 됨
● 끈이론의 문제점
• - 기존 물리 이론과 상충하는 입자를 예측(타키온 Tachyon: 빛보다 빠르다는 가상의 입자)
• - 존 슈바르츠 물리학자: 불규칙적인 방정식을 정리하려고 노력하는 중, 중력 이론을 함께
다루어야 한다고 생각함, 끈이 원자보다 수천억배 작다고 가정
• - 중력자(Gravition): 중력적 상호작용에서 교환하는 가성적인 입자 또는 에너지 양자.
양자의 세계에서 중력을 매개하는 입자
• - 하지만, 방정식의 수학적 변칙성(Anomalies)을 해결해야 하는 과제가 남음
• - 1984년, 변칙성을 해결하는 방정식 발표, '만물의 이론(Theory Of Everything): 모든 물질과
모든 힘을 포함하는 양자역학적 이론' 이라는 칭호를 받음
• - 원자 >원자핵(양성자 + 중성자 => 쿼크 >진동하는 가느다란 끈) + 전자
● 끈이론의 핵심
• - 끈 들이 진동하는 패턴에 따라 입자마다 고유한 질량과 전하가 생김
• - 미시세계에서 바라 본 혼란스럽고 예측불가능한 우주와 거시세계에서 바라 본 평온한 우주
사이의 충돌 해소
• - 일반상대성 이론이 중력에 의해 시공간이 부드럽게 휘어진다고 주장한 반면, 양자역학은
초미세영역에서 일어나는 양자의 요동때문에 시공간이 부드럽지 않음
• - 끈이론은 물질의 궁극적인 최소단위가 점이 아닌 끈이라고 주장하여, 두 이론의 대립 해결
● 끈이론의 단점
• - 실험을 통해 검증할 수 없음
• - 복잡한 방정식을 풀기위해 '여분의 차원'이라는 개념 도입
● 여분의 차원
• - 1916년 아인슈타인 중력이 4차원의 시공간을 구부러지고 휘어지게 한다는걸 밝힘
• - 1919년 칼루자가 전자기력도 잔물결같은 파문을 일으킬수 있다고 주장
• - 이 주장을 증명하기 위해 물결이 일어날 수 있는 여분의 차원이라는 개념 도입
• - 여분의 차원은 원자보다 수십배 작기 때문에, 우리가 볼 수 없다고 주장
• - 우리 주변 곳곳에 여분의 차원이 존재한다는게 끈이론의 핵심(하나가 아닌 여섯개의
여분의 차원 필요)
• - 우리가 아주 작게 줄어들어 6차원 속으로 들어간다면 여분의 차원이 생긴 형태를 볼 수
있고, 우주의 기본 구성 단위인 끈이 어떻게 움직이고 진동하는지 볼 수 있을 것
● 여분의 차원과 우주
• - 우주는 잘 정비된 기계와 같음, 현재까지 과학자들이 발견한 자연계의 상수는 20개
(전자의 무게, 중력의 크기, 전자기력의 크기 등)
• - 만약, 상수가 틀리게 되면 큰 변화를 미침(예를 들면, 전자기력의 크기가 커지는 경우
원자들이 서로 밀어내어 핵폭발이 일어나 태양 등 별들이 사라짐)
• - 문:무엇이 20개의 상수값을 정확하게 규정하는가?
• - 끈이론의 답: 여분의 차원. 극히 미세한 영역속에 6개의 차원이 숨어져 있음(너무 작아
관측되지 않음). 숨겨진 차원들의 기하학적 특성이 끈이 진동 패턴 좌우하는 결정적인 요인
• - 여분의 차원의 형태가 자연계의 상수를 결정 -> 끈으로 이루어진 우주를 조화롭게 유지
● 끈이론의 딜레마
• - 몇년 사이 다섯가지 변형이론 등장
• - 끈과 여분의 차원을 토대로 하지만, 세부적으로는 제각각(끈의 형태, 차원의 수 등)
------------------------------------------------------------------------------------
초대칭 초끈이론
세계 피겨스케이팅을 주름잡고 있는 국민요정 김연아 선수의 트리플 점프는 그야말로 일품이다. 저렇게 높이 점프하면서 어쩜 그렇게 순식간에 세 바퀴나 돌고 사뿐히 착지할 수 있을까? 물리 이론적으로 보자면 피겨 선수의 점프 회전이 불가사의한 현상은 결코 아니다. 회전하는 물체는 각운동량(angular momentum)이라는 물리량을 갖는다. 어떤 물체가 회전할
때의 각운동량은 그 물체의 질량과 선속도와 회전반경의 곱으로 주어진다. 지구나 인체처럼 수많은 입자들이 모인 물체가 회전할 때는 그 모든 입자들의 효과를 죄다 더해야 한다. 외부에서 힘이 작용하지 않으면 회전하는 물체의 각운동량은 보존된다. 이것을 각운동량 보존의 법칙이라고 한다.
피겨스케이트선수가 회전할 때 각 운동량보존의 법칙이 적용된다
각운동량은 기본적으로 질량과 선속도와 회전반경의 곱이니까, 각운동량이 보존되기 위해서는 예컨대 회전반경이 짧아지면 선속도가 높아져야만 한다. 지구가 태양을 공전할 때도 지구의 각운동량은 보존된다. 그래서 태양에 근접할 때는 (북반구의 겨울) 공전속도가 빨라지고 멀어질 때는 (북반구의 여름) 속도가 느려진다. 이것이 케플러의 행성운동에 관한 제2법칙으로서 면적속도 일정의 법칙이라고 불린다.
김연아 선수가 3회전 점프를 할 때도 김연아 선수의 각운동량은 보존된다. 도약을 하면서 자기 몸에 회전을 걸 때 자신의 팔을 몸에 바짝 붙이면 회전반경이 짧아지는 효과가 생기므로 몸 전체의 회전 선속도는 높아진다. 그 결과 순식간에 3회전을 돌게 된다. 반대로 착지할 때는 팔을 쭉 뻗는 것이 유리하다. 그래야만 몸의 회전 선속도가 그만큼 느려져서 착지한 다음 균형을 잡기가 수월하기 때문이다. 물론 이론적으로 설명하기야 이렇게 쉽지만 그 상황을 실제 빙판에서 재현하기란 무척 어렵다. 김연아 선수는 이론적으로 가능한 상황을 실제로 거의 완벽하게 보여주니까 ‘예술적’이라는 감탄사가 절로 나온다.
미시입자가 가진 각 운동량, 스핀
양자역학이 지배하는 미시세계에서는 거시세계에서 상상하기 힘든 현상들이 많이 생긴다. 양자역학에 의하면 물질의 기본단위를 이루는 소립자들은 스핀(spin)이라는 물리량을 가진다. 스핀은 각운동량의 일종이다. 스핀은 스스로 돈다는 의미가 있지만 소립자들은 크기나 부피가 없는 점입자(point particle)로 간주되기 때문에 실제 소립자가 회전하거나 하는 일은 없다. 스핀은 질량이나 전기 전하량처럼 소립자가 내재적으로 고유하게 간직하고 있는 회전효과이다. 양자역학에서는 물리량들이 덩어리져서 불연속적으로 존재한다.
각운동량도 예외가 아니어서 소립자들이 가질 수 있는 스핀값은 0, 1, 2, 같은 정수값이거나 1/2, 3/2, 등과 같은 반(半)정수값 두 가지 뿐이다. 전자의 스핀값을 가지는 소립자를 보존(boson)이라 하고 후자의 스핀값을 가지는 소립자를 페르미온(fermion)이라고 한다.
미시입자는 스핀에 따라 보존과 페르미온으로 구분된다.
보존은 여러 개의 입자가 같은 물리적 상태에 있을 수 있다. (보즈-아인슈타인 응축) 반면에 페르미온은 같은 상태에 둘 이상의 입자가 있을 수 없다. (배타원리) 여러 개의 페르미온이
있으면 각 페르미온은 각기 서로 다른 상태를 차곡차곡 채워나간다. 이 때문에 페르미온은 물질을 구성하는 역할을 한다.
전자나 양성자는 모두 페르미온으로서 이들의 스핀값은 1/2이다. 반면 힘을 매개하는 입자들은 모두 보존으로서 빛(광자)이 대표적인 예다. ‘신의 입자’로 불리며 소립자들에게 질량을 부여하는 힉스 입자는 스핀이 0인 보존이다. 자연계의 모든 소립자는 보존 아니면 페르미온이다. 이는 마치 자연에 남자와 여자 두 종류의 성이 있는 것과도 같다. 남녀의 성을 구분하는 것은 성염색체로서 남자는 XY, 여자는 XX의 성염색체를 가진다. 굳이 말하자면 남자는 혼자서 독립하기를 좋아하니까 페르미온, 여자는 상대적으로 서로 붙어 다니길 좋아하니까 보존이라고 해도 무방할 것 같다.
초대칭성 : 보존에게는 그 짝인 페르미온이 있고 페르미온에게는 그 짝인 보존이 있다.
초대칭성(supersymmetry)이란 보존과 페르미온 사이의 대칭성이다. 만약 자연계에 초대칭성이 있다면 모든 보존은 각각 자신의 초짝(super partner)으로서 페르미온을 하나씩 동반한다. 마찬가지로 모든 페르미온도 각각의 초짝으로서 보존을 하나씩 가진다. 말하자면, 이 세상 모든 남자와 여자가 각기 자신의 짝을 가지고 있다는 얘기다. 초대칭성은 1971년 구 소련의 골판드(Y. Golfand)와 리크트만(E. P. Likhtman)이 수학적으로 처음 도입하였다.
같은 해에 라몽(P. Ramond)과 느뵈(Neveu) 및 슈바르츠(Schwarz)도 독립적으로 초대칭성을 도입하였다. 라몽과 느뵈와 슈바르츠는 당시 끈이론(string theory)을 연구하다가 초대칭성을 발견하였다. 초대칭성이 있는 끈이론을 초끈(superstring)이론이라고 한다.
남자만 있는 군대는 삭막하다. 여자만 있는 여대도 썰렁하긴 마찬가지다. 남자가 있으면 여자가 있어야 하고, 여자가 있으면 남자가 있어야 하는 게 자연의 정한 이치다. 남녀가 골고루 섞여 있어야 생기가 돌고 활력이 넘친다. 남녀가 제각각 자기 짝을 찾아 조화롭게 살고 있으면 우리는 ‘아름답다’는 생각이 든다.
소립자의 세계도 마찬가지다. 초대칭성은 미학적으로 무척 아름답다. 보존이 있으면 페르미온이 있어야 하고, 페르미온이 있으면 보존이 있어야 한다. 이것은 어떤 입자의 존재에 대한 필연성을 부여하기도 한다. 예컨대 표준모형에서는 힉스 보존처럼 스핀이 0인 입자가 꼭 있어야만 하는 이유를 이론 내적으로 찾기가 어렵다. 왜 스핀이 0인 입자가 자연에 있어야만 할까? 초대칭성은 이 문제를 아주 쉽게 해결한다. 스핀이 1/2인 페르미온이 있으면 그 초대칭짝은 스핀이 0인 입자이기 때문이다.
초대칭성이라는 개념을 통해 표준모형의 난제들을 해결할 수 있다.
초대칭성은 표준모형이 갖고 있는 여러 가지 난제들도 해결할 수 있다. 초대칭성이 각광을 받게 된 가장 큰 이유는 표준모형의 힉스 입자 질량에 대한 미세조정의 문제를 깔끔하게 해결했기 때문이다. 표준모형의 미세조정의 문제는 지난 글에서도 설명한 적이 있다.
요지만 설명 하면 이렇다. 힉스 입자는 애초에 천문학적인 질량을 가지고 있는데, 입자가 순간적으로 생겨나고 사라지는 일들이 반복될 때 발생하는 효과가 그 질량을 상쇄하여 양성자의 수백 배의 질량으로 관측되게 된다. 그리고 이렇게 상쇄되어 나타나는 효과의 정밀도는 1/1032이다. 이 미세조정의 문제는 많은 과학자들의 마음을 불편하게 만들고 있다는 것이다.
자연에 초대칭성이 있으면 이렇게 어색한 미세조정이 전혀 필요없다. 표준 모형에서 힉스입자의 원래 질량이 천문학적으로 커야 되는 이유는 주로 톱쿼크와 힉스와의 반응 때문이다. 그런데, 초대칭성이 있다면 톱쿼크에도 그 초짝인 스톱(stop, scalar top의 약자)입자라는 것이 있게 된다. 그 스톱입자가 존재하면 스톱입자와 힉스와의 반응이 톱쿼크와 힉스입자와의 반응에 의한 영향을 상쇄시킬 수 있다. 그렇게 되면 힉스 입자의 질량이 원래 천문학적으로 큰 데, 입자들과의 반응을 통해 절묘하게 조정된다는 믿기 힘든 설명은 필요 없게 되는 것이다.
초대칭성은 암흑물질(dark matter) 문제에도 제격이다. 암흑물질은 우주에 존재하는 물질의 대부분을 차지하는 것으로 알려져 있으나 그 정체는 오리무중이다. 표준모형의 패러다임에서는 암흑물질의 후보가 전혀 없다. 그러나 표준모형에 대해 초대칭적인 입자, 즉 초입자(super particle)가 있다면 그 가운데 가장 가벼운 입자가 암흑물질일 가능성이 높다. 과학자들은 초입자들 중에서 초중성소자(neutralino)를 암흑물질의 유력한 후보로 거론하고 있다.
초입자는 아무도 본적이 없다. LHC가 초입자를 보여줄까?
불행하게도 실험적으로 우리는 아직까지 초입자를 본 적이 없다. 자연의 초대칭성이 정확하다면 서로 초짝을 이루는 보존과 페르미온의 모든 물리적인 성질(스핀만 제외하고)이 똑같다. 여기서 문제가 생긴다. 예컨대 전자의 초짝은 전자와 질량이 같기 때문에 여태 발견되지 않았을 리가 없다. 신은 우주를 창조할 때 초대칭성을 허락하지 않은 것일까? 과학자들은 자연에 초대칭성이 있더라도 그것이 적절하게 깨져 있으면 초입자들의 질량이 충분히 커서 아직까지 발견되지 않았을 가능성에 무게를 두고 있다.
소립자의 질량이 크면 클수록 발견하기 어렵다. 질량이 큰 입자는 생성되는데 큰 에너지가 필요하기 때문이다. 힉스 보존의 질량을 자연스럽게 안정시키려면 초입자들의 질량은 대략 양성자 질량의 약 1천 배 정도 될 것으로 예상된다. 이 정도면 유럽의 대형강입자충돌기(LHC)가 충분히 넘어설 수 있는 에너지다. 과학자들의 예상이 맞다면 1년에 대략 수만 개의 초입자가 LHC에서 만들어질 것이다. 짚신도 짝이 있다는데, 여태 숨겨져 있던 자연의 또 다른 반쪽을 인류가 마침내 들춰볼 수 있을지 사뭇 궁금해진다.
초대칭성이 있는 끈이론이 바로 초끈이론입니다.
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
초끈이론이란?- 修身齊家治國平天下
1. 만물의 통합이론에 도전한다 - 초끈이론
만물의 궁극은 무엇으로 이루어져 있을까? 우주와 자연에 작용하는 가장 근본적인 섭리는 무엇일까?
이런 질문들은 고대 그리스 시대의 자연철학으로부터 오늘날의 첨단 물리학에 이르기까지, 수많은 학자들이 지대한 관심을 가지고 연구해온 중요한 주제였다. 흔히 과학의 시조라 불리는 그리스의 자연철학자 탈레스는 일찍이 ‘만물은 물로 이루어져 있다’고 말했고, ‘물, 불, 흙, 공기’의 네 가지가 가장 기본적이라는 ‘4 원소설’을 주장하는 학자들도 있었다.
같은 시대의 데모크리토스가 ‘만물은 원자로 이루어져 있다’는 고전적인 원자론을 처음으로 언급한 이후, 근대 과학은 모든 물질이 각기 다른 원자들로 구성되어 고유의 성질을 나타낸다는 사실을 밝혀내었다.
20세기에 들어와서 양성자, 전자, 중성자와 같이 원자를 구성하는 기본적인 소립자들이 발견됨에 따라, 원자 역시 더 이상 쪼갤 수 없는 물질의 궁극이 아니라는 사실이 알려졌다. 근래에는 소립자 역시 물질의 가장 기본적인 단위가 아니고 이보다 더 작은 쿼크(quark)라고 하는 입자가 존재한다는 주장이 나왔고, 이를 뒷받침하는 실험결과 등이 나온 바 있다.
만물의 궁극이 무엇인지는 아직도 명확히 밝혀졌다고 할 수 없지만, 지금까지 공통적인 것이 있다면 물질의 최소 구성단위를 당구공과 같은 구의 형태라고 생각해 온 점이다. 그런데 970~80년대 이후 미국 칼텍의 이론물리학자 존 슈바르츠와 영국 퀸 메리 대학의 마이클 그린 등이 발전시킨 초끈이론(Superstring Theory)에서는 대담하게 발상을 바꿔서, 만물의 궁극을 끈과 같은 형태라고 본다.
즉 우주의 만물은 소립자나 쿼크와 같은 기존의 단위보다도 훨씬 작은 구성요소인 ‘진동하는 가느다란 끈’으로 이루어져 있다고 생각하는 것이다. 또한 바이올린이나 첼로에서 각기 다른 소리가 나는 것이 현의 진동 패턴과 주파수가 서로 다르기 때문인 것과 마찬가지로, 끈들이 진동하는 패턴에 따라서 각기 입자마다 고유한 성질이 생긴다고 설명한다.
최근 초끈이론이 각광을 받고 있는 중요한 이유 중의 하나는, 그것이 우주와 자연의 모든 원리를 통합하여 설명하는 이른바 ‘만물의 이론(theory of everything)’이 될 가능성이 크기 때문이다. 우리가 우주를 거시적으로 볼 경우에는 대개 아인슈타인의 상대성 이론을 떠올린다.
시, 공간과 중력의 원리 등에 대해 설명하는 상대성 이론을 적용하면, 태양과 지구의 운동, 머나먼 별빛의 경로 및 우주의 모습 등을 비교적 정확하게 기술할 수 있다. 상대성 이론이 보여 주는 거시 세계는 연속적으로 이루어져 있으며 예측 가능한 세계라고 볼 수 있다.
그러나 거시적인 세계가 아닌, 원자 이하 단위의 아주 작은 미시세계를 기술할 경우에는 양자역학이라는 전혀 다른 이론을 적용해야 한다.
미시세계에서는 불확정성 원리에 의해 입자들의 운동 등을 확률적으로 밖에는 기술할 수 없고, 입자와 파동의 이중성이 나타나는 등, 우리가 거시세계에서는 상식이라고 생각했던 것들과는 매우 다른 물리적 현상들이 자주 일어난다.
즉 미시세계는 불연속적이며 예측 불가능의 세계라고도 볼 수 있다. 따라서 거시세계를 설명하는 상대성 이론과 미시세계를 설명하는 양자역학은 서로 대치되어 있는 셈이며, 현대 물리학의 근간을 이루는 두 이론체계가 충돌을 일으키면서 양립되지 못한다는 점은 오늘날 물리학자들이 반드시 해결해야 할 과제로 여겨져 왔다.
초끈이론을 적용한다면 아주 작은 물질 입자에서부터 우주 공간에 존재하는 커다란 천체에 이르기까지 자연계의 모든 것을 설명할 수 있는, 우주와 자연의 궁극적인 원리를 밝혀낼 수 있을지도 모른다.
왜냐하면 초끈이론에서는 만물이 1차원적인 끈의 요동에 의해 만들어진다고 가정하기 때문에, 양자역학의 불연속성과 상대성 이론의 연속성 간의 모순을 해소하고 거시세계와 미시세계의 물리법칙을 하나의 일관된 체계로 설명할 수 있는 가능성이 더욱 커지기 때문이다.
상대성 이론을 완성한 아인슈타인을 많은 사람들은 20세기의, 아니 인류 역사상 가장 위대한 과학자라 꼽기를 주저하지 않는다. 그는 “나는 신이 어떻게 이 세계를 창조했는지 알고 싶다. 신의 생각을 알고 싶은 뿐, 나머지는 지엽적인 것에 불과하다”고 하면서 말년에는 모든 것을 통합하는 ‘만물의 이론’을 밝혀내기 위해 오랜 노력을 기울였지만, 끝내 성공시키지는 못하였다.
과연 초끈이론이 아인슈타인의 마지막 꿈을 실현시켜 줄 수 있을까?
정말 모든 이론을 통합하는 꿈의 이론이 나올 수 있을까?
이 질문에 대해서 좀더 자세히 알아보기로 하자.
위에서 초끈이론이 나오기까지의 배경 및 대략적인 개념 등에 대해 언급하였다. 이번에서는 초끈이론이 지향하는 ‘만물의 이론(Theory of Everything)'의 가능성 및 그 의미, 초끈이론의 발전 과정과 향후 과제 등에 대해 알아보기로 한다.
만물의 이론이란 물질의 궁극과 힘의 근원을 포함하여, 그야말로 우주와 자연의 모든 것을 설명할 수 있는 이론이어야 한다. 물론 이러한 이상적인 이론이 정말 존재하는 것인지, 그것을 성공적으로 밝혀낼 수 있을지 장담할 수는 없을 것이다.
그러나 수많은 물리학자들은, 조물주가 우주를 만들 때에 여러 가지의 이론을 동원하여 얼기설기 짜 맞춘 것이 아니라, 단 하나의 궁극적인 이론을 통하여 아름답게 창조했을 것이라고 생각한다. 또한 이러한 믿음은 단순한 희망이 아니라, 충분한 근거가 있다고 볼 수 있다.
물질에 작용하는 힘에는 궁극적으로 모두 네 가지 종류가 있다. 즉 우리에게 친숙한, 만유인력을 설명하는 중력, 전기와 자기가 서로 끌어당기거나 밀어내는 전자기력, 원자핵 안에서 양성자와 중성자를 묶어주는 강력, 방사능 붕괴를 일으키는 약력이 그것이다.
자연계에 존재하는 이 네 가지의 힘을 하나로 통합하여 설명하려는 시도가 곧 통일장이론(Unified Field Theory)이며, 이는 곧 만물의 이론에 다가가는 것으로 볼 수 있다.
이중 전자기력과 약력은 1979년도 노벨 물리학상을 받은 와인버그(Weinberg, Steven)와 살람(Salam, Abdus)에 의해 전자기-약력이론으로 통합되어 통일장 이론의 가능성을 한층 올린 바 있다. 또한 19세기 후반에 맥스월(Maxwell, James Clerk)은 이전까지 별개라고 생각되어 오던 전기력과 자기력을 통합하여 전자기법칙을 밝힌 것도 일종의 성공적인 통일장 이론이라고 볼 수 있다. 더 거슬러 올라가자면, 뉴턴이 태양, 천체의 운동 등 천상의 세계에 작용하는 역학과 지상에 작용하는 역학이 동일함을 밝혀서 만유인력과 운동의 법칙을 세운 것도 오늘날의 통일장 이론과 유사한 측면이 있다.
이처럼 지금까지의 물리학은 통일장 이론, 그리고 만물의 이론에 보다 한발씩 다가섰던 것으로 볼 수 있으며, 최근에는 전자기력, 강력, 약력의 세 힘이 아주 가까운 거리 내에서는 하나의 힘으로 기술될 수 있음이 밝혀졌다.
그러나 하나 남은 중력만큼은 다른 힘들과 달리 통합하기가 쉽지 않았는데, 초끈이론에서는 입자를 하나의 점이 아닌, 약간의 크기를 갖는 끈으로 보기 때문에 중력까지도 하나의 힘으로 통일하여 기술하기가 훨씬 수월해 진다.
초기의 초끈이론은 광자와 중력자 등을 끈의 진동으로 설명하기 위하여 자연계를 무려 26차원으로 기술하였다. 그 후 16차원이 숨어버린 10차원의 자연계를 설정한 초끈이론은 기술적인 난제들을 해결하면서 발전하였으나, 어디에서 시작하느냐에 따라 다섯 가지의 서로 다른 형태의 이론이 나옴에 따라 난관에 봉착하기도 하였다.
통일장 이론, 혹은 만물의 이론이 다섯 가지나 된다는 것은 물리학자들의 기대에 크게 어긋나기 때문이다.
그러나 1995년 이후 프린스턴 고등연구원의 위튼(Edward Witten) 박사가 기존의 다섯 가지 이론이 근본적인 차이가 없음을 밝히고 이들을 통합시킬 수 있는 단일한 이론체계로서 이른바 ‘M이론’을 제시하면서 새로운 도약의 계기를 맞게 되었다.
M이론은 우주의 기본 구성 요소를 끈에서 막(Membrane)으로 확장시키는 이론인데 여기서 M은 막 이론(Membrane theory), 신비로운(Magic, Mystery)이론, 모든 이론의 어머니(Mother theory)등을 의미한다는 이야기가 있다.
자연과 우주의 근원이 물질과 힘이 아닌, 끈과 막에 의해 설명될 수 있다고 믿는 초끈이론은 아직도 해결해야 할 커다란 과제가 하나 있다. 수학적으로는 완벽할지 몰라도, 이론을 뒷받침할 수 있는 실제적인 증거가 있는가, 그리고 어떻게 입증할 수 있는가 하는 점이다. 만약 끝내 실험을 통해 끈의 존재를 입증할 수 없다면, 초끈이론은 그냥 아름다운 수학적 이론에 머물거나, 과학이 아닌 철학의 차원으로 볼 수밖에 없다는 의문도 나오고 있다.
초끈이론의 발전에는 우리나라의 물리학자들도 활발한 연구를 하면서 큰 기여를 한 바 있다.
서울대 물리학부 조용민 교수는 초기의 끈이론과 관련이 있는 ‘칼루자-클라인’ 이론의 발전에 공헌했고, 고등과학원 이필진 교수는 M이론의 정체를 밝히는 연구를 계속하고 있다.
서울대 물리학부의 이수종 교수는 초끈이론에 관한 그간의 연구업적을 인정 받아 한국인 최초로 유엔교육과학문화기구(UNESCO) 국제이론물리연구센터(ICTP)에서 수여하는 ‘2001년 ICTP상’ 수상자가 된데 이어, 올해에는 독일 훔볼트재단이 수여하는 2004년도 베셀상 수상자로 선정되었다. 앞으로도 우리나라에서도 만물의 근원을 밝히는 초끈이론에 관한 세계적인 업적들이 나오기를 기대해 본다.
(글 : 최성우-한국과학기술인연합 운영위원)
2. 통일장이론 (Unified Field Theory)이론에 대해서
통일장이론 (Unified Field Theory)은 중력(重力)현상과 전자기현상을 결합시키기 위해서
전자기장(電磁氣場)도 만유인력장과 동일하게 물리적 공간의 어떤 성질에 귀착시키려는 장(場)의 이론이다. (네이버 백과사전)
아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면, 중력은 리만기하학으로 도식화되는 공간의 곡률이다. 아인슈타인은 전자기장 또한 같은 논리를 전개할 수 있으리라 믿었다. 그는 이를 통해 중력과 전자기력이 하나의 힘의 두 가지 양태라는 것을 증명하고자 했다. 그러나 이를 위한 그의 평생의 노력은 아직 보상받지 못했다.
근간에 이르러서는 소립자 사이에 작용하는 핵력(강력, 약력)까지 포함하여, 중력, 전자기력, 강력, 약력의 4대 힘과 그 역장을 하나로 엮는 통일장이론이 연구되고 있다. (근자의 성과로는 전자기력과 약력을 전자기-약력으로 묶은 와인버그와 살람의 이론이 있고, 또한 최근에는 지근거리의 소립자사이에서 전자기력, 약력, 강력이 하나의 힘으로 기술될 수 있다는 점이 밝혀졌다.)
최근에 가장 각광을 받는 설명은 초끈이론이다. 초끈이론에서는 물질의 근간을 입자가 아닌 26차원 상의 아주 가는 끈에서 발생하는 진동으로 규정한다. 그 내용상 초끈이론은 입자와 파동 사이에서 헤매는 양자론을 구할 첨병으로 기대되고 있고, 중력을 포함한 통일장 이론을 구축할 가능성도 보이고 있다.
그러나 초끈이론은 지난 세기말에 '21세기의 물리학이 우연히 20세기에 떨어진 꼴'이란 평가를 보일 정도로 수학적인 난해함을 자랑한다. 또한 검증 가능성도 아직 요원하다. 검증되지 않는 한 초끈이론은 아름다운 이론이지만, 하나의 수학적이자 물리학적인 철학에 지나지 않을 것이다. 초끈이론을 일반에게 소개하기 위한 대중서로 몇 가지가 있지만, 얼마 전 번역된 엘리건트 유니버스(The Elegant Universe)가 가장 좋은 평을 듣고 있다. 두께나 모양이 요즘의 대중과학서들에 비해 압박을 주는 면이 있다. 그러나 과학의 신비가 옅어지고 있는 시점에서, 그에 목말라하던 독자들에게는 좋은 선물이 될 것이다.
□ 엘리건트유니버스(The Elegant Universe) 소개
궁극의 이론(TOE: Theory of Everything)이 될지도 모르는, 초끈이론을 대중들을 대상으로 설명해 놓은 책.
대중과학잡지에서 11차원이 어쩌고 하는 것에 관심이 있는 사람들이 우선 읽어야 할 책.
2002년 3월에 우리나라에 번역으로 소개된바 있다.
* The Elegant Universe 저자가 EBS교육방송에 나와 끈이론에 대해 설명하는 다큐멘터리
Part. I Einsteins Universe
Part. II Strings the Thing
Part. III Welcome to the 11th Dimension
□ The Elegant Universe관련 덧글
저는 상당히 재미있게 읽었습니다. 오히려 좀더 깊이 들어가지 않는게 아쉽던데요? 어차피 이 책은 그쪽 분야에 관심이 있는 사람들을 위한 책이니 그 정도 수준이면 적당하다고 봅니다. 이 책에서보다 더 학술적인 내용을 빼버린다면 물리학 책이 아니라 역사 책이 되어버립니다.
-- alee
저도 역시 재밌게 읽었습니다. 사람의 심리라는 게 참 재미있지요. 저도 좀 더 깊은 내용이 나오길 기대하면서 동시에 일반인 수준의 물리학 지식을 가진 저를 원망했답니다. 그 외에 책의 번역이라던지 편집은 아주 만족스러웠고 저자가 일반인의 이해를 위해서 어려운 수식을 안쓴 배려가 고맙기도 하면서 한편으로는 수식으로 가득찬 페이지가 한번쯤 나올까 기대했는데 결국엔 나오지 않더군요. 주관적인 생각을 하나 덧붙이자면 저자가 생소한 물리학이론을 설명하기 위해 든 가상의 실험이라던지 일상적 사건을 통한 비유 부분은 이해가 잘되서 좋았습니다.
-- Lazylife
총점으로는 아주 좋은 책이다. 특히 상대성 이론에 대한 그의 서술은 일품이며, 초끈이론을 도입하는 방식도 변변한 "초끈이론책"이 없는 대중 과학계에서 뛰어나다. 그러나 많은 사람들의 말처럼, 그 엄청난 숫자의 역자주는 가히 저자와의 공동 저술급으로 치달을 만큼 아주 심한 정도로 많다. 더욱 고통스러운 것은, 저자의 주석은 찾아보기 힘들게 책 맨 뒤에 미주로 달려있으면서, 역자주는 각주도 아니고, 글 사이사이를 툭툭 끊고 괄호사이에 있다는 점이다.
엄청나게 괄호에 적힌 문장이 많은 한 세대 전 통신체 글을 읽는 듯 하다. 물론 역자주의 내용도 읽을만은하고, 종종 괜찮은 내용도 많다. 하지만 번역은 번역이고 자기 책은 자기 책일 진데, 이것은 정도가 지나치다. 저자의 주석을 각주로 하고, 역자주를 미주로 몽땅 옮겨서 책 마지막에 몰아 넣었다면 훨씬 좋은 책이 되었을 것이다.
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------
M-이론 초끈이론
1. M-theory
초끈이론이 많은 과학자들에의해 연구되면서 초끈이론은 크게 5가지 Type으로 구분되기 시작합니다. 그 이유는 아무래도 무엇인가 정확한 현상을 알고 진리를 탐구해 나아가는 것이 아니라 모호한 개념과 근사적 방정식들을 통해 초끈이론의 진리를 탐구하려 했기 때문에 과학자들 별로 때에 따라 다른 결론을 만들어 낼수 밖에 없었던 것입니다.
M-Theory는 크게 아래의 5가지 Type로 나뉩니다.
① Type I
② Type IIA
③ Type IIB
④ Heterotic-O
⑤ Heterotic-E
예를 들어 Type I의 경우는 입자의 최소단위인 초끈의 형태를 Closed String(닫힌 형태 - 끈의 양끝이 맞 닿아서 고무밴드와 같은 형태), Open String(열린 형태 - 끈의 양 끝이 맞닿지 않은 형태)로 나뉜다고 보고 있고, 각각의 이론들은 나름대로 다양한 끈의 형태나 성질, 끈의 진동 패턴, 끈들 사이의 상호작용이 일어나는 양상...들에 관한 차이점을 보이고 있습니다. 하지만 이 5가지 끈 이론들은 기본적으로 끈이론의 기본적인 특성들을 공유하고 있으며, 여분의 6차원을 공유하고 있습니다.
과학자들은 이 5가지 끈이론 중에서 과연 어느것이 진리를 나타내는 이론이고 나머지는 단지 수학적 부산물인지?
그림속의 다섯 가지 끈 이론들은 M-이론의 서로 다른 번역판쯤으로 생각할 수 있던 것입니다. 예를 들자면 성경이라는 책 한권을 미국에선 영어로, 한국에선 한국어로, 일본에선 일본어로 책을 출판하는데 만약 영어도 하나도 모르고, 일본어도 하나도 모르고 한 사람이 이 책 3권을 펼쳐 놓고 아무리 쳐다본들 이 책이 같은 내용이라는 것을 절대 알수 없을 것입니다.
물론 이 비유는 한계가 있습니다. 그 말이 이론 물리학자들이 남들의 끈 이론에 관해 문외한이었다는 소리는 아닙니다. 단지, 근사적 방성식에 의해 연구되던 각각의 끈이론들이 서로의 합의점을 찾지 못했다는 것이죠. M-이론을 중심으로 각각 5개의 끈이론 들은 하나의 이론을 수학적으로 분석, 서술하는 다섯가지 방법에 불과했던 겁입니다.
재밌는 점은 M-theory에서 M이 무엇의 약지인지 정확하게 아는 사람은 없습니다. 단지 Master, Majestic, Mother, Magic, Mystery, Matrix 쯤으로 생각하고 있죠. 위에서도 잠깐 설명했지만 M이론의 완성이 어려웠던 이유는 끈 이론의 연구과정은 완벽한 방정식을 찾아 내는 것이 매우 어려워서 근사적 방정식들에 의존할수 밖에 없었고, 근사적방정식으로 많은 사실들을 알아 낼수 있기는 했지만 정작 중요한 끈 이론의 핵심을 파악하기에는 그 진리에 대한 오차값이 너무나 크기 때문에 그 결과를 인정할 수가 없었던 것입니다.
M-이론 발견의 의이는 다음과 같은 것들에서 찾을수 있었습니다.
모든 이론이 한 갈래에서 나온 걸 안 이상 과학자들은 5개의 끈이론들의 공통점들은 아무래도 진리에 더 가까울지도 모르고, 개개의 차이점들은 아마도 틀렸을 확률이 높기 때문에 서로의 연구 결과를 비교하며
그들은 진리에 대한 접근을 노력했고, 혹, 한 과학자가 어떤 버전의 끈 이론을 연구하다가 문제점에 봉착했을 경우는 지속적인 "그 버전"의 사고방식으로는 답을 구할수 없었지만 "다른 버전"의 끈 이론으로 연구를 할 경우 너무나 쉽게 문제의 정답을 파악할수 도 있었습니다.
2. 위튼의 연구 : 11-Demension(11차원)
근사적 방정식의 초끈이론은 여분의 6차원을 포함하여 총 공간이 9차원(10차원 시공간)이라고 서술했지만 위튼은 초끈이론의 통합을 연구하면서 11차원의 시공간이 각각의 끈이론을 통합할 수 있다는 사실을 알아내고 M-Theory을 만들어 내게 됩니다.
끈이론의 10차원은 양자역학과 일반 상대성 이론의 불균형을 통합(중력과 전자기력의 통합)하는 역할을 했고, 이번에도 역시 위튼의 11차원은 5개의 끈이론을 통합하는 발판을 마련하게 되었고, 그 이전의 근사적 방정식들 10번째의 공간차원(10개의 공간차원 + 1개의 시간차원 = 11차원 시공간)이 생략된 방정식임을 증명해 낼 수 있었습니다.
10번째 공간차원은 지금껏 여분의 차원이라고 생각한 6차원보다도 훨씬 작아서 (그럼 도대체 얼마나 작다는 말일까?....ㅡㅡ; 양자들의 미시세계로 들어갈수록 개념이 워낙에 모호해서 이런 말을 들으면 어디까지 상상을 해야 하는 것인지...머리가 복잡합니다....ㅋㅋ)
지금껏 찾아 낼수 없었다고 보고 있습니다.
다시 한번 정리 해드리죠. 일반 상대성 이론과 양자역학의 통합을 위해서 초끈이론은 10차원을 생각해 냅니다. 하지만 이 10차원은 한계속에서 초끈이론은 5개의 이론으로 구분되어 별개의 길을 걸어가게 됩니다. 후에 에드워드 위튼이라는 선구적인 과학자에 의해 11차원을 도입하면 5개의 끈이론이 M-이론 이라는 한개의 종합적인 이론으로 통합될수 있었고, 이건 마치 5개의 봉우리가 있는 섬 아랫부분이 안개에 가려져있고, 봉우리만 보인다면 사람들은 그 섬을 5개의 작은 섬으로 보겠지만 안개가 거친 후 5개의 봉우리가 한개의 섬으로 연결되있다는 것을 알게 된 것과 비슷한 상황이라고 할 수 있습니다.
2. Brane(브레인, 막)
한개의 차원을 추가하면서(11차원) 초끈이론에서 단순히 1차원의 끈이 최소입자라는 생각이 M-이론에서 1차원의 끈을 포함, 2차원 이상의 요소들도 모든 물질의 최소 단위로 구성될 수 있다는 수학적 결과물들을 얻기 시작했습니다. 기존 근사적 끈이론의 근사적 방정식들의 한계를 여분의 차원 도입으로 일부 벗어 버릴 수 있었던 것입니다. M이론은 최대 10차원 까지의 최소단위를 생각하고 있으며, 그것은 간단하게 p-brane(p는 10이하의 정수)라고 나타냅니다.
여기서 brane이라는 말은 membrane(막)이라는 말의 뒷부분만 따서 만들어낸 말로써 초끈이론의 단순한 끈이 최소단위 였지만 M-이론에의해 2차원 이상으로 확장되면서 2차원의 최소 입자는 일종의 막의 형태를 나타나게 되고, 그 때문에 brane이라는 말을 만들어 냈는데 여기서 분명히 아셔야 할것은 p값이 3,4,5,....로 갈수록 3차원은 공간이겠지만 분명 막의 단계를 벗어난 것이고, 4,5 이상 갈수록 그림으로 나타낼수 있는 형태가 아니기 때문에 그걸 막으로 표현한 다는 것은 다소 무리가 있기는 하지만 물리학 용어 설정을 그렇게 잡아 논 것이기 때문에 이점에 주의해서 이 글을 받아 들이였으면 좋겠습니다.
-------------------------------------------------------------------------------
이 세상은 몇차원일까.. 초끈이론
달걀을 깨지 않고 노른자만 꺼낼 수 있을까? 글쎄, 세기의 마술사라는 데이비드 카퍼필드라면 혹시 해 낼 수 있을지도 모르
겠다. 만약 우리가 4차원 공간에 살고 있다면 이 마술 같은 일을 손쉽게 해치울 수 있다. 인간은 3차원 공간에 사는 생물이
라서 4차원이 있다 하더라도 그것을 직접 느낄 수는 없다. 다만 2차원과 3차원 사이의 관계로부터 더 높은 차원을 유추해
볼 수는 있다.
달걀은 깨지 않고 노른자만 꺼낼 수 있을까? 우리가 4차원 공간에 산다면 가능하다
종이에 원을 하나 그려놓고 그 안에 동전을 놓는다. 2차원 평면인 종이 위에서 동전을 움직여 원 밖으로 빼내려면 동전은 반드시 원주를 통과해야만 한다. 그러니까 2차원에서는 동전이 원주를 건드리지 않고 원 밖으로 나갈 수 없다. 그러나 동전을 3차원 방향으로 움직일 수 있으면 얼마든지 원주를 건드리지 않고서 동전을 빼낼 수 있다.
만약 2차원적인 생명체가 있어서 종이 위에서만 살고 있다면 이 생명체의 눈에는 동전이 갑자기 사라졌다가 다시 엉뚱한 곳에 나타나는 것으로 보일 것이다. 2차원 평면을 3차원 공간으로, 종이 위의 원을 달걀로, 그리고 동전을 노른자로 대체하면 4차원의 공간이 어떻게 달걀을 깨지 않고 노른자를 꺼낼 수 있는지 짐작이 갈 것이다. 4차원 공간을 느끼면서 넘나들 수 있는 생명체가 있다면 그는 노른자를 4차원 방향으로 움직임으로써 달걀을 깨지 않고 노른자를 꺼낼 수 있다.
하이퍼큐브(hypercube), 4차원 입방체의 3차원의 그림자
우리가 사는 공간이 3차원 이상일까? 90년 전에도 그런 생각을 가진 사람이 있었다.
우리가 살고 있는 공간이 3차원보다 더 높은 차원일수도 있다는 생각은 꽤나 오래 되었다. 아인슈타인의 상대성이론은
시간과 공간을 하나의 좌표로 통일하여 시공간 4차원을 주창했는데, 여기서는 공간이 여전히 3차원에 머물러 있다. 아인슈
타인과 동시대에 살았던 칼루자(Theodor Kaluza)와 클라인(Oskar Klein)은 시공간이 5차원일 가능성을 제시했었다. 칼
루자-클라인 이론에서는 공간이 3차원이 아니라 4차원이다. 이렇듯 3차원에 부가적으로 덧붙여진 차원을 덧차원(extra
dimension, 부가차원, 초차원, 여분차원)이라고 한다. 칼루자와 클라인이 덧차원을 생각한 이유는 적어도 달걀노른자를 빼
내는 것보다는 좀 더 고상했다. 그들은 중력과 전자기력을 5차원 이론으로 통합하려고 했었다. 대략 1919년에서 1926년
사이의 일이다.
덧차원에 고민을 새롭게 한 초끈이론, 초끈이론은 세상에 10차원으로 되어 있다고 한다.
덧차원에 관한 고민이 새로워진 것은 초끈이론 때문이었다. 초끈이론은 그 이론이 자체적으로 모순이 없으려면 시공간이 10차원이어야 함을 예견한다. 우리는 4차원 시공간에 살고 있으니까 덧차원이 6차원이나 되는 셈이다. 덧차원이 이렇게 버젓이 존재한다면 우리가 어떻게든 알아차릴 수 있지 않을까? 꼭 그렇지 않을 수도 있다. 전깃줄을 예로 들어 보자. 아주 멀리서 보면 전깃줄은 기다란 1차원의 곡선일 뿐이다. 그러나 우리가 가까이 다가가서 자세히 살펴보면 1차원인 줄 알았던 전깃줄이 일정한 굵기를 가지고 있다는 사실을 알게 된다. 이 굵기는 전깃줄의 길이 방향과는 수직을 이루면서 새로운 차원을 하나 형성하고 있다.
멀리서는 보이지 않던 전깃줄의 차원이 가까이에서야 보이기 시작한다. 더 자세히 보면 전깃줄의 다른 차원도 찾을 수 있을 것이다. 우리가 살고 있는 시공간도 이와 비슷할지도 모른다. 초끈이론이 맞다면 원래 우리가 살고 있는 시공간은 10차원(1차원의 시간과 9차원의 공간)이다. 그러나 6차원이 매우 좁은 영역에 말려들어 있다면 우리는 4차원의 시공간만 감지할 수 있다. 이는 마치 멀리서는 1차원의 전깃줄만 보이는 것과도 같다. 6차원의 덧차원을 보려면, 마치 전깃줄에 가까이 다가가듯이, 공간 자체를 들여다보는 해상도를 높여야 한다. 높은 해상도는 매우 높은 에너지를 요구한다. 현존하는 입자가속기들로는 어림도 없다.
덧차원으로 수십년 동안 물리학자들을 괴롭힌‘위계의 문제’를 해결할 수 있다.
1990년대 후반부터는 또 다른 이유로 덧차원이 폭발적인 관심을 끌었다. 지난 수십 년 동안 과학자들을 괴롭혀 온 문제 중에 위계의 문제(hierarchy problem)라는 것이 있다. 물리학자들은 어찌 보면 참 쓸데없는 일에 많이 고민한다. 위계의 문제도 보통 사람들이 보기엔 그런 문제들 중 하나일지도 모른다. 자연계에는 네 가지의 힘이 알려져 있다. 중력, 전자기력, 약한 핵력, 그리고 강한 핵력이 그 넷이다. 중력과 전자기력은 보통 사람들에게도 친숙한 힘들이다. 약한 핵력은 핵붕괴와 관련된 힘이고 강한 핵력은 핵자들을 원자핵으로 강하게 묶어 두는 힘이다.
중력을 제외한 나머지 세 힘들은 입자물리학의 표준모형(Standard Model)으로 구축되어 있는데 대략 양성자 질량의 약 1천배 정도 되는 에너지까지 잘 들어맞는 것으로 생각되고 있다. 그런데, 이 정도의 에너지에서는 중력의 효과가 극히 미미하다. 중력의 효과가 나머지 세 힘과 비등해지려면 그 에너지가 양성자 질량의 약 10,000,000,000,000,000,000배에 이르러야 한다.
이 에너지를 플랑크(Planck) 에너지라고 부른다. 중력과 표준모형 사이에 왜 이런 거대한 에너지 갭이 존재할까 하는 것이 바로 위계의 문제이다. 지난 글들에서 소개했던 힉스 질량의 안정화를 위한 미세조정의 문제는 위계 문제를 조금 다르게 표현한 것으로서 근본적으로 위계 문제에 다름 아니다. 이 위계의 문제는 수십 년 동안 물리학자들을 괴롭혀 왔으며 현재 학계가 처한 가장 시급하고도 긴박하게 해결해야 할 문제 중의 하나이다. 반면에 그런 만큼 이 문제는 새로운 물리학의 장을 열어젖히는 데에 큰 공헌을 해 온 것도 사실이다. 초대칭성이 가장 강력한 대안으로 떠오른 이유도 초대칭성이 이 문제를 나름대로 해결했기 때문이다.
굽은 제5공간을 포함한 5차원으로 세상을 설명하는 물리학자, 리사랜들
1998년 미국의 알카니-하메드(N. Arkani-Hamed)와 디모포울로스(Savas Dimopoulos), 드발리(G.R. Dvali)는 덧차원이 위계문제를 해결할 수 있다는 획기적인 아이디어를 제시했다. 이들 이름의 머리글자를 따서 ADD모형으로 알려진 이론은 4차원 시공간에 덧차원이 달랑 붙어있는, 매우 단순한 구조이다. 이 모형에서는 덧차원의 공간 자체가 에너지의 상당부분을 흡수해 버림으로써 플랑크 에너지를 양성자 질량의 천배 정도 수준으로 낮출 수 있다.
리사 랜들(Lisa Randall 1962~), 하버드대학교 물리학과 교수
그 이듬해 미국의 리사 랜들(Lisa Randall)과 라만 선드럼(Raman Sundrum)은 1차원의 덧차원으로 위계문제를 깔끔하게 해결했다. RS모형으로 알려진 이 이론에서는 ADD에서와는 달리 덧차원인 제5공간이 심하게 굽어 있다. 그 굽은 정도가 5차원 공간을 따라 갈수록 기하급수적으로 커지게 되어 있어서, 제5공간에서 비교적 멀리 떨어져 있지 않은 두 점에서의 물리량이 매우 다른 값을 가질 수 있다. 한마디로 말하자면 높은 에너지의 세계와 낮은 에너지의 세계가 굽은 제5공간을 통해 서로 연결되어 있다. 리사 랜들은 최근 가장 주목 받는 여성 물리학자로서 그의 저서 <숨겨진 우주>는 국내에서도 잘 알려져 있다.
덧차원이 있을까? 덧차원이 있다면 놀라운 일이 일어날 수도 있다
덧차원 모형은 역사가 그리 길지는 않지만 표준모형을 대체할 새로운 대안으로 부상하고 있다. 올 가을 다시 가동될 유럽의 대형강입자충돌기(LHC)에서 덧차원의 신호를 잡아낼 수 있을지도 큰 관심거리 중의 하나다. 덧차원이 있다면 자연의 근본상수인 플랑크 에너지가 그렇게 천문학적으로 클 필요가 없다. 그러나 천문학적으로 큰 숫자가 불편할 때도 있지만 때로는 요긴할 때도 있다. 어떤 현상들은 플랑크 에너지만큼 높은 에너지를 얻어야만 일어나는 경우가 있다. 이는 마치 아주 무거운 바위로 두더지 구멍을 막아 둔 것과도 같다. 두더지가 바깥세상으로 나오려면 큰 에너지를 발휘하여 자기 집 입구를 짓누르고 있는 커다란 바위를 들어 올려야만 한다. 만약 덧차원이 있어 실제 플랑크 에너지가 그리 크지 않다면 비교적 낮은 에너지에서도 이런 현상들이 일어날 수 있다. 문제는 높은 에너지에서만 일어나는 일들 중에는 낮은 에너지에서 일어났을 때 흥미로운 경우도 있지만 재앙(이론적으로든 현실적으로든)을 몰고 오는 경우도 있다는 점이다. 블랙홀도 그런 경우 중의 하나라고 할 수 있다.
끈이론 혹은 초끈이론에 대해 우리는 브라이언 그린의 유명한 저서인 엘러건트 유니버스를 통해 비교적 긍정적인 통합이론의 대안이라는 관점을 가지고 있었을 것이다. 비단 그린의 저서뿐만 아니라 시중에 등장하는 대부분의 물리학 혹은 우주론에 대한 저서는, 하나 같이 최신 물리학 이론과 궁극의 이론으로 초끈이론을 얘기하는 찬양 일색의 편중된 시각이 대부분이었다.
그런데 이 책은 과감히 이들이 이 이론이 잘못된 방향으로 가고 있다고 말하고 있다. 얼핏 생각해 보면 모두가 옳다고 하며, 전반적인 흐름이 초끈이론의 방향으로 향하는 중에 이와 같은 반대 주장은 다소 황당하게 느껴 질지도 모른다. 하지만 이런 예를 들어 보자. 대중들의 대부분이 언론 매체로 조중동을 보고 있으며, 네이버 포털 메인뉴스들에 쏟아져 나오는 삼성의 신제품 홍보들에 한 매체가 이와 반대되는 주장을 과감 없이 쏟나 내는 상황이라면 어떨까? 아마도 자신이 튀고 싶거나 어버이 김일성 수령을 찬양하는 한 빨갱이나 반사회적 감정을 가진 일개 매국노로 밖에 보이지 않을 것이다. 모든 언론이 옳다고 말하고 있지만, 이들의 보도를 객관적으로 살펴 본적이 있는지 생각해 보면 조금 멍할지도 모른다. 생각해 보면 A는B다 라고 전달만 해 주고 있을 뿐 핵심엔 벗어난 주장이 대부분임을 감지할 것이다.
여기서 다시 초끈이론을 생각해 보자. 물리학의 양대 산맥인 일반상대성이론과 양자역학을 통합할 궁극의 이론 그리고 중력의 양자화의 최대 걸림돌을 해결할 양자중력이론의 궁극적인 형태인 초끈이론은 과연 이들의 주장처럼 장밋빛 전망일까? 아니면 조중동의 언론 플레이에 놀아나고 있는 것일까?
시트콤 빅뱅이론에서 페니와 레너드의 대화 중엔 이런 대사가 있었다.
『레너드, 요즘 물리 쪽엔 재미난 게 뭐가 있나요?』
『없어, 한 가지 있다면 끈이론인데 아무런 진척도 없이 그냥, “수학적으로 왠지 그럴 듯 하지 않아?”라고 말하는 게 다야』
기억에 의존한 것이라 이 대화의 내용이 정확하지 않을 수도 있다. 하지만 대략 어떤 느낌의 대화인지는 충분히 파악해 볼 수 있을 것이다. 결론적으로 이 대화의 내용은 현재 초끈이론이 처한 상황을 단적으로 보여주고 있다고 말 할 수 있다.
초끈이론이 탄생한지 약 30여 년이 흘렀다. 그런데 아무런 통합된 기초 방정식도 없으며, 어떠한 실험결과도 도출하지 못하며 예언하고 있지도 못하다. 만일 현재 스위스 제네바에 건설되어 있는 LHC가 초대칭의 증거를 찾지 못한다면 끈이론 학자들은 모두 직업을 잃게 될지도 모른다.
때문에 이 책의 저자인 피터 보이트는 끈이론을 이론이 아닌 끈이론 신봉자들이 궁극의 이론은 이러한 모습이었으면 좋겠다는 그 바람을 그대로 담은 하나의 가설일 뿐이라고 말하고 있다. 그래서 제목이 “틀렸다는 말조차 할 수 없을 정도다”이다.
오랜 기간 동안 끈이론을 연구해 온 학자들이나, 이제 막 끈이론의 학위를 받기 위해 노력 중인 학생들의 입장에서 이와 같은 주장인 매우 불편할 지도 모른다. 아니 굉장히 불편할 것이다. 그러나 30년 가까이 이론의 아무런 진척이 없이 극악의 난이도로 치닫는 수학을 접하며 가장 단순하고 아름다운 통합이론을 거론하고 있는 것은 다소 무리하고 있는 것이 아닌가 생각된다.
끈이론을 실패하길 원하는 것은 물론 아니다. 하지만 지금까지 그리고 앞으로도 이론의 커다란 추진력을 얻지 못하는 상황이라면, 현 주소를 냉철히 바라보고 최선을 해결책을 찾는 것이 최선일 것이다. 행여 끈 가설이 결과적으로 틀린 가설로 판명되더라도 그간의 노력과 아이디어는 결코 사라지지 않을 것이며, 후대의 물리학자들에게 새로운 영감을 줄 것이다.
개인적으로 민주주의란 진보든 보수든, 자유민주주의든 공산주의든 사회주의든 관계없이 동일한 시작에서 항상 비판적 관점을 견지하는 것이라 생각한다. 마찬가지로 하나의 이론 역시 비판적 관점에서 그것을 바라보고 냉철히 비판할 수 있어야 한다고 생각된다. 이런 관점에서 이 책은 좋은 자극제 혹은 그 동안 다소 편파적으로 다가왔던 초끈이론에 대한 인상을 객관적 관점에서 다시 생각해 볼 수 있게 만드는 다른 반대의견으로 손색이 없을 것이다.
http://blackcherrying.tistory.com2010-09-05T06:45:100.31010
초끈이론의 진실: 이론 입자물리학의 역사와 현주소 - 피터 보이트
새로운 과학 이론의 발견은 언제나 사람들의 근본적인 인식의 전환을 가져왔다. 코페르니쿠스를 통해서는 지구가 세상의 중심이 아니란 걸 배웠고 뉴턴을 통해서는 모든 물질은 물리 법칙에 의해 움직인다는 것을 배웠다. 상대성 이론을 통해서는 세상에 절대적인 기준은 없다는 것을 배웠고 양자 역학을 통해서는 관찰자에 따라 사물의 본질 자체가 달라질 수 있으며 애초에 그 본질이라는 것 자체가 관찰자의 기준에서 정의되는 것이라는 점을 배웠다.
그렇다면 우리는 초끈 이론을 통해 무엇을 배울 수 있는가? 나를 비롯한 일반인들은 절대로 이해할 수 없는 이론에 대한 교양 서적이 넘쳐나는 것은 그러한 근본적인 물리 법칙을 통해 세상을 바라보는 인식에 대한 일말의 깨달음을 얻을 수 있지 않을까 하는 바램 때문일 것이다. 초끈 이론을 이해하는 것도 그러한 인식 수준의 향상을 불러 올 수 있을까? 내 판단은 아니라는 쪽으로 기울고 있다. 수 많은 차원들이 우리의 차원 내에 말려 있다거나 우리 우주는 다중 우주 중 하나라는 단편적인 개념은 한 사람에게 어떤 가치관을 갖게 해 줄 수는 있지만 수준을 향상시킨다기 보다는 편견을 강화하는 쪽으로 작용할 가능성이 크다.
<엘러건트 유니버스>를 읽을 때에는 궁극의 이론에 대한 열망에 차 있었지만 그 뒤 <우주의 구조>를 비롯한 몇 권의 책을 읽을 때에는 이 이론은 도저히 이해할 수 없는 것이라는 한계가 느껴졌으며 그런 느낌은 결정적으로 <코스믹 잭팟>을 읽으면서 이 이론은 이론을 연구하는 물리학자의 인식 수준 조차 향상시키지 못한다는 실망으로 바뀌었다. 내가 이 책을 고른 이유는 혁신적인 패러다임의 전환이 있기 전 까지는 더 이상은 초끈 이론에 대한 교양 서적을 읽을 필요는 없다는 판단에서 그 동안의 생각들을 정리하려는 목적이 컸다.
그런 목적에서 이 책은 꽤나 충실한 구성이었다. 전반부에 초끈 이론의 역사를 개괄적으로 설명하고 있는데 전문 용어가 암호인 것은 마찬가지지만 대략적인 흐름은 약간이나마 느낌이 왔다. 짧은 분량에 비하면 꽤나 효율적인 설명이었다고 생각된다. 후반부에서 초끈 이론의 한계를 지적하는 부분도 공감가는 부분이 많았다.
전문가 집단이 그 들만의 리그가 되어가는 것은 초끈 이론 뿐 아니라 어떤 분야든 마찬가지 일 것이다. 내가 예술 영화나 최신 패션을 이해할 수 없는 것도 마찬가지이며 종교가 외부의 비판으로 부터 안전한 것도 마찬가지 일 것이다. 하지만 적어도 과학은 현실 세계를 통한 검증이라는 고삐가 있으며 수학은 공리 체계와 엄밀한 증명이라는 제한 장치가 있다. 이 책은 초끈 이론이 그 두 가지 기준을 모두 벗어나서 자신들 만이 이해할 수 있는 순환 고리에 빠져 있다는 점을 지적하고 있다.
또 한 가지 공감가는 부분은 현대 학문들이 너무나도 전문화 되어있다는 점이다. 초끈 이론에 비교될 바는 아니지만 핵융합도 많은 분야들이 세분화 되어 해당 분야의 전문가가 아니면 제대로 이해하기도 힘들고 그 분야의 독특한 전문 용어가 아니면 의사 소통을 하는 것도 쉽지 않다. 그 때문에 많은 분야가 소수의 전문가 그룹에 의해 끌려가고 있으며 그 그룹에 속해 있지 않으면 새로운 이론을 개진하기도 쉽지 않다. 기존의 연구 트렌드를 따라가는데도 상당한 노력이 필요하며 보통의 연구자는 거기에 약간 살을 붙이고 첨삭하는데 그치고 있는 것이 현실이다. 연구비를 지급하는 정부 정책이 그러한 안전한 연구 방식을 조장하고 있다는 점을 이 책에서 저자가 지적하고 있는 것도 반가왔다.
결정적으로 내가 연구하고 있는 걸 다른 사람들에게 얘기하는 게 하나도 재미가 없다! 옛날부터 과학자들은 괴짜 취급을 받았지만 요즘처럼 일반인들과 동 떨어져 있진 않았던 것 같은데... 뭐 이건 넋두리고 하여간 어떤 천재가 좀 더 혁신적인 발상의 전환을 도입하기 전 까지는 초끈 이론은 안녕...
초끈이론이 가지는 위상과 그 실체를 파헤치다!
이론체계를 실험으로 검증할 결과를 내놓지 못한 초끈이론이 현재 이론물리학자들 사이에서 유행하는 이유를 논리 정연한 필체로 서술하고 있다. 이론물리학을 전공한 수학자인 저자는 초끈이론이 체계적으로 잘 정의된 이론이 아니라, 아직 실현되지 않은 희망사항의 집합체라고 지적한다.
이 책에서는 초끈이론의 위상과 그 실체를 규명하기 위해 먼저 표준모형 완성에까지 이르는 100년간의 입자물리학 발전사를 상세하게 설명하였다. 특히 학문 발전은 이론과 실험이 서로를 검증하며 보완할 때 이루어진다는 점과, 수학이 물리학 발전에 끼친 중요성을 강조하고 있다.
이를 바탕으로 저자는 과학, 철학, 미학, 사회학 등 다양한 시각에서 초끈이론의 문제점을 짚어낸다. 과학이론으로서 실격요소를 지닌 초끈이론이 이론물리학의 중심에 진출하게 된 이유를 당시의 시대 상황이나 물리학계의 권력 구조와 같은 뒷이야기들과 함께 밝히고 있다. 초끈이론의 현주소를 돌아보고, 최선의 해결책을 모색할 것을 제안하는 책이다.
- 이상은 인터넷 교보문고의 책소개를 인용함 -
이 책을 읽게 된 이유는 카프라의 ‘ 현대 물리학과 동양사상’을 읽고 나서 ‘끈이론’이란 개념을 접하게 되었기 때문이다. 사실 카프라 책을 보니 70년대에 쓰인 책이었다. 그 책을 다 소화하기에는 내지식이 부족하여 특히 물리 이론 부분은 거의 이해하지 못했지만 동양사상과의 연결시키는 저자의 논리는 상당히 흥미를 끌었었다. 역시 아는 만큼 보인다고 ‘끈이론’이란 개념을 듣고 나서 보니 우리나라도 끈이론이 대세인 듯이 보였다. ‘현대 물리학과 동양사상’ 이 발간된 지 몇 십 년이 흘렀는데 현재 그 내용에 대해 어떻게 평가되고 있는지도 궁금하였다.
어차피 나는 각각의 이론들을 읽고 들어도 옳은지 판단하기는 역부족이다. 그래서 그 이론들에 대한 학자들의 흐름을 살펴보는 것으로 만족해야 했는데, 7-80년대에 걸쳐 끈이론은 그야말로 젊은 물리학자들 사이에서 선풍적인 인기를 끌었고 그 이론에 갸웃거리는 원로 물리학자들은 뒷방노인네 취급을 받았다고 한다. 당시 뉴에이지 열풍과 동양사상에 심취하는 사람들이 많아진 것과 관련이 있으리라 생각한다.
그로부터 피터 보이트가 위의 책을 쓰기까지 20여 년 동안 끈이론은 어떠한 제대로 된 이론 체계를 아무것도 내놓지 못하였다고 한다. 저자는 ‘실현되지 못한 희망사항’을 정리해놓은 것이 끈이론의 실체라고 말하며 이론이 틀렸다고 말하기조차 아까운 엉터리 이론이라는 볼프강 파울리의 말을 인용하고 있다. 그리고 이렇게 묻는다. ‘초끈이론은 과연 과학인가?’ ‘실험으로 확인이 불가능한 이론을 과학이라 부르는 것이 합당한가?’ 라고.
1980년대 이후 이렇다 할 새로운 아이디어가 없던 이론 물리학자들은 초끈이론으로 몰려들 수밖에 없다고 말한다. 젊은 물리학자들 입장에선 선택의 여지가 거의 없었다고 한다.
그동안 최준식교수님과 함께 종교, 한국문화, 최면, 의식, 카르마에 대해서까지 숨가쁘게 달려왔다. 그리고 궁극적인 목표는 '영원의 철학'이 아닐까 생각해보았다. 그러나 한 쪽의 논리와 철학의 흐름이 있다면 다른 쪽의 논리와 철학도 있을 것이고 여러 입장의 이론과 논리를 듣고 생각해보고 판단하는 것이 필요할 것 같아 이 책을 소개한다. 물론 충분히 내용을 소화하지 못하는 현재 내 능력으로는 이에 대한 판단도 오랫동안 보류된 채 남아있을 것같다.
문득, 도마(가톨릭에서는 토마스라고 부른다.)같은 사람이라고 저를 지칭하시던 최준식 교수님의 목소리가 들리는 듯하다. 하지만 세상에 도마같은 사람이라고 왜 필요 없겠는가 생각한다.