초끈이론

상대성이론과 양자역학의 통합
1900년대 이후로 물리학은 크게 진전을 거두었다. 아인슈타인에 의한 상대성이론과 양자역학이 연구되었기 때문이다. 그러나 이 두 물리학은 크게 다른 면을 갖고 있었다. 상대성이론에 의하면 질량이 없을 때는 공간이 완전히 편평한 반면, 양자역학에서는 질량이 없어도 플랑크 길이 이하에서는 양자적 요동으로 시공간이 비틀린다고 주장했기 때문이다. 물리학자들은 이 두 이론을 통합하려 했으나 점입자 이론(표준 모형이라고 함)에 의해서는 양자요동이 해결이 되지 않아 통합이 불가능했다.
그러나 초끈이론은 1차원적 공간을 가지고 있었기 때문에 스핀 대칭(초대칭)으로 보존(스핀수가 정수인 입자)과 페르미온(보존의 스핀대칭짝으로 스핀수가 분수형태)을 통해 양자적 요동이 상쇄되면서 상대성이론과 양자역학은 통합되었다.

"무한대" 밀도 오류의 해결
현재 점입자에 기초한 우주론에서 빅뱅 - 인플레이션 직전에 있었다고 생각되는 시점은, 부피는 0에 질량은 어떠한 거대한 수(무한대가 될 수는 없다)라고 보기 때문에 밀도가 무한대라는 결과가 나왔다. (참고로 이상기체상태방정식에 의하면 PV=NkT 에서부터 이상기체의 절대온도가 0도일 때 부피는 0이 된다.)그러나 밀도가 높은 것은 가능하지만 밀도가 무한대라는 것은 현실적으로 불가능하다. 그것은 점입자의 차원이 0차원이었기 때문이다. 그러나 초끈 이론에 따르면 초끈은 1차원이기 때문에 부피가 0인 것은 불가능하기 때문에 밀도가 무한대인 것 자체가 오류라는 결론을 내렸다.

모든 것의 이론 (T.O.E.: Theory of Everything)
모든 것의 이론이란, 자연계의 네 가지 힘을 하나로 통합하는 이론이다.

표준 모형은 작은 크기에서 약력 - 전자기력이 같은 힘임을 알고 있다. 글라쇼와 와인버그 살람의 이론에 따르면 이 둘은 하나의 힘이며 200 GeV 정도의 크기에서의 대칭 깨짐으로 인해 큰 크기에서는 다른 힘으로 보인다는 것이다. 마찬가지로 강력이 같은 힘이라는 이론을 세울 수 있고 이를 대 통합 이론(G.U.T: Grand Unified Theory)라고 한다.

초끈 이론(superstring theory 혹은 string theory)은 모든 것이 끈으로 이루어져 있다는 이론이다. 초끈 이론에 따르면 이 세상은 11차원으로 되어 있다고 한다.

현대 소립물리학의 표준 모형은 특수상대성이론과 양자역학을 통합한 양자장론(quantum field theory)에 기초한 것이다. 이 이론을 써서 우주의 4가지 힘-전자기력, 약력, 강력, 중력-이 모두 한 가지 근원에서 나온 것이라는 대통일이론을 구축하는 것이 물리학의 목표다. 그런데 현재까지 다른 3가지 힘은 통합에 성공한 반면 중력을 양자장이론에 입각하여 설명하는 것은 잘 되지 않았다. 그래서 입자를 점이 아닌 끈으로 보고서 그 끈의 진동에 따라서 소립자들의 성질이 결정된다는 끈이론(string theory)이 나오게 되었다.

즉, 현대 물리학자들의 두 가지 근본 설은 끈 이론과 게이지이론이다. 현대 물리학의 끈 이론은 17개의 상이한 기초 끈 이론을 면을 기반으로 통합하여 이루어졌으며, 초끈이론(Super-String Theory)으로도 불리운다. 우주를 구성하는 최소 단위를 양성자·중성자·전자 같은 소립자나 쿼크등 구(球)의 형태가 아니라, 이보다 훨씬 작으면서도 끊임없이 진동하는 아주 가느다란 끈으로 보는 이론인데, 1970년대 초부터 등장하기 시작해 1980년대 미국의 이론물리학자 J.슈바르츠와 영국의 M.그린에 의해 본격적으로 언급되어진다. http://www.seehint.com/hint.asp?no=12844

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세상은 0차원(점)의 원자가 아니라 1차원(선)의 쌍자로 이루어져 있다는데, 초끈 이전에는 중력을 통합하려고 하면 무한이 나타나서 과학자들이 당황했다가 초끈을 가정하면 중력을 통합하여 통일장이론을 완성할 수 있다고. 그래서 다들 초끈초끈 하는 거. 세상이 11차원으로 되어 있다는 것은 4가지나 되는 힘을 통합하는 과정에서 중복이 있어서 그럴 것. 11이라는 수는 아름답지 않잖아?