Re: 초끈이론의 기초지식 공부 [超─理論, super-string theory

[Gabrile]

요약

우주를 구성하는 최소 단위를

끊임없이 진동하는 끈으로 보고

우주와 자연의 궁극적인 원리를 밝히려는 이론이다.

상대성이론의 거시적 연속성과

양자역학의 미시적 불연속성 사이에 존재하는

모순을 해결할 수 있을것으로 생각되는 이론 후보 중 하나이다.

본문

우주를 구성하는 최소 단위를

양성자·중성자·전자 같은 소립자나 쿼크 등 구(球)의 형태가 아니라,

이보다 훨씬 작으면서도 끊임없이 진동하는 아주 가느다란 끈으로 보는 이론이다.

1970년대 초부터 등장하기 시작해,

1980년대 미국의 이론물리학자 J.슈워츠와 영국의 M.그린이 본격적으로 연구했다.

이 이론이 등장하기 전까지

우주의 궁극적 원리를 설명하는 이론은

아인슈타인의 상대성이론과

양자역학이 절대적인 위치를 차지하고 있었다.

그러나 시간·공간·중력의 원리 등을 바탕으로

우주 전체의 모습을 거시적 연속성으로 보는 상대성이론으로는

불확정성원리에 의해 움직이는 미시적인 세계는 설명할 수 없다.

또한 미시적인 입자들을 불확정적인 확률로 기술하는 양자역학으로는

거시적인 우주의 모습을 기술할 수 없다.

따라서 궁극적인 우주의 원리를 설명하려 할 때

이 두 이론은 결국 충돌할 수밖에 없다.

초끈이론은 끈이론에서 발전한 이론으로,

우주의 최소 단위가 마치 소립자나 쿼크처럼 보이면서도

이보다 훨씬 작고 가는 끈으로 이루어져 있어,

1차원적인 끈의 지속적인 진동에 의해 우주 만물이 만들어진다고 가정한다.

만약 이 이론이 맞는다면,

상대성이론의 거시적 연속성과

양자역학의 미시적 불연속성 사이에 존재하는 모순을 해결할 수 있다.

나아가 두 이론을 하나의 통일된 체계로 설명할 수 있게 됨으로써

마침내 우주의 궁극적 원리를 규명하는 것도 가능해진다.

초끈이론에서는

끈들이 진동하는 유형에 따라 입자마다 고유한 성질이 생기고,

우주를

생성과 소멸의 과정으로 보는 빅뱅이론과 달리

영원히 성장과 수축을 반복하는 존재로 본다.

또 우리가 살고 있는 우주 외에

수많은 다른 우주가 각각의 물리법칙에 따라 존재한다고 가정한다.

그러나 우주의 최소 단위인 끈이 시간의 변화에 따라 어떤 특이성을 가지는지,

즉 우주가 왜 갑자기 성장을 하게 되었는지 등에 관한 이유를 입증하지 못해

아직까지는 불완전한 이론으로 남아 있다.

대표적인 학자로는

1995년 초끈이론의 여러 가지 이론을 단일체계로 통합시켜 M이론을 제시한 미국의 위튼(Edward Witten), 메릴랜드대학교의 게이츠(Jim Gates), 스탠퍼드 선형가속장치센터(SLAC)의 실버스타인(Eva Silverstein), 영국의 수학자 아티야(Michael Francis Atiyah) 등이 있다.

한국도 이 분야의 연구가 활발해 2004년 서울대학교 물리학부의 이수종(李洙宗) 교수가 독일 훔볼트재단에서 주는 베셀상을 받았다. 그밖에 조용민(趙庸民)·이필진도 초끈이론의 권위자로 꼽힌다.

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초끈이론 [superstring theory]

본문

초끈이론은

물질과 힘의 근본을 입자가 아니라 진동하는 작은 끈이라고 생각하는 이론으로,

현대물리학에서

우주의 모든 상호작용,

즉 '중력, 전자기력, 약력, 강력' 4가지의 힘을 하나로 통일하는,

이른바 '만물의 법칙(Theory of Everything)'을 설명하는 유력한 이론이다.

자연계에는

중력, 전자기력,

물질의 붕괴와 관련된 약력,

핵의 구조를 설명하는 강력의 4가지 힘이 존재한다.

이 4가지 힘을 통합하려고 한 시도는

1867년 전기력과 자기력을 통일한 맥스웰에서 비롯된다.

그로부터 오랜 세월이 흐른 후

1967년 와인버그와 살람은 전자기력과 약력을 통일했다.

그 후 물리학자들은

입자들이 일정한 거리 이하로 가까워지면

전자기력, 약력, 강력의 세 힘이 하나의 힘으로 기술될 수 있다는 것을 발견했다.

이것이 1974년 죠지아이와 글래쇼에 의해 제창된 '대통일장 이론'이다.

하지만 다른 모든 힘의 이론들이 양자역학과 잘 접목되는데 반해

중력은 양자화하기 어려웠다.

초끈이론이 태어난 것은

중력 현상과 양자역학의 불일치를 해결하기 위해서이다.

현재 거시적 세계에서는

중력 현상을 설명하는 이론(상대성 이론 등)이 주로 들어맞고,

원자 등 미시적 세계에서는

양자역학을 이용한 설명이 주로 들어맞는다.

하지만 두 세계를 통합, 설명하는 이론은 아직 존재하지 않았다.

이 모순을 해결하기 위해 과학자들이 생각해낸 것이 초끈이론이다.

1974년 미국 캘리포니아 공대의 존 슈바르츠 교수가

끈 이론에 초대칭성을 접목해 초끈이론을 제안하면서 초끈이론이 확립되기 시작했다.

이어 슈바르츠 교수가 1984년 런던대의 마이클 그린 박사와 함께

양자역학적 모순을 해결하면서 초끈이론으로 4가지 힘을 설명할 수 있게 됐다.

초끈이론은

우주의 구성요소가 고유의 진동 패턴을 갖는 '끈'이라는 가정에서 출발한다.

인간은 그동안 우주를 구성하고 있는 궁극의 입자를 찾기 위해 노력했지만

기본 입자들의 수(數)는 오히려 늘어만 갔다.

그러나 초끈 이론으로 설명한다면

이러한 입자들은 단지 서로 다른 주파수로 진동하는 끈에 불과하다.

또한 초끈이론에서는

현재 우리가 존재하는 4차원(상하,전후,좌우,시간)이 아니라

10차원 혹은 11차원에서 만물의 법칙이 설명된다.

우주는 11차원으로 이뤄져 있는데

인간은 4차원만 인식할 수 있고

나머지 7차원은

공간에 아주 작게 접혀 있어 관측하기 어렵다는 것이다.

처음의 초끈이론은 10차원이었지만

1995년 말에 '끈(string)'이 아닌 2차원인 '면(membrane)'이라는 이론이 나오면서

11차원이 되었다.

이것을 이른바 'M이론'

(Membrane, Magic, Mystery, Matrix, 혹은 모든 이론의 Mother란 뜻)이라고 부른다.

하지만 초끈이론은 실험을 통해 끈의 존재를 확인할 수 없어

다분히 수학적 이론이라는 평가를 받기도 한다.

[출처] (네이버 백과사전) 초끈이론 [超─理論, super-string theory] (한국어음악 학제간 연구-소리랑) |작성자 쇠북소리