개요
자연의 최소 부품을 끈으로 생각하는 이론이다. 현재 알려진 소립자라는 최소 부품들은 약 20여가지가 있는데, 적은 최소부품으로 많은것을 표현하는게 과학자들이 추구하는 방향이라서 그들에게는 20여개도 많아서외우기 귀찮아서 새로운 이론을 갈망하는 과학자들이 많다. 여기서 초끈이론은 모든 소립자들은 모두 같은끈으로 이루어져 있다고 주장한다.
왜 Theory of Everything의 후보인가?
현재 물리학 최대 문제는 상대성이론과 양자역학의 공존이다. 양자역학에서 다루는 미시세계에서는 상대성이론의 중력을 사용할수없다. 그리고 계산하기만 하면 무한대가 나온다. 그런데 초끈이론이 그 문제를 해결해줄수 있을것으로 보인다. 초끈이론이 완성된다면 한줄의 수식으로 우주의 모든것, 우주의 탄생 또는 그 전, 그리고 우주의 미래까지 나타낼수 있을것으로 기대된다.
트리다이어그램의 탄생
초끈이론이 예상하는 세계
말린차원
초끈이론은 일단 이 세계가 9차원 세계라고 예상한다. 현제 우리는 가로 세로 높이의 세 방향이 직교하고있는 3차원 세상을 느낄수가 있다. 그러나 저 외에 움직일수있는 방향(기존의 방향과 직교해야한다.)6개가 더 숨어있다한다. 숨어있다는건 무슨 소리일까? 그 예로는 전깃줄의 개미가 있다. 우리는 전깃줄에서 앞과 뒤로만 움직일수있다(1차원 운동만이 가능하다) 아니 그전에 전깃줄위에 올라가면 죽잖아? 하지만 전깃줄을 이쁜태연 하게 걸어다니는 개미들의 움직임을 관찰해보자. 개미는 전깃줄을 2방향으로 이동할수있다. 전깃줄이 말린 방향으로도 움직일수있다는 소리다. 우리에게는 전깃줄은 1차원 운동만이 가능한 장소이지만 개미는 세로, 그리고 동글게 말린 전깃줄을 따라 가로방향으로도 움직일수 있다. 즉, 2차원 운동을 할수 있다. 그 말린 전깃줄을 따라 이동하기에는 우리발이 너무 크므로 우리에게는 전깃줄은 1차원 운동만이 가능하다. 이런식으로 우리가 느끼지 못하는 이른바 '말린 차원' 우주공간 내에 숨어서 하나의 여분 차원을 이룰수 있다고 초끈이론은 주장한다.
막이론
우리가 어째서 상위 차원으로 이동할수 없는지 설명해주는 이론이기도 하다. 끈의 종류에는 열린끈과 닫힌끈이 있다. 열린끈은 끝과 끝이 있는 끈이고, 닫힌 끈은 노란 고무줄처럼 생긴 끈들이다. 기타를 생각해보자. 기타의 줄은 열린끈의 모양이라고 할수 있다. 근데 이 기타줄이 진동하기 위해서는 끈의 끝과 끝이 판에 고정되어 진동한다. 이처럼 열린 초끈도 진동하기 위해서는 끝과 끝이 어딘가에 붙어 있어야 하는데 이 고정판을 막(膜,brane)이라고 한다. 이 막은 우리가 생각하는 2차원 모양이 아닌 3차원 그리고 고차원의 형태도 취할수 있다. 그리고 이 막은 우주 전체에 펼쳐저 있다.
그 끈이 입자를 만드는 방법
기본적으로 끈이 열려 있냐 닫혀 있냐, 끈이 어떻게 진동하느냐에 입자의 종류가 달라진다. 정지파의 모양처럼 진동을 하게되는데 이때 진동을 하지않는 마디부분의 개수에 따라 종류가 달라진다.
닫힌 끈
끝과 끝을 연결한 동그란 끈의 모양(노란 고무줄 같은거)를 상상해보아라. 그 모양이다.
막에 붙을 끝이 없기 때문에 막을 떠나 고차원으로 이동 가능하다.
중력자 마디는 1개
열린 끈
끝과 끝이 있는 끈이다. 줄다리기용 줄을 떠올려보아라 그런 모양이다.
광자 마디 1개
추가바람자기의 합당한 생각으로 입자를 추가한 사람은 하루빨리 학계에 논문써서 제출하길 바란다.
초끈이론의 증거들 몇가지
초끈이론은 아주 작은 세계이기 때문에 실험이 불가능하다. 하지만 그럼에도 불구하고 과학자들은 증거들을 찾아냈다.
우주끈
보통의 은하에 의한 중력 렌즈 현상과는 다른 중력 렌즈 현상이 관측되었다. 초끈 이론을 지지하는 과학자들은 이 현상이 빅뱅 때 만들어진 끈이 떠돌아다니다 여러 작용에 의해 길이가 겁나게 길어진 우주끈에 의한 것이며, 따라서 우주끈의 존재가 중력파로 검출된 것이라고 주장한다.
여분차원으로 사라지는 입자들
오늘도 스위스의 CERN의 LHC에서는 애꿎은 원자들을 교통사고낸다. 그런데 충돌시 검출됐던 입자들이 여분차원으로 날아가 버린다는 주장이 있다.
빛은 갈 수 없지만 중력은 갈 수 있는곳
다른 차원으로 날아가 버릴 수 있는 입자들 중 하나로는 중력자가 있다. 중력자는 닫힌 끈이기 때문에 3차원 막에서 떨어져 움직일 수 있다.