끈이론의 풍경

끈이론은 우주가 거대한 지형에 존재하는 거의 무한한 수의 장소 중 무작위로 선택된 한 “골”에 놓여있다고 추측한다.
글 | Raphael Bousso, Joseph Polchinski
















알버트 아인슈타인의 일반상대성이론에 따르면, 중력은 시간과 공간의 기하학으로부터 생성된다. 여기서 시간과 공간은 결합하여 시공간(spacetime)을 형성한다. 질량을 지닌 어떤 물체든 아인슈타인이 1915년에 공식화한 한 방정식으로 결정되는 흔적을 시공간의 형태 속에 남긴다. 예를 들어 지구의 질량으로 인해 사과나무 그늘에서 일하고 있는 한 물리학자의 시간보다 나무 꼭대기에 있는 사과의 시간이 조금 더 빨리 흐른다. 사과가 떨어질 때, 사과는 실제로 시간의 굴곡에 반응하고 있는 것이다. 시공간의 곡률 때문에 지구는 태양 주위의 궤도를 유지하며, 멀리 떨어진 은하들은 더욱 더 멀어진다. 이 놀랍고도 아름다운 생각은 수많은 정밀실험들로 확인되었다.

중력을 공간과 시간의 동력학으로 성공적으로 대체했다면, 자연의 다른 힘들과 기본입자들의 스펙트럼(spectrum)에 대해서까지도 기하학적인 설명을 찾을 수 있지 않을까? 사실, 이 질문에 아인슈타인은 그의 삶의 상당부분을 할애했다. 그는 특히 독일의 테오도르 칼루자(Theodor Kaluza)와 스웨덴의 오스카 클라인(Swede Oskar Klein)의 연구에 매력을 느꼈다. 이들은 중력이 친숙한 4차원 시공간의 형태를 반영하는 반면, 전자기력은 (적어도 지금까지는) 직접적으로 관측하기에는 너무 작은 추가적인 다섯 번째 차원의 기하학으로부터 생성된다고 제안했다. 아인슈타인의 통일이론에 대한 연구는 종종 실패로 기억된다. 사실, 이렇게 단정하는 것은 시기상조였다. 물리학자들은 물리학을 설명하는데 있어서의 핵력과 양자장론(quantum field theory)의 중대한 역할을 처음으로 이해하기 시작한 건 겨우 1970년대였기 때문이다......