[사이언스21](13)초끈이론

만물의 근원은 무엇일까? 고대부터 끊임없이 연구해온 과학자들의 숙제다.

　과학의 시조라 불리는 고대 그리스의 탈레스는 만물의 근원이 ‘물, 불, 흙, 공기’라고 주장했고, 같은 시대 데모크리토스는 ‘원자론’을 폈다.

　오늘날, 그 원자들은 양성자, 전자, 중성자 같은 소립자로 구성됐다는 게 밝혀졌으며, 그보다 더 작은 쿼크(Quark)라는 입자가 존재한다는 주장도 나오고 있다.

　만물의 궁극이 무엇인지 아직 정확히 밝혀지진 않았지만, 한 가지 공통된 것은 그것이 당구공처럼 둥근 모양일 거라는 생각이었다. 그런데 최근, 물체의 근원이 ‘진동하는 가느다란 끈’이라는 초끈이론(Super-string Theory)이 새롭게 부각되고 있다.

　초끈이론이 각광을 받고 있는 중요한 이유는, 그것이 우주와 자연의 모든 원리를 통합하여 설명하는 이른바 ‘만물의 이론(Theory of Everything)’이 될 가능성이 크기 때문이다.

　상대성 이론이 보여 주는 것이 세계는 연속적으로 이루어져 있으며 예측 가능한 세계라고 볼 수 있다. 그러나 원자 이하 단위의 아주 작은 미시세계를 기술할 경우에는 양자역학이라는 전혀 다른 이론을 적용해야 하는데, 이것은 불연속적이며 예측 불가능의 세계다.

　현대 물리학의 근간을 이루는 두 이론체계가 충돌을 일으키면서 양립되지 못한다는 점은 오늘날 물리학자들이 반드시 해결해야 할 과제로 여겨져 왔다.

　그러나 입자가 끈의 요동에 의해 만들어진다고 가정하는 초끈이론을 적용한다면, 아주 작은 물질 입자에서부터 우주 공간에 존재하는 커다란 천체에 이르기까지 자연계의 모든 것을 설명할 수 있게 될지도 모른다. 즉 양자역학과 상대성 이론을 통합하여 거시세계와 미시세계의 물리법칙을 하나의 일관된 체계로 설명하고, 우주와 자연의 궁극적인 원리를 밝혀낼 가능성이 아주 커지는 것이다.

　상대성 이론을 완성한 아인슈타인은 말년에, 세상 만물을 통합하는 ‘만물의 이론’을 밝혀내기 위해 오랜 노력을 기울였지만, 끝내 성공시키지 못했다. 과연 초끈이론은 아인슈타인의 마지막 꿈을 실현시켜 줄 수 있을까?