M이론의 생성과정과 이유

만약 뉴턴이 만유인력을 설명할 때 사과가 나무에서 떨어지니 모든 물질은 서로 끌어당기는 성질이 있다.라고만 이야기했으면 설득력을 가지지는 못했을 겁니다. 하지만 뉴턴은 사과가 나무에서 떨어지는 현상을 보고 달이 지구를 돌고 있는 이유와 지구가 태양을 돌고 있는 이유를 설명해냈죠. 사과처럼 작은 물질에서 일어나는 현상과 태양처럼 큰 천체에서 일어나는 현상이 모두 동일한 법칙에 의해서 생긴 다라는 것을 물리학적으로 물리학적 대칭성이라고 부릅니다. 과학의 발전의 역사는 우리가 살고 있는 우주라 고하는 시스템이 얼마나 대칭성이 있느냐를 계속 증명해 온 과정입니다.

 

 

 

예를 들어 뉴턴 이전에는 땅과 하늘은 전혀 분리된 개념이었습니다. 땅과 하늘 사이에 아무런 대칭성이 없어서 땅에서 일어나는 현상과 하늘에서 일어나는 현상은  다른 규칙에 따라 일어난다고 생각했습니다. 하지만 뉴턴에 의해서 사과가 땅에서 떨어지는 것과 지구가 태양을 돌고 있는 것과 같은 법칙으로 통합이 되었죠. 전에 초끈이론에서도 이야기하였지만, 결국 자석이 끌어당기는 자기력이라는 힘과 전기에너지를 만들어내는 힘도 모두 같은 원자 안에 있는 전자로부터 나온다는 것을 알아냈고, 결국 아인슈타인과 하이젠베르크 같은 천재들에 의해서 상대성이론과 양자역학이라는  우리가 살고 있는 우주라는 시스템을 동작시키기 위한 절대법칙 두 가지를 알아내는데 까지 발전하게 됩니다. 이런 식으로 모든 과학적 현상이 우주 어느 곳에서 나 같은 규칙으로 동작하려는 특성을 지닙니다.

 

 

예를 들어서 지구에서 치킨을 튀길 때 기름 온도는 섭씨 175도로 맞춰서 8분간 튀겼을 때에 가장 맛있다면, 저 우주 안드로 메대에 있는 어떤 행성으로 날아가도 1 기압에 완전히 동일한 물리 조건을 만들면 같은 치킨 맛이 난다는 겁니다. 공간이 변한다고 하여도  물리적 현상이 바뀌지 않는 '공간적 대칭성'입니다. 이런 식으로 우주는 공간의 대칭성 같은 좌우 대칭의 개념을 넘어서 우리가 생각지도 못하는 수준의 대칭성을 가지려는 속성을 지닙니다. 그런데 문제는 상대성이론과 양자역학이 서로 다른 방식으로 우주를 설명했기 때문에, 이 두 이론을 합치지 않는 이상 완벽히 대칭을 가지지는 못했습니다. 이것이 과학자들 사이에서는 굉장히 불편한 부분이었던 겁니다. 

 

 

그래서 아인슈타인도 생전에 우주를 단 하나의 절대법칙으로 설명하려는 통일장이론을 만들려 했으나 살아생전에 완성하지는 못했죠. 이런 대칭성의 개념에서 등장한 이론이 바로 끈이론입니다. 끈이론은 기존에 존재하는 함수 하나가  양자역학 이후 수십 년간의 노력 끝에 만들어진 강한 핵력을 설명하는 공식과 매우 유사하다는 신기한 현상으로 발견되었습니다. 이제부터는 앞서 포스팅한 초끄이론을 이해하셨다고 가정한 뒤 이야기를 이어나가겠습니다. 

 

 

11차원 상황

 

문제는 초끈이론은 대칭성을 가지면서 상대성이론과 양자역학을 통합할수 있었고, 수학적으로는 모순이 없게 됩니다. 엄밀히 말해서 초끈이론은 사실상 100% 수학으로 이뤄져 있고, 실제로도 초끈이론에 많은 발전을 기여하신 분들의 상당수가 저명한 수학교수님들이 많았습니다. 이런 이유 때문에 초끈이론을 설명하는 것은 쉽지가 않게 됩니다. 어쨌든 이런 특성 때문에 초끈이론의 발전과정에서 당연히 무수히 많은 초끈이론이 나오게 되는데 여러 개의 이론 중 일부는 수학적으로 오류가 발견이 되어 정리됩니다. 문제는 끈이론이 5개나 된다는 것이었죠. 이게 참으로 힘든 부분이었고, 이런 부분 때문에 끈이론의 한계가 드러나게 됩니다. 

 

 

그러나, 10차원말고 더 고차원인 11차원에서 초중력이론과 5개의 끈이론을 하나로 통합할 수 있었다는 겁니다. 이렇게 1995년 개최된 끈이론 학회에서 애드워드 위튼은 정말 폐기될뻔한 끈이론을 11차원으로 이론을 설명하면서 다시 이 이론이 부활되었고, 이것을 M이론이라는 명칭이 붙게 된 겁니다! 이 게지금 살아있는 과학자 위튼의 최첨단 이론이며, 앞으로 행보가 어떻게 될지 굉장히 궁금합니다.