초끈이론 
( 해당 글 [rubymaker]만물의 이론 - 끈은 모든 것을 이어줄 것인가? )
한동안 나의 관심사는 고교수학과 퀴즈 그리고 화학이었다가
이렇게 가끔씩 물리 공부도 !!! 그리고 마감일은 내일로 미루; ㅠㅠ
주의 : 쓰다보니 너무 전문적인 용어들이 난무해졌다. 지울까 하다가 오랜만에 그냥 기록용으로 남겨본다.
7개월 전에 끈이론에 대한 글을 쓴 적이 있다. 자세한 끈이론의 역사와 비교적 최근까지의 진행상황에 대해 궁금한 분들은 예전에 쓴 글, [과학, 책] 끈이론의 역사와 전망(?)을 참조하면 좋을 것 같다. 얘를 끈이론 1이라 하고 이 포스팅의 제목을 끈이론2로 잡았다
끈이론1을 간략히 요약해보면
끈이론은 QCD(양자장론)로부터 시작된 이론이다(QCD 의 Quark confinement 문제를 풀기 위해 , [끈이론의 초창기 표준모형과 끈이론은 열심히 치고 받고 싸웠지만 두 이론은 모두 QFT, 즉 양자장론에서 뿌리를 둔 이론 - 그렇기에 배경에 의존적인 이론 이라는 태생적 한계를 가지고 있다. ] 고안된 이론이다)
실험적 불일치와 더불어 초창기 끈이론 (Dual Resonance model) 은 많은 수학적 혹은 물리학적 문제점들을 가지고 있었기에 소수의 사람들만이 연구를 지속했다.
Closed string theory 를 quantized 하는 과정에서 튀어나온 중력자로 인해 사람들의 관심을 끌기 시작했고, supersymmetry 를 도입하면서 5가지의 끈이론들이 등장했고 이는 당대 초중력 이론들과도 대응관계가 있어 폭풍적인 인기를 끌었다.
D-brane 들의 등장과 String cosmology, phenomology 까지 등장하며 몸집을 엄청 키워나갔으며 사실상 이 분야의 유일한 게임이다.
끈이론은 모든 것을 이어 줄까?
이 질문에 대한 나의 답은 다음과 같다.
그래 이어주기야 하겠지 (그냥 같다 붙이면 되는데) 근데 그게 consistent 한 unique 한 이론이 될까?
개인적으로 만물의 이론 하면 나는 끈이론보다는 Loop quantum gravity, Loop quantum gravity 보다는 트위스터이론을 선호하는 편이다. [뒤로 가면 갈 수록 잘 몰라서? ㅋㅋㅋㅋ]
그 이유는 사실은 First Principle 때문이다.
끈이론은 지금까지 진행되어 오면서 First Principle 을 바꿔왔다.
초창기 끈이론과 지금의 끈 이론은 그 기본원리와 근간 규칙이 아주 많이 다르다.
수학적인 구조상 아름다움도 트위스터 이론이 앞서 있다고 본다. [개인적인 주관이다]
그리고 사실 끈이론은 끈만 있는게 아니다.
brane을 포함한 extended object 도 포함되어 있다.
이러한 brane 들은 차원을 가지는 물체인데
대표적으로 디리클렛 boundary 조건을 만족하는 brane 들을 D-brane 이라 한다.
brane 들은 string 들과 interaction 을 하고 brane 들끼리 interaction 을 하면서 끈을 생성하기도 한다. (대표적으로 Closed string Open string duality)
나와 같이 대중과학서를 많이 읽어본 사람(이라 쓰고 대중과학서 혹은 전공서 수집가라 읽는다)이라면 D-brane 는 한번쯤은 들어봤을 것이라 본다.
여담으로 Brane 과 관련되어서
Randall–Sundrum 이론이 있는데 이 이론은 속칭 Brane world scenario 로 표준모형이 가지고 있는 Hierarchy problem 을 풀려고 했다. 이 연구는 Brane physics 로 현상론적 접근을 한 중요한 연구였다!
또 exotic brane 들도 빼놓을 수 없다.
끈이론은 우주론적 접근에서 치명적인 약점을 가지고 있다.
String theory has no preferred vacuum state
[우주론에 대해서 예전 나의 글 [과학] 우주의 시작과 인플레이션 이론 // Beginning of the Universe 참조]
그래서 이 이론으로부터 인류원리가 등장하기도 했다. [관련 글
[과학, 잡담] 과학과 종교 //인류원리 // Feat 빅뱅이론 참조 ]
위와 같은 이유로(+이러 저러한 이유로) 끈이론은 실상 현실세계를 Unique 하게 설명하기 힘들다.
이 분야는 비교적 최근 분야이다!
하지만 ㅋㅋㅋㅋ
특별히 끈이론 말고 아직 명확한 돌파구가 있는게 아니다!...
M 이론
M 이론은 아직도 진행중인 이론이다.
일단 M 이론은 나온지 상당히 오래됬지만 아직까지 해당 이론을 기술하는 Lagrangian 을 발견하지 못했다. [하지만 우리는 다양한 이론으로 M 이론의 모델들을 계산하곤 한다. 대표적으로 Ads/CFT! Oh Maldacena! ABJM 부터 SYK model 의 계산이 있겠다. 결국엔 ADS 기하들이 한건 씩 일을 벌였다.]
리 스몰린 할아버지에 의하면 M 이론에 대해 크게 세가지 경우를 생각할 수 있다. [ 양자 중력의 세 가지 길]
끈이론은 자연과 맞지 않다.
M 이론의 가설은 잘못됬다. 통합된 끈 이론은 없으며, 5가지 끈 이론 중 하나가 실험과 일치하는 예측값을 줄 것이다.
M 이론의 가설은 참이여, 유일무이한 이론이 존재하나, 그 이론은 우주가 수없이 많은 가능한 상태를 가질 것으로 예측한다.
대략적으로 많은 끈이론 학자들은 3을 바라보고 있다.
M 이론의 대칭성도 활발한 연구 분야중 하나이다.
대칭성에 대해서도 할 이야기가 매우 많다.
물리와 수학의 꽃은 대칭성에서 시작한다고 해도 과한 말이 아니다.
패러다임
초창기 끈이론은 기존의 점입자 중심의 패러다임을 깨는데 큰 역할을 했다.
아인슈타인 이론은 절대적인 관점이란 패러다임을 깼고, 칼루자와 클라인은 차원이라는 관점을 깼다.
초창기 끈이론은 많은 핍박을 받았다. 유일한 게임이 되어버린 지금은 끈이론이 강자의 입장에서 다른 이론들을 하나씩 흡수해가며 핍박을 주고 있다. (ㅋㅋ;)
고인물은 썩는다는 말이 있다.
새로운 패러다임의 변화가 언제 시작될까
[ㅋㅋㅋㅋ 역시 나는 모두까기 인형인가 ㅋㅋㅋ]
참고문헌
[과학, 책] 끈이론의 역사와 전망(?) 와 거기에 포함되어 있는 reference
그외 대중과학서를 빙자한 전공서들...