5월의 작은 선인장

[과학에세이]

이 이야기를 하기에 앞서서 현재 진행되고 있는 물리학자들의 연구들이 어떻게 결말을 맺는지 살펴야 한다.
그중 가장 주목받는 이론은 "모든 것의 이론" 다시 말해 "2차 끈이론"이다. 이 이론이 모든 것을 설명해 버린다면 내가 하는 이야기는 아무 의미가 없을 것이다. 왜냐하면 내가 말하는 이론이 설명해야 할 것을 끈이론이 설명할 것이기 때문이다. 끈이론은 완성되지도 않은 현재에 벌써 우주의 기원과 질량의 기원 등에 대한 중요한 단서를 제공하고 있기 때문에 더욱 더 발전될 여지가 충분한 이론이라 생각된다. (하지만 수학이 너무 복잡하다.!!)

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20c에 들어서자마자 기존의 역학-전자기학 중심의 과학세계는 갑자기 상대성이론-양자역학 체계로 바뀌게 되었다. 이렇게 갑자기 두개의 이론이 새로 나타나면서 이 두 이론 사이에 상호작용을 하게 됐는데 그 영향은 일방적인 것이었다. 양자역학은 처음 발생해서 어느정도의 틀로 완성될때까지 50여년이나 필요했다. 그동안 수백, 수천 명의 과학자들이 참여해서 발전하게 만들었다. 반면 상대성이론은 양자역학이 태동하기 시작할 무렵의 10년이 좀 넘는 시간동안 아인쉬타인이라는 단 한명의 과학자가 완성해 버리고 만다. 따라서 완성된 상대성이론이 양자역학에는 수많은 영향을 미쳤지만, 양자역학이 상대성이론에는 아무런 영향을 미치지 못한다.
이 이론은 단 하나의 방정식으로 표현된다.

G_μν = 8πT_μν

상대성이론은 이 단 하나의 텐서방정식(Tensor Equation)으로 완전무결하게 구성되기 때문에 다른 수정의 여지가 존재하지 않는다. 따라서 양자역학이 발전하면서 나타나는 세계상은 물론이고 상대성이론이 스스로 내포하고 있는 문제들(회전체 문제라던지.....)에 대한 수정자체가 불가능하다.
그리고 현재 실험적으로는 증명되고 있지만 물리학이 수용하지 못하는 나선운동 문제, 피라밋에너지 문제, 반중력 문제, 기 문제 등등에 대한 수용여부도 결코 발붙일 수 없었다.

미래에 나타날 첫 번째 중요한 이론은 그래서 아마도 일반 상대성이론에 양자역학의 의미가 반영된 이론이 될 것이다. 상대성이론에 양자역학의 결과가 고려되는 상황이 아닌 상대성이론의 기초가 되는 물질에서 벗어나 모든 것을 파동과 확률밀도를 이용해서 재구성되는 근원부터 융합되는 것이다. (하지만 두 개 모두 각기 수학적으로 지나치게 복잡하다.) 더군다나 이 둘을 붙이기 위해서는 새로운 좌표계를 고려해야 할 것이라고 본다. 그리고 이 좌표계는 모든 계산을 다 새로 해야 하게끔 만들 것이다.
이 이론이 현재 해결하지 못하는 모든 문제를 해결하지 못한다 하더라도 몇몇 문제들은 해결할 수 있을 것이며, 최소한 50년 정도는 중요한 (현재의 상대성이론의 위치에 해당하는) 이론으로 남을 것이다. 또한 이 이론은 현재 끈이론이 지향하는 목표로 가는 중간적인 위치의 이론이 될 것이다. (이정도로도 충분히 중요성이 있는 것은 차세대 주자인 끈이론이 아직은 너무 가야할 길이 멀기 때문이다.)

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