인터뷰365 하정열 칼럼니스트 = 우주를 구성하는 요소들은 아직도 명확하게 규명되지 않고 있다. 특히 암흑물질과 암흑에너지에 대해서는 정체가 모호하다. 그리고 우주를 구성하는 최소 단위가 무엇인지도 정확하게 알려지지 않고 있다.

그러나 우주를 구성하는 최소 단위를 끊임없이 진동하는 끈으로 보고 우주와 자연의 궁극적인 원리를 밝히려는 이론이 있다. 이를 ‘초끈이론(Superstring Theory)’이라고 한다. 이론물리학 측면에서 초끈이론은 자연계의 모든 입자와 기본 상호작용을 미세한 크기의 초대칭적인 끈의 진동으로 설명하려는 시도이다.

초끈이론에서는 우주를 구성하는 최소 단위를 양성자, 중성자와 전자 같은 소립자나 쿼크 등 구(球)의 형태가 아니라, 이보다 훨씬 더 작으면서도 끊임없이 진동하는 아주 가느다란 끈으로 본다. 이 이론은 1970년대 초부터 등장하기 시작하여, 1980년대 미국의 이론물리학자 J.슈워츠와 영국의 M.그린이 본격적으로 연구했다.

초끈이론은 기본적으로 상대성이론과 양자론의 충돌을 설명하기 위해 만들어진 이론이다. 이 이론이 등장하기 전까지 우주의 궁극적 원리를 설명하는 이론은 아인슈타인의 상대성이론과 양자역학이 절대적인 위치를 차지하고 있었다.

그러나 시간과 공간 및 중력의 원리 등을 바탕으로 우주 전체의 모습을 거시적 연속성으로 보는 상대성이론으로는 불확정성원리에 의해 움직이는 미시적인 세계는 설명할 수 없다.

그리고 미시적인 입자들을 불확정적인 확률로 기술하는 양자역학으로는 거시적인 우주의 모습을 기술할 수 없다.

따라서 궁극적인 우주의 원리를 설명하려 할 때 이 두 이론은 결국 충돌할 수밖에 없다. 상대성이론의 거시적 연속성과 양자역학의 미시적 불연속성 사이에 존재하는 모순을 해결할 수 있을 것으로 생각되는 이론 후보 중 하나로 바로 초끈이론이 등장하였다.

초끈이론은 끈이론에서 발전한 이론으로, 우주의 최소 단위가 마치 소립자나 쿼크처럼 보이면서도 이보다 훨씬 작고 가는 끈으로 이루어져 있어, 1차원적인 끈의 지속적인 진동에 의해 우주 만물이 존재한다고 가정한다.

만약 초끈이론의 주장이 옳다면, 상대성이론의 거시적 연속성과 양자역학의 미시적 불연속성 사이에 존재하는 모순을 해결할 수 있다. 나아가 두 이론을 하나의 통일된 체계로 설명할 수 있게 됨으로써 마침내 우주의 궁극적 원리를 규명하는 것도 가능해진다.

우주를 생성과 소멸의 과정으로 보는 빅뱅이론과 달리, 초끈이론에서는 끈들이 진동하는 유형에 따라 입자마다 고유한 성질이 생기고, 영원히 성장과 수축을 반복하는 존재로 본다. 또 우리가 살고 있는 우주 외에 수많은 다른 우주가 각각의 물리법칙에 따라 존재한다고 가정한다.

그러나 우주의 최소 단위인 끈이 시간의 변화에 따라 어떤 특이성을 가지는지, 즉 우주가 왜 갑자기 성장하게 되었는지 등에 관한 이유를 입증하지 못해 아직까지는 불완전한 이론으로 남아 있다.

초끈이론은 자연계의 입자를 끈의 진동으로 나타낸다. 초끈이론에 따르면 입자의 개수는 사실상 무한하다. 그리고 파장이 짧은 끈일수록 큰 질량을 가진다.

이 때문에 플랑크 길이 이하의 영역에서 일어나는 양자적 요동은 관측될 수 없음이 설명되었다. 관측되지 않는 현상은 고려할 필요가 없는 현상이므로 초끈이론은 모든 것의 이론(TOE)의 후보에 당당히 오르게 되었다. 그러나 이름만 이론일 뿐 초끈가설이라는 의견이 지배적이다. 왜냐하면 초끈이론은 지금까지도 물리적인 방정식을 정립하지 못하고, 어떠한 실험적인 증거를 제시하지 못하고 있기 때문이다. 따라서 지금까지는 ‘모든 것의 이론(Theory of Everything)’의 후보 중 하나이다.

우리는 과학문명이 발달한 20세기에 와서야 우주의 실체를 들여다보기 시작했다. 그러나 우주를 구성하는 요소 중 90퍼센트 이상을 차지하는 암흑물질과 암흑에너지의 본질을 이해하지 못하고 있어, 우주에 대한 통합적인 이론체계를 세우기에는 한없이 부족하다. 초끈이론의 발전 추이를 주시해야 하는 이유이다.

이러한 개념을 바탕으로 그림 ‘우주삼라만상2021-3’를 그리고, 시 ‘초끈으로 연결된 우주세계’를 썼다.

/우주화가 하정열(Cosmos Painter Ha, Jung-Yul)   

하정열 칼럼니스트

press@interview365.com

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