큰 이론은 모든 것에 대한 이론의 강력한 후보 중 하나였습니다만, 이론의 개수가

5개나 되는 등 여러 문제가 있었던 것도 사실입니다.

그러나 이러한 문제를 해결하는 강력한 이론이 등장하는데요, 그것은

바로 M이론입니다. 이 이론은 어떻게 이

문제를 해결할까요? [음악] 안녕하십니까? 아재노드 오작가입니다.

안녕하세요. 오늘은 저번 시간 끈 이론에 이어서

M이론에 대해서 한번 얘기해 주신다고요?

예, 그 초끈이론의 가장 대장급 이론이라고 할

수 있죠. 그 전에 궁금한 게 있는데, 방금 그 초끈이론이라고 하셨는데,

끈 이론과 초끈이론은 같은 겁니까? 아니면 다른

겁니까? 어디서는 끈 이론이라고도 하고,

어디서는 초끈이론이라고도 하고 그렇잖아요. 이게 좀 엄밀히는 다릅니다.

끈 이론이 더 발전한 것을 초끈이론이라고 할 수 있거든요. 더

발전한 게 조건이라고요? 그럼 뭐가 어떻게 다른 겁니까?

초끈이라고 할 수 있습니다. 초대칭이요? 그건 또 뭡니까? 대칭이라고

하면은 그 우리 신발은 신발의 대표적인 예가 아닙니까? 안경, 안경도

그렇고 신발 같은 경우는 한 켤레는 두

짝으로도 있지만 그 왼쪽과 오른쪽이

그 대칭되는 노드가 있는 거 아닙니까? 그 데칼코마니, 뭐 이런 것도 대표적인

대칭 아닙니까? 저번 시간에 그 입자의 성질에는 그 스핀이라는 것이

있다고 말씀드렸는데, 이게 스핀이라는 게

뭐 이름처럼 입자가 실제 입자가 이게 빙빙 도는 건 아니고요. 그

입자가 그 내재하고 있는 그 회전 운동, 각운동량이라고 있습니다.

실제 입자가 도는 게 아니에요. 이건 아닙니다. 저희

옛날에 원자 모형 보면은 가운데 핵이

있고 막 전자가 빙글빙글 돌고 이런 그림을

많이 보셨죠? 많이 봤죠? 예, 그래서

예전에는 그 핵을 중심으로 해 가지고 전자가 빙빙

돈다고 생각을 했는데, 양자역학이 등장한 이후로는

핵 주위를 전자가 그냥 그 구름처럼 감싸고 있는 형태인 거예요.

그러니까 이 양자는 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정할 수 없기 때문에

정확하게 이렇게 궤도를 도는 게 아니라

어디에 있을지 모르게 확률적으로 분포하는 상태가 되는 거죠. 그게

최근의 원자 모형이거든요. 그래서 이제

그 실제로 입자가 도는 건 아닌 걸로 밝혀졌지만

그래도 입자가 내재하고 있는 고유한 각운동량이 있다 보니까, 이것을

입자의 고유 특성이라고 해서 이걸 스핀이라고 하는데, 그 표준

모형에 나오는 근본 입자들은 크게 두 가지, 페르미온과 보손,

이것은 보존이라고도 합니다. 이것도

보손이라고 발음하는 데도 있고, 보존이라고 미국이나 영국에서는 발음하는 등

다른데, 저도 두 가지 발음 다 들어본 것 같아요.

값을 가지는 것으로 구분합니다. 초대칭은 스핀이 1/2인 것만 빼고는

다른 특성, 뭐 전하, 질량 등 스핀을 뺀 나머지 입자의 특성이

그 똑같은 서로 대칭되는 입자가 이제 존재할

것이라고 이제 추정하는 이론이에요. 앞서 그 신발의 짝이 뭐 다 똑같이

생겼지만 거울에 비친 듯이 그 모양이

대칭적인 것. 이것을 위해서 그 입자가 그 스핀이라는 고유 성질만 다른

똑같은 입자가 있고, 그 스핀값에 따라

그 페르미온인지 보손인지 구분되니까,

페르미온은 똑같은 특성을 보손 입자와

가지고 있고, 보손 입자도 마찬가지라는 거죠.

즉, 실제 입자가 생긴 게 대칭된다는

얘기는 아니에요. 그 입자를 뭐 전입자로 간주하면

점으로 된 게 거울에 비친다고 모양이

대칭이 되는 건 아니잖아요. 그렇죠? 예.

그러면은 그 이러한 대칭되는 입자가 있을 것이라는 주장은 왜 하는지가

문제인데, 그게 표준 모형은 20세기 초반부터

연구되어 왔는데, 이게 시간이 가면 갈수록 자꾸 더 새로운 입자들이

발견되고 그 힉스 입자 같은, 그 당시에는 아직 발견되지 않은

입자도 이런 식으로 제시되고 그랬어요. 그래서 초대칭 이론을 도입하기 전에는

그 힉스 입자의 질량을 계산하면 이게 엄청나게 큰 값이 나오는 문제가

발생합니다. 하지만 초대칭 이론을 도입하면

앞서 말씀드린 대로 쌍으로 대칭되는

또 다른 입자가 있다고 했잖아요. 이걸로 인해서 값이 서로 상쇄되면서 이

문제가 해결됩니다. 그런 원리이고요. 그리고 또한 그 우주 상수 있지

않습니까? 그 우주가 축소하는 것을 막는다는 그 가상의 힘, 지금 암흑

에너지라고 불리는 이것을 기존의

표준 모형의 공식대로 계산을 하면

계산하는 건데, 이걸 해보면 실제 우리가 관측되는 암흑

에너지보다 10의 120승 배 큰 값이 나오게

됩니다. 그렇게 큰 차이가 나나요? 예, 그래서 이거를

물리학 역사상 최악의 예측이라고 해요.

이론상의 계산과 실제 관측의 차이가 너무 커서 이걸

그 최악의, 역사상 최악의 예측이라고 하는데, 하지만 여기 초대칭

이론을 도입하면 이 차이가 10의 30승 정도로 줄어듭니다. 10의

30승, 이것도 엄청난 차이인데요. 그건

그렇죠. 이렇게 기존 표준 모형의

문제를 개선하기 위해 표준 모형에 도입된 이론이다 보니까, 그

끈 이론에도 이러한 초대칭 이론을

적용을 했는데, 그래서 이걸 초끈 이론이라고 합니다. 그래서

초끈 이론이고요. 그러니까 저번 시간에도

말씀드렸듯이, 끈 이론은 표준 모형에 나오는 여러

입자들을 1차원 끈으로 설명하는 이론인데, 이

표준 모형에 초대칭 이론이 도입되다

보니 끈 이론도 끈의 진동 패턴에 따라 초대칭의 예상되는 대칭 입자들을 설명하는 거지요. 그 저번 시간에

초창기 이론이었던… 초창기 이론을

있다가 그 저번에 얘기했던 그 끈이

시작과 따로 있는 게 아니라 이렇게 붙어 있는 고리 형태로 된

끈이 있다고 했잖아요. 그래서 이 다친 끝만으로도 이게 완성이

된다는 것이 등장을 했는데, 이것도 또 A, B 두

가지로 나뉩니다. 그러다 보니 타입 1, 그다음 타입 2에 두 개,

페트로트에서 총 다섯 개. 근데 그것을 통합한 것이 M

이론이라고 하셨잖아요. 90년대 중반에 그 에드워드

위튼이라는, 그 프린스턴 고등연구원 물리학자가

그 11차원의 그 M이론을 제시하는데요. 그 이론에서 그 우리가

저번 시간에 그 차원을 그 말아서 그 소형화한다고 말씀드렸잖아요.

빨대로 설명하셨죠? 그것처럼 여기서

초끈 이론과 11차원 우주 탄생의 충격적인 비밀 - M이론

초끈 이론과 11차원 우주 탄생의 충격적인 비밀 - M이론

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