§1왜 새 이론이 필요한가

블랙홀의 중심이나 빅뱅의 순간처럼 극도로 작으면서 극도로 무거운 곳에서는 양자역학과 일반 상대성이론을 함께 써야 합니다. 그런데 중력을 다른 힘들처럼 양자화하려 하면 계산마다 제거 불가능한 무한대가 쏟아집니다. 근본 원인 중 하나는 입자를 크기가 0인 점으로 취급하는 데 있습니다 — 거리가 0이 될 수 있으면 힘(∝1/r²)은 무한대가 될 수 있으니까요.

§2점을 끈으로 바꾸다

초끈이론의 제안은 과감하면서 단순합니다. 만물의 최소 단위는 점이 아니라, 길이가 플랑크 길이 (~10⁻³⁵m) 수준인 진동하는 1차원 끈이라는 것. 크기가 있으므로 "거리 0"의 무한대가 부드럽게 사라집니다. 그리고 기타 줄 하나가 진동 방식에 따라 다른 음을 내듯, 같은 끈이 어떻게 떨리느냐에 따라 전자도, 광자도, 쿼크도 됩니다. 우리가 "서로 다른 입자"라 부르던 것들은 하나의 악기가 내는 서로 다른 음이었던 셈 — 우주는 거대한 오케스트라입니다.

§3덤으로 나온 중력, 그리고 여분 차원

이 이론의 백미는 닫힌 끈(고리)에 있습니다. 닫힌 끈의 진동 스펙트럼을 계산하면 질량이 0이고 스핀이 2인 입자가 반드시 나오는데, 이는 정확히 중력을 전달하는 중력자의 조건입니다. 중력을 억지로 끼워 넣은 게 아니라 이론이 중력을 강요하는 것이죠. 대신 대가가 있습니다 — 수학이 모순 없이 성립하려면 시공간이 10차원이어야 합니다. 우리가 못 보는 6개 차원은 아주 작게 말려 있다고 보는데, 그 말린 모양을 칼라비-야우 공간이라 부릅니다(아래 실험에서 볼 수 있습니다).

§4아름답지만, 아직 판결 전

초끈이론은 수학적으로 대단히 우아하고, 다섯 개의 서로 다른 끈이론이 11차원의 M이론 하나로 통합된다는 사실까지 밝혀졌습니다. 그러나 결정적 약점이 있습니다 — 끈이 너무 작아 현재 기술로는 직접 검증이 불가능하고, 우주의 가능한 모습이 10⁵⁰⁰가지나 되어 왜 하필 우리 우주냐를 예측하지 못합니다. 그래서 초끈이론은 "가장 아름다운 후보"이면서도 "아직 실험의 판결을 받지 못한 가설"로, 경쟁 이론(고리양자중력 등)과 함께 양자 중력이라는 미해결 문제의 최전선에 서 있습니다.