理論物理學
에서
超끈理論
(超-理論,
英語
:
superstring theory
)은 自然系의 모든
粒子
와
基本 相互作用
을 微細한 크기의
超對稱的
끈
의 振動으로 說明하려는 試圖이다.
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끈 理論
의 一種이다.
超끈 理論은 基本的으로
相對性理論
과
量子論
의 衝突을 說明하기 위해 만들어진 理論이다. 이 衝突은 바로
플랑크 길이
라는 아주 작은 領域 안에서 일어나는 일로서
陽子的 搖動
이라는 現象에서 發生한다.
量子論
은 이 兩者的 搖動을 豫見했지만 重力場이 이 兩者 搖動의 影響을 받기 때문에 相對性理論의 體系에 맞지 않는다. 이 點을 無視하고 두 理論의 式을 統合하면 確率이 無限%라는 結果가 나왔기에 두 理論을 알맞게 統合하기 위해 만들어진 理論이 바로 이 超끈理論이다.
槪要
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超끈理論은 自然系의 粒子를 끈의 振動으로 나타낸다. 끈이 振動하는
波長
의 길이의 정수배가 이 끈의 길이(
原子核
의 10
-22
)가 되어야 한다는 條件이 있을 뿐, 超끈理論에 따르면 粒子의 個數는 事實上
無限하다
. 이 때, 波長이 짧은 끈일수록(즉, 振動數가 큰 끈일수록) 큰 質量을 가진다. 이 때문에 只今은 質量이 큰 粒子는 만들어 내는데에 엄청난 에너지가 必要하여 우리가 發見하지 못한 것이라고 說明할 수 있다.
또, 超끈理論은 숨겨진
次元
이 있다고 說明한다. 이것은 簡單한 例로 說明할 수 있다. 1次元 線을 말아서 원을 만든 다음 그 圓을 垂直 方向으로 이동시켜 圓筒 模樣의 2次元 物體를 만든다고 치자. 그러면 그 物體의 두께가 매우 얇다고 하면 멀리서 봤을 때에 그 物體는 2次元 物體가 아닌 1次元 物體인 끈으로 보일 것이다. 이처럼 次元을 매우 작게 만들어 숨길 수 있는데
(칼壘者-클라인理論
) 이 事實을 利用하면
플랑크 길이
안에 次元을 둥글게 말아 숨길 수 있다.
끈理論
에 따르면 이 世上은 9次元 空間을 가지고 있으므로 플랑크 길이 안에는 6次元의
칼라比-야우 多樣體
가 둥글게 말려 存在하는 것이다.
다시 첫 文段으로 돌아가서 超끈 理論이 어떻게 플랑크 길이 안에서의 陽子的 搖動을 잠재우는지 알아보자. 먼저 本文의 위에 나왔던 圓筒 模樣의 2次元 宇宙를 想像해 보자. 이 宇宙에는 두 가지 形態의 끈이 存在할 수 있다. 바로 圓筒形 宇宙에 '감긴' 끈과 宇宙를 자유롭게 돌아다니는 一般 끈이다. 감긴 끈은 '감金에너지'를 갖는데 이것은 끈의 길이가 길어질수록 커지는 에너지이다. 한便, 一般 끈은 運動에너지를 갖는다. 끈의 振動이든 끈 自體가 移動하는 運動이든 말이다. 그러면 宇宙의 크기가 줄어들 收錄 감김에너지는 줄어들고 運動에너지는 늘어난다.
[週 1]
또, 宇宙가 크기가 커질수록 運動에너지는 줄어들지만 감김에너지는 增加한다. 그 때문에 宇宙의 總 에너지量(감金에너지+運動에너지)은 恒常 일정하고 이 基準點이 되는 곳이 바로 플랑크 길이이다. 그러면 플랑크 길이보다 작은 宇宙는 (예: 플랑크 길이의 1/10) 플랑크 길이보다 큰 宇宙(예: 플랑크 길이의 10)와 性質이 正確히 一致하는 것이다. 이 內容은 2次元의 호스型 宇宙에만 該當하는 것이 아니라 모든 次元에 適用되는 法則이다.
이 때문에 플랑크 길이 以下의 領域에서 일어나는 兩者的 搖動은 觀測될 수 없음이 說明되었고, 觀測되지 않는 現象은 考慮할 必要가 없는 現象이므로 超끈 理論은
모든 것의 理論
(TOE)의 候補에 堂堂히 오르게 되었다.
超對稱性의 適用
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秒對稱性
의 槪念이 없어서 스핀이 整數인 粒子인
保存
(boson)만 있었던 初期의
끈理論
을 '保存(boson) 끈理論' 이라고 한다. 따라서 스핀이 半整數人 粒子를 說明하려면 當然히
페르微溫
(fermion)이 있어야 했다. 또, 이 끈理論에는
質量의 제곱이 音囚人 粒子
가 導入되어서 이 粒子에 該當하는 끈의 振動 패턴이 있다는 것을 證明하기 어려웠다. 그래서 끈理論에 超對稱性이 導入되었고 以後 라몽, 슈바르츠, 느뵈, 글리오치, 셔크, 올리브 等의 科學者들에 依해 槪念이 導入, 發展, 修正되면서 保存 끈理論에 超對稱性의 槪念을 導入한 '超끈理論'李 完成되었다. 超끈理論은 保存 끈과 페르微溫 끈, 그리고 그들의 振動패턴이 하나씩 對應된다는 點이 保存 끈理論과 다른 點이다. 超끈 理論이 登場하면서 當然히 타키온에 關한 內容도 說明할 必要가 없게 되었다.
問題點
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萬一 어떤 수수께끼가 있는데 그 '根本的인 說明方法'李 다섯 가지나 있다면 當身은 그 說明들을 모두 信賴하겠는가? 超끈 理論이 바로 그러한 狀況이다. 이 超끈理論들은 모두
保存
(boson)과
페르微溫
(fermion)의 振動 패턴을 이어준다는 것은 同一하지만 그 方法이 모두 다른 理論들이다. 그 理論들은 바로
'I兄理論
(the Type I theory)', '
IIA型 理論
(the Type IIA theory)',
'IIB型
理論 (the Type IIB theory)', '
李兄O(32)
理論 (the Heterotic type O(32) theory)', 그리고'
異形 E
8
x E
8
理論
(the Heterotic type E
8
x E
8 theory)'이다.
이 理論들은 中心 內容은 같지만 細部的인 內容이 모두 다르다. 例를 들어, I兄理論에서는 닫힌 끈 뿐만 아니라 열린 끈도 다루지만 다른 理論에서는 다루지 않으며,
II型에
서는 왼쪽 進行波와 오른쪽 進行波가 各各 하나의 10次元 超對稱을 가진다. 또,
異形 E
8
x E
8
理論
과
李兄O(32)理論
는 雜種 理論이라고 해서 두 理論을 混合해 만들었다. 그러나, 이 理論들은 끈이 結合하는 回數를 決定하는 끈結合상수에 값이 달라짐에 依해 서로 二重性이 나타날 수 있음이 보여졌는데 이 理論들을 統合해 줄 수 있을 만한 候補가 바로 m-理論이다.
m-理論
은 끈理論의 約結合과 强結合의 二重性을 利用해 모든 끈理論을 하나로 묶은 理論이다.
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또한 이들이 基本的 家庭으로 세운 主張들이 實驗으로 確認될 希望이 거의 없다는 問題點이 있다.
參考 文獻
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같이 보기
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各州
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內容主
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- ↑
不確定性 原理
에 依해 粒子의 位置와 運動 狀態를 同時에 알 수 없으므로 粒子가 存在할 수 있는 位置가 漸漸 작아질 수록 運動量을 더욱더 알 수 없게 되어 漸漸 움직임이 亂暴해진다.
參照週
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