전공자가 아니여서 틀린부분이 있을수있음 양해

일단 현대물리학에서 실험으로 검증이 끝난 최전선의 이론은 표준모형임

표준모형도 사실 상당히 최근에 들어서야 완성되었다고 볼 수 있는데... LHC에서 표준모형의 마지막 미싱링크이던 힉스보손을 검출한게 2012년 들어서이기 때문

표준모형은 계산 과정에서 등장하는 무한대를 재규격화라는 테크닉으로 처리하고 넘어가는 골때리는 부분이 있지만 예측력이 기똥차게 뛰어남

심지어 이론적 예측값이 실험결과와 유효숫자 12자리에서 일치하는 결과를 내놓은적도 있으니 말 다했지

근데 표준모형에도 문제점이 있는데...

1. 표준모형은 중성미자의 정지질량을 0으로 예측하는데 중성미자 진동 현상으로 인해 중성미자가 질량을 매우 미미하긴 하지만(0.1eV보단 가볍다고만 알려짐) 갖고있음이 밝혀짐

2. 우주상수 예측이 천문학적 관측으로 측정된 값과 10^120배 쯤 차이나는 사소¿한? 찐빠가 있음

3. 일반상대론을 포괄하지 못함

4. 천문학적 관측에서는 우주에 암흑물질이 존재함이 분명히 확인되는데 암흑물질의 후보가 표준모형에는 없음

일단 물리학자들은 beyond 표준모형을 위해 대가리를 열심히 굴리다가 초대칭(SUSY)을 고안함

암튼 표준모형의 모든 입자에 대해 초대칭 짝입자가 있다는거고 이걸 도입하면 여러가지 좋은일이 생긴다

표준모형에서는 고에너지영역에서의 중력을 제외한 세가지 기본 상호작용의 결합상수가 수상할정도로 한점에서 가까이 만나는데... 미묘하게 살짝 안맞아서 뭔가 불편함

근데 초대칭을 도입하면 이게 한점에서 깔끔하게 만나서 이론물리학자들은 절정을 하게 되는것이다

즉 강력, 약력, 전자기력을 통합 가능해짐!

참고로 이렇게 세가지 힘을 섞어놓은걸 대통일이론(GUT)라고 한다

그리고 초대칭을 도입하면 입자의 풀이 늘어나면서 자연스럽게 암흑물질의 후보도 등장하고 암튼 다 조아쓰!

그래서 지금 실험물리학의 최전선은 초대칭이론의 검증임

GUT는 양성자붕괴를 예측하기 때문에 일본에서는 카미오칸데를 건설해서 양성자붕괴 신호를 검출하기 위해 존버중임

이론에 따르면 양성자가 일정한 반감기로 붕괴하니 양성자(여기서는 물분자)를 한곳에 왕창 모아놓고 붕괴신호를 검출하려는 시도임

근데 웃프게도 중성미자 검출이 더 잘 되어서 중성미자 검출기로 더 활약중이라는 찐빠가 있음

공교롭게도 중성미자랑 양성자붕괴의 신호는 서로 상당히 비슷함

근데 중성미자는 하루에도 여러번 검출되는 반면에 양성자붕괴는 1년에 한번 일어날까 말까여서 중성미자가 양성자 붕괴 검출을 방해하는 심각한 노이즈가 되는 중이다

그래서 붕괴 이벤트의 기댓값을 높이기 위해서는 더 많은 양성자가 필요하다... 그래서 카미오칸데를 업그레이드해서 슈퍼카미오칸데를 만들었고, 이제 한번 더 스케일업 해서 하이퍼카미오칸데가 조만간 가동예정임

한 수십년 굴리다 보면 이벤트 데이터가 누적되면서 양성자 붕괴가 검출될지도 모르지만 아직은 감감무소식임

알려지기론 슈퍼카미오칸데 관측에서도 3시그마 넘는 시그널조차 없었다고 함

그 외에 LHC에서도 상대적으로 저에너지 영역의 초대칭입자를 직접 검출하기 위해 검출기를 마구 돌리고 데이터를 분석중이다

암튼 실험물리학은 아직 표준모형 검증한지도 13년밖에 안지났고 초대칭의 검증 단계에서 정체되어있음

그럼 초대칭이론 검증될때까지 이론물리학자들은 뭘 해야할까? 뭔가 발견이 될때까지 치킨이나 튀기고 있을수는 없으니깐 초대칭에서 더 나아간 뭐시기를 연구해봄

그래서 등장한 대표적인게 끈이론임

입자가 사실 0차원 점이 아니라 1차원 끈이다! 하고 가정하니깐 뭔가 아다리가 맞는 부분이 많아서 주류가 되었음

근데 끈이론에서 타키온 문제를 해결하려면 초대칭을 도입해야했고, 그래서 초끈이론이 됨

입자가 사실 0차원 점이 아니라 1차원 끈이다! 하고 가정하니깐 뭔가 아다리가 맞는 부분이 많아서 주류가 되었음

근데 끈이론에서 타키온 문제를 해결하려면 초대칭을 도입해야했고, 그래서 초끈이론이 됨

그리고 초끈에서 자연스럽게 스핀이 2인 닫힌끈이 등장하는데 이게 중력자라고 가정하니깐 중력도 통합이 자연스럽게 되는거임!

근데 치명적인 문제가 있는데... 초끈이론은 4차원 시공간에서는 성립을 안함

음의 확률이라는게 등장해버림

"재규격화라는걸로 무한대도 퉁치는데 음의확률도 어케 수학적으로 잘 처리해서 넘기면 안됨?"

근데 그런거 안된대

이유는 나도 모르니 주변에 사는 물리학자에게 물어보도록

그거 말고도 수많은 모순점이 생겨서 4차원 시공간 초끈이론은 불가능함

알려진 사실은 수학적으로 초끈이론이 무모순하게 성립하려면 11차원의 시공간이 필요하다는거임

???

ㅇㅇ 10차원의 공간과 1차원의 시간으로 이루어진 11차원 시공간

?????

아무리 봐도 우리가 사는곳은 3차원 공간인데 이론적으로는 10차원이여야 하니 아마도 나머지 7차원은 미시적으로 작게 숨겨져있음

!!!!!

그 미시공간은 칼라비-야우 다양체라고 하서 뭔 요상하게 생겨먹은 물건으로 예측됨

¿¿¿¿¿¿

암튼 뭔가 좀 아니다 싶지 않은가?

우리 우주의 칼라비-야우 다양체 형태가 우리 우주의 물리법칙을 결정짓는다는게 초끈이론의 예측인데...

저게 워낙에 초입체라서 저 다양체가 가질수 있는 형태의 경우의 수가

매~~~~~~~~~~우 많음

너무 많아서 10^500가지는 넘을것으로 예상됨

초끈이론 비판하는 글에서 해가 10^500가지가 있다더라 할때의 그 가짓수가 여기서 나온거임

골때리는건 이론물리학자들이 초끈이론의 아무 해를 하나 풀어봤더니 우리 우주의 알려진 물리법칙과 완전 판이한게 튀어나왔다는거임

이론물리학자들은 아직까지 표준모형을 정밀하게 재현하는 해 하나조차 찾아내지 못함

초끈이론 비판에서 방정식이 없다는게 바로 그 의미임

'우주가 가질수 있는 물리법칙의 경우가 수없이 다양한데 하필 우리가 사는 우주는 물리법칙이 이런거지?'

이론물리학자들은 그런 말도 안되는 물리법칙을 가진 우주가 10^500가지쯤 있다는데서 멘탈이 붕괴되곤 철학자로 돌변해서 인류원리 같은 이상한걸 막 주장함

"우리가 사는 우주는 지적생명체가 살 수 있게 미세조정된 우주여서 우리가 탄생했고 우주를 관측할 수 있는거고 그렇지 못한 우주는 관측될 수 없는거니 무시하면 된다!"

이런 과학적 가설이라고도 할 수 없는 철학놀음을 진지하게 담론으로 주고받는것 부터가 뭔가 잘못된게 느껴지지 않음?

초끈이론에 대한 반발과 빨간약

초끈이론이 자꾸 이상하게 흘러가니깐 물리학계에서도 이건 좀 아니다싶어하는 흐름이 나옴

그 중 하나는 아예 초끈이론이 사실 물리이론이 아니라는 주장까지 함

설명하자면... 초끈이론은 사실 그냥 모든 종류의 물리이론을 허용하도록 정의된 일종의 공리계, 즉 샌드박스라는거임

왜 초끈이론이 수학적으로는 우아하고 무모순인가? 

"그렇게 정의했기 때문에"

초끈이론이 왜 일반상대론과 초대칭이론을 통합 가능한가?

"그렇기 정의했기 때문에"

둘을 그냥 섞으면 수학적 모순이 생기니깐 우리 우주가 사실 11차원 시공간이라고 우주를 이론에다 끼워맞췄고, 그런 어거지로 수학적 모순점은 일단 제거했으니 이론 자체에서는 모순점이 안보인다는거임

초끈이론이라는게 사실 우리 우주는 11차원 시공간에 7차원 공간이 작게 말려있고, 초대칭입자는 존재하고, 입자는 1차원 끈이라는 공리들로 세운 공리계라는것

더욱 골때리는건 초끈이론이 말그대로 모든 가능성을 허용한다는거임

해에 따라서 초끈은 0차원으로 퇴화해서 이름만 초끈인 사실상의 점입자로 거동할수도 있음

걍 수학적으로 허용되는 모든 물리법칙이 담겨있는 집합일 뿐이라는게 비판론의 논지임

그런 "모든것의 집합"을 정의하는건 예측에 있어서 아무런 의미가 없다는것이고

비유하자면 "모든 자연수의 집합"을 정의하면 그 안에 당연히 모든 소수들도 포함되겠지만 소수의 성질을 예측하는데는 하나도 도움 안된다는거임

근데 초끈이론이라는게 해 하나 풀고 분석하는데도 박사들이 몇년씩 달려들어야 할 정도로 어렵고 복잡해서 이 오류를 알아채지 못하고 함정에 빠져있다는 것이고

초끈이론을 한방에 끝장낼수 있는 치명적인 가능성이 있는데...

혹시라도 초끈이론에서 표준모형과 일치하는 해가 유일하지 않는걸로 밝혀지면 초끈이론은 거기서 끝장남

예를 들어 표준모형과 파라미터가 유효숫자 범위에서 일치하면서도 우주상수 예측이 제각각이거나 하면 게임오버임

초끈이론 이녀석이 예측력은 하나도 없고, 그냥 모든 물리법칙의 가능성을 허용하는 집합일 뿐이라는 결론이 나오게 되기 때문임

근데 해공간이 워낙 넓어서(?10^500) 표준모형 일치 해가 유일할거라는 전망은 지나치게 낙관적인거고, 그래서 전망이 어둡다 한다

끗