1-2. 끈이론의 아이디어 — 점이 아니라 끈

기타 줄에서 우주의 비밀까지

기타 줄을 퉁기면 소리가 난다. 줄의 길이, 장력, 두께에 따라 음이 달라진다. 같은 줄이라도 진동 방식이 달라지면 — 기본음, 2배음, 3배음 — 완전히 다른 음높이가 만들어진다.

이제 상상력을 극단까지 끌어올려 보자.

만약 전자, 쿼크, 광자 같은 모든 기본 입자가 사실은 "같은 것"의 서로 다른 진동 방식이라면?

전자와 쿼크가 근본적으로 다른 존재가 아니라, 어떤 극미한 "끈"이 이런 식으로 진동하면 전자가 되고, 저런 식으로 진동하면 쿼크가 된다면? 마치 하나의 기타 줄이 다양한 음을 만들어내듯, 하나의 끈이 다양한 입자를 만들어낸다면?

이것이 바로 끈이론(영문: string theory)의 핵심 아이디어이다. 그리고 놀랍게도, 이 아이디어에는 중력이 저절로 포함되어 있다. 앞 절에서 배운 양자중력의 난제 — 일반상대론과 양자역학의 충돌 — 를 해결할 실마리가 여기에 숨어 있을지 모른다.

하지만 이 아이디어는 대가를 요구한다. 우리가 사는 세상은 3차원이 아니라 10차원이어야 한다는 것이다.

지금까지의 이야기 — 왜 새로운 아이디어가 필요한가

앞 절(1-1)에서 우리는 현대 물리학의 가장 깊은 문제를 마주했다. 일반상대론과 양자역학 — 각각은 놀라울 정도로 정확하지만, 둘을 동시에 적용하면 수학이 무한대를 내뱉으며 무너진다.

특히 핵심 문제는 이것이었다:

• 중력을 다른 힘처럼 양자화하려고 하면(중력자라는 매개 입자를 도입하면), 제거할 수 없는 무한대가 끝없이 쏟아져 나온다.
• 이 무한대의 근원은 기본 입자를 크기가 없는 "점"으로 취급한다는 데 있다.

잠깐 — 마지막 문장이 중요하다. 왜 "점"이 문제를 일으키는 것일까?