초끈이론에 대하여

소립자인 현대물리학의 중심적인 역설은 두 가지 주요 이론적 기초의 명백한 부적합이다. 그 첫 번째 기초는 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 중력과 시간 구조를 연관시키고 있습니다 이 중력관은 우주 규모의 현상 모델과 우주의 진화를 이해하는 것으로 이어지고 있다. 양자 역학에서 두 번째 이론적 기초는 원자와 아원자의 세계를 설명할 수 있습니다 양자론은 네 가지 이미 알고 있는 자연의 힘 가운데 세 가지 힘에 대해 정식화되어 있습니다. 강약 전자 상호작용입니다. 최근까지 아인슈타인의 중력 이론 네 번째 기본력이 양자 역학의 가르침과 연결될 가능성은 거의 없어 보였다. 기본적으로 어려운 것은 이러한 통일은 최소 거리 크기에서의 물리 법칙의 근본적으로 새로운 정식화를 필요로 하는 것처럼 보인다는 점입니다. 그런 개편에서는 공간과 시간이 연속된 점이라는 생각을 버려야 합니다. 중력의 양자론과 그런 이론이 암시하는 개념 수정이 없으면 자연의 힘을 모두 망라해 기술할 수 없었다. 지난 2년간 소립자 물리학자들은 이론적 교착이 해소될지도 모른다고 낙관해왔다. 이 낙관주의는 초끈이론으로 알려진 새로운 종류의 이론의 현저한 진전에 기초하고 있습니다. 초현 이론에서는 다른 현 이론과 마찬가지로 소립자를 현이라고 볼 수 있다. 현이론은 전자기의 양자론처럼 친숙한 양자역학장이론과는 달리 그 양자론, 즉 구성입자가 뾰족하다. 현에는 늘림이 있기 때문에 보통 바이올린 현처럼 진동이 가능하다. 고조파, 즉 일반적인 진동 모드는 현의 장력에 의해 결정하게 됩니다. 양자역학에서 파도와 입자는 같은 현상의 이중 측면이므로 현의 각 진동 모드는 입자에 대응한다. 모드의 진동 주파수에 따라 입자의 에너지와 질량이 결정됩니다. 익숙한 소립자는 한가지 스트링의 다른 모드로 이해됩니다. 초현이론은 현이론과 초대칭으로 불리는 수학적 구조를 조합한 것이다. 초현 이론은 중력과 양자역학을 결합할 때 이전에 겪었던 문제들을 회피할 뿐만 아니라 이 과정에서 네 가지 기본적인 힘 모두를 한 원리의 여러 측면으로 생각해 볼 수 있다. 더욱이 힘의 통일은 이론이 내부적으로 일관되고 있다는 논리적 요구에 의해 거의 일의적으로 결정되는 방식으로 달성된다. 이러한 발전으로 수학과 물리학의 상호작용이 놀라울 정도로 활성화되었습니다. 현대 수학에서의 가장 깊은 발견의 대부분은 이론의 이해에 공헌하고 있으며, 그 대가로 끈이론은 수학에 새로운 문제를 제기하고 있다. 초현 이론에 의하면 물리학의 표준 법칙은 상상할 수 없을 정도의 작은 거리에서 구조를 고려했다 훨씬 풍부한 이론의 근사판 입니다. 이 이론에서 예상되는 현의 길이는 약 10에서 35 미터로 양성자 직경의 약 10에서 20 배입니다. 이러한 섬세한 스케일에서의 초현 이론과 기존 이론의 차이는 이론의 일관성과 예측력을 위해 필수적이다. 예를 들어 중력을 무시하면 점상양자를 가진 통상장 이론에서의 강약 전자력의 통일상을 구축할 수 있다. 통일도는 이론에 편입되었다. 근저에 있는 대칭성의 결과인데 뿌리 깊은 대칭성에는 많은 가능성이 있습니다. 이러한 대칭성을 다른 대칭성보다 더 선호하는 이론적 이유는 알려져 있지 않다. 반면 초끈이론에서는 중력을 배제할 수 없으며, 중력을 이론에 포함시키기 위해 필요한 대칭성은 다른 세 가지 힘을 하나로 하는 근저에 있는 대칭성의 자연스러운 예측으로 이어진다. 공간과 시간의 새로운 개념은 오랫동안 양자중력 이론에서 기대돼 왔기 때문에 초끈이론이 우주의 기하학에 대한 우리의 생각을 어떻게 바꿀 수 있을지에 대해 언급할 가치가 있다. 엄밀히 말하면 현을 일정한 배경 공간을 이동하는 독립적인 파티클로 간주하는 것은 옳지 않습니다. 아인슈타인의 중력 이론에서는 초현 이론이 근사해야 하지만 공간과 조율은 시공이라 불리는 4차원 연속체로 통일돼 있다. 중력의 영향은 구 표면과 같은 2 차원 표면의 곡률과 비슷한 이른바 시공의 곡률에 의해 결정됩니다. 입자는 구불구불한 시공간에서 측지선 즉 최단경로를 따라 이동하며 구체상에서는 그러한 경로와 유사한 것이 2점간의 대원경로이다. 입자는 시공에 반대의 영향을 미쳐 중력파를 일으키고 입자가 움직이는 측지학 자체를 어지럽힐 수 있다. 일반 상대성 방정식에 따라 입자의 경로뿐만 아니라 입자가 이동하고 있는 시공 구조도 결정됩니다. 초끈이론에서 중력은 9개의 공간 차원과 시간에 확장된 세계에서 정의되며 모두 10차원으로 구성된다. 다시 움직임은 측지학을 따라 진행되지만 측지학은 10차원의 최소 면적 표면이다. 분명히 10차원 중 6차원은 시야에서 가려져야 하며, 그것을 통해 관찰할 수 있는 것은 익숙한 4차원의 시공뿐이다. 여섯개의 잉여 차원은 직접 볼 수 없을 정도로 작은 구조를 형성하기 위해 둥글게 만들어져야 한다. 관찰할 수 없을 정도로 작은 차원이라는 생각은 단순한 2차원의 유추를 고려함으로써 쉽게 이해할 수 있다. 호스는 2차원의 표면에서 그 두께를 해결하기에는 너무 거친 스케일로 관찰하면 1차원으로 보인다. 슈퍼스트링 이론에서는 감아올려진 6개의 치수가 현의 길이와 비슷할 가능성이 높다. 세계에는 문자열이 점립자 처럼 작용하는 것과 같은 의미에서 세 가지 공간 차원이 있는 것으로 보인다. 기하학 개념의 확장은 6개의 공간 차원을 추가하는 것에 한정되는 것이 아닙니다. 일반적인 일반상대성에서 중력장은 시공의 모든 점에서 정의된다. 양자 역학에서 파도와 입자의 등가성은 중력파 또는 중력장의 외란을 입자로 식별해야 합니다 입자는 중력자라고 불립니다. 마찬가지로 문자열 이론에는 문자열 설정에 의존하는 필드가 필요합니다. 이러한 필드는 문자열 필드로 불립니다. 공간에서의 문자열 설정 가능한 수는 공간의 점 수 보다 훨씬 많다. 따라서 문자열 필드는 문자열의 설정 가능한 모든 설정에 의해 정의되는 공간 개념의 방대한 확장의 새로운 유형의 형상과 관련된 중력자가 통상적인 공간에서는 물결인 것처럼 끈 모양의 입자는 이 거대한 공간에서는 '파상'의 외란으로 간주되어야 한다. 슈퍼스트링 이론은 하드론의 관측된 특징이나 강한 힘을 받는 소립자를 설명하기 위해 1960년대 후반 개발된 이중 공명 모델로 불리는 이론으로 거슬러 올라갈 수 있다. 당시 전자계의 양자장 이론은 대성공을 거뒀지만 양자장 이론의 일반적인 접근에 환멸을 느끼고 있던 이론가가 많다. 이러한 이론에서는, 큰 스핀을 가지는 하드론이나 양자화된 각운동량이 강한 상호작용의 거동은 설명할 수 없는 것 같았습니다. 이 맥락 안에서 유럽의 소립자 물리학 연구소이다. 가브리엘 베네주엘라노는 양자학 이론의 공식과는 무관한 공식을 단순 추측했습니다. 드론 상호작용의 많은 특징을 표현했기 때문에 그 후, 시카고 대학의 난부 요이치로씨와 고고호루가 고고, 홀거 코펜하겐 닐스보어 연구소의 닐슨 씨와 스탠퍼드대의 레너드 서스킨드 씨는 베네즈 엘라노 공식을 적용하는 것은 하드론을 문자열로 기술하는 것에 해당한다는 것을 보여줬다. 현진동의 고조파는 관측된 하드론에 대응하게 되어 있었다. 대략적으로 이 끈은 양성자 중성자 등 하드론을 구성하는 쿼크를 결합하는 데 도움이 됐다. 원래의 이중 공명 모델은 기본 단위의 정수인 파이슨과 같은 입자만을 설명할 수 있었다. 이러한 입자들은 보손이라고 불리며 양자역학에서는 전자나 프로톤과 같은 홀수 정수의 12개의 스핀을 갖는 페르미온과 명확하게 구별된다. 1971년 플로리다주의 피에르 러몽드, 파리의 에콜 노멀 슈퍼뷰어의 앤드루 6 네브, 캘리포니아공대의 존 슈워츠에 의해 페르미온을 포함한 원론의 변종이 개발됐다. 이 변종은 방적사설로 알려져 있으며, 초대칭설의 전조였다. 아쉽게도 초기의 현이론에는 당시 중대한 부채로 여겨졌던 몇 가지 특징이 있음이 밝혀졌다. 우선, 보성을 위한 오리지널 현이론의 양자역학적 거동은 시공이 26차원일 경우에만 타당하다. 방적사 이론, 실제 현재의 슈퍼스트링 이론에서는 대응하는 치수의 수는 10이다. 또 현의 에너지가 가장 낮은 상태는 타키온이어야 한다는 점, 즉 빛보다 빠르게 전달되는 입자여야 한다는 점에도 시달리고 있었다. 타키온과의 상대론적 양자론은 모순이다. 마지막으로 관측된 하드론에 대응하는 질량이 없는 스핀 1과 스핀 2 입자의 존재가 요구되었다. 이들의 성질은 광자, 중력자, 약한 힘을 갖는 이른바 약 게이지 보손의 성질에 가깝다. 비극적인 젊은 나이에 세상을 떠난 남다른 물리학자는 현 이론을 중력 이론이나 기타의 힘으로 재해석할 가능성을 시사했는데, 그러한 이론에 내재된 모순은 압도적으로 보였다. 초끈이론의 논리는 어떻게 발견을 할 수 있을까요? 일반상대성이론은 초현 이론의 보다 일반적인 원리의 특수한 경우여야 하며, 어떤 의미에서는 일반상대성이론이 지침이 된다. 예를 들어, 일반상대성과 유추를 전개함으로써 초현 이론이 스트링의 모든 가능한 구성의 공간까지 통상적인 공간 시간 개념을 확장할 수 있음을 설명했다. 이 생각은 집중 조사되고 있다. 더욱 과격한 것은 이론을 2차원적인 정식화만으로 연구해야 한다는 제안입니다. 그러면 우리가 살고 있는 공간과 시간의 좌표는 전혀 언급되지 않습니다. 이들 가능성의 해결책이 무엇이든 이론의 논리적 지위를 깊이 이해하는 것은 틀림없이 심각한 수학적 물리적 문제로 이어질 것이다. 슈퍼스트링 이론의 예측에 대해서도 이해가 깊어질 필요가 있다. 향후의 전망은 지적 발효와 급속한 진보이다.