통일장 이론

Unified field theory

모든 것의 이론과 비슷한 개념이나 통일장 이론은 힘의 통합을 장이론으로 나타내려 한다는 특징이 있다.

그 중 유명한 것은 알베르트 아인슈타인이 제창한 이론으로, 모든 힘을 하나의 장으로 나타내려는 시도였다. 중력이론의 완성이라는 큰 목표를 이루고 난 뒤, 아인슈타인의 관심사는 그 당시까지 알려져 있던 힘인 중력과 전자기력을 통합하는 것으로 옮겨갔다. 그는 양자역학을 거부하고 신은 주사위 놀이를 하지 않는다. 그게 우리랑 무슨 상관이냐 통일장 이론에만 치중했기에 아인슈타인은 주류 물리학계에서 멀어져만 갔다. 그는 죽는 날까지도 통일장 이론에 대한 계산에 몰두했다고 한다. 아인슈타인은 통일장 이론을 완성하는 데에는 실패했지만, 그가 주장한 "힘의 통합이라는 개념"은 현대 물리학의 근간이 되었다.

힘의 통일에 대해서 살펴보자면 역사적으로 아이작 뉴턴이 중력을 발견하고 1800년대 맥스웰의 연구로 전기력과 자기력이 서로 연결되었음이 밝혀져 전기와 자기를 '전자기력'으로 통합적으로 다룰 수 있게 된다. 그 뒤 양자 세계에 대한 연구가 진행되며 물리학계에서는 약한 상호작용, 강한 상호작용, 전자기력, 중력의 4가지 기본 상호작용을 만물의 근원적인 힘으로 여기게 된다. 1950년대 무렵 이 4가지 힘이 하나의 근본 힘에서 갈라져 나왔을 것이란 설이 제시되었고, 양자장론을 기반으로 하여 1970년대 Glashow, Weinberg, Salam의 연구로 전자기력과 약한 상호작용도 통일되어 '전약력' 혹은 '약전자기력(弱電磁氣力, electroweak interaction)'이 되었다. 그리고 물리학자들은 강력과 전약력을 통일한 대통일 이론을 주장하기에 이른다. 다만, 대통일 이론은 이미 70년대에 제안되었으나 실험적 검증은 이루어지지 않았다.

과거의 패러다임에서는 가능한 힘들은 모두 개별적으로 존재할 것이라 생각하였으나 그 틀은 점점 깨지고 있고 대통일이론을 넘어 만물이론, 즉 모든 것의 이론(Theory of Everything)이 등장할 것이라는 전망도 있다. 다만 일부 학자들은 만물의 이론에는 장이론이 아닌 다른 체계가 필요하다고 믿고 있다. 다시 말해 만물의 이론은 통일'장' 이론이 아닐 수도 있다는 것이다.

물론 우리가 이렇게 글로 보니까 그렇지 절대 쉬운 일이 아니다. 지금까지 이루어진 통합도 300년 간 과학자들이 머리 싸맨 결과물이니 만큼 다음 단계로 가는 데까지 얼마나 걸릴지는 그 누구도 모른다. 당장 중력이 큰 영향력을 미치면서 상대성 이론으로 설명되는 거시계와 중력을 배제하다시피 하면서 양자 역학이 중심축이 되는 미시계의 통합부터 저 먼 나라 이야기 같은 판에... 하여튼 과학계, 그리고 이를 넘어 인류의 궁극적인 꿈에 가까운 이론임은 분명하다.