거시와 미시를 꿰뚫는 하나의 힘
1687년, 한 수학자가 발표한 법칙이 있었다. '질량을 가지는 물체 사이에는 끌어당기는 힘이 있다.' 수학자의 이름은 뉴턴. 공식적인 '중력'의 발견이다.
1864년, 제임스 맥스웰에 의해 빛이 전기와 자기에 의한 파동임이 입증되었다. 맥스웰은 본인의 이름을 딴 방정식 으로 이를 정의하였다. '전자기력'의 발견이다.
1933년, 엔리코 페르미는 중성자의 붕괴에서 발생하는 상호작용을 '페르미 상호작용'이라 명명하였다. 이는 곧 '약한 상호작용'으로 불리게 된다. '약력'의 발견이다.
핵이 붕괴하는 힘이 있다면, 핵을 응집시키는 힘도 있지 않을까? 원자세계에서 가장 강력한 힘, '강력'은 1973년, 그로스,윌첵,폴리처에 의해서 수학적으로 정의됐다. 이것들을 통틀어 만물에 작용하는 모든 힘, '4대 힘' 이라 명명한다. 하지만 이 '4대 힘'이 사실 하나의 힘이라면? 물리학에서 아직까지 풀리지않은 의문을 알리고자한다.
아인슈타인의 이루지 못한 숙제
위대한 물리학자 아인슈타인은 인류의 도약에 큰 영향을 미쳤다. 대표적으로 그가 만든 '특수상대성 이론' 은 고정값인줄로만 알았던 시공간의 개념이 빛을 기준으로 변화함을 설명한 혁신적인 이론이다. 이처럼 당대 최고 수준이었던 그도 감히 이룩하지 못한 영역이 있었으니 바로 힘을 통합하는 것이었다. 아인슈타인은 생각했다. 4대 힘을 통합해서 하나임을 증명하면 물리학의 다음단계로 나아갈 수 있지않을까. 진리로만 여겨지던 4대 힘을 통합한다는 것은 신에게 도전장을 내밈과 같았다. 신에게 도전하기엔 아직 일렀던 걸까 아인슈타인은 결국 '통일장 이론' 이라는 이름만 남긴채 도전에 실패하고 생을 마감한다.
통합된 힘, 보이는 가능성
비록 실패했지만, 아인슈타인이 제시한 '통일장 이론'은 학계에 큰 파장을 일으켰다. 완전히 다른 존재가 사실은 하나일 수 있다니. 쉽게말하자면 여자와 남자가 사실은 하나의 존재임을 입증하는 격이다. 그리고 1961년, 이 말도안되는 이론의 가능성이 제시되었다. 글래쇼가 만든 게이지 대칭으로 '전자기력과 약력'의 통합 모델을 형성했다. 하지만 과학적 증명이 부족했다. 수학적 입증이 부족했던 이 모델을 살람과 와인버그가 '힉스 매커니즘' 을 도입하여 마침내 '전자기약력'을 공식화 하는데 성공하였다! 놀랍지 않은가. 진리로만 여겨지던 4대 힘의 통합이 일부이긴 하지만 이뤄진 것이다. 이 셋은 후에 노벨 물리학상을 수상한다.
발목을 잡는 중력
물리학자들은 '전자기약력'의 발견으로 자극받았다. 그들은 남은 힘도 통합하고 싶어했고, 더 높은 에너지에서 '강력'이 통합될 수도 있다는 가설을 냈다. 실제로 에너지를 극한으로 높인 '초대칭'상태에서 '강력'과 '전자기약력'이 거의 동일한 힘을 낸다는 이론이 완성되었는데 이것이 '대통일 이론' 이다. 하지만 '대통일 이론'의 등장에도 물리학자들은 웃을 수 없었는데... 어떠한 수를 써도 중력이 통합되지가 않는다! 중력은 아무리 에너지를 높여도 다른 힘에 비해 현저히 낮은 힘의 크기를 보였다. 힘의 통합을 위해선 우리가 사는 거시세계가 아닌 아주 작은 세계 즉, 미시세계로 떠나야하는데, 미시세계에서 중력은 없는 수준의 힘이었다. 중력을 통합하는 '통일장 이론'은 빛과 시공간의 상관관계를 밝혀낸 천재의 오만인걸까?
물리학자들은 말한다. '통일장 이론'을 완성하는 자 그 누가 되었건 그자는 아인슈타인과 뉴턴, 어쩌면 인류에 그이상의 발전을 가져다 줄 인물이라고. 그들은 꿈꾼다. 4대힘이 아닌 한가지 힘이 태초부터 존재했음을. 'Theory Of Everything' 모든것의 이론이라는 명칭을 가진 '통일장 이론'. 하지만 물리학자들은 알고있다. 'TOE'의 증명이 물리학 연구의 끝은 아니라는 것을.
