끈 이론의 개체, 종류, 의의

끈 이론의 개체

끈 이론의 개체에는 열린 끈과 닫힌 끈 두 가지 유형이 존재한다. 닫힌 끈은 고리모양의 끝점이 존재하지 않지만 열린 끈은 두 가지의 끝점을 갖고 있다. 이러한 끝점은 D막의 끝에 붙어 있으며 닫힌 끈만으로도 이론을 형성할 수 있지만 이론이 열린 끈을 포함하게 된다면 열린 끈 두 가지가 서로 연결되어 닫힌 끈을 만들 수 있기 때문에 닫힌 끈 또한 포함시켜야 한다. 끈이란 고전적 의미에서 여러 가지의 진동 모드를 지니고 있으며 이는 양자화한다면 입자를 표현한다. 진동 모드의 특색으로 입자의 특징인 질량과 스핀 등을 결정한다. 이것은 마치 하나의 현 악기가 진동하는 형태에 따라 여러 가지 부류의 음색을 나타내는 것과 같다. 닫힌 끈에서는 왼쪽으로 전파하는 진동과 오른쪽으로 전파되는 진동인 두 진동 모드의 세트가 존재한다. 열린 끈은 닫힌 끈을 절반 접힌 형태로 간주할 수 있으며 왼쪽 진동모드와 오른쪽 진동모드 형태가 정상파를 이루어 내 하나의 진동모드 세트를 구성하게 된다. 고전적 상대론적 끈이란 난부 고토 작용 또는 폴랴코프 작용으로 간단하게 기술할 수 있다. 이것은 일관적으로 양자화하려면 등각대칭을 보손 한다거나 또는 푸앵카레 대칭성을 깨트려야 한다. 일반적으로 등각대칭이란 변칙적으로 깨지지만 특수 형태의 영점 에너지는 깨지지 않는다. 이에 따라 보손 끈 이론이 26차원 그리고 초끈 이론은 10차원에서 모순 없이 존재하게 된다.

끈 이론의 종류

끈 이론에서 초대칭을 포함시키지 않는 끈 이론이 보손 끈 이론이다. 이 경우에는 열려있는 끈을 허용 할 수 있으며 허용되지 않아도 무방하다. 보손 끈 이론에서는 초대칭이 존재하지 않기 때문에 페르미온이 포함되지 않는다. 또한 보손 끈이론은 타키온을 지니고 있으며 건드림 이론을 신뢰할 수 없으며 타키온 응축을 통해 참 진공이 존재하는지와 존재하게 된다면 어디인지를 명확히 찾아야만 한다. 열린 끈이론의 경우 끈 장론을 사용하여 참 진공이 실존한다는 사실을 증명했으나 아직까지 닫힌 끈이 참 진공이 어디인지 알지 못한다. 보손 끈이론이 26차원에서 존재하고 있다. 보손 끈 이론에는 초대칭을 포함하면 새로운 초끈 이론을 얻게 된다. 10차원에서 존재하는 초끈이론은 각기 진동 모드에서 적용되는 경계요소에 의해 다섯 가지로 나뉜다. 가장 먼저 I종 초끈이론이란 열린 끈과 닫힌끈이 포함된 초대칭이 한 가지밖에 없다. 또한 II종 초끈이론에서는 닫힌 끈만 포함되며 왼측 진행파 및 오른쪽 진행파가 각기 한 가지 10차원 초대칭을 포함한다. 이밖에 총 5종의 초끈이론이 존재하고 있으며 상호 이중성이라는 여러 관계를 지니게 된다.

끈 이론의 의의

끈이론은 일명 통일장이론의 해결책으로서 제시된다. 일반상대성이론에서 아인슈타인은 양자역학을 하나로 묶었으며 이때 얻게된 방정식에 한 가지 큰 오류가 발생된다. 예컨대 방정식을 활용하여 중력장하에 어떠한 물리적인 현상이 일어날 확률을 단순 계산하게 되면 보통 흔히들 생각하는 확률이 아니라 무한대의 확률로 표기가 된다. 이런 모순을 풀기 위해 노력하였으며 이때 탄생된 것이 초끈이론이다. 끈이론은 보통 흔히 볼 수 있는 3차원 공간 및 1차원 시간이 아닌 9차원 공간과 1차원 시간을 가정하고 있으며 이때 더욱 발전된 형태인 M이론이 등장하게 된다. 이는 10차원 공간 및 1차원 시간이라는 가정을 둔다. 끈이론은 현제 모든 것의 이론이라고도 한다. 하지만 다음과 같은 오류를 범하고 있다. 첫 번째로는 실험으로 검증이 매우 어려운 부분이다. 근시안적 미래로는 불가능에 가깝다. 끈 이론을 예측 가능한 물리현상이 현재 입자 가속장치 등으로 도달 가능한 영역보다 현저히 작은 크기의 현상이다. 두 번째는 끈이론의 수립이 수학적 배경에서 중력장에 대한 가정이 필요하다. 이때 의존하지 않는 이론의 수립이 없는 것에 있다.