아시아태평양이론물리센터(APCTP)가 최근 경북 포항 포스텍에서 1주일간 ‘장이론 및 끈이론’에 관한 겨울국제학교를 열었다. 두 이론이 갖는 중요성 때문에 이번 행사에는 한국 일본 대만 등 아·태 각국의 대학원생 60여명이 모이는 성황을 이뤘다. 연사로는 가브리엘 페레티 스웨덴 샬머스공대 교수 등 석학 4명이 초청됐다.

장이론은 전자기학의 창시자 격인 맥스웰과 패러데이에서 아인슈타인에 이르기까지 중력장, 핵력장 등으로 다양하게 발전해온 이론이다. 끈이론은 현대 물리학의 양대 이론인 일반상대성이론과 양자역학이 갖고 있는 한계를 풀 것으로 기대되는 이론이다.

장이론은 만물의 구성물을 ‘입자’로 보고 시작한다. 분자 원자 전자 쿼크 등 장이론에서 등장하는 모든 개념들은 입자다. 또 입자들을 크기 순으로 구분한다. 가장 작은 개념이 쿼크 등 소립자다. 그러나 끈이론은 모든 것을 ‘끈의 흔들림(요동)’으로 본다.

끈이론이 등장한 이유는 중력을 효과적으로 설명하기 위해서다. 장이론에선 중력도 중력장 속에서 중력을 담은 가상 입자인 ‘중력자’의 작용에 의해 생기는 것으로 본다.

그런데 학문적으로 따지다보니 모순이 생긴다는 것이다. 하지만 끈이론을 쓰면 이 모순을 해결할 수 있다는 게 학계의 시각이다. 물론 물리학의 주류로 자리잡지는 못한 상태다.

끈이론과 관련해 주목받고 있는 ‘초대칭이론’도 이번 행사에서 논의됐다. 초대칭이론은 모든 입자와 짝을 이루는 빛이 존재한다는 것이다. 예를 들면 전자와 짝을 이루는 빛, 쿼크와 짝을 이루는 빛이 있다고 본다. 이 짝을 ‘슈퍼파트너’라고 부르며 파트너 간에는 완벽한 대체가 가능하다.

신현준 포스텍 물리학과 연구교수는 “공상과학처럼 보일 수도 있지만 초대칭이론은 끈이론 입증에 매우 중요하다”며 “아인슈타인의 상대성이론이 내비게이션으로 개발되기까지 60여년의 세월이 걸린 만큼 현재 과학이 어떻게 기술로 구현될지는 아무도 모른다”고 설명했다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com