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아인슈타인의 꿈이었던 통일장이론의 완성
그곳으로 향하는 전복적이고 매혹적인 여정

초끈이론은 아인슈타인의 통일장이론에서 풀리지 않던 수수께끼를 풀 수 있는 단 하나의 이론으로 알려져 있다. 과학자와 수학자 들은 초끈이론이 모든 물리 법칙을 통일하여 우주에 존재하는 알려진 모든 힘들을 기술할 수 있으리라 기대하고 있다. 이 이론의 핵심은, 우주를 지배하는 네 개의 기본적인 힘이 실제로는 초끈이론에 의해 지배되는 하나로 통일된 힘의 다른 양상이라는 인식이다. 미치오 가쿠 박사와 제니퍼 트레이너는 이 책을 통해 아인슈타인의 꿈이었던 통일장이론의 완성을 향한 매혹적인 과정과 함께, 우리가 사는 세계를 뒤바꿔 놓은 20세기 물리학의 발전 양상을 소개한다.

1987년 뉴욕주립대학교(스토니브룩)의 이론물리연구소 연구원으로 재직하고 있을 때 책방에서 우연히 이 책을 발견하게 되었다. 단숨에 이 책을 다 읽고는 많은 감명을 받았다. 아인슈타인을 포함한 현대 이론물리학 대가들의 연구 태도에 관해 핵심만을 골라 뽑은 책이었으며 또한 전혀 수식을 사용하지 않아 이론물리학에 뜻을 둔 사람이라면 누구나 쉽게 읽을 수 있는 책이었기 때문이다.
옮긴이의 경우 그저 막연히 학문을 한다는 생각으로 대학에 입학했고 그저 꾸준히 공부를 해왔으나 만일, 소년 시절 아니 학부 시절이라도 이런 책을 접할 수 있었다면 보다 순수한 호기심을 가지고 학문에 몰두할 수 있게 되지 않았을까 하는 아쉬움에서 이 책을 번역하게 되었다.
끝으로 비록 서투른 번역이나 이 책이 꿈 많은 청소년에게 읽혀져 훌륭한 이론물리학자가 한국에서도 많이 나오기를 간절히 바란다. _박영재(역자)

머리말
옮긴이의 말

I. 우주론
1. 초끈이론은 모든 것을 다 설명할 수 있는가?
2. 통일이론의 탐구
3. 양자역학의 수수께끼
4. 무한대의 수수께끼

Ⅱ. 초대칭성과 초끈
5. 초끈이론의 탄생
6. 대칭성: 잃어버린 연결 고리
7. 초대칭성

Ⅲ. 4차원을 넘어서
8. 대폭발 이전
9. 다른 차원으로의 여행
10. 이상한 나라의 우주론
11. 아인슈타인을 넘어서

참고 문헌

우리는 또한 지난 300년 동안 발전되어온 과학의 흐름 속에서 초끈이론을 제시하면서 물리세계에 관한 포괄적인 이해를 제공하기를 바랐다. 대부분의 책들은 현대물리학 가운데 한 부분인 상대성이론이나 양자역학 또는 우주론만을 다루고 있어서 물리학의 많은 발전을 도외시하고 있다.
『아인슈타인을 넘어서』는 이것들과는 달리 개개의 연구 분야를 깊이 다루는 대신 물리학의 모든 분야에 초점을 맞추어 각각의 이론이 물리학이라는 큰 그림의 어디에 해당되는지를 밝히고 있다. 통일장이론은 양자역학과 어떤 관계가 있는가? 어떻게 중력에 관한 뉴턴의 이론을 초끈이론에 적용할 것인가? 이런 것들이 『아인슈타인을 넘어서』라는 책에 대답되어 있는 물음들이다. _9쪽

개개의 과학자들의 주장들을 항상 조심스럽게, 그러면서 과장하지 않는 과학잡지들도 초끈이론의 탄생을 성배(Holy Grail)에 견주었다. 과학잡지가 주장했던 이 변혁은 ‘수학에 있어서 실수로부터 복소수로의 변환보다 더 심원한 것’일지도 모른다.
초끈이론의 창시자들인 캘리포니아공대의 J. 슈바르츠와 런던에 있는 퀸메리대학의 M. 그린(M. Green)은 농담 섞인 말이지만 이 이론을 모든 것에 통하는 이론(Theory of Everything; TOE)이라 부른다.
이러한 흥분의 핵심은 초끈이론이 은하계의 운동에서부터 원자핵 내부의 동력학까지 모든 알려진 물리현상을 설명할 수 있는 포괄적인 이론일지도 모른다는 인식이다. _18쪽

역사적으로 과학은 다소 서로 무관하게 발달해왔다.
예를 들면, 중력이론으로 행성들의 운동을 계산했던 I. 뉴턴의 위대한 업적은 양자역학을 통해 원자의 비밀을 파헤쳤던 W. 하이젠베르크(W. Heisenberg)와 E. 슈뢰딩거(E. Schrodinger)의 업적과는 상당히 다르다. 게다가 양자역학에서 필요한 수학이나 원리는 휘어진 공간, 블랙홀 및 대폭발을 설명하는 아인슈타인의 일반상대성이론과 전혀 비슷한 것 같지 않다.
물리학은 서로 다른 특정한 분야에서 활동하는 창조적인 사람들이 서로 다른 수학과 원리를 사용해 다소 무관하게 발달해오고 있는 것처럼 보여왔다.
그러나 통일장이론에서 최근의 발전과 더불어 이들 서로 무관한 분야들을 결합하여 단지 그 부분들의 단순한 합 이상으로 전체를 볼 수 있는 것이 가능하게 되었다. _38쪽

돌이켜보면 초끈이론은 여러 가지 점에서 대조적인 S-행렬이론과 양자장론의 좋은 점들을 겸비하고 있다. 초끈이론은 그것이 물질의 기본적인 단위를 기초로 하는 점에서 양자장론과 닮았다. 그러나 점입자 대신에 초끈이론은 파이먼 도식과 유사한 도식에 의해 끊어지기도 다시 결합되기도 함에 의해 상호작용하는 끈으로 되어 있다. 그러나 초끈이론이 양자장론보다 의미심장한 장점은 재규격화가 필요 없다는 점이다. 각 단계에서의 모든 올가미 도식들은 자체적으로 유한해 무한대를 제거하기 위해 인위적인 손장난이 필요 없는 것이다. _130쪽