모든 것의 이론, 상대성이론과 양자역학을 잇다
무엇으로 이루어져 있고, 그 모든 현상을 하나의 법칙으로 설명할 수 있을까 하는 질문은 물리학이 계속해서 던져 온 가장 근본적인 질문 중 하나다. 고등학교에서 배운 물리에서는 뉴턴의 운동 법칙이나 전자기학처럼 비교적 직관적인 법칙들로 세상을 설명했지만, 더 깊이 들어가면 상황은 훨씬 복잡해진다.
아주 큰 규모의 우주를 설명하는 일반상대성이론과 아주 작은 세계를 다루는 양자역학은 각각 놀라울 정도로 정확한 이론이지만, 두 이론은 서로 잘 맞지 않는다. 일반상대성이론은 중력을 시공간의 휘어짐으로 설명하고, 블랙홀이나 우주의 팽창 같은 현상을 이해하는 데 필수적이다. 반면 양자역학과 표준모형은 전자나 쿼크 같은 기본 입자들과 중력을 제외한 세 가지 힘을 설명한다.
이처럼 자연을 설명하는 두 핵심 이론이 하나로 이어지지 않는다는 점에서 등장한 개념이 바로 ‘모든 것의 이론(Theory of Everything, ToE)’이다. 모든 것의 이론은 중력을 포함한 네 가지 기본 힘과 모든 기본 입자를 하나의 이론으로 통합하려는 시도로, 만약 완성된다면 우주가 어떻게 시작되었는지부터 가장 작은 입자의 움직임까지 하나의 틀 안에서 이해할 수 있게 된다.
끈 이론과 같은 후보 이론들이 이러한 목표를 향해 제시되고 있지만, 현재로서는 실험적으로 검증하기 어려워 아직 가설의 단계에 머물러 있다. 그럼에도 불구하고 물리학자들이 이 이론을 포기하지 않는 이유는, 모든 것의 이론이 자연현상의 보편적인 법칙을 찾고자 하는 물리학의 최종 목표이기 때문이다.
