TOE

Theory of Everything (ToE)｜만물 이론 (萬物理論)

대통일 이론에서 상정하는 핵전자기력과 중력을 연결하여 우주와 자연 법칙의 모든 것을 하나로 설명하려는 이론. 인간이 현재 인지하고 있는 4가지 기본 상호작용을 초력(superforce), 즉 빅뱅 직후의 분리되지 않았던 거대한 힘으로 묶고, 이것으로 모든 입자의 탄생과 분화를 설명할 수 있다는 가설로, 아직까지는 일부 학계에서 그리는 상상의 산물에 불과하다.

만약 이것의 설명이 가능하다면, 사실상 인류는 우주의 비밀인 '세계가 어떻게 만들어졌는가?', '우리는 어디에서 왔는가?', '그 끝은 어떻게 될 것인가?'라는 궁극적인 질문에 답할 수 있을지도 모른다.[1]

인류는 자연계가 약력, 강력, 중력, 전자기력의 상호작용으로 이뤄져 있다고 여기고 과학을 발전시켜 왔으며, 고대 그리스 시대의 마찰 전기의 발견이 현재의 전자기력의 토대가 된 것처럼, 서로 연관이 없을 것 같은 전혀 다른 힘도 결국 하나의 이론으로 통합하여 풀 수 있으리라 생각하여 등장하게 되었다.

현재 인류가 만든 과학이론의 거대한 두 기둥인 일반 상대성 이론[2]과 양자역학[3]이 동시에 작용되어야 하는 영역의 문제[4]를 해결해야하는 상황에서, 두 이론이 합쳐지기 힘들어지다보니,[5] 이 두 이론을 조화롭게 통일시키는 이론을 찾게 되었고, 이러한 과정에서 만물의 이론이라는 개념이 확립될 필요가 느껴지게 된 것이다.

아직까지는 실험적으로 증명된 것은 하나도 없으며, 가설조차 제대로 정립되지 않았다. 입자와 기본 상호작용을 끈의 진동으로 설명하려는 초끈 이론이 등장했고 차원은 9차원에서 11차원까지 등장했으며 지금도 새로운 가설이 만들어지고 있는 중이다. 과거 양자역학이 그랬던 것처럼 언젠가는 정립될 것이라 생각하고 있으나, 얼마나 시간이 걸릴지는 알 수 없다. 아니면 아예 '모든 것의 이론' 같은 것이 만들어질 수 없을 가능성도 배제할 수는 없다. 현대 물리학의 마지막 과제로 여겨진다.

참고로 알베르트 아인슈타인이 주장한 통일장 이론에는 4가지 힘 중 약력과 강력이 제외되어 있다. 그 당시에는 약력과 강력에 대해서 잘 알려지지 않은 상태였고 아인슈타인은 양자역학을 기반으로 한 입자물리학의 결과에 대해서 그다지 관심을 두지 않았었기 때문이다.

현재 가장 만물 이론에 근접한 이론은 M이론(Membrane, Magic, Mystery, Matrix, 혹은 모든 이론의 Mother란 뜻)이다. 홀로그래피 원리와 각종 초끈이론들이 중복된 아직 미정립된 이론이며 사물을 점입자로 관찰하는 것이 아닌 끈으로 서로 연결되어 있다고 생각하여 서로의 역학관계를 풀어낸 이론이다. 이 이론으로 어느정도나마 전자기력, 중력, 약력, 강력의 이해관계를 설명해 낼 수 있다. 사실 따지고 보면 서로의 이론을 제대로 정립하지도 않고 뭉뚱그려 합쳐놓은 이론이며 이것을 에드워드 위튼이 처음 제안하였다.

11차원의 M이론을 넘어 12차원 F이론(모든 이론의 Father이란 뜻)까지 나오고 있어 만물 이론에 근접하려면 더욱더 머리가 아파온다. 하지만 과거를 생각해 보면 맥스웰이 1800년대 전자기력을 확실히 정립하기 전까지 전기력과 자기력은 서로 간의 관계가 꾸준히 연구되었고, 하나의 이론으로 통일될 수 있다고 제안했던 게 대다수였고 현대의 통일장 이론이라 불리는 M이나 F이론들도 자연계의 제5의 힘의 가능성을 항상 열어두며 연구해 나가고 있기 때문에 이러한 통일장 이론들과 만물 이론들은 허무맹랑한 이론들이 아니라 언젠가 정복해 나가야 할 중요한 이론이며 발전해 나가야 한다.