이론 물리학, 끈 이론, 빅뱅, 초끈 이론

2001년 6월: 과학 잡지 '라 리체르슈(La Recherche)'가 물리학의 우아함에 대한 유행을 포착했다.

이 특집은 두 부분으로 구성되어 있다. 첫 번째는 비교적 간단하며, 2001년 6월호 '라 리체르슈'의 편집장 글을 재인쇄한다. 먼저 이 글을 읽어보시기를 권한다:

이 글에서 다음과 같은 문장이 나온다:

"우리가 이 특집을 마무리 짓는 시점에, 프린스턴 대학의 자스틴 쿠리 교수를 중심으로 한 이론 물리학자 그룹이 우주론적 빅뱅 이론에 대한 대안 모델을 제시하며 과학계에 충격을 주었다. 그들의 시나리오는 우리 우주와 그와 평행하고 보이지 않는 다른 우주가 공존한다는 것이다."

이제 다시 '쌍둥이' 개념이 등장한다. 프랑스에서는 1977년부터 이 문제를 연구해온 과학자가 있으며, 심지어 여러 편의 논문을 동료 검토를 거친 학술지에 게재해왔다. 그러나 초끈 이론 공동체에서 나오는 작은 움직임에도 불구하고, 우리는 여전히 그들의 행동을 주목하고 있다. 이것은 무지가 아니라, 의도적인 무시다. 매우 부정직한 태도이다. 내 사이트 독자들이 언론사에 보내는 분노의 편지들로는 아무것도 바뀌지 않는다. 최근 몇 달간의 상황이 이를 증명했다. 내가 할 수 있는 유일한 일은, 내 연구가 실제로 게재되기를 조용히 기다리는 것이다. 그때야말로 과학계의 국제적 '최신 동향'을 결정하는 여러 데이터베이스에 내 연구가 들어가게 되고, 그 순간들—초기의 진동, 시작의 시작, 지적 충격—이 일어날 수 있다. 정말 말도 안 되는 일이 아닐 수 없다! 그런데 아무도 그것을 말하지 않는다. 어쨌든 한 가지는 점점 더 분명해지고 있다. 프랑스 과학 기자들은 결코 문제의 핵심을 파고들지 못하며, 자신들이 약간은 들은 것에 대해 일관성 있는 설명조차 할 수 없다. 왜냐하면, 그들에게 제시되는 문서의 저자들이 "수학적 복잡성의 무게를 눈앞에서 감추기 때문"이다. 초끈 이론 세계에서는 거짓말이 가장 강력한 주장이다(믿어줘. 정말 복잡하니까). 그래서 기자들의 상상력은 떨리는 작은 끈, 진동하는 브레인, 그리고 점점 더 많고 화려해지는 말들로 가득 채워진다. 많은 이들이 이 세계에서 실제로 무언가가 움직이고 있으며, "곧 관측적 확인이 있을 것"이라 믿고 있다. 과학과 미래(Sciences et Avenir)의 라루시에가 내게 말했을 때 목소리는 떨리고 가슴이 먹먹했다. 참 좋은 사람인데, 수천 명의 사람들처럼, 브라이언 그린의 아름다운 우주라는 책의 100페이지도 넘지 못한 채, 단순한 호기심으로 415페이지까지 읽어보지 않은 것이다.

더 이상 위선과 허세, 환상은 그만이다. 구체적인 사실을 원한다. 앞으로 10년 내에 관측적 확인이 있을 것이라는 기대는 필요 없다.

두 번째 부분: 같은 호의 기사 분석

나는 이미 이 유명한 '끈 이론'에 대해 내 사이트에 글을 게재했다. 브라이언 그린의 포트리트를 참고하라. 로베르 라퐁 출판사에서 『아름다운 우주』라는 책을 출간한 그의 저서이다. 이어가기 전에 독자에게 이 몇 가지 설명을 읽어보는 것이 매우 중요하다고 권한다. 지금은 완전한 미친 듯한 시대다. 내 친구이자 수학자인 장-마리 수리오는 이렇게 말했다:

이론 물리학은 완전히 광기 상태가 되었고, 더 끔찍한 것은 광기들이 권력을 장악하고 있다는 점이다.

... 문제는 이론 물리학과 물리학 전반에 걸쳐 수십 년 동안 심각한 위기가 지속되고 있다는 것이다. 파인만 같은 천재의 마지막 진전 이후로 거의 계속된 상태다. 나는 이미 알빈 미셸 출판사에서 출간한 책 『우주 반쪽을 잃어버렸다』에서 이 점을 언급했다. 수백 개의 기본 입자들을 어떻게 다뤄야 할까? 오늘날 천문학과 우주론 관측에서 발생하는 모순의 폭발에서 어떻게 벗어날 것인가? ... 천문학자들은 뛰어난 일을 하고 있다. 모든 주파수 대역에서 점점 더 정교한 탐사 도구를 조준해 세우고 있다. 그러나 이론 분야에서는 완전한 공허, 아니면 치명적인 위기다. 새로운 아이디어가 필요하다. 나는 몇 가지 제안을 했다(참고: 인용된 책). 지난 특집 이후 독자들이 '라 리체르슈'에 항의했다. 그때는 시간에 관한 특별호에서, 가브리엘 샤르당과 마르크 데즈자르당이 쓴 "기본 입자들은 시간의 방향을 느끼는가?"라는 제목의 기사에서, 저자들이 내 연구를 완전히 무시하고 있었다. 내 연구는 기사 주제와 명백한 관련성을 지니고 있었는데(예: 시간 화살이 반대인 평행 우주 등). 이전 특집을 참고하라.

... 잡지는 이 항의를 두 저자에게 전달했다. 한 명은 단순히 내 존재를 몰라서라고 답했다. 다른 한 명은 매우 충격적인 답변을 했다. 그는 내 웹사이트를 탐색했다고 주장하면서, "내가 아무것도 게재하지 않았다"고 말했다. 다음 논문들을 참고하라:

Nuevo Cimento 1994, Astrophysics and Space Science 1995, The Int Jr of Mod Phys, 1999

...또한 내 연구는 현재 게재 준비 중이며, 드디어 "새로운 탄환을 들고 다시 경기장에 들어가게 될 것"을 기다리는 마음이 간절하다. 게다가 이 사람들이 내게 "우주인(Ummite)에 대해 웹사이트를 만들었고, 점차 그 내용을 삭제했다"고 썼다. 이것은 완전히 틀린 말이다. 다른 사람들의 사이트와 혼동하고 있다. 그러나 이는 그들이 가진 감정을 보여주는 것이다: 외계인과 유사체에 관심 있는 과학자는 도저히 진지한 사람이 될 수 없다. 그는 동료 검토 학술지에 논문을 게재할 수 없다. 그의 이론은 절대 설득력이 없을 것이다! 그들은 자신의 욕망을 현실로 여기고 있다.

...내 새로운 논문들이 정식으로 출간되면, 나는 이 친구들의 성역으로 올라가, 조용히 한 번 이야기를 나누어야 할 것이다. 세미나에서는 내가 한 번도 패배한 적 없으며, 동료들이 내게 대해 어리석은 소리를 했을 때는 항상 그들의 입을 막고, 후에 앉는 데 어려움을 겪게 만든다.

...그러나 다시 '라 리체르슈' 특집으로 돌아가자. 아마도 이미 링크에서 초끈 이론의 문제에 대한 소개를 읽었을 것이다. 기사의 저자, 이그나티오스 안토니아디스, CNRS 연구소 소속이지만 제네바의 CERN에 파견된 연구 책임자, 그는 그린의 책에서처럼 자신을 홍보하고 있다. 눈길을 끄는 큰 제목들이 등장한다:

실험은 더 이상 멀지 않다

...다시 한번 거대한 단어들, '통합 이론'이 등장한다. 그러나 25쪽 하단에서 놓치지 말라.

지금까지 끈 이론은 실험적 확인을 전혀 받지 못했다.

...안토니아디스는 27쪽에서 쓴다:

초대칭은

중력과

세 가지 기본 상호작용을

통합할 수 있다.

관측과 함께...

조건절이 빠져 있다. '통합할 수 있을 것이다'라고 써야 한다. 왜냐하면 초대칭은 존재하지 않기 때문이다. 이 '이론'은 여전히 순수한 추측 단계에 머물러 있다. 우리는 서둘러 이를 상기해야 한다. 이 아름다운 파란 장식 뒤에는 안토니아디스의 문장이 있다:

아직까지 어떤 초입자도 대형 가속기에서 관측되지 않았다.

그럼에도 불구하고, 저자의 말을 그대로 인용하자면, 27쪽 상단에:

...초끈 이론에 관한 논문들이 얼마나 많고, 물리학 분야에서 가장 인용되는 논문들 중 상위권을 차지하고 있는가.

...정말 유감스럽다. 이론 물리학에서는 항상 '대위기' 상태지만, 아무도 목소리를 높여 왕이 벌거벗었음을 말하지 않는다. 우리는 급히 파인만 같은 인물이 필요하다. 하지만 우리는 오직 위튼 같은 사람뿐이다(그린의 책에 따르면, 일부는 그가 '모든 시대 최고의 물리학자'일 수 있다고 생각한다). 지금까지 우리가 듣는 혁신적인 아이디어들은 결코 효과적이지 않아 보인다. 과학사에서 이처럼 현실과 단절된 이론을 본 적이 있었는가? 어떤 현상도 설명하지 못할 뿐 아니라, 하나의 예측도 하지 못하고, 하나의 모델도 만들지 못하는 이론 말이다. 우리는 외치고 싶다:

어떻게 이렇게까지 추락했는가?

...이 새로운 기사의 결론을 찾아보자. 간단하다. 2005년까지 대형 강입자 충돌기(HL-LHC)가 아마도 뭔가 새로운 것을 가져올 수 있을 것이다. 생각할 거리, 고민할 거리, 어쩌면 아이디어를 얻을 수도 있을 것이다. 그러나 천문학과 우주론 관측처럼 더 나빠질 수도 있다. 실험자들이 점점 더 복잡한 입자 붕괴 구조 속에서 길을 잃게 될지도 모른다.

...어느 시대에는 행성의 궤도를 '에피사이클'로 설명했다. 가장 끔찍한 것은 그것이 매우 잘 작동했다는 점이다. 이 이론은 ... 반증 불가능했다. 어떤 관측 오차도 새로운 원을 하나 더 추가함으로써 모델에 쉽게 포함시킬 수 있었다. 코페르니쿠스의 책이 출간된 시점, 그가 죽기 직전까지 에피사이클은 48개까지 늘어났다. 태양 중심설 지지자들은 이 아름다운 에피사이클 이론을 지키는 자들의 비웃음과 경멸을 받았다. 어찌된 일인지, 그들은 행성이 태양 주위를 원형으로 도는 줄 알았다. 그래서 예측은 틀렸다. 케플러의 유명한 법칙은 아직 발표되지 않았다.

...알고 있겠지만, 나는 이 모든 것이 에피사이클을 끌고 있는 것 같다고 생각한다. 우리는 근본적인 패러다임 전환을 고려해야 한다. 매우 깊고, 보통처럼 파악하기 어렵다(아리스토텔레스가 말한 '원형의 완벽함'에 집착하는 사람들이 어떻게 행성 궤도가 타원형인지 상상했겠는가?). 만약 내가 해결책을 알고 있다면 알려주겠다. 그러나 나는 초대칭이나 '끈 이론'(현대적 광기의 정점) 같은 접근이 에피사이클 시대의 종말과 비슷하다고 생각한다. 갈수록 더 나빠지고 있다. 좋은 징조가 아니다.

...추가 차원을 더하는 것? 누구나 생각하고 있다. 그러나 '물리학의 기반'이 연속체가 아닐 수도 있다는 생각도 해볼 수 있다. 하지만 이건 정말 큰 도전이다. 우리는 지금 당장 그에 걸맞은 수학적 도구조차 갖추지 못해, 단지 상상조차 하기 어렵다. ... 1954년 장-마리 수리오가 보여준 바와 같이(『기하학과 상대성』, 헤르망 출판사, 제7장), 오직 다섯 차원 세계만이 중력과 전자기력을 동시에 설명할 수 있다. 이 다섯 번째 차원은 1921년 폴란드의 칼루자가 도입했다. 그러나 이 모든 것이 그렇게 단순하지 않다. 이 훌륭하고도 중요한 접근법은, 숨겨진 스칼라와 불필요한 방정식을 하나 더 가진다. 마치 여섯 번째 발가락처럼 말이다. 그 내용이 무엇인지 아무도 모른다. 나는 이를 재현하는 것을 즐긴다(수리오의 책, 406~407쪽).

...수학적 물리학은 참 까다롭다. 당신 앞에는 현상이 없는 방정식이 있다. 그러나 이보다 더 진지한 것은 없다. 수리오의 연구는 여전히 깊이 있는 사유의 원천이다(물론 읽기 어렵다는 점은 인정한다).

...다시 '라 리체르슈' 기사로 돌아가자. 무엇을 찾을 수 있을까? 이번에는 2차원으로 그려진 아름다운 '칼라비-야우 다양체'의 이미지가 있다. 수리오는 완전히 나와 동의한다. 이는 수학일 뿐이며, 그의 말에 따르면 때때로 매우 엄격하지도 않다. 사람들이 이를 물리학처럼 보이게 하려고 애쓰고 있다. 오래전부터 수리오는 이론 물리학 현대의 정의를 재미있게 표현했다:

물리학 - 경험
수학 - 엄밀함

...아무리 안타깝지만, 이것이 현실이다.

...그린의 인터뷰는 말할 것도 없다. 정말 빈약한 수준의 글이다.

| 브라이언 그린 | 과학적 사고의 일회용 발명가 |

파인만과 아인슈타인이 무덤에서 뒤집어져야 할 것이다. 33쪽의 이 문장을 보라:

끈 이론의 주요 성공 중 하나는 블랙홀에 관한 것이다.

...이 물체가 존재하는지조차 알 수 없다! 그러나 아마도 어둠 속에서는 한 눈 파는 자들이 왕이 되는 법이다.

그린을 인터뷰한 스테파니 루피는 상당히 날카로운 질문으로 시작했다:

30년 이상 물리학자들은 끈 이론을 개발해왔지만, 아직 실험적으로 검증하지 못했다. 현대 물리학사에서 기초 이론이 경험적 증거 없이 이렇게 오랫동안 지속된 사례는 전례가 없다. 왜 끈 이론에 대한 '신뢰'가 생겼다고 생각하나요?

...그린은 상상할 수 없는 폭력적인 양자 플럭투에이션에 대해 말한다. 관측되었는가? 아니다. 이 통합적 이론은 "반증 불가능하다" (그린, '라 리체르슈' 인터뷰, 33쪽). 우리는 그것을 확인하거나 반박할 수 없다. 그러나 이해해야 한다. 이 이론은 너무 어리다(기자도 말했듯이, 이미 30년이 넘었다). 하늘에 별을 쫓는 것처럼, 이 이야기를 둘러싼 장학금, 컨퍼런스, 여행비 등에 얼마나 많은 돈이 쓰이고 있는가! 이건 과학계에서 가장 큰 사기 행위이며, 그린은 끈 이론보다도 더 무거운 짐을 지고 있다.

...그럼에도 불구하고, 그냥 흘려보내는 것만으로는 충분하지 않다. 내 논문들이 드디어 게재되면(결국…), 나는 『우주 반쪽을 잃어버렸다』의 후속작을 출간하고, 세미나에 다시 등장할 수 있다면 그럴 것이다... ...한 가지 일화를 들려주겠다. 몇 년 전, 나는 당시 파리 천문학연구소장을 맡고 있던 오몽에게, 그곳에서 세미나를 하길 요청했다. 즉각 거절당했다. 이유는:

• 외계인에 관한 책을 썼잖아.
• 하지만 그건 내가 말하고 싶은 주제가 아니야.
• 죄송하지만, 우리는 두 가지를 분리할 수 없다.

...수리오의 서면 압박이 있었을 때야 비로소 오몽이 양보했고, 나는 20명의 냉담한 얼굴 앞에서 세미나를 했다. 질문은 없었다. 침묵. 무언의 벽.

2001년 6월 14일 ..............................................장피에르 페티