*
우주에 존재하는 힘은 다음과 같습니다.
1. 만유인력 ; 물질끼리 잡아당기는
힘
2. 전기력 ; 전기적으로 당기는 힘
3. 자기력 ; 자석끼리 당기는 힘
4. 핵력 ( 강력 )
; 양성자를 핵에 묶어두는 힘
5. 핵력 ( 약력 ) ; 원자핵이 다른 원자핵으로 변할 때
나타남
과학자들은 위 5가지의 힘이 원래 같은 힘이었는데 우주가 대폭발로 팽창하여 온도가 낮아지면서 분리되었다고
생각합니다.
따라서 위 5 가지 힘을 하나로 통일시킬 수 없을까하고 엄청난 연구를 하였죠. 이 통일시키려는 시도의 결과로 나온 것이
통일장이론입니다.
위 다섯 가지중에 2, 3번은 전자기력으로 통일되었어요.
이 전기와 자기의 극적인 결합이 바로 빛입니다.
우리가
무심코 보는 이 빛 속에는 전기와 자석(자성)이 교대로 진동하고 있습니다.
즉, 빛 속에 전기와 자석이 있는 것이죠. 그래서 빛을 전자기파라고
합니다.
또한, 5 번째인 약한 핵력이 전자기력의 일종으로 밝혀져 우주에 존재하는 기본 힘은 3 가지로 통일되었습니다.
이 3
가지를 하나로 통일시키려는 대통일장이론은 아직까지 아무도 완성하지 못하였습니다.
아인슈타인 박사도 상대성
이론과 함께 통일장이론을 연구했지만 큰 진전없이
생을 마쳤습니다.
죽기 바로 전날까지도 통일장이론에 관한 수학방정식을 연구했다고 합니다.
모든 힘이 하나로 통일되면 힘끼리 서로
변환할 수 있게 되어 우리 인간은 거의 무한 대의 에너지를 가지게 될 수 있을 것입니다.
즉
자연계에 존재하는 힘을 이용하여 동력으로 사용해 운동할 수 있으므로 무연료 비행체가
가능합니다.
통일장 이론에 대해 자세히 알아보면 다음과 같습니다.
통일장이론(統一場理論, unified field theory)이란 입자물리학에서 모든 힘들과 소립자들 사이의 관계들을 단일한 통일적 개념으로
기술(記述)해내려는 시도를 말합니다.
물리학에서 기본적인 힘들은 불리돼 있는 대상들의 상호작용을 매개하는 장(場, field)들러서 기술됩니다.
예를들면 전기장은 각
시간과 공간에서 전하를 띠는 하나의 작은 실험(test)입자에 작용하는 힘을 규정합니다.
19세기 영국의 물리학자 맥스웰(James Clerk
Maxwell)이 발견한 전자기의 기본방정식들은 정전기력과 자기력을, 전자기장 텐서(tensor)라고
불리는 하나의 기본적 대상으로
통일시켰지요.
일반상대성이론에서 아인슈타인(Albert Einstein)의 중력이론은 어떤 주어진 시간과 공간의 기하학적 성질들을 기술하는
장과 중력현상을
결합시켰습니다.
그 후 아인슈타인과 그밖의 사람들은 중력과 전자기의 통일을 보여주는 장이론의 구성을 시도해 왔지요.
즉 외견상
서로 불리되는 중력과 전자기현상을 단일한 기본적 장안에서 나타나는 것으로 이해하려는 노력이었습니다.
원라물리학과 핵물리학, 그리고 입자물리학의 발전은 새로운 힘의 법칙들로서 약한 상호작용(strong interaction)의
발견을 이끌어냈는데,
이 힘들을 어떤 통일된 이론으로 기술해내야 합니다.
약한 상호작용은 방사성 베타붕괴에 기인하며 전자기 현상에 비해
약하지요.
강한 상호작용은 원자핵과 짧은 거리에서 작용하는 힘들을 묶어주는데 전자기력보다 상당히 큽니다.
1960년대 초기에 물리학자들은 모든
물질들이 두 개의 기본적 대상인 쿼크들(quarks)과 경입자들(leptons)로 구성돼 있다는 것을 깨달았습니다.
쿼크들은 모두 상호작용들과
관계되며, 경입자들은 강한 상호작용을 제외한 그밖의 모든 상호작용과 관계됩니다.
이 대상들의 현대 양자이론에 의한 장들에 의해 기술되고
있으므로, 이들 역시 어떤 완전한 장이론에 의해 설명돼야 하지요.
요컨대 통일장이론의 착상은 서로 다르게 이해되고 있는 물리현상을 하나의 단일한 개념 아래 이해하려는 것입니다.
1960년데 후반과 1970년대 초반 이러한 통일장 이론에 주요한 진보가 있었습니다.
어떤 새로운 특수한 통일장이론의 구성이
처음으로 성공적으로 수행된 것입니다.
이 개념은 국지게이지불면(local gauge invariance)으로 알려졌는데, 시간과 공간의 각
점에서 기본적 장방정식의 대칭성을 가정하는 것이었습니다.
전자기와 일반상대성은 그러한 대칭성과 관계되었는데, 여기서의 중요한 단계는 여러 상호
작용들의 다양한 집합들을 기술할 수 있는 국소 게이지
대칭형들을 일반화하려는 것이었습니다.
와인버그(Steven Weinberg)와 살럼(Abdus
Salam)은 전자기상호작용과 약한 상호작용의 통일적 기술을 처음으로 제안했으며, 이와 유사한
양자색소역할(quantum
chromodynamics)이라는 것이 다른 사람들에 의해 발전 됐습니다.
1980년대 중반에 이르러 와인버그-살럼이론과 양자색소역학은 주요한 실험의 주제로 됐고, 실험의 결과는 이들 이론의 기본적
이론들을 확증해주는
것으로 나타났습니다.
이들 이론의 형식적인 수학적 구조는 똑같아서 강력과 양력, 그리고 전자기 상호작용을 하나로 묶는
'대통일장이론'(grand unification theory)의 엄밀한
수학적 기술이 가능하게 됐습니다.