물리학의 통일(제11단락)ㅡ스티브 호킹

강력, 전자기력,약력

1974년, <자자이와 글래쇼>는 강력, 약력, 전자기력, 이 세 힘의 세기가 거리와 에너지에 따라 변화하는 것은,
이들이 고에너지 상태에서 하나의 힘으로 통일되어 있음을 반영하는 것이라는 엄청난 주장을 펼칩니다.
그들은 이를 ‘대통일 이론(Grand Unified Theory)’, 줄여서 GUT라고 불렀습니다.

대통일 이론에 따르면, 에너지와 온도가 극도로 높은 우주 진화의 초기에 이 세 힘의 세기는 서로 동일했고
중력을 제외한 세 힘은 하나의 ‘힘(The Force)’으로 융합되어 있었다고 합니다.

우주가 진화하여 온도가 내려가면서 단일한 힘은 서로 다른 에너지 의존성을 갖는 3개의 서로 다른 힘,
즉 강력, 전자기력, 약력으로 나뉩니다.

초기 우주에서 이 세 힘을 구별하기는 어려웠다고 합니다. 하지만 이 세 힘은 자발적 대칭성 깨짐을 겪으면서
서로 분리됩니다. 힉스 메커니즘이 약전자기 대칭성을 깨트리자 전자기력만 깨지지 않고 남은 것처럼,
GUT 대칭성이 깨지자 현재 우리가 보고 있는 3개의 분리된 힘이 남게 됩니다.

당시에도 중력과 전자기력에 대한 부분 이론들은 있었지만 핵력에 대해서는 거의 아무것도 알려져
있지 않았었죠. 게다가 아인슈타인은 자신이 양자역학의 수립에 매우 중요한 역할을 했음에도,
양자역학의 진실성을 믿지 않았습니다.

중력을 다른 힘들과 통일시키는 이론을 찾는 과정에서 부딪치는 가장 큰 어려움은 일반 상대성 이론이
"고전"이론이라는 것입니다. 즉 일반 상대성 이론은 양자역학의 불확정성 원리를 포함하지 않습니다.
반면에 다른 부분 이론들은 본질적으로 양자역학에 의존합니다.

따라서 필수적인 단계는 일반 상대성 이론을 불확정성 원리와 결합시키는 것입니다.
불확정성 원리를 일반 상대성 이론과 통합시키기 위한 시도에서 조정이 가능한 양은
중력의 세기와 우주상수의 값이라고 합니다.
다만 이 두 값의 조정만으로는 모든 무한을 상쇄시키기에 부족합니다.

우주 상수 (宇宙常數, cosmological constant, 기호 Λ)는 일반상대성 이론에서
진공의 에너지 밀도를 나타내는 기본상수입니다. 단위는 1/sec2다.
아인슈타인이 우주의 팽창을 막기 위하여 아인슈타인 방정식에 추가하면서 나온 물리적 이론이지만
정작 허블이 우주 팽창을 발견했을시에는 철회하기까지 했던 우주상수입니다.

현재 우주 상수는 공간 그 자체의 에너지를 나타내기 때문에,
우주론에서는 <암흑 에너지>에 속하고, <우주의 팽창>에 기여합니다.

20만여개의 은하들을 추적한 결과 암흑에너지가 우주 전체에 균일하게 작용하면서
우주 팽창에 가속도를 붙이는 우주 상수(常數)임을 확인했다고 밝혀집니다.
이로써 암흑에너지가 우주 팽창과 팽창 가속도의 원인이라는 <알버트 아인슈타인> 의 가설이
새로운 방식으로 입증된 셈이라고 합니다.

우주에 존재하는 힘들은 모두 개별적으로 존재할 것이라 생각하였으나
그 틀은 점점 깨지고 있고 대통일 이론을 넘어 만물이론, 즉 모든 것의 이론(Theory of Everything)이
등장할 것이라는 전망도 있습니다.