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유효이론Effective Theory, 칼루자-클라인 이론Kaluza-Klein Theory

by 靑野(청야) 2016. 3. 1.

유효이론effective theory은 과학자가 관심을 두는 거리 범위에서 ‘유효한 의미’를 갖는 입자들과 힘들에 초점을 맞춘 이론이다. 초고에너지ultra high-energy 상태를 기술하는 관측 불가능한 변수를 도입해 입자나 그것들의 상호작용을 설명하기보다는 관측 규모에서 중요한 변수들로 관측결과를 형식화하는 이론이다. (초고에너지 입자는 우주에 떠돌아다니는 것으로 전자가 1천조 볼트 전압으로 가속될 때의 에너지를 갖고 있다. 현재 인간이 만들 수 있는 최대 에너지는 1조 전자볼트에 불과하다) 유효이론은 넘쳐나는 정보의 홍수를 무시하기 위한 하나의 방법인 것이다.




끈이론string theory은 수리물리학의 한 분야인 양자역학quantum mechanics과 중력gravity을 통합한 것으로 여분차원의 토대 위에 있다. 여분차원의 가능성을 열어준 것이 아인슈타인의 상대성이론이다. 아인슈타인의 일반상대성이론general theory of relativity(1915년에 완성)이 나온 직후인 1919년, 독일 수학자 테오도르 칼루자Theodor Kaluza(1885~1954, 칼루자는 시공간이 5차원으로 이루어졌다는 가설을 세웠고 이 가설은 스웨덴의 물리학자 오스카르 클라인Oskar Klein(1884~1977)에 의해 발전되어 현재 칼루자-클라인 이론Kaluza-Klein theory으로 불린다.)는 아인슈타인의 이론에서 여분차원이 존재할 수 있음을 발견하고 4차원 공간이 있다고 제안했다. 칼루자가 여분차원에서 목적한 바는 중력과 전자기력을 통합하는 것이었다. 통합시도는 실패했지만 여분차원의 개념은 타당한 것이었다.


오스카르 클라인은 1926년에 여분차원이 원형으로 말려 있을 것이라고 제안했는데, 그 크기를 10-33cm, 즉 1cm의 1조분의 1조분의 100만분의, 1,000분의 1cm에 불과할 것으로 보았다. 이는 공간상의 모든 점이 각각 10-33cm 크기의 작은 원형 공간을 가지고 있음을 의미한다. 이 크기가 플랑크 길이Plank length이다. 플랑크 길이는 약 1.6×10-35m로 양자proton 지름의 약 10~20배에 해당하며, 원자보다 약 1024배, 양성자보다 1019배 작다. 클라인이 플랑크 길이를 지목한 까닭은 그것이 양자중력이론quantum gravity theory에서 자연스럽게 도출되는 유일한 길이라는 점, 중력과 공간의 형태가 밀접하게 관련되어 있기 때문이었다.


출처: http://blog.daum.net/misulmun49/15962365

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