TED2005
Brian Greene: Making sense of string theory
브라이언 그린이 설명하는 끈 이론
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물리학자 브라이언 그린이 초끈 이론에 대해 설명한다. 초끈 이론은 11차원 속에서 진동하는 미세한 에너지 끈들이 우주의 모든 입자와 힘을 구성한다고 보는 물리학 이론이다.
Brian Greene - Physicist
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe. Full bio
Brian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe. Full bio
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In the year 1919,
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2000
때는 1919년이었습니다.
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a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza
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3000
7000
당시로선 거의 알려져 있지 않았던 독일 수학자 테오도르 칼루자(Theodor Kaluza)가
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suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.
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대담하고도 기괴한 아이디어 하나를 내어 놓습니다.
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He proposed that our universe
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그는 우리의 우주가
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might actually have more than the three dimensions
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우리 모두가 인지하는 3차원 뿐 아니라
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that we are all aware of.
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더 많은 차원으로 구성된다고 생각했습니다.
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That is in addition to left, right, back, forth and up, down,
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왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤 그리고 위, 아래 뿐 아니라
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Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space
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어떤 이유로든 우리가 지금까지 경험하지 못한
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that for some reason we don't yet see.
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차원들이 또 있다는 것이죠.
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Now, when someone makes a bold and bizarre idea,
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보통 이렇게 대담하고도 기괴한 아이디어들은
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sometimes that's all it is -- bold and bizarre,
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우리 주위의 세상과 직접 관련없는
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but it has nothing to do with the world around us.
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그저 아이디어 그 자체로서 머무는 경우가 많습니다.
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This particular idea, however --
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하지만 칼루자의 아이디어는 달랐습니다.
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although we don't yet know whether it's right or wrong,
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물론 그의 아이디어가 맞는지 틀린지는 아직 모릅니다.
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and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,
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후반부에 설명할테지만, 그의 아이디어가 참임을 보이려면
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may tell us whether it's right or wrong --
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향후 수년 동안 관련 실험을 해야 합니다.
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this idea has had a major impact on physics in the last century
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그럼에도 불구하고, 이 아이디어는 지난 세기의 물리학에 지대한 영향을 미쳤고
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and continues to inform a lot of cutting-edge research.
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현대 첨단 연구의 바탕이 되고 있습니다.
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So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.
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그렇다면 이 아이디어 속에 나오는 추가 차원이란 과연 무엇일까요?
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So where do we go?
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이제 시간 여행을 해봅시다.
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To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.
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1907년으로 좀 더 거슬러 올라가면
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This is a year when Einstein is basking in the glow
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아인슈타인이 그 유명한 특수 상대성 이론을
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of having discovered the special theory of relativity
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발견했다는 기쁨을 만끽하고 있을 때,
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and decides to take on a new project,
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또한 포괄적인 힘으로서의 중력을 온전히 설명하고자
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to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.
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새로운 프로젝트를 시작하게 됩니다.
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And in that moment, there are many people around
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당시 많은 사람들은
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who thought that that project had already been resolved.
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이 프로젝트가 성공적으로 마무리 되었다고 생각했죠.
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Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s
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1600년대 후반에 뉴튼(Newton)이 만유인력의 법칙을 발표했었죠.
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that works well, describes the motion of planets,
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행성의 움직임,
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the motion of the moon and so forth,
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2000
달의 움직임,
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the motion of apocryphal of apples falling from trees,
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사과가 나무에서
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hitting people on the head.
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머리 위로 떨어지는 것 등
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All of that could be described using Newton's work.
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뉴튼의 이론으로 이 모든 현상을 잘 설명할 수 있었습니다.
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But Einstein realized that Newton had left something out of the story,
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4000
하지만 아인슈타인은 뉴튼이 간과한 부분을 알아차립니다.
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because even Newton had written
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뉴튼 자신도 지적한 바와 같이
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that although he understood how to calculate the effect of gravity,
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118000
5000
그는 중력의 영향력을 계산해내기는 했지만
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he'd been unable to figure out how it really works.
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123000
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그 동작 원리를 설명하지는 못 했었죠.
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How is it that the Sun, 93 million miles away,
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어떻게 9천3백만 마일이나 떨어져 있는 태양이
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[that] somehow it affects the motion of the Earth?
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129000
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지구의 움직임에 영향을 미치는지,
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How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?
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4000
어떻게 태양의 영향력이 저 적막한 우주 공간을 지나 이 곳에 닿을 수 있는지,
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And that is a task to which Einstein set himself --
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136000
3000
아인슈타인은 그것을 알고자 했습니다.
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to figure out how gravity works.
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139000
3000
즉, 중력의 동작 원리 말입니다.
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And let me show you what it is that he found.
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142000
3000
그럼 그가 알아낸 것은 무엇이었을까요?
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So Einstein found
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아인슈타인이 발견한 것은
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that the medium that transmits gravity is space itself.
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중력을 전달하는 매개체는 공간 그 자체라는 사실입니다.
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The idea goes like this:
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자세히 설명해보죠.
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imagine space is a substrate of all there is.
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공간을 만물이 존재하는 기반이라고 생각하세요.
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Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.
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어떠한 사물도 존재하지 않는 우주는 고요하고 평탄하죠.
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But if there is matter in the environment, such as the Sun,
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하지만 태양과 같은 사물이 그 위에 놓여지면
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it causes the fabric of space to warp, to curve.
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162000
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그 공간은 뒤틀리고 휘어져 버립니다.
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And that communicates the force of gravity.
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166000
2000
이 뒤틀림 현상이 바로 중력을 전달하는 매개체입니다.
03:00
Even the Earth warps space around it.
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168000
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마찬가지로 지구도 그 주위의 공간를 뒤틀어 버립니다.
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Now look at the Moon.
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171000
2000
달의 움직임을 보세요.
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The Moon is kept in orbit, according to these ideas,
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173000
3000
달의 공전은 지구가 주위 공간을 뒤틀어서 만들어낸
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because it rolls along a valley in the curved environment
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176000
3000
둥그런 골짜기 궤적을 따르는 것입니다.
03:11
that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.
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179000
5000
이러한 골짜기는 태양, 달, 지구 등이 공간에 존재함으로써 만들어진 것이죠.
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We go to a full-frame view of this.
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184000
3000
더 큰 관점에서 보면
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The Earth itself is kept in orbit
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187000
2000
지구 또한 궤도를 따라 태양을 공전합니다.
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because it rolls along a valley in the environment that's curved
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189000
4000
바로 태양이 그 곳에 존재함으로써 만들어낸
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because of the Sun's presence.
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193000
2000
둥그런 골짜기를 따라서 말이지요.
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That is this new idea about how gravity actually works.
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195000
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이것이 중력의 동작원리를 설명할 수 있는 새로운 아이디어입니다.
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Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.
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200000
5000
이 아이디어는 1919년의 우주관측 자료를 바탕으로
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It really works. It describes the data.
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3000
성공적으로 검증되고
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And this gained Einstein prominence around the world.
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208000
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아인슈타인은 그에 따른 명성을 얻게 되죠.
03:44
And that is what got Kaluza thinking.
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212000
4000
다음에 칼루자가 그 뒤를 잇게 됩니다.
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He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.
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216000
4000
그는 아인슈타인이 그랬듯 하나의 "통합이론"을 찾고자 했습니다.
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That's one theory
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220000
2000
일련의 아이디어나 원리 또는 하나의 대표 방정식을 통해
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that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,
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222000
4000
모든 자연의 힘을 기술할 수 있는
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one set of principles, one master equation, if you will.
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226000
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바로 그 하나의 이론을 말이죠.¥
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So Kaluza said to himself,
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230000
2000
칼루자는 이렇게 생각습니다.
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Einstein has been able to describe gravity
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232000
3000
공간이 뒤틀리고 휘어진다는 관점에서
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in terms of warps and curves in space --
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235000
2000
아인슈타인이 중력을 설명할 수 있었다면
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in fact, space and time, to be more precise.
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237000
3000
실은 좀더 정확하게 말하면, 시공간을 설명할 수 있었다면,
04:12
Maybe I can play the same game with the other known force,
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240000
5000
나는 다른 자연의 힘을 비슷한 방식으로 설명할 수 있을지도 모른다고.
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which was, at that time, known as the electromagnetic force --
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245000
3000
바로 전자기력을 말이지요.
04:20
we know of others today, but at that time
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248000
2000
물론 현대의 우리는 또 다른 종류의 자연의 힘들이 있다는 것을 알고 있지만
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that was the only other one people were thinking about.
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250000
2000
그 시절의 사람들에게는 전자기력이 유일하게 알려진 다른 힘이었죠.
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You know, the force responsible for electricity
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252000
2000
아시다시피, 전자기력이란
04:26
and magnetic attraction and so forth.
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254000
2000
전기와 자기적 인력과 척력 등을 포괄하는 힘입니다.
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So Kaluza says, maybe I can play the same game
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256000
3000
칼루자는 뒤틀림과 휨 현상을 이용해서
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and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.
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259000
4000
전자기력을 설명하고자 했습니다.
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That raised a question: warps and curves in what?
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263000
3000
여기서 중요한 질문은 무엇이 뒤틀리고 휘는 것인지인데요.
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Einstein had already used up space and time,
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266000
5000
하지만 아인슈타인이 중력을 설명할 때
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warps and curves, to describe gravity.
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271000
2000
시공간의 뒤틀림을 거론했고
04:45
There didn't seem to be anything else to warp or curve.
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273000
3000
그 밖에 다른 뒤틀릴 매개체가 없어 보였습니다.
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So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.
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276000
5000
그래서 칼루자는 공간에 또 다른 차원이 존재할 가능성을 생각해냈죠.
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He said, if I want to describe one more force,
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281000
2000
어떤 또 다른 힘을 설명하려면
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maybe I need one more dimension.
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283000
2000
아마도 차원을 하나 더 추가해야 할 것이라면서요.
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So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,
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285000
4000
그래서 그는 3차원이 아닌 4차원 공간을 상상해냈습니다.
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and imagined that electromagnetism was warps and curves
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289000
4000
바로 이 4번째 차원의 뒤틀리고 휘는 현상을 이용해서
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in that fourth dimension. Now here's the thing:
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293000
2000
전자기력을 설명하고자 한 것이죠.
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when he wrote down the equations describing warps and curves
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295000
3000
4차원 공간에서의 뒤틀리고 휘는 현상을
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in a universe with four space dimensions, not three,
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298000
3000
수학공식으로 표현하려고 하는 과정에서
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he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --
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301000
4000
그는 아인슈타인이 중력을 설명하기 위해 이미 기술했던
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those were for gravity --
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305000
1000
오래된 공식들을 재발견하고
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but he found one more equation because of the one more dimension.
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306000
4000
4번째 추가 차원에서 나온 다른 하나의 공식 또한 유도하게 됩니다.
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And when he looked at that equation,
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310000
2000
그런데 자세히 살펴보니
05:24
it was none other than the equation
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312000
2000
이 추가 공식은 다름아닌
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that scientists had long known to describe the electromagnetic force.
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314000
3000
과학자들이 오랜동안 사용해 온 전자기력 공식과 같은 내용이었습니다.
05:29
Amazing -- it just popped out.
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317000
2000
예상치 못한 놀라운 결과였죠.
05:31
He was so excited by this realization
100
319000
3000
그에게 매우 흥분되는 순간이었습니다.
05:34
that he ran around his house screaming, "Victory!" --
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322000
3000
온 집안을 뛰어 다니면서 "해냈다!"고 외쳤죠.
05:37
that he had found the unified theory.
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325000
3000
이렇게 해서 칼루자는 통합이론을 발견하게 됩니다.
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Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.
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328000
7000
칼루자는 아주 철저한 이론가였죠.
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He, in fact --
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335000
1000
일화가 하나 있는데
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there is a story that when he wanted to learn how to swim,
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336000
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그는 수영을 배울 때에
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he read a book, a treatise on swimming --
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339000
3000
수영에 관한 논문만을 읽고 난 후
05:54
(Laughter)
107
342000
1000
(웃음)
05:55
-- then dove into the ocean.
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343000
2000
바로 바다에 뛰어 들었다더군요.
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This is a man who would risk his life on theory.
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345000
3000
이론에 목숨을 맡긴 셈이죠.
06:00
Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,
110
348000
4000
하지만 우리 같은 좀 더 실용적인 사람들은
06:04
two questions immediately arise from his observation.
111
352000
3000
그가 발견한 사실에 대해 다음과 같은 두 가지 질문을 하게 되지요.
06:07
Number one: if there are more dimensions in space, where are they?
112
355000
4000
첫째, 공간에 추가 차원이 존재한다면 어디에 있는 것일까?
06:11
We don't seem to see them.
113
359000
2000
한 번도 경험한 적이 없는 것 같은데 말이지요.
06:13
And number two: does this theory really work in detail,
114
361000
4000
둘째, 이 이론을 우리 주위의 세상에 적용하려 할때
06:17
when you try to apply it to the world around us?
115
365000
3000
이 이론이 정말 아주 세밀하게 작용할 것인가?
06:20
Now, the first question was answered in 1926
116
368000
4000
1926년 오스카 클레인(Oskar Klein)이
06:24
by a fellow named Oskar Klein.
117
372000
2000
첫번째 질문에 대한 답을 제시합니다.
06:26
He suggested that dimensions might come in two varieties --
118
374000
4000
그는 차원을 두 가지 형태로 나눕니다.
06:30
there might be big, easy-to-see dimensions,
119
378000
3000
크고 잘 보이는 차원이 있는가 하면,
06:33
but there might also be tiny, curled-up dimensions,
120
381000
3000
아주 작게 말려있는 차원이 있다고 말이지요.
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curled up so small, even though they're all around us,
121
384000
3000
아주 작게 말려있어서 우리 주위에 존재함에도
06:39
that we don't see them.
122
387000
2000
잘 보이질 않는다고 합니다.
06:41
Let me show you that one visually.
123
389000
2000
앞의 화면을 봐주세요.
06:43
So, imagine you're looking at something
124
391000
2000
맨하탄의 교통 신호등을 지탱하고 있는
06:45
like a cable supporting a traffic light.
125
393000
2000
줄이 보이지요?
06:47
It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --
126
395000
3000
뜬금 없긴 합니다만, 여러분은 센트럴 파크(미국 New York 시에 있는 대공원)에서 그걸 건너다 보고 있다고 합시다.
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but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,
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398000
4000
그렇게 멀리서 보면 그 줄은 1차원적으로 보이겠죠.
06:54
but you and I all know that it does have some thickness.
128
402000
3000
아시다시피 실제로는 두께가 있는 사물이지만요.
06:57
It's very hard to see it, though, from far away.
129
405000
2000
하지만 그 정도 거리에선 그 두께가 거의 보이지 않겠죠.
06:59
But if we zoom in and take the perspective of, say,
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407000
2000
자, 그럼 한 번 가까이 들여다봅시다.
07:01
a little ant walking around --
131
409000
2000
그 줄 위를 걸어다는 개미 한 마리의 시점에서.
07:03
little ants are so small that they can access all of the dimensions --
132
411000
3000
이 개미는 너무나 작아서 모든 차원에 접근할 수 있습니다.
07:06
the long dimension,
133
414000
2000
줄을 따라선 긴 방향,
07:08
but also this clockwise, counter-clockwise direction.
134
416000
3000
그리고 시계 방향, 반시계 방향으로 걷기도 하겠죠.
07:11
And I hope you appreciate this.
135
419000
2000
여러분들이 이 장면에 대해서 고마워 해주셨으면 합니다.
07:13
It took so long to get these ants to do this.
136
421000
2000
개미가 움직이는 이 모습을 찍는데 아주 오랜 시간이 걸렸거든요.
07:15
(Laughter)
137
423000
1000
(웃음)
07:16
But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:
138
424000
3000
이로써 차원에는 두 종류
07:19
big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us
139
427000
4000
즉, 큰 것과 작은 것이 있다는 사실을 알 수 있습니다.
07:23
are the ones that we can easily see,
140
431000
2000
큰 차원은 우리가 쉽게 인지할 수 있지만
07:25
but there might be additional dimensions curled up,
141
433000
3000
신호등 줄의 둘레와 같이
07:28
sort of like the circular part of that cable,
142
436000
2000
말려 있는 추가 차원은
07:30
so small that they have so far remained invisible.
143
438000
4000
너무도 작아서 아직까지 본 적이 없었던 거죠.
07:34
Let me show you what that would look like.
144
442000
2000
하지만 지금 화면으로 보려드리겠습니다.
07:36
So, if we take a look, say, at space itself --
145
444000
3000
이게 바로 공간인데요.
07:39
I can only show, of course, two dimensions on a screen.
146
447000
4000
화면 상으로는 2차원 밖에 보여드릴 수 없네요.
07:43
Some of you guys will fix that one day,
147
451000
2000
물론 앞으로 더 좋은 것이 개발되겠지요.
07:45
but anything that's not flat on a screen is a new dimension,
148
453000
2000
아무튼 화면상에 평평하게 보이지 않는 것이 바로 새로운 차원입니다.
07:47
goes smaller, smaller, smaller,
149
455000
2000
여기서 좀 더 확대시켜볼까요?
07:49
and way down in the microscopic depths of space itself,
150
457000
4000
현미경으로 보는 것처럼 말이지요.
07:53
this is the idea,
151
461000
1000
자, 이제 보이네요.
07:54
you could have additional curled up dimensions --
152
462000
2000
저게 바로 말려있는 추가 차원들입니다.
07:56
here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.
153
464000
3000
작은 고리처럼 생긴 저건 너무 작아서 우리에겐 보이지도 않죠.
07:59
But if you were a little ultra microscopic ant walking around,
154
467000
4000
여러분이 저기를 걸어다니는 아주 작은 개미라고 생각해보세요.
08:03
you could walk in the big dimensions that we all know about --
155
471000
2000
우리가 익히 알고 있는 큰 차원들을 걸어다닐 수도 있고
08:05
that's like the grid part --
156
473000
2000
격자 부분 말이죠.
08:07
but you could also access the tiny curled-up dimension
157
475000
3000
말려 있는 작은 차원 위도 걸을 수 있겠죠.
08:10
that's so small that we can't see it with the naked eye
158
478000
2000
실제로 이러한 차원은 너무 작아서 육안으로는 물론
08:12
or even with any of our most refined equipment.
159
480000
3000
아주 좋은 측정 장비를 가지고서도 볼 수 없습니다.
08:15
But deeply tucked into the fabric of space itself,
160
483000
3000
그러나 공간 구조 그 자체에 아주 깊게 들어가보면,
08:18
the idea is there could be more dimensions, as we see there.
161
486000
4000
보시는 바와 같이 거기에는 더 많은 차원들이 있다는 생각이죠.
08:22
Now that's an explanation
162
490000
4000
우주에도 실제로는 보이는 것보다
08:26
about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.
163
494000
4000
더 많은 차원이 존재합니다.
08:30
But what about the second question that I asked:
164
498000
3000
자, 이제 저의 두번째 질문인
08:33
does the theory actually work
165
501000
2000
이론이 실제 세상에
08:35
when you try to apply it to the real world?
166
503000
2000
잘 적용되는가에 대해 생각해봅시다.
08:37
Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others
167
505000
3000
아인슈타인과 칼루자를 비롯한 많은 학자들이
08:40
worked on trying to refine this framework
168
508000
5000
이 이론의 기반을 다듬었고
08:45
and apply it to the physics of the universe
169
513000
3000
그 당시까지 알려진 우주의 물리적 현상에 적용해 보았지만,
08:48
as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.
170
516000
4000
아주 세밀하게 적용되지는 않았습니다
08:52
In detail, for instance,
171
520000
1000
구체적으로 한 예를 들면,
08:53
they couldn't get the mass of the electron
172
521000
2000
이 이론으로는 전자의 질량을
08:55
to work out correctly in this theory.
173
523000
2000
정확히 계산할 수 없었죠.
08:57
So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,
174
525000
5000
그래서 많은 사람이 이 이론을 40-50년대 까지 연구했음에도 불구하고
09:02
this strange but very compelling idea
175
530000
4000
물리 법칙을 통합하기 위한 이 이상하고 흥미로운 아이디어는
09:06
of how to unify the laws of physics had gone away.
176
534000
3000
역사속으로 사라졌습니다.
09:09
Until something wonderful happened in our age.
177
537000
4000
우리 세대의 어떤 훌륭한 것이 일어나기 전까지는 말이죠.
09:13
In our era, a new approach to unify the laws of physics
178
541000
4000
우리 시대에는 저를 포함한 물리학자들
09:17
is being pursued by physicists such as myself,
179
545000
2000
그리고 전 세계 많은 사람들이
09:19
many others around the world,
180
547000
2000
물리법칙들을 통합하기 위한 새로운 시도를 했습니다.
09:21
it's called superstring theory, as you were indicating.
181
549000
3000
우리는 이것을 가리켜 초끈이론이라 부르는데요.
09:24
And the wonderful thing is that superstring theory
182
552000
4000
놀라운 사실은 이 초끈 이론은
09:28
has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,
183
556000
4000
처음에는 추가 차원 아이디어와는 전혀 상관없어 보였으나
09:32
but when we study superstring theory,
184
560000
3000
계속되는 연구 결과 이 이론이
09:35
we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.
185
563000
3000
추가 차원 아이디어를 새로운 형태로 재해석하게 되었습니다.
09:38
So, let me just tell you how that goes.
186
566000
2000
이제 이것이 어떻게 해서 그렇게 된것인지 여러분들에게 알려드리겠습니다.
09:40
Superstring theory -- what is it?
187
568000
2000
초끈 이론이란 무었일까요?
09:42
Well, it's a theory that tries to answer the question:
188
570000
2000
초끈 이론이란 우리 주위 세상의 만물을 구성하는
09:44
what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents
189
572000
5000
더 이상 쪼개지지 않는 기본적인 구성물이
09:49
making up everything in the world around us?
190
577000
4000
무엇인지를 설명는 이론입니다.
09:53
The idea is like this.
191
581000
2000
예를 들면,
09:55
So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,
192
583000
5000
익숙한 사물인 촛대와 그 위의 초를 상상해 보세요.
10:00
and imagine that we want to figure out what it is made of.
193
588000
3000
이 초의 구성물을 알아보려면 어떻게 해야 할까요?
10:03
So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.
194
591000
4000
이 물체를 자세히 들여다 봐서 그 구성물을 분석해야겠죠.
10:07
So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.
195
595000
4000
아시다시피, 아주 충분히 아래쪽으로 내려가면 원자가 있겠죠.
10:11
We also all know that atoms are not the end of the story.
196
599000
3000
그리고 이 원자 또한 더 잘게 쪼갤 수 있습니다.
10:14
They have little electrons that swarm around a central nucleus
197
602000
4000
원자는 다시 중성자들과 양자들로 구성된 원자핵과
10:18
with neutrons and protons.
198
606000
1000
그 주위를 둘러싼 작은 전자들로 구성되죠.
10:19
Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.
199
607000
5000
그리고 중성자와 양자조차 쿼크라 불리우는 더 작은 입자로 구성됩니다.
10:24
That is where conventional ideas stop.
200
612000
3000
여기까지가 이미 밝혀진 바입니다.
10:27
Here is the new idea of string theory.
201
615000
2000
끈 이론은 여기서 더 나아갑니다.
10:29
Deep inside any of these particles, there is something else.
202
617000
5000
이러한 입자들 안에 더 작은 무언가가 존재한다는 것인데요.
10:34
This something else is this dancing filament of energy.
203
622000
3000
춤추는 에너지 실이 바로 그것입니다.
10:37
It looks like a vibrating string --
204
625000
2000
진동하는 줄처럼 보이기도 하죠.
10:39
that's where the idea, string theory comes from.
205
627000
2000
이 아이디어로 부터 끈 이론이 시작됩니다.
10:41
And just like the vibrating strings that you just saw in a cello
206
629000
3000
방금 보신 첼로의 줄이
10:44
can vibrate in different patterns,
207
632000
2000
다양한 모양으로 진동하는 것처럼
10:46
these can also vibrate in different patterns.
208
634000
2000
에너지 실도 다양한 모양으로 진동합니다.
10:48
They don't produce different musical notes.
209
636000
2000
첼로의 줄이 만드는 다양한 진동이 음악을 만든다면
10:50
Rather, they produce the different particles making up the world around us.
210
638000
4000
에너지 실이 만드는 다양한 진동은 우리의 세계를 구성하는 다양한 입자들을 만들죠.
10:54
So if these ideas are correct,
211
642000
1000
만약 이 아이디어가 맞다면
10:55
this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.
212
643000
5000
우주를 확대해서 관찰했을 때 모습이 바로 이렇겠죠.
11:00
It's built up of a huge number
213
648000
2000
다양한 주파수로 진동하는
11:02
of these little tiny filaments of vibrating energy,
214
650000
4000
미세한 에너지 실들이
11:06
vibrating in different frequencies.
215
654000
2000
무수히 많이 존재하는 모습으로 말이죠.
11:08
The different frequencies produce the different particles.
216
656000
3000
그리고 진동하는 주파수에 따라 입자의 종류가 결정됩니다.
11:11
The different particles are responsible
217
659000
3000
그렇게 만들어지는 다양한 종류의 입자들이
11:14
for all the richness in the world around us.
218
662000
3000
우리 주위의 세계를 구성하는 것이죠.
11:17
And there you see unification,
219
665000
2000
이게 바로 물리법칙의 통합입니다.
11:19
because matter particles, electrons and quarks,
220
667000
3000
이 아이디어에 따르면 전자와 쿼크 같은 입자성 물질과
11:22
radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.
221
670000
6000
포톤과 그래비톤과 같은 파동성 물질이 사실 하나의 실체로 부터 유래하니까요.
11:28
So matter and the forces of nature all are put together
222
676000
4000
곧 자연의 물질들과 힘들 모두가
11:32
under the rubric of vibrating strings.
223
680000
2000
진동하는 실로서 통합됩니다.
11:34
And that's what we mean by a unified theory.
224
682000
4000
이것이 바로 우리가 부르는 통합이론이지요.
11:38
Now here is the catch.
225
686000
2000
흥미로운 사실은,
11:40
When you study the mathematics of string theory,
226
688000
3000
끈 이론을 수학적으로 연구해 보면
11:43
you find that it doesn't work
227
691000
2000
3차원의 공간을 가정했을 때는
11:45
in a universe that just has three dimensions of space.
228
693000
3000
실제에 잘 적용되지 않고
11:48
It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.
229
696000
4000
차원을 4, 5, 6까지 확장해도 마찬가지지만
11:52
Finally, you can study the equations, and show that it works
230
700000
4000
10차원의 공간에다가
11:56
only in a universe that has 10 dimensions of space
231
704000
4000
추가로 1차원의 시간을 고려하면
12:00
and one dimension of time.
232
708000
2000
마침내 제대로 적용된다는 점입니다.
12:02
It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --
233
710000
5000
이 점이 바로 우리의 세계는 보이는 것보다
12:07
that our world, when appropriately described,
234
715000
3000
실제로는 더 많은 차원이 존재한다는
12:10
has more dimensions than the ones that we see.
235
718000
3000
칼루자와 클레인의 아이디어로 연결되죠.
12:13
Now you might think about that and say, well,
236
721000
3000
이렇게도 한 번 생각해봅시다.
12:16
OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,
237
724000
3000
꽉 말려있는 추가 차원들이 너무나 작아서
12:19
yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.
238
727000
4000
우리 눈에는 보이지 않는 것처럼
12:23
But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,
239
731000
3000
그 작은 차원들을 지나다니는 작은 녹색 인류도
12:26
and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.
240
734000
5000
마찬가지로 우리 눈에는 보이지 않는다고요.
12:31
One of the other predictions of string theory --
241
739000
3000
끈 이론으로 이러한 녹색 인류도 발견할 수 있을까요?
12:34
no, that's not one of the other predictions of string theory.
242
742000
3000
아마 그렇진 않을 겁니다.
12:37
(Laughter)
243
745000
1000
(웃음)
12:38
But it raises the question:
244
746000
2000
하지만 이런 질문은 가능하죠.
12:40
are we just trying to hide away these extra dimensions,
245
748000
2000
추가차원이란 단지 숨겨져 있는 무언가일 뿐인가,
12:42
or do they tell us something about the world?
246
750000
3000
아니면 만물의 구성 원리에 대한 해답을 주는가?
12:45
In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.
247
753000
4000
이제 부터 이 질문에 대해서 두 가지에 초점을 맞춰서 이야기해 보겠습니다.
12:49
First is, many of us believe that these extra dimensions
248
757000
4000
첫째, 많은 사람들은 이 추가 차원이
12:53
hold the answer to what perhaps is the deepest question
249
761000
4000
이론물리학을 비롯한 이론과학의 심오한 질문에 대한
12:57
in theoretical physics, theoretical science.
250
765000
3000
해답을 제시할 수 있다고 생각합니다.
13:00
And that question is this: when we look around the world,
251
768000
4000
그럼 이런 질문을 할 수 있겠죠.
13:04
as scientists have done for the last hundred years,
252
772000
2000
과학자들이 지난 수백년 동안 세상을 관찰한 바에 따르면
13:06
there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.
253
774000
4000
우주를 묘사하는 데는 약 20개의 숫자들이 있습니다.
13:10
These are numbers like the mass of the particles,
254
778000
3000
즉, 전자나 쿼크와 같은 입자들의 질량,
13:13
like electrons and quarks, the strength of gravity,
255
781000
2000
중력의 세기,
13:15
the strength of the electromagnetic force --
256
783000
2000
전자기력의 세기 등을 표현하는
13:17
a list of about 20 numbers
257
785000
2000
약 20여개의 숫자들은
13:19
that have been measured with incredible precision,
258
787000
3000
그 값를 아주 정밀하게 측정할 수는 있었지만
13:22
but nobody has an explanation
259
790000
2000
왜 이 숫자들이 특정한 값을 가지는 지는
13:24
for why the numbers have the particular values that they do.
260
792000
4000
누구도 설명할 수 없었습니다.
13:28
Now, does string theory offer an answer?
261
796000
3000
자, 그럼 끈 이론은 답을 제시할 수 있을까요?
13:31
Not yet.
262
799000
1000
아직까지는 아닙니다.
13:32
But we believe the answer for why those numbers have the values they do
263
800000
4000
하지만 왜 그 숫자들이 특정한 값을 가지는 지에 대한 해답이
13:36
may rely on the form of the extra dimensions.
264
804000
3000
추가 차원과 관련이 있을꺼라고 기대하는거죠.
13:39
And the wonderful thing is, if those numbers
265
807000
2000
흥미로운 사실은, 만약 그 숫자들이
13:41
had any other values than the known ones,
266
809000
3000
알려진 것과는 다른 값을 가진다면
13:44
the universe, as we know it, wouldn't exist.
267
812000
3000
우리가 알고 있는 우주는 존재하지 않을 것이라는 사실입니다.
13:47
This is a deep question.
268
815000
1000
다시보면 정말 심오한 질문인 것이죠.
13:48
Why are those numbers so finely tuned
269
816000
2000
왜 그 숫자들이 특정 값으로 조율되어서
13:50
to allow stars to shine and planets to form,
270
818000
2000
별이 빛나고 행성이 생성될 수 있는 것인지.
13:52
when we recognize that if you fiddle with those numbers --
271
820000
3000
만약 그 숫자들을 일부러 바꾸어보면
13:55
if I had 20 dials up here
272
823000
2000
즉, 여기 20개의 측량값이 있는데
13:57
and I let you come up and fiddle with those numbers,
273
825000
2000
그 숫자들의 값을 조금씩 흐트려보는거죠
13:59
almost any fiddling makes the universe disappear.
274
827000
4000
이런 숫자의 변조는 우주를 사라지게 만들 것입니다.
14:03
So can we explain those 20 numbers?
275
831000
3000
그럼 어떻게 이 값들이 조율되는 것일까요?
14:06
And string theory suggests that those 20 numbers
276
834000
2000
끈 이론은 그 20개의 숫자가
14:08
have to do with the extra dimensions.
277
836000
2000
추가 차원과 관련되어 있을거라고 봅니다.
14:10
Let me show you how.
278
838000
2000
어떻게 관련되어 있냐면,
14:12
So when we talk about the extra dimensions in string theory,
279
840000
4000
끈 이론에서의 추가차원이란
14:16
it's not one extra dimension,
280
844000
2000
칼루자와 클레인의 생각처럼
14:18
as in the older ideas of Kaluza and Klein.
281
846000
4000
단 하나가 아닙니다.
14:22
This is what string theory says about the extra dimensions.
282
850000
3000
끈 이론에서의 추가차원들은
14:25
They have a very rich, intertwined geometry.
283
853000
3000
그 형태가 서로 복잡하게 얽히고 설켜 있습니다.
14:28
This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --
284
856000
4000
칼라비-야우 (Calabi-Yau) 도형처럼요.
14:32
name isn't all that important.
285
860000
2000
명칭 자체가 중요한 건 아닙니다만.
14:34
But, as you can see,
286
862000
2000
보시는 바와 같이,
14:36
the extra dimensions fold in on themselves
287
864000
3000
추가 차원들은 스스로를 향해 안으로 접혀있고
14:39
and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.
288
867000
4000
아주 흥미로운 형태와 구조로 얽혀있습니다.
14:43
And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,
289
871000
5000
추가 차원들이 이렇게 생겼다면,
14:48
then the microscopic landscape of our universe all around us
290
876000
4000
우리의 우주도 확대해서 들여다보면
14:52
would look like this on the tiniest of scales.
291
880000
2000
그러한 구조를 발견 할 수 있을겁니다.
14:54
When you swing your hand,
292
882000
1000
여러분이 손을 흔들면 그 손은
14:55
you'd be moving around these extra dimensions over and over again,
293
883000
3000
이러한 추가 차원들 주위를 계속해서 움직이는거죠.
14:58
but they're so small that we wouldn't know it.
294
886000
2000
물론 너무 작아서 보이지는 않지만요.
15:00
So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?
295
888000
3000
그렇다면 이 20개의 숫자은 어떤 물리적 의미가 있을까요?
15:03
Consider this. If you look at the instrument, a French horn,
296
891000
3000
프렌치 호른 (French horn) 같은 악기를 생각해보세요.
15:06
notice that the vibrations of the airstreams
297
894000
3000
악기의 모양새에 따라
15:09
are affected by the shape of the instrument.
298
897000
2000
기류의 진동 형태가 정해지겠죠.
15:11
Now in string theory,
299
899000
2000
끈 이론에서는,
15:13
all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.
300
901000
3000
끈들이 진동하는 방식에 따라 이 숫자들이 정해집니다.
15:16
So just as those airstreams
301
904000
2000
악기의 모양새에 따라
15:18
are affected by the twists and turns in the instrument,
302
906000
3000
기류가 영향을 받는 것처럼,
15:21
strings themselves will be affected
303
909000
2000
끈들이 특정 모양를 땨라 진동하면
15:23
by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.
304
911000
4000
그 모양에 따라 끈들이 영향을 받습니다.
15:27
So let me bring some strings into the story.
305
915000
2000
이제 끈 들을 화면에 보여드리겠습니다.
15:29
And if you watch these little fellows vibrating around --
306
917000
3000
작은 끈들이 진동하는 걸 보시면,
15:32
they'll be there in a second -- right there,
307
920000
2000
금방 나올겁니다. 저기 보이네요.
15:34
notice that they way they vibrate is affected
308
922000
2000
추가 차원의 모양새가
15:36
by the geometry of the extra dimensions.
309
924000
2000
끈들이 진동하는 방식을 결정합니다.
15:38
So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --
310
926000
3000
만약 추가 차원의 모양새를 정확히 알 수 있다면,
15:41
we don't yet, but if we did --
311
929000
2000
물론 현재 우리의 지식으로는 아직 모르긴 합니다만,
15:43
we should be able to calculate the allowed notes,
312
931000
3000
끈의 진동 주파수와
15:46
the allowed vibrational patterns.
313
934000
2000
진동 형태를 계산해 낼 수 있습니다.
15:48
And if we could calculate the allowed vibrational patterns,
314
936000
3000
또한 진동 형태를 안다면,
15:51
we should be able to calculate those 20 numbers.
315
939000
3000
그 20개의 숫자들의 값도 계산해 낼 수 있는거죠.
15:54
And if the answer that we get from our calculations
316
942000
4000
이 계산값들이
15:58
agrees with the values of those numbers
317
946000
2000
정밀한 측정을 통해
16:00
that have been determined
318
948000
2000
알아낸 측량값과
16:02
through detailed and precise experimentation,
319
950000
3000
정확히 일치한다면,
16:05
this in many ways would be the first fundamental explanation
320
953000
5000
끈 이론은 우주의 구성 원리를 설명할 수 있는
16:10
for why the structure of the universe is the way it is.
321
958000
5000
첫번째 이론이 되는 것입니다.
16:15
Now, the second issue that I want to finish up with is:
322
963000
3000
자, 이제 두 번째 사안에 대해 이야기하면서 마무리짓죠.
16:18
how might we test for these extra dimensions more directly?
323
966000
5000
이 추가 차원들을 좀 더 직접적으로 확인할 수는 없을까요?
16:23
Is this just an interesting mathematical structure
324
971000
3000
이 이론이 단지 지금까지는 할 수 없었던
16:26
that might be able to explain
325
974000
2000
우주의 구성 원리를 설명해내는
16:28
some previously unexplained features of the world,
326
976000
5000
흥미로운 수학적 방법일까,
16:33
or can we actually test for these extra dimensions?
327
981000
3000
아니면 추가 차원이란 것을 실제로 확인할 수 있을까요?
16:36
And we think -- and this is, I think, very exciting --
328
984000
2000
매우 흥미롭게도 학자들은 추가 차원의 존재를
16:38
that in the next five years or so we may be able to test
329
986000
4000
실질적으로 확인하는 것이
16:42
for the existence of these extra dimensions.
330
990000
3000
향후 5년 정도에 가능할 것이라고 생각합니다.
16:45
Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,
331
993000
4000
스위스 제네바의 CERN(유럽 원자핵 공동 연구소)에서는
16:49
a machine is being built called the Large Hadron Collider.
332
997000
4000
대형 하드론 충돌형 가속기라고 불르우는 장비가 개발되었는데요.
16:53
It's a machine that will send particles around a tunnel,
333
1001000
3000
이 장비는 입자들을 터널을 통해서
16:56
opposite directions, near the speed of light.
334
1004000
2000
서로 반대 방향으로
16:58
Every so often those particles will be aimed at each other,
335
1006000
4000
거의 빛의 속도로 가속시킨 후,
17:02
so there's a head-on collision.
336
1010000
2000
서로 정면충돌 시킵니다.
17:04
The hope is that if the collision has enough energy,
337
1012000
4000
만약 충분한 에너지를 가지고 충돌한다면,
17:08
it may eject some of the debris from the collision
338
1016000
3000
충돌 시 잔해가 우리의 차원에서 또 다른 차원으로
17:11
from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.
339
1019000
5000
떨어져 나갈 것이라고 예상합니다.
17:16
How would we know it?
340
1024000
2000
그걸 어떻게 확인할 수 있냐면,
17:18
Well, we'll measure the amount of energy after the collision,
341
1026000
3000
충돌 전과 후의 에너지 량을
17:21
compare it to the amount of energy before,
342
1029000
2000
서로 비교하는 겁니다.
17:23
and if there's less energy after the collision than before,
343
1031000
4000
충돌 후 에너지량이 감소했다면,
17:27
this will be evidence that the energy has drifted away.
344
1035000
2000
총 에너지 중 일부가 어디론가 날라가 버렸다는 증거입니다.
17:29
And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,
345
1037000
3000
만약 우리가 계산한 모양대로 떨어져 나간다면,
17:32
this will be evidence that the extra dimensions are there.
346
1040000
3000
이게 바로 추가 차원이 존재한다는 증거이죠.
17:35
Let me show you that idea visually.
347
1043000
2000
화면을 통해서 보여드리겠습니다.
17:37
So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --
348
1045000
3000
그래비톤이라고 불리우는 입자가 있는데요.
17:40
that's the kind of debris we expect to be ejected out,
349
1048000
4000
추가 차원이 실재한다면,
17:44
if the extra dimensions are real.
350
1052000
2000
바로 이 입자가 파편으로서 떨어져 나올거라고 기대합니다.
17:46
But here's how the experiment will go.
351
1054000
1000
실험 방법은,
17:47
You take these particles. You slam them together.
352
1055000
3000
이 입자들을 서로 세게 맞부딪쳐서
17:50
You slam them together, and if we are right,
353
1058000
2000
우리의 생각대로
17:52
some of the energy of that collision
354
1060000
2000
충돌 에너지의 일부가 파편으로서
17:54
will go into debris that flies off into these extra dimensions.
355
1062000
4000
다른 추가 차원으로 떨어져 나가는지를 보는 겁니다.
17:58
So this is the kind of experiment
356
1066000
2000
이게 향후 5-10년 정도에
18:00
that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.
357
1068000
4000
우리가 하게 될 실험입니다.
18:04
And if this experiment bears fruit,
358
1072000
3000
만약 이 실험이 의미 있는 성과를 거둔다면,
18:07
if we see that kind of particle ejected
359
1075000
3000
또한 충돌 후 에니지량이
18:10
by noticing that there's less energy in our dimensions
360
1078000
3000
충돌 전보다 감소함으로써
18:13
than when we began,
361
1081000
2000
파편이 떨어져 나가는 것을 볼 수 있다면,
18:15
this will show that the extra dimensions are real.
362
1083000
3000
추가 차원이 실재한다는 것을 증명할 수 있겠죠.
18:18
And to me this is a really remarkable story,
363
1086000
3000
이건 정말 굉장한 내용이자 기회이죠.
18:21
and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --
364
1089000
4000
되돌아 가보면, 뉴턴은 절대공간이라는
18:25
didn't provide anything but an arena, a stage
365
1093000
2000
우주의 움직임이 이루어지는
18:27
in which the events of the universe take place.
366
1095000
2000
공간을 제시하는데 머물렀고,
18:29
Einstein comes along and says,
367
1097000
2000
그 후, 아인슈타인은 시공간의 뒤틀림 현상이
18:31
well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.
368
1099000
3000
바로 곧 중력이라고 설명했습니다.
18:34
And now string theory comes along and says,
369
1102000
4000
오늘날 끈 이론은
18:38
yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,
370
1106000
3000
중력, 양자력 그리고 전자기력을
18:41
all together in one package,
371
1109000
2000
추가 차원 이론을 통해서
18:43
but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.
372
1111000
4000
한꺼번에 모두 통합해서 설명합니다.
18:47
And this is an experiment that may test for them in our lifetime.
373
1115000
5000
이 사실을 곧 실험을 통해 증명할 것이고요.
18:52
Amazing possibility.
374
1120000
2000
정말 기막힌 기회가 될 것입니다.
18:54
Thank you very much.
375
1122000
2000
정말 감사합니다.
18:56
(Applause)
376
1124000
7000
(박수)
ABOUT THE SPEAKER
Brian Greene - PhysicistBrian Greene is perhaps the best-known proponent of superstring theory, the idea that minuscule strands of energy vibrating in a higher dimensional space-time create every particle and force in the universe.
Why you should listen
Greene, a professor of physics and mathematics at Columbia University, has focused on unified theories for more than 25 years, and has written several best-selling and non-technical books on the subject including The Elegant Universe, a Pulitzer finalist, and The Fabric of the Cosmos — each of which has been adapted into a NOVA mini-series. His latest book, The Hidden Reality, explores the possibility that our universe is not the only universe.
Greene believes science must be brought to general audiences in new and compelling ways, such as his live stage odyssey, Icarus at the Edge of Time, with original orchestral score by Philip Glass, and the annual World Science Festival, which he co-founded in 2008 with journalist Tracy Day.
Brian Greene | Speaker | TED.com