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4차원 이상의 차원이 존재하나요?

안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.아인슈타인의 상대성이론이 나옴으로써 시간과 공간에 대한 인식이 바뀌었다. 뉴턴은 시간과 공간을 서로 전혀 다른 것으로 보아 우주 전체 시간의 흐름은 똑같고 공간 또한 만물이 존재하는 장소 외에 다른 의미가 없다고 보았다. 반면, 아인슈타인은 물체가 움직이는 속도와 질량에 따라 시간의 흐름이 달라지고 공간도 휜다고 했다. 시간과 공간은 따로 분리된 독립된 개념이 아니라 서로 얽혀 있는 것이다. 아인슈타인은 3차원의 공간과 1차원의 시간을 하나로 간주해 4차원 시공이라고 했다. 어떤 사물의 위치를 정하는 데 공간적 좌표뿐만 아니라 시간이 필요하기 때문이다. 그러므로 우주는 곧 4차원 시공인 셈이다. 상대성이론에 의하면 중력은 4차원 시공간의 휘어짐(3차원 공간의 휘어짐과 시간의 느려짐)에 의해 발생한다. 무거운 천체일수록 주위에 있는 시공의 휘어짐이 커진다. 우리는 4차원 시공간 또는 3차원 공간이 휜다는 것을 상상하기 어렵다. 지구의 표면은 2차원인데 3차원에서 보면 휘어져 있지만 2차원 생명체는 그 표면이 휘어져 있는지를 알 수 없는 것처럼 말이다. 우리가 3차원 공간 또는 4차원 시공간이 휘어져 있는지를 알려면 우리가 5차원 시공간을 넘나들 수 있는 차원이 되어야 한다.[4]초끈이론 편집이론물리학에서 초끈이론(Superstring Theory)은 자연계의 모든 입자와 기본 상호작용을 미세한 크기의 초대칭적 끈의 진동으로 설명하려는 시도로 끈 이론의 일종이다. 초끈 이론은 기본적으로 상대성이론과 양자론의 충돌을 설명하기 위해 만들어진 이론으로 이 충돌은 바로 플랑크 길이라는 아주 작은 영역 안에서 일어나는 일로서 양자적 요동이라는 현상에서 발생한다. 초끈이론은 숨겨진 차원이 있다고 설명한다. 예를 들어 1차원 선을 말아서 원을 만든 다음 그 원을 수직 방향으로 이동시켜 원통 모양의 2차원 물체를 만든다. 그 물체의 두께가 매우 얇다고 했을 때 멀리서 본 그 물체는 2차원 물체가 아닌 1차원 물체인 끈으로 보일 것이다. 이처럼 차원을 매우 작게 만들어 숨길 수 있는데 이 사실을 이용하면 플랑크 길이 안에 차원을 둥글게 말아 숨길 수 있다.[19] 초끈이론은 입자가 아닌 끈이 우주를 구성한다고 본다. 현악기를 연주할 때 줄의 진동에 따라 한 줄로 다양한 소리를 낼 수 있듯이 초끈의 진동 방식의 차이에 의해 빛, 전자, 중력자, 소립자 등의 모든 만물이 생성되었다고 한다. 이 초끈이론은 우주를 10차원 시공이라고 생각한다. 3차원 공간은 무수한 점으로 이루어져 있다고 볼 수 있다고 볼 수 있는데 각 점들의 미시세계로 들어가 보면 각 점마다 6개의 상위 차원이 존재한다. 그 상위 차원과 3차원의 거리는 10-23m로 가까운 거리이다. 초끈이론에서는 우리가 살고 있는 이 4차원 시공간의 우주를 고차원에 떠 있는 막이라고 본다. 바로 옆에 공간이 무한대로 펼쳐져 있어도 2차원 세계에서는 인식할 수 없듯 4차원 시공간 바로 옆에 고차원 세계가 있음에도 우리는 차원에 막혀 인식할 수 없는 것이다. 이 막은 초끈으로 구성되어 있는데 초끈은 4차원 시공간에 갇혀 있는 끈도 있지만 고차원을 넘나드는 끈도 있다. 우리는 4차원 시공간에 있지만 우리들을 이루는 끈 중 일부는 고차원을 넘나들고 있는 것이다.[4]

학문 / 지구과학·천문우주

23.06.30

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