Making sense of string theory | Brian Greene

번역: Hyun Choi 검토: Park Young-Gyu

In the year 1919,

때는 1919년이었습니다.

a virtually unknown German mathematician, named Theodor Kaluza

당시로선 거의 알려져 있지 않았던 독일 수학자 테오도르 칼루자(Theodor Kaluza)가

suggested a very bold and, in some ways, a very bizarre idea.

대담하고도 기괴한 아이디어 하나를 내어 놓습니다.

He proposed that our universe

그는 우리의 우주가

might actually have more than the three dimensions

우리 모두가 인지하는 3차원 뿐 아니라

that we are all aware of.

더 많은 차원으로 구성된다고 생각했습니다.

That is in addition to left, right, back, forth and up, down,

왼쪽, 오른쪽, 앞, 뒤 그리고 위, 아래 뿐 아니라

Kaluza proposed that there might be additional dimensions of space

어떤 이유로든 우리가 지금까지 경험하지 못한

that for some reason we don't yet see.

차원들이 또 있다는 것이죠.

Now, when someone makes a bold and bizarre idea,

보통 이렇게 대담하고도 기괴한 아이디어들은

sometimes that's all it is -- bold and bizarre,

우리 주위의 세상과 직접 관련없는

but it has nothing to do with the world around us.

그저 아이디어 그 자체로서 머무는 경우가 많습니다.

This particular idea, however --

하지만 칼루자의 아이디어는 달랐습니다.

although we don't yet know whether it's right or wrong,

물론 그의 아이디어가 맞는지 틀린지는 아직 모릅니다.

and at the end I'll discuss experiments which, in the next few years,

후반부에 설명할테지만, 그의 아이디어가 참임을 보이려면

may tell us whether it's right or wrong --

향후 수년 동안 관련 실험을 해야 합니다.

this idea has had a major impact on physics in the last century

그럼에도 불구하고, 이 아이디어는 지난 세기의 물리학에 지대한 영향을 미쳤고

and continues to inform a lot of cutting-edge research.

현대 첨단 연구의 바탕이 되고 있습니다.

So, I'd like to tell you something about the story of these extra dimensions.

그렇다면 이 아이디어 속에 나오는 추가 차원이란 과연 무엇일까요?

So where do we go?

이제 시간 여행을 해봅시다.

To begin we need a little bit of back story. Go to 1907.

1907년으로 좀 더 거슬러 올라가면

This is a year when Einstein is basking in the glow

아인슈타인이 그 유명한 특수 상대성 이론을

of having discovered the special theory of relativity

발견했다는 기쁨을 만끽하고 있을 때,

and decides to take on a new project,

또한 포괄적인 힘으로서의 중력을 온전히 설명하고자

to try to understand fully the grand, pervasive force of gravity.

새로운 프로젝트를 시작하게 됩니다.

And in that moment, there are many people around

당시 많은 사람들은

who thought that that project had already been resolved.

이 프로젝트가 성공적으로 마무리 되었다고 생각했죠.

Newton had given the world a theory of gravity in the late 1600s

1600년대 후반에 뉴튼(Newton)이 만유인력의 법칙을 발표했었죠.

that works well, describes the motion of planets,

행성의 움직임,

the motion of the moon and so forth,

달의 움직임,

the motion of apocryphal of apples falling from trees,

사과가 나무에서

hitting people on the head.

머리 위로 떨어지는 것 등

All of that could be described using Newton's work.

뉴튼의 이론으로 이 모든 현상을 잘 설명할 수 있었습니다.

But Einstein realized that Newton had left something out of the story,

하지만 아인슈타인은 뉴튼이 간과한 부분을 알아차립니다.

because even Newton had written

뉴튼 자신도 지적한 바와 같이

that although he understood how to calculate the effect of gravity,

그는 중력의 영향력을 계산해내기는 했지만

he'd been unable to figure out how it really works.

그 동작 원리를 설명하지는 못 했었죠.

How is it that the Sun, 93 million miles away,

어떻게 9천3백만 마일이나 떨어져 있는 태양이

[that] somehow it affects the motion of the Earth?

지구의 움직임에 영향을 미치는지,

How does the Sun reach out across empty inert space and exert influence?

어떻게 태양의 영향력이 저 적막한 우주 공간을 지나 이 곳에 닿을 수 있는지,

And that is a task to which Einstein set himself --

아인슈타인은 그것을 알고자 했습니다.

to figure out how gravity works.

즉, 중력의 동작 원리 말입니다.

And let me show you what it is that he found.

그럼 그가 알아낸 것은 무엇이었을까요?

So Einstein found

아인슈타인이 발견한 것은

that the medium that transmits gravity is space itself.

중력을 전달하는 매개체는 공간 그 자체라는 사실입니다.

The idea goes like this:

자세히 설명해보죠.

imagine space is a substrate of all there is.

공간을 만물이 존재하는 기반이라고 생각하세요.

Einstein said space is nice and flat, if there's no matter present.

어떠한 사물도 존재하지 않는 우주는 고요하고 평탄하죠.

But if there is matter in the environment, such as the Sun,

하지만 태양과 같은 사물이 그 위에 놓여지면

it causes the fabric of space to warp, to curve.

그 공간은 뒤틀리고 휘어져 버립니다.

And that communicates the force of gravity.

이 뒤틀림 현상이 바로 중력을 전달하는 매개체입니다.

Even the Earth warps space around it.

마찬가지로 지구도 그 주위의 공간를 뒤틀어 버립니다.

Now look at the Moon.

달의 움직임을 보세요.

The Moon is kept in orbit, according to these ideas,

달의 공전은 지구가 주위 공간을 뒤틀어서 만들어낸

because it rolls along a valley in the curved environment

둥그런 골짜기 궤적을 따르는 것입니다.

that the Sun and the Moon and the Earth can all create by virtue of their presence.

이러한 골짜기는 태양, 달, 지구 등이 공간에 존재함으로써 만들어진 것이죠.

We go to a full-frame view of this.

더 큰 관점에서 보면

The Earth itself is kept in orbit

지구 또한 궤도를 따라 태양을 공전합니다.

because it rolls along a valley in the environment that's curved

바로 태양이 그 곳에 존재함으로써 만들어낸

because of the Sun's presence.

둥그런 골짜기를 따라서 말이지요.

That is this new idea about how gravity actually works.

이것이 중력의 동작원리를 설명할 수 있는 새로운 아이디어입니다.

Now, this idea was tested in 1919 through astronomical observations.

이 아이디어는 1919년의 우주관측 자료를 바탕으로

It really works. It describes the data.

성공적으로 검증되고

And this gained Einstein prominence around the world.

아인슈타인은 그에 따른 명성을 얻게 되죠.

And that is what got Kaluza thinking.

다음에 칼루자가 그 뒤를 잇게 됩니다.

He, like Einstein, was in search of what we call a unified theory.

그는 아인슈타인이 그랬듯 하나의 "통합이론"을 찾고자 했습니다.

That's one theory

일련의 아이디어나 원리 또는 하나의 대표 방정식을 통해

that might be able to describe all of nature's forces from one set of ideas,

모든 자연의 힘을 기술할 수 있는

one set of principles, one master equation, if you will.

바로 그 하나의 이론을 말이죠.¥

So Kaluza said to himself,

칼루자는 이렇게 생각습니다.

Einstein has been able to describe gravity

공간이 뒤틀리고 휘어진다는 관점에서

in terms of warps and curves in space --

아인슈타인이 중력을 설명할 수 있었다면

in fact, space and time, to be more precise.

실은 좀더 정확하게 말하면, 시공간을 설명할 수 있었다면,

Maybe I can play the same game with the other known force,

나는 다른 자연의 힘을 비슷한 방식으로 설명할 수 있을지도 모른다고.

which was, at that time, known as the electromagnetic force --

바로 전자기력을 말이지요.

we know of others today, but at that time

물론 현대의 우리는 또 다른 종류의 자연의 힘들이 있다는 것을 알고 있지만

that was the only other one people were thinking about.

그 시절의 사람들에게는 전자기력이 유일하게 알려진 다른 힘이었죠.

You know, the force responsible for electricity

아시다시피, 전자기력이란

and magnetic attraction and so forth.

전기와 자기적 인력과 척력 등을 포괄하는 힘입니다.

So Kaluza says, maybe I can play the same game

칼루자는 뒤틀림과 휨 현상을 이용해서

and describe electromagnetic force in terms of warps and curves.

전자기력을 설명하고자 했습니다.

That raised a question: warps and curves in what?

여기서 중요한 질문은 무엇이 뒤틀리고 휘는 것인지인데요.

Einstein had already used up space and time,

하지만 아인슈타인이 중력을 설명할 때

warps and curves, to describe gravity.

시공간의 뒤틀림을 거론했고

There didn't seem to be anything else to warp or curve.

그 밖에 다른 뒤틀릴 매개체가 없어 보였습니다.

So Kaluza said, well, maybe there are more dimensions of space.

그래서 칼루자는 공간에 또 다른 차원이 존재할 가능성을 생각해냈죠.

He said, if I want to describe one more force,

어떤 또 다른 힘을 설명하려면

maybe I need one more dimension.

아마도 차원을 하나 더 추가해야 할 것이라면서요.

So he imagined that the world had four dimensions of space, not three,

그래서 그는 3차원이 아닌 4차원 공간을 상상해냈습니다.

and imagined that electromagnetism was warps and curves

바로 이 4번째 차원의 뒤틀리고 휘는 현상을 이용해서

in that fourth dimension. Now here's the thing:

전자기력을 설명하고자 한 것이죠.

when he wrote down the equations describing warps and curves

4차원 공간에서의 뒤틀리고 휘는 현상을

in a universe with four space dimensions, not three,

수학공식으로 표현하려고 하는 과정에서

he found the old equations that Einstein had already derived in three dimensions --

그는 아인슈타인이 중력을 설명하기 위해 이미 기술했던

those were for gravity --

오래된 공식들을 재발견하고

but he found one more equation because of the one more dimension.

4번째 추가 차원에서 나온 다른 하나의 공식 또한 유도하게 됩니다.

And when he looked at that equation,

그런데 자세히 살펴보니

it was none other than the equation

이 추가 공식은 다름아닌

that scientists had long known to describe the electromagnetic force.

과학자들이 오랜동안 사용해 온 전자기력 공식과 같은 내용이었습니다.

Amazing -- it just popped out.

예상치 못한 놀라운 결과였죠.

He was so excited by this realization

그에게 매우 흥분되는 순간이었습니다.

that he ran around his house screaming, "Victory!" --

온 집안을 뛰어 다니면서 "해냈다!"고 외쳤죠.

that he had found the unified theory.

이렇게 해서 칼루자는 통합이론을 발견하게 됩니다.

Now clearly, Kaluza was a man who took theory very seriously.

칼루자는 아주 철저한 이론가였죠.

He, in fact --

일화가 하나 있는데

there is a story that when he wanted to learn how to swim,

그는 수영을 배울 때에

he read a book, a treatise on swimming --

수영에 관한 논문만을 읽고 난 후

(Laughter)

(웃음)

-- then dove into the ocean.

바로 바다에 뛰어 들었다더군요.

This is a man who would risk his life on theory.

이론에 목숨을 맡긴 셈이죠.

Now, but for those of us who are a little bit more practically minded,

하지만 우리 같은 좀 더 실용적인 사람들은

two questions immediately arise from his observation.

그가 발견한 사실에 대해 다음과 같은 두 가지 질문을 하게 되지요.

Number one: if there are more dimensions in space, where are they?

첫째, 공간에 추가 차원이 존재한다면 어디에 있는 것일까?

We don't seem to see them.

한 번도 경험한 적이 없는 것 같은데 말이지요.

And number two: does this theory really work in detail,

둘째, 이 이론을 우리 주위의 세상에 적용하려 할때

when you try to apply it to the world around us?

이 이론이 정말 아주 세밀하게 작용할 것인가?

Now, the first question was answered in 1926

1926년 오스카 클레인(Oskar Klein)이

by a fellow named Oskar Klein.

첫번째 질문에 대한 답을 제시합니다.

He suggested that dimensions might come in two varieties --

그는 차원을 두 가지 형태로 나눕니다.

there might be big, easy-to-see dimensions,

크고 잘 보이는 차원이 있는가 하면,

but there might also be tiny, curled-up dimensions,

아주 작게 말려있는 차원이 있다고 말이지요.

curled up so small, even though they're all around us,

아주 작게 말려있어서 우리 주위에 존재함에도

that we don't see them.

잘 보이질 않는다고 합니다.

Let me show you that one visually.

앞의 화면을 봐주세요.

So, imagine you're looking at something

맨하탄의 교통 신호등을 지탱하고 있는

like a cable supporting a traffic light.

줄이 보이지요?

It's in Manhattan. You're in Central Park -- it's kind of irrelevant --

뜬금 없긴 합니다만, 여러분은 센트럴 파크(미국 New York 시에 있는 대공원)에서 그걸 건너다 보고 있다고 합시다.

but the cable looks one-dimensional from a distant viewpoint,

그렇게 멀리서 보면 그 줄은 1차원적으로 보이겠죠.

but you and I all know that it does have some thickness.

아시다시피 실제로는 두께가 있는 사물이지만요.

It's very hard to see it, though, from far away.

하지만 그 정도 거리에선 그 두께가 거의 보이지 않겠죠.

But if we zoom in and take the perspective of, say,

자, 그럼 한 번 가까이 들여다봅시다.

a little ant walking around --

그 줄 위를 걸어다는 개미 한 마리의 시점에서.

little ants are so small that they can access all of the dimensions --

이 개미는 너무나 작아서 모든 차원에 접근할 수 있습니다.

the long dimension,

줄을 따라선 긴 방향,

but also this clockwise, counter-clockwise direction.

그리고 시계 방향, 반시계 방향으로 걷기도 하겠죠.

And I hope you appreciate this.

여러분들이 이 장면에 대해서 고마워 해주셨으면 합니다.

It took so long to get these ants to do this.

개미가 움직이는 이 모습을 찍는데 아주 오랜 시간이 걸렸거든요.

(Laughter)

(웃음)

But this illustrates the fact that dimensions can be of two sorts:

이로써 차원에는 두 종류

big and small. And the idea that maybe the big dimensions around us

즉, 큰 것과 작은 것이 있다는 사실을 알 수 있습니다.

are the ones that we can easily see,

큰 차원은 우리가 쉽게 인지할 수 있지만

but there might be additional dimensions curled up,

신호등 줄의 둘레와 같이

sort of like the circular part of that cable,

말려 있는 추가 차원은

so small that they have so far remained invisible.

너무도 작아서 아직까지 본 적이 없었던 거죠.

Let me show you what that would look like.

하지만 지금 화면으로 보려드리겠습니다.

So, if we take a look, say, at space itself --

이게 바로 공간인데요.

I can only show, of course, two dimensions on a screen.

화면 상으로는 2차원 밖에 보여드릴 수 없네요.

Some of you guys will fix that one day,

물론 앞으로 더 좋은 것이 개발되겠지요.

but anything that's not flat on a screen is a new dimension,

아무튼 화면상에 평평하게 보이지 않는 것이 바로 새로운 차원입니다.

goes smaller, smaller, smaller,

여기서 좀 더 확대시켜볼까요?

and way down in the microscopic depths of space itself,

현미경으로 보는 것처럼 말이지요.

this is the idea,

자, 이제 보이네요.

you could have additional curled up dimensions --

저게 바로 말려있는 추가 차원들입니다.

here is a little shape of a circle -- so small that we don't see them.

작은 고리처럼 생긴 저건 너무 작아서 우리에겐 보이지도 않죠.

But if you were a little ultra microscopic ant walking around,

여러분이 저기를 걸어다니는 아주 작은 개미라고 생각해보세요.

you could walk in the big dimensions that we all know about --

우리가 익히 알고 있는 큰 차원들을 걸어다닐 수도 있고

that's like the grid part --

격자 부분 말이죠.

but you could also access the tiny curled-up dimension

말려 있는 작은 차원 위도 걸을 수 있겠죠.

that's so small that we can't see it with the naked eye

실제로 이러한 차원은 너무 작아서 육안으로는 물론

or even with any of our most refined equipment.

아주 좋은 측정 장비를 가지고서도 볼 수 없습니다.

But deeply tucked into the fabric of space itself,

그러나 공간 구조 그 자체에 아주 깊게 들어가보면,

the idea is there could be more dimensions, as we see there.

보시는 바와 같이 거기에는 더 많은 차원들이 있다는 생각이죠.

Now that's an explanation

우주에도 실제로는 보이는 것보다

about how the universe could have more dimensions than the ones that we see.

더 많은 차원이 존재합니다.

But what about the second question that I asked:

자, 이제 저의 두번째 질문인

does the theory actually work

이론이 실제 세상에

when you try to apply it to the real world?

잘 적용되는가에 대해 생각해봅시다.

Well, it turns out that Einstein and Kaluza and many others

아인슈타인과 칼루자를 비롯한 많은 학자들이

worked on trying to refine this framework

이 이론의 기반을 다듬었고

and apply it to the physics of the universe

그 당시까지 알려진 우주의 물리적 현상에 적용해 보았지만,

as was understood at the time, and, in detail, it didn't work.

아주 세밀하게 적용되지는 않았습니다

In detail, for instance,

구체적으로 한 예를 들면,

they couldn't get the mass of the electron

이 이론으로는 전자의 질량을

to work out correctly in this theory.

정확히 계산할 수 없었죠.

So many people worked on it, but by the '40s, certainly by the '50s,

그래서 많은 사람이 이 이론을 40-50년대 까지 연구했음에도 불구하고

this strange but very compelling idea

물리 법칙을 통합하기 위한 이 이상하고 흥미로운 아이디어는

of how to unify the laws of physics had gone away.

역사속으로 사라졌습니다.

Until something wonderful happened in our age.

우리 세대의 어떤 훌륭한 것이 일어나기 전까지는 말이죠.

In our era, a new approach to unify the laws of physics

우리 시대에는 저를 포함한 물리학자들

is being pursued by physicists such as myself,

그리고 전 세계 많은 사람들이

many others around the world,

물리법칙들을 통합하기 위한 새로운 시도를 했습니다.

it's called superstring theory, as you were indicating.

우리는 이것을 가리켜 초끈이론이라 부르는데요.

And the wonderful thing is that superstring theory

놀라운 사실은 이 초끈 이론은

has nothing to do at first sight with this idea of extra dimensions,

처음에는 추가 차원 아이디어와는 전혀 상관없어 보였으나

but when we study superstring theory,

계속되는 연구 결과 이 이론이

we find that it resurrects the idea in a sparkling, new form.

추가 차원 아이디어를 새로운 형태로 재해석하게 되었습니다.

So, let me just tell you how that goes.

이제 이것이 어떻게 해서 그렇게 된것인지 여러분들에게 알려드리겠습니다.

Superstring theory -- what is it?

초끈 이론이란 무었일까요?

Well, it's a theory that tries to answer the question:

초끈 이론이란 우리 주위 세상의 만물을 구성하는

what are the basic, fundamental, indivisible, uncuttable constituents

더 이상 쪼개지지 않는 기본적인 구성물이

making up everything in the world around us?

무엇인지를 설명는 이론입니다.

The idea is like this.

예를 들면,

So, imagine we look at a familiar object, just a candle in a holder,

익숙한 사물인 촛대와 그 위의 초를 상상해 보세요.

and imagine that we want to figure out what it is made of.

이 초의 구성물을 알아보려면 어떻게 해야 할까요?

So we go on a journey deep inside the object and examine the constituents.

이 물체를 자세히 들여다 봐서 그 구성물을 분석해야겠죠.

So deep inside -- we all know, you go sufficiently far down, you have atoms.

아시다시피, 아주 충분히 아래쪽으로 내려가면 원자가 있겠죠.

We also all know that atoms are not the end of the story.

그리고 이 원자 또한 더 잘게 쪼갤 수 있습니다.

They have little electrons that swarm around a central nucleus

원자는 다시 중성자들과 양자들로 구성된 원자핵과

with neutrons and protons.

그 주위를 둘러싼 작은 전자들로 구성되죠.

Even the neutrons and protons have smaller particles inside of them known as quarks.

그리고 중성자와 양자조차 쿼크라 불리우는 더 작은 입자로 구성됩니다.

That is where conventional ideas stop.

여기까지가 이미 밝혀진 바입니다.

Here is the new idea of string theory.

끈 이론은 여기서 더 나아갑니다.

Deep inside any of these particles, there is something else.

이러한 입자들 안에 더 작은 무언가가 존재한다는 것인데요.

This something else is this dancing filament of energy.

춤추는 에너지 실이 바로 그것입니다.

It looks like a vibrating string --

진동하는 줄처럼 보이기도 하죠.

that's where the idea, string theory comes from.

이 아이디어로 부터 끈 이론이 시작됩니다.

And just like the vibrating strings that you just saw in a cello

방금 보신 첼로의 줄이

can vibrate in different patterns,

다양한 모양으로 진동하는 것처럼

these can also vibrate in different patterns.

에너지 실도 다양한 모양으로 진동합니다.

They don't produce different musical notes.

첼로의 줄이 만드는 다양한 진동이 음악을 만든다면

Rather, they produce the different particles making up the world around us.

에너지 실이 만드는 다양한 진동은 우리의 세계를 구성하는 다양한 입자들을 만들죠.

So if these ideas are correct,

만약 이 아이디어가 맞다면

this is what the ultra-microscopic landscape of the universe looks like.

우주를 확대해서 관찰했을 때 모습이 바로 이렇겠죠.

It's built up of a huge number

다양한 주파수로 진동하는

of these little tiny filaments of vibrating energy,

미세한 에너지 실들이

vibrating in different frequencies.

무수히 많이 존재하는 모습으로 말이죠.

The different frequencies produce the different particles.

그리고 진동하는 주파수에 따라 입자의 종류가 결정됩니다.

The different particles are responsible

그렇게 만들어지는 다양한 종류의 입자들이

for all the richness in the world around us.

우리 주위의 세계를 구성하는 것이죠.

And there you see unification,

이게 바로 물리법칙의 통합입니다.

because matter particles, electrons and quarks,

이 아이디어에 따르면 전자와 쿼크 같은 입자성 물질과

radiation particles, photons, gravitons, are all built up from one entity.

포톤과 그래비톤과 같은 파동성 물질이 사실 하나의 실체로 부터 유래하니까요.

So matter and the forces of nature all are put together

곧 자연의 물질들과 힘들 모두가

under the rubric of vibrating strings.

진동하는 실로서 통합됩니다.

And that's what we mean by a unified theory.

이것이 바로 우리가 부르는 통합이론이지요.

Now here is the catch.

흥미로운 사실은,

When you study the mathematics of string theory,

끈 이론을 수학적으로 연구해 보면

you find that it doesn't work

3차원의 공간을 가정했을 때는

in a universe that just has three dimensions of space.

실제에 잘 적용되지 않고

It doesn't work in a universe with four dimensions of space, nor five, nor six.

차원을 4, 5, 6까지 확장해도 마찬가지지만

Finally, you can study the equations, and show that it works

10차원의 공간에다가

only in a universe that has 10 dimensions of space

추가로 1차원의 시간을 고려하면

and one dimension of time.

마침내 제대로 적용된다는 점입니다.

It leads us right back to this idea of Kaluza and Klein --

이 점이 바로 우리의 세계는 보이는 것보다

that our world, when appropriately described,

실제로는 더 많은 차원이 존재한다는

has more dimensions than the ones that we see.

칼루자와 클레인의 아이디어로 연결되죠.

Now you might think about that and say, well,

이렇게도 한 번 생각해봅시다.

OK, you know, if you have extra dimensions, and they're really tightly curled up,

꽉 말려있는 추가 차원들이 너무나 작아서

yeah, perhaps we won't see them, if they're small enough.

우리 눈에는 보이지 않는 것처럼

But if there's a little tiny civilization of green people walking around down there,

그 작은 차원들을 지나다니는 작은 녹색 인류도

and you make them small enough, and we won't see them either. That is true.

마찬가지로 우리 눈에는 보이지 않는다고요.

One of the other predictions of string theory --

끈 이론으로 이러한 녹색 인류도 발견할 수 있을까요?

no, that's not one of the other predictions of string theory.

아마 그렇진 않을 겁니다.

(Laughter)

(웃음)

But it raises the question:

하지만 이런 질문은 가능하죠.

are we just trying to hide away these extra dimensions,

추가차원이란 단지 숨겨져 있는 무언가일 뿐인가,

or do they tell us something about the world?

아니면 만물의 구성 원리에 대한 해답을 주는가?

In the remaining time, I'd like to tell you two features of them.

이제 부터 이 질문에 대해서 두 가지에 초점을 맞춰서 이야기해 보겠습니다.

First is, many of us believe that these extra dimensions

첫째, 많은 사람들은 이 추가 차원이

hold the answer to what perhaps is the deepest question

이론물리학을 비롯한 이론과학의 심오한 질문에 대한

in theoretical physics, theoretical science.

해답을 제시할 수 있다고 생각합니다.

And that question is this: when we look around the world,

그럼 이런 질문을 할 수 있겠죠.

as scientists have done for the last hundred years,

과학자들이 지난 수백년 동안 세상을 관찰한 바에 따르면

there appear to be about 20 numbers that really describe our universe.

우주를 묘사하는 데는 약 20개의 숫자들이 있습니다.

These are numbers like the mass of the particles,

즉, 전자나 쿼크와 같은 입자들의 질량,

like electrons and quarks, the strength of gravity,

중력의 세기,

the strength of the electromagnetic force --

전자기력의 세기 등을 표현하는

a list of about 20 numbers

약 20여개의 숫자들은

that have been measured with incredible precision,

그 값를 아주 정밀하게 측정할 수는 있었지만

but nobody has an explanation

왜 이 숫자들이 특정한 값을 가지는 지는

for why the numbers have the particular values that they do.

누구도 설명할 수 없었습니다.

Now, does string theory offer an answer?

자, 그럼 끈 이론은 답을 제시할 수 있을까요?

Not yet.

아직까지는 아닙니다.

But we believe the answer for why those numbers have the values they do

하지만 왜 그 숫자들이 특정한 값을 가지는 지에 대한 해답이

may rely on the form of the extra dimensions.

추가 차원과 관련이 있을꺼라고 기대하는거죠.

And the wonderful thing is, if those numbers

흥미로운 사실은, 만약 그 숫자들이

had any other values than the known ones,

알려진 것과는 다른 값을 가진다면

the universe, as we know it, wouldn't exist.

우리가 알고 있는 우주는 존재하지 않을 것이라는 사실입니다.

This is a deep question.

다시보면 정말 심오한 질문인 것이죠.

Why are those numbers so finely tuned

왜 그 숫자들이 특정 값으로 조율되어서

to allow stars to shine and planets to form,

별이 빛나고 행성이 생성될 수 있는 것인지.

when we recognize that if you fiddle with those numbers --

만약 그 숫자들을 일부러 바꾸어보면

if I had 20 dials up here

즉, 여기 20개의 측량값이 있는데

and I let you come up and fiddle with those numbers,

그 숫자들의 값을 조금씩 흐트려보는거죠

almost any fiddling makes the universe disappear.

이런 숫자의 변조는 우주를 사라지게 만들 것입니다.

So can we explain those 20 numbers?

그럼 어떻게 이 값들이 조율되는 것일까요?

And string theory suggests that those 20 numbers

끈 이론은 그 20개의 숫자가

have to do with the extra dimensions.

추가 차원과 관련되어 있을거라고 봅니다.

Let me show you how.

어떻게 관련되어 있냐면,

So when we talk about the extra dimensions in string theory,

끈 이론에서의 추가차원이란

it's not one extra dimension,

칼루자와 클레인의 생각처럼

as in the older ideas of Kaluza and Klein.

단 하나가 아닙니다.

This is what string theory says about the extra dimensions.

끈 이론에서의 추가차원들은

They have a very rich, intertwined geometry.

그 형태가 서로 복잡하게 얽히고 설켜 있습니다.

This is an example of something known as a Calabi-Yau shape --

칼라비-야우 (Calabi-Yau) 도형처럼요.

name isn't all that important.

명칭 자체가 중요한 건 아닙니다만.

But, as you can see,

보시는 바와 같이,

the extra dimensions fold in on themselves

추가 차원들은 스스로를 향해 안으로 접혀있고

and intertwine in a very interesting shape, interesting structure.

아주 흥미로운 형태와 구조로 얽혀있습니다.

And the idea is that if this is what the extra dimensions look like,

추가 차원들이 이렇게 생겼다면,

then the microscopic landscape of our universe all around us

우리의 우주도 확대해서 들여다보면

would look like this on the tiniest of scales.

그러한 구조를 발견 할 수 있을겁니다.

When you swing your hand,

여러분이 손을 흔들면 그 손은

you'd be moving around these extra dimensions over and over again,

이러한 추가 차원들 주위를 계속해서 움직이는거죠.

but they're so small that we wouldn't know it.

물론 너무 작아서 보이지는 않지만요.

So what is the physical implication, though, relevant to those 20 numbers?

그렇다면 이 20개의 숫자은 어떤 물리적 의미가 있을까요?

Consider this. If you look at the instrument, a French horn,

프렌치 호른 (French horn) 같은 악기를 생각해보세요.

notice that the vibrations of the airstreams

악기의 모양새에 따라

are affected by the shape of the instrument.

기류의 진동 형태가 정해지겠죠.

Now in string theory,

끈 이론에서는,

all the numbers are reflections of the way strings can vibrate.

끈들이 진동하는 방식에 따라 이 숫자들이 정해집니다.

So just as those airstreams

악기의 모양새에 따라

are affected by the twists and turns in the instrument,

기류가 영향을 받는 것처럼,

strings themselves will be affected

끈들이 특정 모양를 땨라 진동하면

by the vibrational patterns in the geometry within which they are moving.

그 모양에 따라 끈들이 영향을 받습니다.

So let me bring some strings into the story.

이제 끈 들을 화면에 보여드리겠습니다.

And if you watch these little fellows vibrating around --

작은 끈들이 진동하는 걸 보시면,

they'll be there in a second -- right there,

금방 나올겁니다. 저기 보이네요.

notice that they way they vibrate is affected

추가 차원의 모양새가

by the geometry of the extra dimensions.

끈들이 진동하는 방식을 결정합니다.

So, if we knew exactly what the extra dimensions look like --

만약 추가 차원의 모양새를 정확히 알 수 있다면,

we don't yet, but if we did --

물론 현재 우리의 지식으로는 아직 모르긴 합니다만,

we should be able to calculate the allowed notes,

끈의 진동 주파수와

the allowed vibrational patterns.

진동 형태를 계산해 낼 수 있습니다.

And if we could calculate the allowed vibrational patterns,

또한 진동 형태를 안다면,

we should be able to calculate those 20 numbers.

그 20개의 숫자들의 값도 계산해 낼 수 있는거죠.

And if the answer that we get from our calculations

이 계산값들이

agrees with the values of those numbers

정밀한 측정을 통해

that have been determined

알아낸 측량값과

through detailed and precise experimentation,

정확히 일치한다면,

this in many ways would be the first fundamental explanation

끈 이론은 우주의 구성 원리를 설명할 수 있는

for why the structure of the universe is the way it is.

첫번째 이론이 되는 것입니다.

Now, the second issue that I want to finish up with is:

자, 이제 두 번째 사안에 대해 이야기하면서 마무리짓죠.

how might we test for these extra dimensions more directly?

이 추가 차원들을 좀 더 직접적으로 확인할 수는 없을까요?

Is this just an interesting mathematical structure

이 이론이 단지 지금까지는 할 수 없었던

that might be able to explain

우주의 구성 원리를 설명해내는

some previously unexplained features of the world,

흥미로운 수학적 방법일까,

or can we actually test for these extra dimensions?

아니면 추가 차원이란 것을 실제로 확인할 수 있을까요?

And we think -- and this is, I think, very exciting --

매우 흥미롭게도 학자들은 추가 차원의 존재를

that in the next five years or so we may be able to test

실질적으로 확인하는 것이

for the existence of these extra dimensions.

향후 5년 정도에 가능할 것이라고 생각합니다.

Here's how it goes. In CERN, Geneva, Switzerland,

스위스 제네바의 CERN(유럽 원자핵 공동 연구소)에서는

a machine is being built called the Large Hadron Collider.

대형 하드론 충돌형 가속기라고 불르우는 장비가 개발되었는데요.

It's a machine that will send particles around a tunnel,

이 장비는 입자들을 터널을 통해서

opposite directions, near the speed of light.

서로 반대 방향으로

Every so often those particles will be aimed at each other,

거의 빛의 속도로 가속시킨 후,

so there's a head-on collision.

서로 정면충돌 시킵니다.

The hope is that if the collision has enough energy,

만약 충분한 에너지를 가지고 충돌한다면,

it may eject some of the debris from the collision

충돌 시 잔해가 우리의 차원에서 또 다른 차원으로

from our dimensions, forcing it to enter into the other dimensions.

떨어져 나갈 것이라고 예상합니다.

How would we know it?

그걸 어떻게 확인할 수 있냐면,

Well, we'll measure the amount of energy after the collision,

충돌 전과 후의 에너지 량을

compare it to the amount of energy before,

서로 비교하는 겁니다.

and if there's less energy after the collision than before,

충돌 후 에너지량이 감소했다면,

this will be evidence that the energy has drifted away.

총 에너지 중 일부가 어디론가 날라가 버렸다는 증거입니다.

And if it drifts away in the right pattern that we can calculate,

만약 우리가 계산한 모양대로 떨어져 나간다면,

this will be evidence that the extra dimensions are there.

이게 바로 추가 차원이 존재한다는 증거이죠.

Let me show you that idea visually.

화면을 통해서 보여드리겠습니다.

So, imagine we have a certain kind of particle called a graviton --

그래비톤이라고 불리우는 입자가 있는데요.

that's the kind of debris we expect to be ejected out,

추가 차원이 실재한다면,

if the extra dimensions are real.

바로 이 입자가 파편으로서 떨어져 나올거라고 기대합니다.

But here's how the experiment will go.

실험 방법은,

You take these particles. You slam them together.

이 입자들을 서로 세게 맞부딪쳐서

You slam them together, and if we are right,

우리의 생각대로

some of the energy of that collision

충돌 에너지의 일부가 파편으로서

will go into debris that flies off into these extra dimensions.

다른 추가 차원으로 떨어져 나가는지를 보는 겁니다.

So this is the kind of experiment

이게 향후 5-10년 정도에

that we'll be looking at in the next five, seven to 10 years or so.

우리가 하게 될 실험입니다.

And if this experiment bears fruit,

만약 이 실험이 의미 있는 성과를 거둔다면,

if we see that kind of particle ejected

또한 충돌 후 에니지량이

by noticing that there's less energy in our dimensions

충돌 전보다 감소함으로써

than when we began,

파편이 떨어져 나가는 것을 볼 수 있다면,

this will show that the extra dimensions are real.

추가 차원이 실재한다는 것을 증명할 수 있겠죠.

And to me this is a really remarkable story,

이건 정말 굉장한 내용이자 기회이죠.

and a remarkable opportunity. Going back to Newton with absolute space --

되돌아 가보면, 뉴턴은 절대공간이라는

didn't provide anything but an arena, a stage

우주의 움직임이 이루어지는

in which the events of the universe take place.

공간을 제시하는데 머물렀고,

Einstein comes along and says,

그 후, 아인슈타인은 시공간의 뒤틀림 현상이

well, space and time can warp and curve -- that's what gravity is.

바로 곧 중력이라고 설명했습니다.

And now string theory comes along and says,

오늘날 끈 이론은

yes, gravity, quantum mechanics, electromagnetism,

중력, 양자력 그리고 전자기력을

all together in one package,

추가 차원 이론을 통해서

but only if the universe has more dimensions than the ones that we see.

한꺼번에 모두 통합해서 설명합니다.

And this is an experiment that may test for them in our lifetime.

이 사실을 곧 실험을 통해 증명할 것이고요.

Amazing possibility.

정말 기막힌 기회가 될 것입니다.

Thank you very much.

정말 감사합니다.

(Applause)

(박수)