How big is 끈?

끈 이론에서 끈은 자연을 이루는 기본 구성 요소로 제안된, 길이는 있지만 너비는 없는 아주 작은 실이다. 끈은 가설 속 존재이며 어떤 실험에서도 검출된 적이 없으므로, 위에 표시된 9.3 × 10⁻³⁶미터는 측정값이 아니다. 이 수는 9.3을 1 뒤에 0이 36개 붙은 수로 나눈 값이다. 끈 이론 자체는 끈의 길이가 정확히 얼마인지 말해 주지 않는다.

크기

끈 이론은 물질의 가장 작은 조각이 점이 아니라 끈으로 된 아주 작은 고리라고 제안한다. 끈의 크기는 끈 길이라는 양에 따라 정해진다. 이론은 이 값을 열어 둔다. 이 값은 끈이 서로 얼마나 강하게 상호작용하는지, 이론이 요구하는 여분 차원의 크기가 얼마인지 같은 다른 미지의 값에 달려 있다.

물리학자들은 보통 끈 길이를 플랑크 길이보다 아주 크지는 않은 값으로 가정한다. 플랑크 길이는 1.6 × 10⁻³⁵미터이며, 중력의 양자 효과가 중요해질 것으로 예상되는 규모이다. 물리학자들이 가장 잘 이해하는 이론 버전에서는 끈이 플랑크 길이보다 길다. 위에 표시된 값은 플랑크 길이의 절반을 조금 넘는다.

끈 이론에서 끈 길이는 대략 가장 짧은 거리의 구실도 한다. 끈은 자기보다 짧은 것을 탐색할 수 없는데, 그 규모에서는 끈 자체가 흐릿하기 때문이다.

크기 비교

길이가 플랑크 길이인 끈 약 1억 조(10²⁰)개를 끝과 끝을 맞대어 한 줄로 늘어놓으면, 지름이 약 1.7펨토미터인 양성자를 가로지르는 길이에 이른다. 1펨토미터는 10⁻¹⁵미터이며, 플랑크 길이는 이 사이트에서 한 단계 더 큰 대상이다.
길이가 플랑크 길이인 끈을 사람 머리카락의 굵기(약 0.1밀리미터)로 확대한다면, 양성자는 지름이 약 1광년일 것이다. 광년은 빛이 1년 동안 이동하는 거리이다.
HERA 입자 충돌기 실험에서 쿼크의 지름은 8.6 × 10⁻¹⁹미터보다 작다는 사실이 확인되었다. 이 한계는 여전히 플랑크 길이의 약 5만 조(5 × 10¹⁶)배이다.

끈이 설명하려는 것

끈 이론에서는 모든 종류의 입자가 각자 고유한 방식으로, 고유한 진동수로 진동하는 끈이다. 이 이론은 양성자 같은 입자들이 어떻게 상호작용하는지를 설명하려는 시도로 시작되었다. 이후 모든 입자와 힘을 하나의 이론으로 설명하려는 시도로 발전했다.

끈 이론에서 중력은 선택 사항이 아니다. 이론이 중력을 요구한다. 많은 물리학자가 끈 이론을, 중력과 양자역학을 하나로 묶을 수 있는 양자 중력 이론의 후보로 연구한다. 또 이 이론은 관측된 3차원 외에 공간의 여분 차원 6개 또는 7개를 요구한다.

끈을 아직 시험하지 못한 이유

끈 이론은 추측의 성격이 강하다. 이 이론이 실제 세계를 설명한다는 실험적 증거는 없으며, 실험으로 확인할 수 있는 하나의 명확한 예측도 아직 내놓지 못한다. 1980년경에 발전한 그림에서는 여분 차원이 대략 플랑크 규모로 말려 있어, 가까운 장래에 시험하기에는 너무 작다.

일부 버전에서는 끈이 대형 강입자 충돌기로 닿을 수 있는 범위에 있다고 본다. 이 충돌기는 세계에서 가장 크고 강력한 입자 가속기이다. 충돌기는 진동하는 끈에 해당할 무거운 입자를 찾아 왔다. 입자 데이터 그룹의 2025년 검토 시점까지, 질량이 양성자 질량의 약 8,400배보다 가벼운 그런 입자는 배제되었다.