아인슈타인 100년 주장 입증되나…"자연법칙에 임의의 숫자 없다"

자연의 근본 법칙에는 외부에서 임의로 정해지는 숫자가 없다는 알베르트 아인슈타인의 100년 전 주장을 뒷받침하는 연구 결과가 나왔다.

일본 규슈대, 유럽입자물리연구소(CERN) 등이 참여한 국제 공동 연구팀은 양자 중력 이론의 연속적인 매개변수가 이론 외부가 아닌 내부 연산자에서 비롯될 수 있음을 보였다고 16일(현지시간) 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스'에 게재됐다.

아인슈타인은 자연의 물리 법칙을 설명하는 방정식에 이론 바깥에서 가져온 임의의 상수가 포함되어서는 안 된다고 주장했다. 모든 상수는 이론 내 물리적 과정에서 자연스럽게 발생해야 한다는 의미다.

이 아이디어는 중력과 양자역학을 통합하려는 양자 중력 이론 연구에서 특히 중요하게 여겨져 왔다.

연구팀은 이 문제를 풀기 위해 '등각장론'(CFT)이라는 물리 이론을 활용했다. 연구팀은 서로 다른 두 이론 사이에 '등각 경계면'이라는 가상의 경계가 존재한다고 가정했다.

이후 이 경계면을 미세하게 변화시켰을 때의 반응을 분석해, 이론의 매개변수 변화를 만들어내는 특정 연산자를 구성하는 데 성공했다. 이는 그동안 외부에서 자유롭게 조절하는 값으로 보였던 매개변수가 사실 이론 내부에 이미 존재하고 있었음을 시사한다.

연구에 참여한 구스키 유야 규슈대 부교수는 "우리 연구는 이론의 연속적인 변화가 이론 내부의 국소적인 연산자에 의해 생성될 수 있음을 보여준다"고 설명했다. 이어 "양자 중력에는 외부에서 선택된 매개변수가 없다는 예측을 뒷받침하는 결과"라고 강조했다.

다만 연구팀은 이번 발견이 현재로서는 2차원 등각장론에만 적용된다며, 향후 더 일반적인 경우에도 같은 개념이 적용되는지 연구를 이어갈 계획이라고 덧붙였다.