1. 개요
테오도어 프란츠 에두아르트 칼루차(Theodor Franz Eduard Kaluza,1885년 11월 9일 - 1954년 1월 19일)2. 생애
독일 제국 오펠른[1]출생이며 쾨니히스베르크 대학교에서 공부했다.그는 어느 날 먼 훗날 과학사에 일대 혁명을 불러일으킬 획기적인 발상을 했는데, 우리가 살고 있는 시공간이 5차원이며 이 5차원 공간의 측지선을 따라서 물체가 움직이는 것이며 5차원 공간에서의 움직임이 거시적으로는 물체가 중력과 전자기력을 받아 움직이는 것처럼 보인다는 것이다.
그러나 우리는 분명히 3차원의 공간과 1차원은 시간속에 살고 있으므로 남은 한 차원은 우리가 전혀 느끼지 못하는 차원일 수밖에 없다. 칼루자는 이 미지의 차원을 찾아 나섰다. 그는 남은 한 차원은 원처럼 휘어졌는데 그 원이 너무 작기 때문에[2] 우리가 느낄 수도 없고 또한 볼 수도 없는 것이라고 생각했다.
3. 거장의 인정을 받다
칼루자가 자신의 이론을 거의 완성했던 1919년만 해도 새 이론을 발표하기가 매우 어려웠기[3] 때문에 자신의 이론을 정리한 논문을 아인슈타인에게 보내서 그 논문이 학술지에 실릴 수 있도록 추천해줄 것을 부탁했다.논문을 받아본 아인슈타인은 자신의 이론을 확장한 칼루자의 이론에 금세 매료됐지만 그 자리에서 추천서를 작성하지는 않았다. 아인슈타인은 그로부터 2년 반 동안 계속된 편지 왕래를 통해 칼루자 논문의 일부 수정을 요구했다. 드디어 1921년 아인슈타인은 칼루자의 논문을 학계에 추천했다. 이로써 칼루자의 이론이 베를린아카데미학회지에 실리게 되었다.
이후 독립적으로 같은 이론을 발견하고 그의 주장을 구체화시킨 오스카 클라인 박사의 이름을 함께 따서 칼루자-클라인 이론으로 불리게 된다.
4. 어이없이 사장(死藏)되다
그런데 생각이 시대를 너무 앞서갔고[4], 자신의 이론 자체에도 결함이 있었는지라 말 그대로 씹혔다.대표적인 결함으로는 중력과 전자기력의 세기 차이를 설명하지 못한다는 점이 있다. 상대성이론을 5차원 시공간으로 확장한 결과, 맥스웰의 전자기 법칙이 자동으로 유도되었기 때문에 힘의 통합 자체에 대한 가능성을 보여준 것은 좋았으나, 이 이론으로 계산시 중력과 전자기력이 같은 세기를 가진다는 문제가 있었다. 그리고 전하를 가진 입자를 나타낼 때 특이점을 제거할 수 없음이 증명되면서 이론은 한동안 사장되었다.[5]
5. 늦게나마 재조명되다
그러나 이 이론은 훗날 재조명받는다. 1970년대 엇호프트와 펠트만에 의해 양자역학과 일반 상대성 이론이 충돌을 일으킨다는 사실이 밝혀지자 물리학계가 헬게이트가 열리며 새로운 이론의 필요성이 느껴지게 되었기 때문이다. 이때 등장하게 된 것이 바로 초끈 이론이다. 항목을 보아도 알겠지만, 초끈 이론에서의 중요한 이론 중 하나인 ''여분의 차원''이란 개념이 사장되었던 그의 이론에서 발굴되게 된 것이다.엘러건트 유니버스의 저자인 브라이언 그린은 그를 ''시대를 앞서간 물리학자''라고 극찬하였다.
[1] 2차 대전 이후 폴란드 오폴레[2] 10−33cm 정도라고 추정되고 있다.[3] 요즘 같으면 누구나 자기 논문을 전문학술지에 투고할 수 있다. 투고된 논문은 곧바로 학술지를 발행하는 학회의 편집위원에게 전달된다. 편집위원은 그 논문과 유사한 연구를 한 전문가에게 문의한 뒤 학술지에 게재할 것인가 여부를 결정한다. 그러나 1919년 당시에는 저명한 물리학자의 추천이 없으면 학술지에 발표할 수조차 없었다.[4] 당시 물리학계의 주류는 양자역학이었다. 실제로 아인슈타인도 상대성 이론이 아니라 양자역학 연구로 노벨상을 탄 것이다.[5] Halpern, Paul. "Klein, Einstein, and five-dimensional unification." Physics in Perspective 9.4 390(2007)