초대칭 이론
초대칭 이론을 통해 학자들은 여러 상호작용을 설명하려고 했으나, 이는 전자기약력의 통합시도보다 매우 난도가 높은 작업이었습니다. 모든 물리학을 통합하는 논리를 연구한 결과 초대칭 이론개념 즉, 대칭성, 전기와 자기, 전과 후 QED와 QCD 등의 성질이 설득력을 가지고 있었고 학자들은 여기에 집중하기 시작했습니다. 현재 표준 기본입자 모형은 한쪽만 감안한 비대칭적 모형입니다. 전자, 중성미자, 쿼크의 양자역학적 스핀은 반절인 반면, 광자와 글루온 같은 에너지 입자들은 온값인 1입니다. 1973년 초, 이들 입자들이 다른 스핀 값을 갖는 초짝입자가 있다는 가설이 나왔습니다. 입자들을 이처럼 늘려서 얻는 장점은 무엇일까요? 우선 수학적으로는 초짝입자들이 여러 방정식에서 뜻하지 않은 무한 값의 출현을 방지해 줍니다. 이런 무한 값들은 미세조정 해주어야 하기 때문입니다. 또한 초짝입자들 간의 상호작용 및 이의 시공의 특성과 밀접한 관계는 장차 일반 상대성이론과의 연관성을 밝히는 데 큰 도움이 될 전망입니다. 마침내 1975년, 초대칭을 제외하고 이 우주에서 발견되지 않은 다른 대칭이 있을 수 없음이 증명되었습니다. 초대칭이론으로도 암흑물질의 신비가 풀릴 수 있습니다. 초짝입자들은 다른 초짝입자들로만 변환될 수 있음이 분명한 것 같습니다. 그렇지 않다면 과학자들이 이들의 아주 오래된 붕괴 산물을 검출해 냈을 것입니다. 따라서 거의, 아니 완벽하게 안정적인 가장 작은 초대칭 입자가 적어도 하나는 있음이 틀림없습니다. 이의 이상적인 후보는 단연 암흑 물질입니다. 거대 질량을 지닌, 관찰되지 않는 입자이자 전 우주에 두루 존재하는 입자이기 때문입니다. 호킹은 양자이론과 중력이론 간의 흥미로운 연결고리를 발견했습니다. 그는 이어서 블랙홀 근처에서 양자 진공의 거동인 요동을 통해 실제 입자가 발생한다고 보고 그 방식을 연구했습니다.
카오스 이론
카오스 이론에 있는 단어인 카오스란 고대 그리스 어원으로 자연 그대로의 모양이라서 아직 더 다듬어 주어야 하는 현상을 뜻하였습니다. 현대의 과학에서는 다르게 쓰이는데, 기상학자 에드워드 노턴 로렌츠가 개발한 결정주의적 카오스 개념이 이를 잘 설명합니다. 로렌츠는 아마존 열대우림에서 살아가는 나비 이야기로 풀어냅니다. 나비의 날갯짓은 대기에 아주 작은 움직임을 일으킵니다. 이는 다시 약간 더 큰 공기질량과 상호작용합니다. 그리고 다시 그보다 더 큰 공기질량과 상호작용합니다. 이론으로는 이러한 방식으로 한 마리 작은 나비가 뉴욕 혹은 중국에 허리케인을 일으킬 수도 있습니다. 이러한 개렴을 나비효과라고 부릅니다. 사소한 유인이 커다란 결과를 창출합니다. 지난 10년 동안, 초기 설정의 미묘한 변화가 얼마나 상이한 결과를 낳는지를 보여주는 여러 계가 규명되었습니다. 날씨, 포켓당구, 눈사태, 맥박, 연달아 연결된 진자들이 그것입니다. 물리학자와 수학자들은 이러한 계들이 카오스 수학법칙을 바탕으로 거동하는 듯이 보인다는 이유로 비상한 관심을 보였습니다. 케플러의 행성운동법칙은 뉴턴의 역학법칙이 유도되는 토대가 되었습니다. 다만, 케플러와 뉴턴이 발견한 법칙은 오직 한 번에 한 계에만 적용된다는 점에서 흠이 있습니다. 태양과 한 행성, 한 행성과 한 위성, 이러한 계에서만 성립하지, 물체가 셋만 되어도 아무것도 풀지 못합니다. 이것으로 충분하지 않다면, 충분한 시간조건을 생각해 봅시다. 그렇다면 대부분의 궤도들은 사실상 안정적이지 않고 뚜렷이 혼돈상태에 있습니다. 하지만 태양의 질량이 어마어마하고 궤도 간 거리가 비교적 꽤 멀기 때문에 '충분한 시간' 조건이 우리 행성계만 하더라도 수조 년이 됩니다. 따라서 우리 행성계에서는 머지않은 미래에 행성들이 충돌할 가능성에 대해서는 걱정할 필요하 없습니다.
프랙탈
프랙털 또한 물리학의 중요한 개념입니다. 무질서계에서는 아무런 규칙이 없는 것처럼 생각됩니다. 그러나 그 역시 규칙을 바탕으로 움직인다는 것이 명백히 밝혀지고 있습니다. 이 것은 무질서에 있는 규칙이라 말할 수 있습니다. 물리학자들은 그래프 활용하기를 좋아합니다. 역학에서는 거리 대 시간 그래프를, 입자의 위치와 속도라든지 운동량을 수학적으로 연역추론하기 위해서는 위상공간 차트를 즐겨 씁니다. 바로 이 위상공간에서 결정주의적 무질서계의 활약이 두드러집니다. 위상공간 차트는 운동과정에 대해 복잡하고 체계적인 이미지를 제공합니다. 혼돈 입자들은 뒤틀린 경로를 따라 조화롭게 움직이지도 합니다. 이때 실제로 그 경로를 밟지 않고서도, 또는 특정 영역은 채우지만 다른 영역은 결코 닿지 않은 채로 움직이는 것입니다. 이를 수학적으로 분석한 결과 이러한 형태는 결코 선, 면적, 물체 같은 차원으로 분류할 수 없음이 입증되었습니다. 예컨대 무한 개의 작은 구멍이 있는 원은 무한히 작은 면적을 갖습니다. 이를 전체적으로 보면 선들이 어지럽게 쌓여있는 모습입니다. 이뿐이 아닙니다. 이러한 수학적 물체는 프랙털 차원을 갖고, 이 차원은 2.3이라든지 1과 3/7 같은 값으로 구해지기도 합니다. 무질서계의 전형적인 특색은 무한히 복잡한 프랙털 패턴을 형성하는 궤적 차트입니다. 프랙탈이나 프랙탈 물체는 자연에서도 찾아볼 수 있습니다. 예컨대 양치류의 잎이라든지 해바라기, 특히 다양한 로마네스크 양식에서도 볼 수 있습니다. 자신의 잎맥이나 줄기를 그대로 복제하며 자라고 또다시 더 작은 잎맥이나 줄기를 계속해서 복제하며 자랍니다. 또 다른 예는 영국 해안에서 볼 수 있습니다. 가까이 들여다볼수록 이들은 더욱 복작하게 연속적으로 뻗어있습니다. 각각의 모양을 확대해서 볼수록 그 안에 동일한 모양이 더 작게 끝없이 들어있습니다.