'발상의 전환'..UNIST·울산대 연구진 '공정분배' 물리학으로 풀었다

케이크 나누는 물리학자와 경제학자, 어린이. /유니스트(UINIST·울산과학기술원)

사이언스조선

경제학으로도 풀기 힘든 합리적 ‘공정분배’를 물리학으로 해결할 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 한정된 자원을 각자 다른 상황에 놓인 이해당사자들에게 공정하게 분배하는 것은 ‘난제 중의 난제’로 꼽혀왔다.

유니스트(UNIST·울산과학기술원)는 김채운·김재업·김철민 물리학과 교수팀과 박지원 울산대 경제학과 박사가 ‘물리학 원리에 착안한 공정분배원칙’을 고안했다고 10일 밝혔다.

김채운 유니스트(UINIST·울산과학기술원) 물리학과 교수(왼쪽부터), 박지원 울산대 경제학과 박사, 김재업 유니스트 물리학과 교수. /유니스트(UINIST·울산과학기술원)

연구팀은 이번에 고안한 원칙을 통계물리학의 볼츠만 분포를 기반으로 한 만큼 ‘볼츠만 공정분배원칙’이라고 명명했다.

볼츠만 분포는 온도가 다른 두 물체가 시간이 지난 뒤 양방향으로 이동하는 열의 양이 같아져 열이 이동하지 않는 ‘열적 평형상태’에 있을 때, 해당 물체들이 속한 원자나 분자가 가장 높은 확률로 존재하는 자연스러운 에너지 상태 분포를 의미한다.

연구진은 “일정한 온도로 맞춰진 방안에 존재하는 공기 분자의 속력 분포도 볼츠만 분포에 기반하고 있다”라며 “볼츠만 분포가 내포하는 ‘자연스러운 분배’의 개념을 경제학에 도입하면 공정분배원칙의 기반이 될 수 있다”라고 설명했다.

연구진은 물리학적 개념인 입자, 에너지 상태, 에너지 값을 각각 경제학적 개념인 한정된 자원, 참여자, 참여자의 자원 생산에 대한 기여도로 대체했다. 박지원 박사는 “참여자의 기여도나 취향 같은 현실적인 요인들을 반영해 자원을 배분하는 볼츠만 공정분배원칙은 ‘사회적 온도’의 개념을 내포하는 상수(β값)에 의해 분포의 퍼짐 정도가 결정된다”며 “이 상숫값은 ‘최대 다수의 최대 행복’이라는 공리주의 철학과도 결합해 최적화될 수 있다”고 설명했다.

김채운 교수는 “볼츠만 공정분배원칙에 내포된 ‘사회적 온도’의 값이 크면 참여자에게 폭넓게 자원이 배분되는 따뜻한 공동체가, 반대라면 소수의 참여자가 자원을 독식하는 냉혹하고 차가운 사회가 된다”라며, “우리 사회가 보다 따뜻한 공동체로 나아가기 위한 정책 수립 등에 기준점이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

김철민 울산과학기술원(UINIST) 물리학과 교수. /울산과학기술원(UINIST)

이번 연구에서 고안된 볼츠만 공정분배원칙은 각기 다른 상황에 처한 다수의 참여자에게 한정된 자원을 배분해야 하는 다양한 복잡한 문제에 적용할 수 있도록 일반화돼 고안됐다. 연구팀은 자본주의 체제에 주요한 문제점인 ‘극단적인 부의 양극화 현상’을 완화하거나 국제적인 협력이 필요한 ‘기후변화 문제 대응 분담’ 해결에도 시사점을 줄 것으로 기대하고 있다.

김채운 교수는 “한정된 자원의 분배 상황에서 서로 다른 상황에 놓인 이해당사자 모두를 만족시키는 건 현실적으로 불가능한 일”이라며 “참여자의 주관적 ‘만족’을 기준으로 삼는다면 합리적인 ‘분배의 원칙’이 나오기 어렵지만, 관점을 바꾸어 ‘자원의 자연스러운 분포’가 공정의 기준이 된다면 이야기가 달라진다”고 했다.

한편 이번 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 발표됐다.

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