32세 물리학과 교수, 양자역학·상대성이론 통합할 이론 제시

UNIST 이석형, 통일된 수학 언어로 기술…세계적 물리학 저널 실려

UNIST 물리학과 이석형 교수 [UNIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

(울산=연합뉴스) 김근주 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 물리학과 이석형(32) 교수가 양자역학과 상대성이론을 통합할 새로운 이론을 정립해 세계적 저널에 게재했다고 22일 밝혔다.

현대 물리학의 두 축인 양자역학과 상대성이론은 공간과 시간을 대하는 관점에서는 좀처럼 합을 맞추지 못했다.

상대성이론이 공간과 시간을 '시공간'으로 묶어 다뤄온 반면, 양자역학은 공간에 대해서만 '양자상태'(Quantum State)를 정의하고 시간은 그저 흘러가는 변화의 '과정'(채널)으로 남겨두었기 때문이다.

이러한 차이는 양자역학과 상대성이론이 100년여간 한 지붕 두 가족의 어색한 동거를 이어온 배경이 됐는데, 이 오랜 불일치를 해결할 이론적 틀을 학부에서 물리학과 수학을 복수 전공하고 임용된 지 2년 이 채 안 된 젊은 연구자가 마련한 것이다.

이 교수는 '시간 위의 다자 양자상태'(multipartite quantum states over time)라는 새로운 수학적 개념을 제시했다.

'시간상에서 일어나는 양자역학적 동역학 전체'를 하나의 거대한 '양자상태'로 묶어 표현한 것이 핵심이다. 이를 통해 공간적으로 떨어진 계뿐 아니라 시간적으로 떨어진 계도 동일한 수학 구조에서 다룰 수 있게 했다.

이 교수는 "서로 다른 언어로 쓰여 왔던 공간상의 양자 '상태'와 시간상의 양자 '과정'을 하나의 통일된 수학 언어로 기술한 것"이라며 "양자정보과학과 양자계측, 나아가 양자중력과 같은 양자역학과 상대성이론을 통합하는 궁극적 통일이론 연구에도 새로운 도구가 되길 기대한다"고 말했다.

시간 양자 상태의 확장 방식 비교 개념도 [UNIST 제공. 재판매 및 DB 금지]

이 연구는 세계적 물리학 저널인 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters·PRL)'에 실렸다.

UNIST는 "네이처, 사이언스 저널에 실리면 뉴스에 나지만, PRL에 실리면 물리학 교과서가 바뀐다는 말이 있을 정도로 영향력 있는 저널"이라고 소개했다.

실제 1995년부터 2017년까지 노벨 물리학상 수상 업적의 약 28.5%가 이 저널에 게재된 논문을 토대로 한다는 분석도 있다. 단일 저널로는 네이처(4.7%)와 사이언스(5.6%)를 압도하는 수치다.

이번 연구는 정보통신기획평가원의 지원을 받아 이뤄졌으며, 중국 하이난대학교 수리통계학과 제임스 풀우드 교수가 교신저자로 참여했다.

canto@yna.co.kr

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