32세 물리학과 교수, ‘물리학 난제’ 양자역학·상대성이론 통합 실마리 찾았다

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울산과학기술원 이석형 물리학과 교수

“신은 주사위 놀이를 하지 않는다.”

상대성이론을 발표한 천재 물리학자 알베르트 아인슈타인은 양자역학의 불확정성 원리를 비판하며 이런 명언을 남겼다. 양자역학과 상대성 이론을 두고서는 후대의 많은 물리학자들이 접점을 찾기 위한 연구를 해왔음에도 간극이 좁혀지지 않았다. 상대성이론은 공간과 시간을 ‘시공간’으로 묶어 다루는 반면 양자역학은 양자를 공간과 시간에 따라 따로 정의한 까닭이었다. 그런데 최근 국내 연구진이 두 이론의 불일치를 해결할 새로운 이론적 틀을 마련했다.

울산과학기술원(UNIST)은 22일 이석형 물리학과 교수(32)가 임용된 지 2년 만에 공간과 시간에서 변하는 양자 상태를 기술하는 새로운 이론을 국제학술지 ‘피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters·PRL)’에 게재했다고 밝혔다. 기존에는 양자를 크게 공간과 시간에 따라 따로 판단했다. 같은 시간에 미국과 한국에서 벌어지는 일(공간적 상태)과 한국에서 어제, 오늘 일어난 일(시간적 상태)을 각각 따로 정의해온 셈이다.

이 교수가 제안한 ‘시간 위의 다자 양자상태’ 이론은 공간과 시간을 합쳐 동일한 수학 구조에서 양자 상태를 표현할 수 있게 했다. 이 교수는 “서로 다른 언어로 쓰여 왔던 공간상의 양자 상태과 시간상의 양자 과정을 하나의 통일된 수학 언어로 기술한 것”이라며 “시공간을 하나의 수학 언어로 다뤄오던 상대성이론과의 간극을 좁힐 수 있게 됐다”고 설명했다. UNIST는 PRL에 대해 “네이처나 사이언스 저널에 실리면 뉴스에 나오지만, PRL에 실리면 물리학 교과서가 바뀐다는 말이 있을 정도로 영향력 있는 저널”이라고 소개했다.