韓 과학자, 양자역학의 시공간 통합…"상대성이론과 연결고리 제시"

하이커뮤니티매니져 0 3 14:46

이석형 UNIST 물리학과 교수

이석형 UNIST 물리학과 교수. UNIST 제공

국내 물리학자가 현대 물리학의 두 축인 양자역학과 상대성이론의 통합을 뒷받침할 이론적 기틀을 제시했다. 그동안 분리해서 다뤄 왔던 양자역학의 시간과 공간 개념을 합쳐 하나로 다루는 관점이다.

울산과학기술원(UNIST)은 이석형 물리학과 교수가 제임스 풀우드 중국 하이난대 수리통계학과 교수와 함께 시간의 흐름에 따라 일어나는 여러 물체의 양자역학적 변화 양상 전체를 하나의 커다란 '양자상태'로 다루는 새로운 이론을 정립했다고 22일 밝혔다. 연구결과는 5일(현지시간) 국제학술지 '피지컬 리뷰 레터스(PRL)'에 공개됐다.

전기력과 자기력이 서로 전환될 수 있다는 사실이 발견돼 전자기력이라는 개념이 등장한 것처럼 물리학은 서로 다른 이론이 하나로 통합될 때 한 단계 발전한다.

상대성이론은 시간과 공간을 '시공간'으로 묶어서 다루고 있다. 예를 들어 빠르게 움직이면 시간이 느려진다. 현대 양자역학은 시간과 공간이 분리돼 있다. 먼저 공간에서 양자상태가 정의되고 시간은 흘러가며 변화를 일으키는 변수로 묘사된다. 양자상태는 어떤 양자역학 시스템의 물리적 정보를 나타내는 수학적 표현이다.

양자역학과 상대성이론을 통합하는 '통일이론'을 만들기 위해서는 두 이론이 시공간을 바라보는 관점의 불일치를 해결해야 한다.

연구팀은 여러 시점에 걸쳐 일어나는 양자역학적 현상을 모두 하나의 거대한 양자상태로 묶어 표현한다는 개념을 제시했다. 여러 시점에 걸쳐 일어나는 양자 현상을 하나로 엮은 것이다. 공간 위에서 떨어진 상황뿐 아니라 시간상에서 분리된 현상도 같은 수학 언어로 표현할 수 있게 된다.

이 교수는 물리학적으로 자연스러운 직관적인 가정을 두 가지 세우고 조건을 동시에 만족하는 시간의 양자상태가 수학적으로 유일하다는 점을 증명했다. 물리학과 수학을 모두 배운 이 교수만의 신선한 접근법으로 평가된다.

연구팀은 시간을 포함한 양자 현상을 실제로 최신 측정 기술을 통해 관찰해 실험적으로 검증할 수 있다는 가능성까지 확인했다.

이 교수는 "양자정보과학과 양자계측, 양자중력처럼 양자역학과 상대성이론을 통합하는 궁극적인 통일이론 연구에 새로운 도구가 되길 기대한다"고 밝혔다.

https://m.dongascience.com/news.php?idx=75645

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