이석형 UNIST 교수, 양자역학·상대성이론 통합 이론 제시

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 울산과학기술원(UNIST) 임용 2년 차인 이석형 물리학과 교수(32)가 양자역학과 상대성이론의 시공간적 불일치를 해결할 새로운 이론을 정립했다고 22일 UNIST가 밝혔다.

UNIST에 따르면 현대 물리학의 두 축인 양자역학과 상대성이론은 100여년간 공간과 시간을 대하는 관점에서 합을 맞추지 못했다. 상대성이론이 공간과 시간을 '시공간'으로 묶어 다뤄왔지만, 양자역학은 공간에 대해서만 '양자상태'(Quantum State)를 정의하고 시간은 그저 흘러가는 변화의 '과정'으로 남겨뒀기 때문이다.

이 교수는 시간상에서 일어나는 양자역학적 동역학 전체를 하나의 거대한 '양자상태'로 다루는 새로운 이론 '시간 위의 다자 양자상태'(multipartite quantum states over time)'를 정립했다.

이 교수는 이를 통해 여러 시점에 걸쳐 일어나는 양자 과정을 모두 하나의 거대한 양자상태로 묶어 표현함으로써 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"이라고 설명했다.

이번 성과는 학부에서 물리학과 수학을 복수 전공한 이 교수의 독특한 이력이 바탕이 됐다고 UNIST가 전했다. 기존 이론처럼 복잡한 가정을 덧붙이기보다 물리적으로 자연스러운 2가지 직관적 가정만 세우고, 이 두 조건을 동시에 만족하는 시간 양자상태의 수학적 구조가 유일하게 정해진다는 점을 증명해 냈다는 것이다.

새롭게 정립된 시간 위의 다자 양자상태는 커크우드-디랙(Kirkwood-Dirac) 준확률분포와 1대 1로 대응한다는 점도 증명됐다. 이로써 시간 양자 상태 현상을 퀀텀 스냅숏과 같은 최신 측정 기술로 실제 관찰할 수 있게 됐다.

이번 연구는 세계적 물리학 저널인 '피지컬 리뷰 레터스'(Physical Review Letters)에도 게재됐다.

이번 연구엔 제임스 풀우드 중국 하이난대 수리통계학과 교수가 교신저자로 참여했다. 연구는 UNIST, 정보통신기획평가원의 지원을 받아 이뤄졌다.

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