(서울=뉴스1) 김지현 기자 = 서울과학고등학교 학생들이 교사와 함께 수행한 블랙홀 연구 성과가 물리학 분야 SCI 국제학술지에 게재됐다. 대학이나 외부 연구기관 도움 없이 교내 연구 프로그램만으로 이뤄낸 성과라는 점에서 주목된다.
서울시교육청은 교육청 산하 서울과학고 학생들과 물리 교사가 공동 수행한 연구 결과가 SCI 국제학술지인 'International Journal of Modern Physics D'에 게재됐다고 23일 밝혔다.
논문 제목은 'A Constraint-Free Formulation of Black Hole Thermodynamics from the Field Equations(장방정식에서 도출한 제약 조건 없는 블랙홀 열역학 정식화)'이다.
공동저자는 서울과학고 졸업생인 배이진·안건우·장근영 학생이며, 권용준 물리교사가 교신저자로 참여했다.
연구진은 블랙홀 열역학 제1법칙을 아인슈타인의 중력장 방정식으로부터 직접 유도하는 과정에서 제기돼 온 한계를 해결하는 새로운 방법을 제시했다.
기존 연구는 블랙홀의 부피 변화와 외부 사건지평선만을 고려해 열역학 법칙을 설명했다. 이 때문에 회전하거나 전하를 띠는 복잡한 블랙홀처럼 내부와 외부 지평선이 함께 존재하는 경우에는 적용하기 어렵다는 한계가 있었다.
연구진은 부피 변화 대신 '엔트로피 변화'를 중력장 방정식에 도입했다. 엔트로피에는 내부와 외부 지평선 정보가 모두 포함돼 있어 복잡한 블랙홀에도 별도 제약 조건 없이 적용할 수 있다는 점에 착안했다.
이를 통해 연구진은 구대칭이 아닌 일반적인 블랙홀에서도 열역학 제1법칙이 중력장 방정식으로부터 자연스럽게 도출된다는 사실을 증명했다. 또 일반상대성이론을 넘어선 고차 중력이론에도 같은 방식이 적용될 수 있음을 확인했다.
서울시교육청 측은 "이번 연구가 블랙홀 열역학과 중력장 방정식의 통합적 연결고리를 규명한 것으로, 중력을 열역학적 현상으로 설명하는 '창발 중력' 이론 발전에도 기여할 것으로 기대된다"고 설명했다.
이번 성과는 대학 연구실이나 외부 연구기관의 지원 없이 서울과학고 정규 교육과정 안에서 이뤄졌다는 점에서 의미가 있다. 학생들은 R&E(Research & Education)와 졸업논문, 창의융합특강 등을 통해 연구를 수행했고, 교내 박사급 교원의 지도를 받아 논문을 완성했다.
권용준 교사는 "학생들의 지적 호기심과 열정이 학교의 체계적인 수업 및 연구활동 지원을 통해 결실을 맺었다"며 "스승과 제자가 함께 성장하는 기쁨을 느꼈다"고 말했다.
연구에 참여한 학생들은 "블랙홀 열역학 분야에서 기존 연구의 한계를 극복하고 새로운 해석을 더해가는 과정이 도전적이면서도 흥미로웠다"며 "국제 학술지 게재라는 결실로 이어져 뜻깊다"고 했다.
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