이화여자대학교 조용승(62세) 교수와 홍순태(53세) 교수는 세계 최초로 끈(string) 이론과 모오스 이론에 아인슈타인의 장방정식을 적용하여 우주 생성의 비밀을 규명하는 새로운 이론을 제시하였다.
이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단(이사장 오세정)이 추진하는 일반연구자지원사업(기본연구)의 지원을 받은 이화여자대학교 조용승 교수와, 홍순태 교수에 의하여 수행되었다.
우리가 살고 있는 우주는 계속 팽창하고 있다는 사실이 밝혀졌고, 수학에서 특이점(Singularity)라 부르는 부피가 0인 아주 작은 한 점의 거대한 폭발(Big Bang)을 통해 생성되었다고 믿어지고 있다.
이것은 이론 물리학자이자 수학자인 스티븐 호킹과 로저 펜로즈가 “Hawking-Penrose Particle Singularity Theorem"을 통해 우주의 시초에 대해 이론적으로 밝혀 낸 결과이다.
조용승 교수와 홍순태 교수는 입자(particle)이론에 기반한 호킹-펜로즈의 이론과 달리 끈(string)이론을 적용하여 우주 생성을 규명하는 이론을 제시하였다.
끈 이론은 세상을 이루는 기본 단위가 점으로 표현되는 ‘입자’라고 가정하는 기존의 표준 모형의 한계를 극복하기 위해 등장한 이론으로 물질의 기본단위를 0차원의 점이 아닌 1차원의 ‘끈’으로 가정한다.
이번 연구는 대폭발에 의한 우주 생성을 가정하는 빅뱅 우주론에 끈 이론을 세계 최초로 적용한 결과이다.
이를 통해 조용승-홍순태 교수는 기존의 호킹-펜로즈 이론보다 더 일반적이고 자연스럽게 우주 생성을 설명할 수 있는 진일보한 이론을 이끌어냈다.
호킹-펜로즈의 이론은 우주 생성 과정에서 물질의 회전을 0으로 가정하였기 때문에 천체와 입자를 비롯한 우주에 존재하는 물질들의 회전을 설명할 수 없었다.
또한 호킹-펜로즈의 이론에서는 대폭발 이후에 빛과 같이 ‘질량이 없는 입자’들이 먼저 출현하고, 뒤이어 ‘질량이 있는 입자’들이 출현하는 상태가 나타나며 각 상태를 설명하는 서로 다른 식이 필요했다.
하지만 조-홍 교수의 이번 이론은 물질의 회전이 0이 아님을 고려하고 있으며, 대폭발 이후에 질량이 없는 입자와 질량이 있는 입자가 함께 존재하는 상태를 서로 다른 식이나 순차적인 상태전환을 도입하지 않고 설명해냈다. 이는 호킹-펜로즈의 결과를 포함하는 더 일반적인 이론이다.
조용승(이화여대 수학과) 교수와 홍순태(이화여대 과학교육과) 교수의 공동연구는 수학과 물리학의 만남의 5년간의 연구결실이다. 연구 결과는 미국물리학회에서 발행하는 피지칼 리뷰(Physical Review D)지 2011년 5월 20일자 온라인판에 게재되었다.
위 결과는 InTech 출판사의 코스몰로지 2 (Cosmology 2) 에 “Singularities and Thermodynamics of Geodesic Surface Congruences" 라는 20페이지 분량의 챕터로도 출판될 예정이다.
김선영 기자 mrsdong@hanmail.net
