서울과고, 블랙홀 연구로 SCI 국제 학술지 논문 게재

[이데일리 김응열 기자] 서울과학고 학생들이 교사와 함께 진행한 블랙홀 열역학 연구가 SCI 국제 학술지에 채택됐다.

(왼쪽부터)서울과학고의 장근영 졸업생, 권용준 교사, 안건우 졸업생, 배이진 졸업생. (사진=서울과학고)

서울시교육청은 서울과학고등학교 학생들이 교사와 함께 교내 연구 활동을 통해 도출한 연구 결과가 세계적인 SCI 국제 학술지 ‘International Journal of Modern Physics D’에 채택됐다고 23일 밝혔다.

학술지에 실린 논문 제목은 ‘A Constraint-Free Formulation of Black Hole Thermodynamics from the Field Equations(장방정식에서 도출한 제약 조건 없는 블랙홀 열역학 정식화)’다. 이 논문은 블랙홀 열역학과 중력장 방정식의 새로운 연결고리에 관한 내용을 담고 있다. 올해 2월 졸업한 배이진·안건우·장근영 서울과학고 졸업생이 공동저자이며 권용준 물리교사는 교신저자로 이름을 올렸다. 이들은 지난해 연구를 진행해 올해 1월 학술지에 논문을 투고했다.

블랙홀이 열역학 제1법칙을 따른다는 사실을 중력장 방정식에서 직접 유도하려는 시도는 물리학계의 오랜 과제였다. 기존 연구들은 블랙홀의 부피를 고려한 외부 사건지평선의 변화만 고려했기 때문에 내부와 외부에 두 지평선이 공존하는 ‘회전하거나 전하를 띠는 복잡한 블랙홀’에는 적용하기 어렵다는 한계가 있었다.

연구진은 부피 대신 ‘엔트로피 변화’를 장방정식에 도입하는 새로운 방법으로 이 난제를 해결했다. 엔트로피는 내부·외부 지평선 정보를 모두 포함하고 있어 구대칭이 없는 일반적인 블랙홀이나 고차 중력 이론에서도 추가 제약 조건 없이 열역학 제1법칙이 자연스럽게 도출된다는 점을 최초로 증명했다. 이는 중력을 열역학적 현상으로 해석하는 ‘창발 중력(emergent gravity)’ 이론 확장에 중요한 이론적 근거를 제공할 전망이다.

이번 연구는 대학교나 외부 연구기관의 조력 없이 서울과학고 교내 교육 시스템만으로 이루어졌다. 학생들은 ‘R&E(Research & Education)’, ‘졸업논문’으로 이어지는 정규교육과정과 ‘창의융합특강’수업을 거치며 연구 주제를 깊이 있게 발전시켰다. 여기에 박사급 교원이 학생들을 밀착지도하고 공동연구했다.

연구를 지도한 권용준 교사는 “학생들의 지적 호기심과 열정이 학교의 체계적인 수업, 연구 활동 지원을 통해 훌륭한 결실을 맺었다”며, “앞으로도 학생들의 잠재력을 무한히 꽃피우는 교육을 이어가겠다”고 소감을 전했다.

연구에 참여한 배이진·장근영 학생은 “블랙홀 열역학 분야에서 기존 연구의 한계를 극복하고 새로운 해석을 더해가는 과정은 도전적이면서도 무척 흥미로웠다”고 했다.

김태일 서울과학고 교장은 “앞으로도 학생들이 지적 호기심을 마음껏 확장하고 연구 역량을 키워갈 수 있도록 전폭적인 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다.