‘블랙홀 난제’ 푼 서울과학고 학생들

세계적 학술지에 과학 논문 게재
‘엔트로피 변화’ 장방정식에 도입
제약 없는 열역학 제1법칙 증명

서울과학고 학생들이 교사와 함께 쓴 과학 논문이 세계적인 학술지에 실렸다.

서울시교육청은 서울과학고 졸업생 배이진·안건우·장근영(19)군이 고3 때 집필한 블랙홀 관련 논문이 중력·우주론·천체물리 이론 분야 SCI 국제학술지인 ‘인터내셔널 저널 오브 모던 피직스 D’에 최근 게재됐다고 23일 밝혔다. 논문 제목은 ‘장방정식에서 도출한 제약 조건 없는 블랙홀 열역학 정식화’이다.


세 학생과 교신저자로 참여한 물리교사 권용준씨는 논문을 통해 구대칭이 없는 일반적인 블랙홀이나 고차 중력 이론에서도 추가 제약 조건 없이 열역학 제1 법칙이 도출된다는 것을 처음 증명했다.

물리학계에선 블랙홀이 열역학 제1 법칙을 따른다는 사실을 중력장 방정식으로 풀기 위해 시도해 왔다. 그러나 기존 연구는 블랙홀의 부피를 감안한 외부 사건지평선의 변화만 고려해 내·외부에 두 지평선이 공존하는 ‘회전하거나 전하를 띠는 복잡한 블랙홀’에는 적용하기 어렵다는 한계가 있었다. 이들은 부피 대신 ‘엔트로피 변화’를 장방정식에 도입하며 난제를 해결했다.

논문 심사위원들은 “학생들이 이처럼 정교하고 수준 높은 연구를 수행한 것은 특히 인상적이며, 학생들의 뛰어난 재능과 교사의 훌륭한 지도를 잘 보여 준다”고 평가했다.



세 학생은 2학년 1학기 때 서울과학고에서 매주 수요일에 진행되는 ‘R＆E’ 과목에서 해당 주제를 연구하기 시작했고, 이후 학교에 상대성 이론에 관한 창의이론 특강을 추가로 요청해 연구를 심화했다. 서울시교육청은 대학이나 외부 연구기관의 도움 없이 오직 학교 안에서 교사와 학생들이 머리를 맞댄 결과라고 설명했다.

올해 2월 고교를 졸업한 배군은 서울대 전기정보공학부에, 장군은 서울대 물리천문학부에 다니고 있다. 연구를 지도한 권 교사는 “학생들의 지적 호기심과 열정이 학교의 체계적인 수업, 연구 활동 지원을 통해 훌륭한 결실을 맺었다”며 “앞으로도 학생들의 잠재력을 무한히 꽃피우는 교육을 이어 가겠다”고 말했다.

신융아 기자