국내 연구자가 포함된 국제 공동 연구팀이 열역학 분야에서 100년 이상 찾았던 비평형상태의 확률분포를 결정하는 물리량을 발견했다. 비평형상태란 물리적인 체계가 죽어있지 않고 계속 변화하는 상태이다.

한국연구재단은 27일 이진우(사진) 광운대 교수와 하지메 다나카 일본 도쿄대 교수가 공동으로 이같은 연구 성과를 냈다고 밝혔다. 연구팀은 비평형상태에서는 에너지뿐 아니라 그 상태가 가지고 있는 정보도 확률분포와 상태의 진화 방향을 결정하는데 중요한 역할을 한다는 사실을 알아냈다. 구체적으로 상태의 에너지와 정보를 대등하게 합한 ‘자유에너지’라는 물리량이 비평형상태의 확률과 그 변화를 결정하는 양이라는 사실을 입증했다. 특별한 상태가 지니는 정보량이 내부 에너지나 엔트로피와 중요한 상관관계를 갖는다는 사실을 밝힌 것.

열역학에서는 전통적으로 특정한 조건을 만족하는 개별 상태의 개수를 셈해 왔다. 연구팀은 상태에 도달하는 경로의 수를 셈함으로써 지금까지 풀지 못했던 개별 상태의 특성을 규명하는데 성공했다. 이번 연구 성과는 시시각각 변하는 대상을 연구하는데 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.

이 교수는 “100년 된 난제에 대해 현재까지의 지식에 색다른 관점을 보태 작은 사실을 하나 추가한 것에 불과하다”며 겸손해 했다. 그는 “앞으로 새로운 접근법이 유용하다는 사실에 대해 추가적이고 광범위한 연구가 필요하다”고 덧붙였다.

이번 연구결과는 세계 최고 권위지 네이처가 발행하는 사이언티픽 리포츠(Scientific Reports) 1월 17일자에 게재됐다.