[뉴스토피아 = 김미주 기자]국내 연구자가 포함된 국제 공동 연구팀이 열역학 분야에서 100년 이상 찾았던 비평형상태의 확률분포를 결정하는 물리량을 발견하고 그 특성을 규명하였다. 특히 특별한 상태가 지니는 “정보”라는 양이 내부 에너지나 엔트로피와 중요한 상관관계를 갖는다는 사실이 밝혀져 큰 흥미를 끈다.
광운대 이진우 교수와 일본 도쿄대 하지메 다나카(Hajime Tanaka) 교수가 공동 주도한 이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 대학연구인력국제교류지원사업(구 대학교수해외방문연구지원사업) 등의 지원을 받아 수행되었고, 연구결과는 세계 최고 권위지 Nature가 발행하는 Scientific Reports에 1월 17일 발표되었다.
연구팀은 비평형상태에서는 에너지뿐만 아니라 그 상태가 가지고 있는 “정보”도 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 입증하였다.
연구팀은 물리계가 “원하는” 상태에 도달하는 서로 다른 경로를 “아는” 정도로 계가 가진 “정보”를 정의할 수 있음을 나타내고, 그 “정보”를 활용하면 상태의 에너지를 소모하지 않고도 유용한 일을 할 수 있음을 수학적으로 증명하였다.
열역학에서는 전통적으로 특정한 조건을 만족하는 개별 상태의 개수를 셈하여 왔는데, 연구팀은 상태에 도달하는 경로의 수를 셈함으로써 지금까지 풀지 못했던 개별 상태의 특성을 규명하는데 성공할 수 있었다.
이러한 방식을 활용하면 평형상태의 열역학에서 사용하는 기술을 비평형의 개별 상태를 연구하는데 활용할 수 있어, 시시각각 변하는 대상을 연구하는데 유용하게 쓰일 것으로 기대된다.
이진우 교수는 “100년 된 난제에 대한 답은 현재까지의 지식에 색다른 관점을 보태 작은 사실을 하나 추가한 것에 불과하고, 추후 새로운 접근법이 유용하다는 사실에 대해 추가적이고 광범위한 연구가 필요하다”고 밝혔다.
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