The Science Times

과학기술정보통신부 장관으로 일하기 시작했던 2021년 5월부터 1년간, 첫 국무회의에 참석해 자기소개를 겸하여 발언 기회가 주어졌을 때 ‘비현실적인 날들’이라는 단어를 사용했었을 만큼, 완전히 다른 환경 속에서 낯선 사람들을 만나 낯선 역할과 책임을 소화해야 했었다.

현대 물리학의 정수인 ‘표준모형’의 입지가 흔들리고 있다. 표준모형으로 설명하지 못하는 새로운 현상들이 나타나면서다.

물리학자라면 항상 10월쯤 되면 올해의 물리학상은 누가 타게 될까 궁금해지기 마련이다. 그리고 한편으로는 우리나라는 과연 언제쯤 노벨 물리학상을 타게 될까 하며 약간의 위기의식을 느끼기도 한다. 2022년 노벨 물리학상은 양자 얽힘에 관한 실험적 성과 및 양자 정보 분야를 개척한 공로로 프랑스의 알랭 아스페, 미국의 존 클라우저, 오스트리아의 안톤 차일렁거 세 사람에게 수여되었다. 이들 세사람의 연구는 양자컴퓨터, 양자암호학, 양자 순간 이동 등의 양자 기술의 발판을 놓았다는 높은 평가를 받고 있다. 한편, 양자역학이 고전역학과 뚜렷이 구별되는 큰 특징이 “중첩”과 “얽힘” 이라는 현상 때문인데, 바로 이 두 특징이 양자 기술의 핵심이 된다.

물리학을 공부한 덕분에 요새는 콧대가 높다. 양자 기술이 점차 현실이 되어가면서 양자역학에 관해 묻는 사람이 늘었다. 시의적절하게 스웨덴 노벨 위원회에서, 아인슈타인의 고전적인 세계관이 아니고 양자역학이 옳다는 것을 결정적으로 입증했던 세 과학자에게 노벨 물리학상을 안겨 주었다.

지난 달에 한국물리학회가 부산에서 개최되었다. 오랜만에 온라인이 아닌 학회에서 쟁쟁한 분들의 현장 강연을 들을 수 있었다. 2016년 노벨상 수상자인 던컨 홀데인(Duncan Haldane) 교수가 마지막 날 기조 강연을 하면서 젊은 물리학도들에게 자신의 경험과 조언을 남겼다.

2022년 올해 노벨 물리학상은 양자얽힘 현상에 관한 실험으로 양자정보과학 분야 연구를 개척한 알랭 아스페, 존 프랜시스 클라우저, 안톤 차일링거에게 수여된다. 아인슈타인은 1905년 논문에서, 금속에 빛을 쬐면 전자가 튀어나오는 광전효과(光電效果)를 양자물리학적으로 설명하여 노벨 물리학상을 받았지만, 1920년대 후반에 새로이 등장한 양자이론에 대하여 불만이 많았다. 고전물리학에서 말하는 측정은, 이미 결정되어 있는 물리량을 물체에 영향을 주지 않은 채 읽어낼 수 있다고 여겼다. 양자물리학에서는, 물리량으로 가능한 여러 값들 중에서 어느 하나로 확률적으로 정해지는 것이 측정이다.

2022년은 유엔이 정한 “세계 기초과학의 해”이다. 유엔은 2015년부터 지속 가능한 발전을 위해 빈곤 종식, 기아추방부터 협력 강화까지 17개의 목표를 포함하는 Sustainable Devel- opment Goal(SDG 2030)을 설정하고, 169개 세부 과제를 실천하기 위해 노력하고 있다. International Year of Basic Sciences for Sustainable Development (IYBSSD2022)는 지속 가능한 발전의 필수 불가결한 수단으로서 기초과학의 중요성을 강조하기 위해 지정되었고, 올 한해 전 세계적으로 다양한 활동과 행사가 진행되고 있다.

2022년 노벨물리학상은 양자역학의 얽힘(entanglement) 현상을 실험으로 입증한 알랭 아스페(Alain Aspect), 존 프랜시스 클라우저(John Francis Clauser), 안톤 차일링거(Anton Zeilinger)에게 수여되었다. 양자 얽힘이란 양자역학 세계에서 두 입자가 분리되어 있더라도 마차 하나의 상태처럼 존재해서, 하나가 특정 상태가 되면 다른 하나도 동일한 상태가 된다는 의미다. 이 현상은 20세기 초반 양자역학이 정립되던 시기부터 논란이 되었던 주제다. 지금은 이 분야를 양자역학의 토대(foundations of quantum mechanics)라고 부른다.

길이 600m. 우리나라에서 가장 높다는 ‘롯데월드타워(555m)’보다 깊은 곳으로 3분가량 엘리베이터를 타고 내려갔다. 노란색 엘리베이터 철문을 열고 내리자 철광석을 옮기는 컨베이어 벨트가 눈에 띈다. ‘남한 유일의 철광’이라는 강원도 정선 예미산의 내부로 들어온 것이다. 이곳에서 12도 내리막 경사의 굴을 전기카트를 타고 780m 가량 이동했다. 목적지는 지하 1km에 위치한 거대 실험실, ‘예미랩’이다. 기초과학연구원(IBS)은 지하 1,000m에 위치한 국내 최초 고심도 지하실험실을 구축하고, 10월 6일 준공식을 열었다. 이곳에서는 우주의 미스터리를 풀기 위한 연구가 진행된다.

80년대 중후반 교수들의 평균 연구비가 600만 원 정도 된다는 이야기를 지도교수님으로부터 들었던 기억이 난다. 실험실에서 필요한 재료를 사기 위해 청계천을 돌아다니고 교통비나 하라고 매달 몇 만 원씩 인건비를 받는 시절이었다. 그러다가 박사과정을 위해 미국 대학으로 유학을 가서 보니 우리나라 상황은 사실 ‘어린아이 장난 수준’이었구나 하는 생각이 들었다.