블랙홀 열역학 제1법칙을 장방정식에서 직접 유도…기존 연구 한계 극복
‘창발 중력’ 이론 확장에 중요한 이론적 근거 제공
심사위원 “고교생 수행 인상적” 극찬
서울과학고등학교(교장 김태일) 학생들이 교사와 함께 수행한 교내 연구 결과가 물리학 분야 SCI 국제 학술지 ‘International Journal of Modern Physics D’에 게재됐다.
논문 제목은 ‘장방정식에서 도출한 제약 조건 없는 블랙홀 열역학 정식화’로, 배이진·안건우·장근영 학생(2026년 2월 졸업)이 공동저자로, 권용준 물리교사가 교신저자로 참여했다.
연구진은 블랙홀이 열역학 제1법칙을 따른다는 사실을 중력장 방정식으로부터 직접 유도하는 문제에 도전했다. 기존 연구들은 외부 사건지평선의 변화만 고려했기 때문에 내부와 외부에 두 지평선이 공존하는 회전하거나 전하를 띠는 복잡한 블랙홀에는 적용하기 어렵다는 한계가 있었다. 연구진은 부피 대신 ‘엔트로피 변화’를 장방정식에 도입하는 새로운 방법으로 이 난제를 해결했다. 구대칭이 없는 일반적인 블랙홀이나 고차 중력 이론에서도 추가 제약 조건 없이 열역학 제1법칙이 자연스럽게 도출됨을 최초로 증명했으며, 이는 중력을 열역학적 현상으로 해석하는 ‘창발 중력(emergent gravity)’ 이론 확장에 중요한 이론적 근거를 제공할 것으로 기대된다.
이번 성과는 대학교나 외부 연구기관의 도움 없이 교내 R&E(Research & Education)·졸업논문·창의융합특강 등 정규교육과정과 박사급 교원의 밀착 지도만으로 이뤄졌다는 점에서 의미가 크다. 논문 심사위원들은 “이처럼 정교하고 수준 높은 연구가 서울과학고등학교 학생들에 의해 수행되었다는 것은 특히 인상적”이라고 평가했다.
권용준 교사는 “학생들의 지적 호기심과 열정이 학교의 체계적인 수업 및 연구 활동 지원을 통해 훌륭한 결실을 맺었다”고 말했다.
김태일 서울과학고등학교 교장은 “학생들이 실패를 두려워하지 않는 도전 정신으로 연구에 몰두하고 교내 선생님들과 긴밀히 협력해 이뤄낸 자랑스러운 결실”이라며 “앞으로도 학생들의 잠재력을 키워갈 수 있도록 전폭적인 지원을 아끼지 않겠다”고 말했다.
▼ 아시아엔 후원계좌 ▼
