Activities

colloquium schedule (2013)

물리학과 — Tue, 12 Mar 2013 15:16:40 +0900

colloquium schedule (2013)

2012 Fall KAIST Physics Colloquium

Bluehope — Wed, 05 Sep 2012 03:04:04 +0900

2012fall Physics Colloquium

5th Young Physicists workshop

Bluehope — Mon, 19 Dec 2011 12:12:33 +0900

5th BK21 Young Physicists WORKSHOP

January 12th – 13th, 2012

KI Building Fusion Hall, KAIST

http://bk21physics.kaist.ac.kr/workshop

2011 Fall Colloquium

Bluehope — Wed, 31 Aug 2011 22:29:22 +0900

2011 Fall Colloquium

KAIST Physics Colloquium 2011spring - 2월 14일 시작

물리학과 — Mon, 31 Jan 2011 10:27:58 +0900

Physics Colloquium

4:00 PM Mondays, Spring 2010

자연과학동 공동강의실

2/14 두목과 지도자

황 철 주 사장 (주성엔지니어링)

2/21 In Vivo Fluorescence Cellular Imaging System

김 필 한 교수 (KAIST 나노과학기술대학원)

2/28 인터넷 생태계의 정책 이슈

정 혜 승 실장 (다음 커뮤니케이션)

3/14 각종 광학계의 소개와 기하광학 실무

김 후 식 사장 (뷰웍스)

3/21 Compact Stars and QCD

이 현 규 교수 (한양대학교 물리학과)

4/04 Nano-bio Crossover: Label-free Imaging Technologies

for Biomedical Research

김 세 화 박사 (한국표준과학연구원)

4/11 Photonics with Surface Plasmon Polaritons

서 민 교 교수 (KAIST 물리학과)

4/18 Structures and Interactions of Supramolecular

Self-assemblies of Biological Molecules

최 명 철 교수 (KAIST 바이오및뇌공학과)

4/25 Breakthrough Propulsion Physics: Exploration of Gravity

at Low Temperatures

Tajmar 교수 (KAIST 항공우주공학과)

5/02 Single-molecule Studies on DNA-related Biological Problems

홍 석 철 교수 (고려대학교 물리학과)

5/09 Manipulation of Refractive Index with Metamaterials

민 범 기 교수 (KAIST 기계공학과)

4th Young Physicists workshop

Bluehope — Mon, 17 Jan 2011 01:25:47 +0900

4th Young Physicists workshop
January 20-21, 2011 @POSTECH

http://ypw.postech.ac.kr/

[2010 중앙일보 선정 새뚝이] ⑤ 과학·의학

Bluehope — Mon, 17 Jan 2011 01:24:24 +0900

올해 과학·의학계의 새뚝이 중에는 우선 물질 개념을 뒤바꿀 만한 발견을 한 KAIST 물리학과 김은성(39) 교수를 첫손에 꼽을 수 있다. 고체 헬륨이 기체와 액체·고체를 뛰어넘는 초고체(超固體·supersolid)라는 사실을
입증했다 .
윤덕용(70) KAIST 명예교수는 천안함 민·군 합동조사단장으로서 천안함이 북한에 의해 폭침됐다는 결론을 과학적으로 도출해 냈다.
성균관대 물리학과 홍승우(51) 교수는 국제과학비즈니스벨트특별법 관련
국회 앞 1인 시위를 벌여 중이온가속기에 대한 국민적 관심을 불러 일으
켰다. POSTECH 화학과 김기문(56) 교수는 논문이 국제적으로 가장 자주
인용된 한국인 과학자로 기록됐다. 서울대병원 종양내과 방영주(56)교수는 난치성 폐암에 대한 뛰어난 치료 기술을 개발했다.

박방주 과학전문기자, 배지영 기자

기체·액체·고체 뛰어넘는 ‘초고체 헬륨’ 증명김은성 KAIST 물리학 교수

KAIST 물리학과의 김은성 교수는 미국의 세계적 학술지 사이언스의 인터넷판인 ‘사이언스 익스프레스’ 11월 19일자에 한 논문을 발표했다. 헬륨-4가 초고체냐 아니냐 하는 논란이 오랫동안 있었는데 이를 잠재울 만한 실험결과를 담았다.
이 인터넷 매체는 과학기술계 초미의 관심사나 연구 업적을 종이매체 발간 이전에 화급히 먼저 올리는 곳이다.
그만큼 이번 논문은 세계 물리학계에 파장이 큰 뉴스였다.

초고체는 기체·액체·고체를 뛰어넘는 새로운 물체 상태다. 헬륨-4가 점성이 전혀 없이 흐르는 초유체(超流體)처럼 움직이지만 초고체는 결정질 고체의 특성을 그대로 지닌다. 김 교수는 2004년 미국 펜실베이니아주립대 박사과정을 밟으면서 학생 신분으로 모세스 찬 교수의 지도를 받아 초고체 현상을 처음 발견했다. 이 내용은 당시 미국 사이언스지에 실렸다. 그해 사이언스는 ‘올해의 최고 과학 성과’로 초고체 현상 발견을 선정했다. 그러나 물리학계 일각에선 그의 초고체가 고전적이고 일반적인 물성 변화일지 모른다는 의문을 제기하기도 했다.

지난달 발표한 그의 논문은 학계의 이런 의혹을 잠재울 만한 것이었다. 김 교수는 이 논문에서 고체 헬륨-4를 고속 회전시켜 초고체에서 그 상태가 파괴되는 것을 관측했다는 사실을 보고했다. 이런 점을 다른 과학자들도 재입증하게 되면 초고체 존재 논란은 더 이상 일어나지 않을 수 있다. 지금까지 초전도체나 초유체 현상을 발견한 과학자들은 대부분 노벨 과학상을 받았다. 초고체 현상도 그런 업적에 속한다고 과학계는 평가한다. 김 교수는 부산대 물리학과를 나와 미국에서 공부했다.

정밀한 과학이론으로 천안함 억지 잠재워

윤덕용 KAIST 명예교수

윤덕용 KAIST 명예교수는 3월 발생한 천안함 폭침 원인 규명에 결정적 기여를 했다. 과학적이고도 정밀한 조사를 바탕으로
대내외적으로 납득할 만한 결론을 이끌어 냈다. 천안암 선체에 쓰인 글씨와 절단면 형태, 휘어진 방향을 이용한 추론이 정교
했다. 선체에 묻은 알루미늄 산화물 등을 분석하는 데 물리·화학 등 다양한 과학 이론을 동원했다.

화약성분 분석을 통해 어뢰가 폭침 무기이며, 해저에서 찾아낸 알루미늄과 마그네슘 합금 파편이 북한군 훈련용 어뢰 재질과 흡사하다는
사실도 알아냈다. 이런 과학적 수단이 뒷받침되지 않았다면 국제사회에 북한이 쏟아내는 주장에 대한 반박증거가 궁색할 수도 있었다.　윤 교수는 금속재료와 첨단소재 재료공정 분야의 전문가다. 천안함 폭침 원인을 규명하는 데 과학과 합리의 힘이 얼마나 중요한지를 국민에게 인식시키는 데도 기여했다.

국회 앞 1인 시위 벌여 과학벨트특별법 부각
홍승우 성균관대 물리학 교수

성균관대 물리학과 홍승우 교수는 10월 말 국회 앞에서 1인 시위를 벌였다. 국제과학비즈니스벨트 관련 특별법이 국회에 상정
된 지 2년이 다 되도록 표류하고 있었기 때문이다. 홍 교수는 ‘21세기 과학한국, 과학비즈니스벨트 법안 통과부터’ ‘법안 통과 2년 지체, 과학발전 20년 지체’라고 쓰인 플래카드를 들었다. 이것이 계기가돼 과학자들의 릴레이 시위가 이어졌다.

홍 교수도 국제과학비즈니스벨트에 들어갈 중이온가속기의 설계 책임자라 이해당사자라면 당사자다. 과학계의 핵심 인사가 국책사업에 대한
의견을 표출하려고 시위를 통해 국민 여론에 호소한 일은 처음이다. 축구선수의 잔디구장에 해당하는 것이 과학자들에겐 중이온가속기다.
우주 탄생의 비밀을 캐는 일 등 기초과학의 핵심 장비다. 우리나라엔 아직 쓸 만한 가속기가 없다. 문제의 특별법은 지난 8일 국회의장 직권상정으로 국회를 통과했다.

논문 가장 많이 인용돼 세계 상위권 0.1%안에
김기문 POSTECH 화학 교수

한국연구재단은 2000~2009년 10년 동안 한국인 과학자가 발표한 논문의 세계 피인용 횟수 순위를 최근 공개했다. POSTECH 화학과 김기문 교수는 주저자로서 국내 1위였다. 세계에서도 상위권 0.1% 안에 들었다. 2000년 4월 영국 학술지 네이처에 발표한 ‘특수 다공성 결정물질을 합성했다’는 내용의 논문은 1423회 인용됐다. 세계 상위권 0.1% 이내 국내 과학자들이 같은 해 발표한 논문은 평균 766회 인용됐다.

2000~2009년 세계 피인용 빈도 0.1% 안에 드는 국내 논문은 124편에 불과하다. 김 교수는 이후에도 세계 과학계의 효시적 연구 성과를 잇따라 내놓았다 피인용 횟수는 남들이 논문을 쓸 때 참고문헌으로 인용하는 건수를 뜻한다. 그 횟수가 많을수록 당연히 좋은 논문으로 평가된다. 그는 2007년 POSTECH 석좌교수가 됐다. 이듬해에는 상금 3억원인 대한민국 최고과학기술인상을 받는 등 큰 상을 다수 수상했다.

난치성 폐암 치료기술 세계 암학회서 큰 관심
방영주 서울대병원 교수

서울대병원 종양내과 방영주 교수는 올해 미국 임상종양학회(ASCO)에서 아시아인 최초로 최우수 논문 게재자로 선정됐다.
이 학회는 세계 최대 규모의 암 관련 학술대회를 연다. 매년 6월 초 연례 학술대회에 보고되는 5000여 건의 암 연구 초록 중에서 가장 뛰어난 서너 건을 선정해 총회 때 발표 기회를 준다. 방 교수는 이번 총회 발표에서 세계 암 연구자들의 비상한 관심을 불러일으켰다.

이 논문은 난치성 폐암 치료에 뛰어난 치료 효과를 보인 크리조티닙의 제1 임상시험 결과를 담았다. 폐암조직에서 특이 유전자(ALK 암유전자) 변이를 검사해 이 약에 잘 들을 만한 환자를 선별 치료했다. 그 결과 대다수 환자에게 의미 있는 치료 효과가 나타났다. ALK 암유전자 변이는 전체 폐암 환자 중 4~5%에서 나타난다. 이번 연구 결과를 진전시키면 한 해 4만 명의 ALK 암유전자 변이 폐암 환자를 살릴 수 있을 것으로
기대된다.

노벨 과학상 타는 지름길은…'新물질과 超물리학‘

Bluehope — Mon, 17 Jan 2011 01:13:26 +0900

올해 수상한 '그래핀' 등 신물질 발견이 30차례 받아 최근 가장 주목받는

초고체' KAIST 김은성 교수 첫 발견 국내 과학계 기대 커져

오는 10일 노벨 과학상 시상식이 스웨덴 스톡홀름에서 열린다. 102번째를 맞은
올해 노벨상 역시 '일상에서 상상하지 못했던 획기적인 현상'의 발견자에게 주어진
다는 전통에 충실했다. 물리학상 수상 업적인 '그래핀'이 그런 경우다.

물리학상의 경우 올해를 포함, 총 30번의 수상업적이 새로운 현상 혹은 신물질의
발견이었다. 역대 노벨 과학상 수상자들이 발견한 업적엔 현실을 초월한다는
의미의 ‘초(超·super)‘라는 접두사를 붙여 '초물리학'으로 분류해 왔다. 초전도체
(超傳導體·superconducting), 초유체(超流體·superfluid)가 대표적이다.
신(新)물질 역시 노벨상의 보고(寶庫)다. 과거 존재를 몰랐던 물질을 발견하거나
제조할 때마다 이를 활용한 새로운 분야와 산업생산이 뒤따랐고, 어김없이 노벨상
이 주어졌다.

이 같은 전통에 비춰 최근 가장 주목받는 것이 '초고체(超固體·supersolid)'이다.
고체이면서도 액체처럼 흐르는 초고체는 그 자체로 신물질이자, 초물리의 새로운
분야이다. 특히 초고체의 존재는 한국 과학자가 발견한 것이어서, 국내 과학계의
기대가 높아지고 있다.

◆신물질 개발은 노벨상 수상의 지름길

역대 노벨상 수상 업적 중 신물질 발견의 대표적인 사례가 1903년 퀴리(Curie)
부부와 베크렐(Becquerel) 박사의 방사능 물질의 발견이었다. 퀴리 부인은 방사능
물질에 대한 후속 연구로 1911년 다시 노벨 화학상을 받았다. 이들의 연구는
20세기 원자력 시대의 서막이었다.미국의 쇼클리(Shockley)·바딘(Bardeen)·브래튼(Brattain) 박사는 전도체와 부도체를 오가는 반도체(半導體)를 제조하고 트랜지스터로 구현한 공로로 1956년 노벨 물리학
상을 받았다. 반도체는 20세기 IT 혁명의 근간이 됐다.미국 국적의 일본인 과학자 시모무라 오사무 박사는 해파리에서 자외선을 쬐면
녹색을 띠는 형광단백질을 발견한 공로로 2008년 노벨 화학상을 받았다. 형광
단백질을 유전자에 꼬리표처럼 달면 유전자의 기능을 확인할 수 있다.

올해의 신물질인 그래핀은 탄소원자 한 층으로 이뤄진 물질로 두께가 0.35㎚
(나노미터·1㎚는 10억분의 1m)에 불과하지만 그 강도가 강철의 200배,다이아몬드의
2배 이상이다.탄소가 긴 빨대 형태로 연결된 '탄소나노튜브(carbon nanotube)'의 경우도 노벨상
수상이 기대되는 신물질이다. 지난 1991년 이를 처음 발견한 일본의 이지마
수미오 박사(현 성균관대 나노과학기술원장)의 집 앞에는 매년 노벨상이 발표되는
10월만 되면 일본 취재진이 진을 치는 풍경이 수년째 반복되고 있다.

◆노벨상 광맥 찾아주는 초물리학
초물리학의 대표주자는 초전도체. 저항 없이 전기가 흐르는 물질이어서 한 번만
전기를 공급해줘도 지속적으로 전기가 흐르는 꿈의 물질이다. 초전도체 연구는
지금껏 4번에 걸쳐 9명의 과학자에게 노벨상을 안겨줬다. 초유체도 있다. 원래 유체는
끈적끈적한 점성이 있지만, 초유체는 점성이 없다. 초유체 분야에서도 2번에 걸쳐
4명의 과학자가 노벨상을 받았다.

이런 초물리학 계보를 잇는 새 존재가 바로 '초고체(超固體·supersolid)'이다.
초고체란 고체이면서도 액체처럼 흐르는 물질.헬륨은 상온에서는 기체이지만 섭씨 영하 270여도의 초저온에서는 딱딱하게 굳는다. 수증기가 온도가 내려가면서 물이 됐다가 얼음이 되는 것과 비슷한 원리다. 이렇게
만들어진 고체 헬륨을 용기에 담아 회전시켰더니 뜻밖의 현상이 나타났다. 고체라면 얼음 알갱이처럼 용기와 부딪히며 돌아야 하는데 고체헬륨은 물방울처럼 용기와 같은 속도로 회전하는 모습을 보였다. 고체이면서도 액체의 성격을 띠는 희한한 현상이
관찰된 것이다.바로 이 같은 초고체를 처음 발견해 2004년 '네이처'와 '사이언스'에 각각 발표한
사람이 KAIST 물리학과 김은성 교수. 김 교수의 두 논문은 현재까지 각각 345회,
287회나 인용됐다. 이런 추세로 미뤄 김 교수의 논문은 앞으로 10년 정도면 노벨상 수상자 논문의 평균 인용횟수인 1000회를 돌파할 것으로 보인다.

김은성 KASIT,초고체 존재 현상 세계 첫 규명Science Express에 게재

Bluehope — Mon, 17 Jan 2011 01:07:20 +0900

기체ㆍ액체ㆍ고체를 뛰어넘는 새로운 물질상태인 `초고체(supersolid) 현상'을
세계 최초로 발견, 이 연구분야를 개척해온 KAIST 김은성 교수가 초고체에
대한 논란을 해소하는 증거를 밝혀내 세계적인 학술지인 사이언스지에
발표했다.

이 연구는 KAIST 김은성 교수와 최형순 박사가 교육과학기술부 리더연구자지원사업(창의연구) 지원을 받아 수행했으며, 일본 이화학연구소(RIKEN) 연구팀이참여했다. 연구결과는 사이언스에 게재 승인을 받고, 특히 중요성을 인정받아
사이언스 온라인판인 `사이언스 익스프레스' 19일자에 게재됐다.김은성 교수는 2004년 고체 헬륨을 극저온(영하 273℃)으로 냉각시키면, 고체임에도 불구하고 그 일부가 별다른 저항 없이 자유롭게 흐르는 독특한 물질상태인 초고체로 존재한다는 사실을 세계 최초로 규명했다. 그러나 김 교수가 관측한 현상이 초고체 현상이 아니라 온도에 따른 고체 헬륨의 물성 변화때문이라는 주장이 최근 제기돼 초고체의 존재를 둘러싼 학계의 관심이 크게 높아졌다.

김 교수팀은 매우 빠른 속도로 고체 헬륨을 회전시켜 초고체 상태가 파괴되는 현상을 직접 관측함으로써 초고체가 실제로 존재한다는 사실을 밝혀냈다.

초고체가 담겨 있는 용기를 회전시킬 때 초고체는 별다른 저항을 받지 않고 자유롭게 흐르기 때문에 용기를 따라 돌지 않는다. 그러나 매우 빠른 속도로 용기를 회전시키면, 초고체 내부에 양자 소용돌이가 발생하고, 이것은 초고체 현상을 파괴할 것으로 예측됐다. 이에 반해 고전적 고체는 회전속도에 민감 하게 반응하지 않는다. 연구팀은 초고체에 대한 창의적인 아이디어와 일본 연구소팀이 보유한 첨단 회전식 희석냉각장치를 이용해 파괴현상을 관측했다.

-통합과정 안병현- 미래 기초과학 핵심리더 우수 대학원생 선정

Bluehope — Mon, 17 Jan 2011 01:04:03 +0900

교육과학기술부(장관 안병만)와 한국연구재단(이사장 박찬모)은 『미래기초과학 핵심리더 양성사업』의 일환으로 국내 석․박사과정의 기초과학분야 우수 대학원생 20명(석사과정 9명, 박사과정 11명)을 선정․발표(‘10.08.23)하였다.

이번에 선정된 대학원생들에게는 인건비를 포함하여 석사과정은 매년 최대 4,000만원, 박사과정은 최대 6,000만원의 연구비를 3년 동안 지원하며, 별도의 심사과정을 통하여 2년간 연장지원이 가능하다.

또한, 관련분야 학술회의 및 연구정보 제공, 펠로우십 수여자들 간에 아이디어 공유를 위한 세미나 개최 등 아너 소사이어티(Honor Society)를 구축하여 교류 확대 및 상호발전을 도모하고,- WCU/WCI 참여 해외학자, 한국과학기술한림원 등과 협조하여 국내외최고 석학들의 멘토링 등 학위과정 동안 연구역량을 제고할 수 있는 다양한 지원을 할 예정이다.

미래 기초과학 핵심리더 양성사업은 국내 석․박사 대학원 과정의 기초과학분야 우수과학도를 대상으로 학위과정 동안 연구역량을 제고하여 세계적인 과학자로 성장할 수 있도록 지원하는 사업으로, 수학, 물리, 화학, 생명과학 등 기초과학분야의 국내 정규대학 석․박사 과정 재학생들을 대상으로 창의성, 잠재력, 미래성장 가능성 등 질적 요소 중심으로 서류심사, 심층면접 및 발표평가 등 3단계의 평가를 통하여 선정하였다.

동 사업은 올해 5월 신청서를 접수하여 국내 30개 대학으로부터 총 136명이 지원하여 최종 20명이 선정되었다.

특히 물리학 분야에서는 단 2명만(박사과정) 선정되었다.

정하웅 KAIST 얽히고설킨 ‘복잡계’ 불밝히는 길라잡이 [미래를 여는 첨단 과학] 네트워크 과학

Bluehope — Mon, 17 Jan 2011 01:02:11 +0900

점(노드)과 점, 그리고 두 점을 잇는 선(링크). 세상의 네트워크를 설명하는 단위는 너무도 단순하다. 점들을 순서대로 쫓아 이어 그리기를 하던 추억은 우리에게 친숙하고, 또 여러 점들을 하나의 선으로 잇는 ‘한 붓 그리기’ 문제는 수학에서 오랫동안 전통적인 연결망 문제였다. 그런 연결선이 수억, 수십억 개 모이고 점과 점의 상호작용이 복잡하게 얽히고설킬 때, 우리는 거기에서 ‘복잡계’를 본다. 그런 복잡계에선 노드와 링크의 총합만으론 설명할 수 없는 또 다른 현상, 이른바 ‘창발’ 현상이 일어난다. 그게 복잡계가 간직한 비밀이다.

복잡계와 더불어 네트워크 이론에 대한 관심도 높아지고 있다. 때로는 처세술이나 마케팅 기법으로 주목받지만, 네트워크 이론 연구자인 정하웅 카이스트 교수(물리학)는 “복잡계의 근원적인 물음에 답하려는 또 하나의 시도가 네트워크 구조와 역동성을 연구하는 네트워크 과학”이라고 말한다. ‘네트워크가 펼치는 세상’에 관해 그의 얘기를 들어봤다.

정하웅 교수는 누구?

복잡계 네트워크 과학’이라는 분야를 개척해온 주요 연구자들 중 한 명으로 꼽힌다. 미국 노터데임대학에서 박사후연구원으로 있던 1999~2001년에
<네이처>에 5편의 논문을 잇달아 쓰면서 주목
받았다. 물리·생물·전산·사회·경제학 등 영역에서
다양한 연결망의 구조와 성질을 연구하며, 총 인용
횟수 8천 번이 넘는 논문들을 발표해왔다. 최근엔
미래 인터넷과 소셜네트워크에 대해서도 연구하며
네트워크 안에서 일어나는 동역학의 문제에도
관심을 기울이고 있다.
△카이스트 교수(물리학) △교육과학기술부 ‘
이달의 과학기술자상’(2010년 5월)

정하웅 교수에게 듣는 네트워크 과학

뜻밖의 ‘멱함수’ 규칙 발견

‘허브’의 발견은 그한테 운이 좋게도 뜻밖으로 찾아왔다고 한다. 그 발견 전까지 세상의 연결망들은 흔히 고속도로망처럼 대체로 정렬된 모습으로 그려졌다. 하지만 실제는 달랐다. 1999년 정 교수는 박사후연구원으로 있던 미국 노터데임대학에서 바라바시 교수와 함께 “자투리 일로 재미삼아” 월드와이드웹의 연결망 구조를 분석했고, 거기에서 그들은 아주 새로운 네트워크의 성질을 찾아냈다. 고속도로망에선 볼 수 없는,
수만의 연결선을 거느린 ‘허브’라는 강자였다.

정하웅 교수에게 듣는 네트워크 과학

웹페이지 연결망 구조 분석하다많은 연결선 거느린 ‘허브’ 찾아다양성 보여주는 멱함수 발견

1999년 <네이처>에 발표한 논문이 네트워크 과학의 본격 시작을 알리는 논문들 중 하나로 꼽히는데요. 어떤 건가요?

“원래 프랙털이 전공이었는데, 우연히 네트워크 연구를 시작했어요. 바라바시 교수의 제안으로 방학 때 자투리 일처럼 시작했죠. 웹 페이지들이 서로 어떻게 연결돼 있나, 그 구조를 보려는 것이었는데요, 연결선의 분포를 분석하다 보니 거기에서 ‘멱함수 분포’가 나오더라고요. ‘어, 이거 재밌겠다’ 퍼뜩 생각이 들어 더 많은 웹 페이지를 분석했고, 그러면서 일이 커진 거죠. 달랑 한 쪽짜리 논문이었지만 영향력은 컸어요.”

‘멱함수 분포’를 발견했다는 게 왜 중요하죠?

“멱함수란 어떤 양이 ‘서서히’ 줄어드는 분포를 보여줍니다. 애초엔 고속도로 연결선이 그런 것처럼 웹 페이지 연결선도 대부분 평균 수십 개 정도에 분포할 걸로 예상했는데, 실제 조사해보니 수만 개 연결선을 지닌 것도 있었죠. 그게 멱함수 분포라는 건데요, 연결선이 수십 개다, 수백 개다 이렇게 평균해 말하기 힘든 분포라는 거고, 거기엔 심지어 수만 개 연결선을 지닌 것도 일정 확률로 존재한다는 겁니다. 다양성이 있다는 거죠. 멱함수 분포가 있다는 것은, 달리 말해 ‘임계현상’처럼 흥미롭고 신기한 현상들이 많이 일어날 수 있다는 뜻이어서, 네트워크 연구가 주목받기 시작했던 거죠.”

한해 앞서 ‘세상 사람들은 여섯 단계를 거치면 모두 연결된다’는, 스탠리 밀그램의 이른바 ‘좁은 세상’ 논문도 있었지요?

“재미있고 중요한 논문이었지요. 네트워크 과학이 본격화하면서 새롭게 조명받았고요. 거기에선 멱함수나 허브 개념은 없었는데, 사실 ‘허브가 있어서 세상은 좁다’고 말할 수 있게 된 셈이죠.”

멱함수(오른쪽)는 네트워크에서 얼마나 많은 점들이 몇 개의 연결선으로 연결돼 있는지를 보여주는 연결선 분포 함수다. 우리에게 익숙한, 평균 주변에 많이 모여 있는 종 모양의 ‘가우시안 분포’(왼쪽)와 달리, 멱함수 분포는 많은 연결선을 지닌 허브를 비롯해 다양성이 존재함을 보여준다.

어라, 세상 네트워크가 비슷”

네트워크 연구의 전성시대 같다. 여러 분야에서 네트워크 연구가 이어졌고 언론에도 흥미로운 기사로 보도됐다. 단백질 분자들의 반응 연결망에서도 멱함수와 허브가 확인됐고, 심지어 섹스 연결망에서도 허브 구실을 하는 ‘카사노바’의 존재가 확인됐다. 인간사회나 분자들의 상호작용 연결망에서 비슷한 구조와 성질이 발견된다는 사실은 그동안 네트워크 과학이 확인해준 흥미로운 대목이었다.

2000년대에 네트워크 연구 대상이 엄청나게 다양화했지요?

“그럴 수밖에 없는 게 사실 다 네트워크거든요. 예를 들어 생체분자들이 화학결합을 해서 다른 분자를 만들고 또 다른 분자를 만들고 하는데, 그게 신진대사 네트워크이고요. 단백질과 단백질이 결합해 어떤 일을 하는지 보여주는 단백질 반응 연결망도 있고요. 이메일과 전화 연결망에 대한 분석도 있었고, 심지어 언어학에서 비슷한 단어를 이어 만든 연결망에서도 멱함수 분포가 나온다는 게 알려졌고요. 갖가지 영역을 조사해보니까 멱함수 분포가 자꾸 나온다는 겁니다. 국가간, 기업간의 경제활동 연결망에서도 멱함수가 나오고, 계속 발견되고 있죠.”

여러 네트워크에 멱함수, 허브가 있다는 건 신기한데 그게 대체 어떤 의미인지?

“초반엔 그런 발견 자체에 관심이 쏠렸죠. 하지만 왜 그런지, 그게 어떤 의미인지 설명이 필요해요. 노터데임대학에 있을 때 두번째 <네이처> 논문을 냈는데, 표지 논문으로 실렸어요. 허브가 ‘인터넷의 아킬레스건’이 될 수 있다는 게 요지였습니다. 허브가 망가지면 끝장이니까요. 하지만 그런 허브엔 강점도 있어요. 누가 일부러 허브를 공격하면 연결망은 치명적 피해를 입겠지만, ‘자연스런 고장’의 측면에서 보면 허브의 존재는 강점이라는 거죠. 고장이야 언제 어디에서 날지 모르고, 그 대상이 허브가 될 확률은 굉장히 낮아지거든요. 그래서 복잡계의 특징 중 하나가 ‘튼튼하다’는 것인데, 생명체도 마찬가지입니다. 우리 몸에선 늘 일정 확률로 잘못된 반응이 일어나게 마련이지만, 다행히 허브 구조여서 그런 일은 거의 대부분이 허브 아닌 곳에서 일어나니까요.”

인간사회, 생체분자, 그리고 무생물의 네트워크에 차이점은 없나요?

“생명체는 오랜 진화의 산물인데, 인간이 만든 인터넷 연결망과 같을 수야 없겠죠. 재미있는 차이점으로, 이런 게 있습니다. 네트워크는 ‘좁은 세상’이기는 하지만, 똑같이 나타나진 않는다는 거죠. 인터넷에선 규모가 커지면 최대 연결 거리도 조금씩은 늘어나거든요. 하지만 신기하게도 생명체에선 달라요. 43가지 박테리아와 진핵 세포들의 신진대사망을 비교한 적이 있는데, 거기에선 고등이건 하등이건 최대 연결 거리가 3단계로 늘 일정하게 나타났죠. 생명체는 진화 과정에서 더 복잡한 연결망을 갖더라도 외부 자극에 대해 반응물질을 만들어내는 연결 거리는 늘 일정하게 유지하는 것 같아요. 또 다른 연구들을 보면, 인간사회 네트워크에선 허브들끼리 뭉치는 경향이 짙습니다. 인터넷이나 세포 안 네트워크에선 허브끼리 뭉치는 일이 매우 드물거든요. 이런 게 소셜네트워크만의 특징 같지만, 왜 그런지는 아직 모르죠.”

인간사회·생체분자 네트워크
점과 선 연결망으로 단순화해
엑스레이 영상처럼 뼈대 보여줘

잡계, 규칙과 무질서 사이

물리학자들이 연구 대상으로 삼는 복잡계는 규칙과 무질서의 중간쯤에 있고, 그래서 ‘혼돈의 가장자리’라는 별칭도 얻고 있다. 어찌 보면 복잡계가 매력적인 연구 대상이 되는 것은 이 때문이다. 완전히 무질서도 아니고 규칙도 아니기에, 그 ‘가장자리’에선 과학과 자연의 절묘한 숨바꼭질이 벌어진다. 정 교수는 네트워크 과학을 “복잡계를 점과 선의 연결망으로 단순화해 복잡계의 뼈대를 얼핏 들여다볼 수 있게 해주는 엑스레이 영상”이라고도 풀이했다.

-지금까지 여러 네트워크들에 대한 사례연구들이 주로 이어졌지, 네트워크의 보편적 속성이나 원리에 대한 이해는 부족한 것 같아요.

“네트워크 연구는 아직 걸음마 단계죠. 하지만 갖가지 네트워크 사례들을 연구하다 보면 점차 보편적인 성질도 발견되리라고 봐요. 제가 보기에, 네트워크는 복잡계를 연구하는 새로운 패러다임이고, 그래서 복잡계에 숨어 있는 원리를 찾는 데 큰 도움을 줄 거라고 믿죠. 특히나 복잡계의 큰 화두인 ‘창발’ 현상을 설명할 수 있어야겠죠. 뇌의 작용이 전기신호의 흐름이라고 해서 건전지로 전기신호를 주고받는다고 지성이 나오지 않는 것처럼, 구조를 넘어서서 무언가 숨은 원리를 찾아내야겠죠.”

-네트워크 과학이 복잡계 연구에 무엇을 기여할 수 있나요?

“복잡계엔 무수한 개체들과 무수한 상호작용이 있습니다. 하지만 그런 복잡함을 점과 선의 연결망 구조로 단순화하면 복잡계를 이해하는 데 도움이 될 겁니다. 네트워크는 어찌 보면 ‘복잡계의 엑스레이 영상’ 같은 거죠. 복잡계의 뼈대를 어느 정도 보여주는데, 그 뼈대의 숫자도 엄청 많으니 그걸 제대로 보려면 통계물리학이 또 필요한 거고요.”

-복잡계를 이해하는 데 중요한 도구가 될 수 있다고 보시는군요.

“복잡계는 21세기의 중요한 화두죠. 그동안 다루기 힘든 대상이었지만 사실 복잡계의 중요한 특징 중 하나는 ‘너무 단순하지도, 너무 복잡하지도 않다’는 것이거든요. 우리 사회도 중간 정도로 복잡해서 재미있는 거죠. 세상이 완전히 질서정연해서 바둑판처럼 다 똑같다면 우리는 길을 찾아갈 수 없을 거예요. 또 완전히 엉망진창이라면 거기에서도 길 찾기는 힘들겠지요. 세상은 적당히 복잡하고 적당히 질서정연한 그 중간인 거죠. 그게 세상의 복잡계이고, 그래서 네트워크 과학도 가능한 거고요.”
데이터의 능력, 사회현상 예측

‘데이터’를 강조하시는데요, 데이터가 어떻게 활용된다는 건가요?

“사실 네트워크 과학은 무수한 데이터가 있었기 때문에 발전할 수 있었던 거죠. 수학 이론만으로 네트워크를 연구하는 게 아니라 실제 데이터로 네트워크 구조를 봤더니 이러저러하다는 연구결과가 나오고 있는 거니까요. 이른바 ‘데이터 과학’은 이미 여러 분야에서 주목받고 있어요. 예를 들어 2008년 구글의 연구소에서 논문을 낸 적이 있는데, 2003~2007년의 검색어 데이터베이스를 분석해 독감환자 발생과 관련한 검색어 50개를 찾아냈고 그것을 써서 어느 지역에 독감환자가 발생하는지 재빨리 찾아내, 미국 질병관리센터(CDC)의 환자 집계자료보다 먼저 맞힌 적이 있죠.”

- 데이터 과학이 소비심리를 조작하거나 사회현상을 조작하는 데 잘못 쓰일 수도 있겠네요.
“맞습니다. 좋게 쓰려면 한없이 좋게 쓰겠지만 나쁘게 쓰면 한없이 나쁘게 쓸 수도 있죠. 그런 점에서 안타까운 것은 법과 제도가 과학의 발전 속도를 따라오지 못한다는 겁니다. 전염병 차단처럼 좋은 목적으로 데이터를 쓸 수 있게 데이터의 공개 범위나 관리 방식에 관해 활발한 논의가 필요하거든요. 그래야 연구자들도 마음 놓고 데이터를 이용할 수 있을 테니까요.”

대전/글 오철우 기자 cheolwoo@hani.co.kr
사진 조소영 피디 azuri@hani.co.kr

이용희 KAIST 물리학과 교수 [인물 포커스] 사람과 소통하다, 빛과 소통하다

Bluehope — Mon, 17 Jan 2011 00:42:54 +0900

남미 열대우림에 서식하는 몰포나비는 파란색의 눈부신 날개로 유명하다. 이는 파란 색소가 내는 빛이 아니라, ‘광결정(光結晶·photonic crystal)’이라는 독특한 구조 때문이다. 날개가 파란빛만을 내도록 결정구조를 이루고 있는 것이다.

몰포나비의 날개 표면을 전자현미경으로 확대하면 규칙적으로 배열을 이루는 기하학적 구조를 볼 수 있다. 이 같은 광결정 구조는 딱정벌레, 고슴도치 갯지렁이, 공작새 '등도 갖고 있어 화려한 색을 뽐낸다.광결정은 빛을 비췄을 때 특정 파장의 빛만 반사시키고, 나머지 빛은 모두 투과시키는 성질을 갖고 있다. 이런 이유로 광결정은 일찌감치 빛을 연구하는 과학자들의 주목을 받았다. 광결정 내부에 작은 공간을 만들 경우 ‘빛을 가둘 수 있다’는 기대에서다. 빛이 광결정 내부에서 끊임없이 반사되면서 밖으로 빠져나오지 못하기 때문이다. 미국 물리학자 엘리 야블로노비치는 1987년 이 같은 아이디어를 이론적인 개념으로 제시해 광결정 연구의 붐을 일으켰다. 훗날 과학자들은 빛을 가두고 있던 광결정에 길을 내서 수도관의 물처럼 빛이 통로를 빠져나와 흐르도록 만드는 연구로 이어갔다.당시 야블로노비치가 있던 미국 벨코어연구소 인근 벨연구소(Bell Labs)에는 갓 박사학위를 받고 광학(光學) 연구를 시작한 한국인 물리학자가 있었다. 바로 이용희 현 KAIST 물리학과 교수다. 훗날 그도 광결정 연구에 뛰어들었다. 이용희 교수를 7월 15일 대전 KAIST에서 만났다. 그의 연구실 책장에는 몰포나비의 표본이 놓여있었다.

지금 연구하는 분야를 한마디로 표현한다면

“나노광학이라고 하는 게 좋을 것 같다. 나노광학은 나노미터(nm, 10억분의 1m) 규모의 구조물에서 벌어지는 광학적인 현상을 다룬다. 빛의 파장보다 작은 영역에서 이뤄지는 분야다. 가시광선 파장이 0.5㎛, 적외선이 1㎛ 수준이다. 1㎛가 100만분의 1m이니까 대략 머리카락 두께의 100분의 1에 해당하는 크기다.”2002년에는 학술지 피지컬 리뷰에, 2004년에는 사이언스에 각각 ‘광결정 레이저’에 관한 논문을 발표해서 세계적인 주목을 받았다. 이 두 연구 간에는 어떤 차이가 있나“광결정 내부 공간에 특정 파장의 빛을 넣으면 그 속에서 빛은 끊임없이 반사하면서 같은 파장의 빛을 만들어낸다. ‘유도방출’이라는 현상인데 이 빛들을 한 곳에 모이도록 유도한다면 강한 에너지를 내는 레이저광이 된다. 이 원리를 이용해 만든 미세구조가 바로 2002년 논문에 나오는 1㎛ 크기의 광결정 레이저다. 만약 레이저광으로 모이기 전의 빛, 즉 레이저광의 불씨가 되는 빛을 만들려면 또 다른 레이저에게서 빛을 받아야하는 ‘광펌핑(optical pumping)’이라는 작업이 필요하다. 레이저광을 만들기 위해 또 다른 레이저를 동원해야 하는 것이다. 이처럼 번거로운 광펌핑을 생략하고 ‘전류’만을 흘려서 빛을 내도록 만든 게 2004년 논문에 나오는 광결정 레이저다.”

전류로 펌핑해서(전류를 빛으로 바꿔서) 레이저광을 만들면 어떤 장점이 있나

“광펌핑을 하면 또 다른 이중장치가 들어가게 돼 구조가 복잡해지지만, 전류를 흘려 빛을 내는 방식은 배터리와 전선만 있으면 된다. 따라서 광컴퓨터, 광통신 같은 광전자 기반기술을 실용화하는 데 유리할 것이다. 더 간단한 구조로, 더 작게 만들 수 있으니까 에너지도 적게 든다.” 이후 그의 연구진은 더욱 효율을 높인 광결정 레이저를 2007년 학술지 ‘어플라이드 피직스 레터’에 발표했다. 이 교수가 전류 펌핑 방식의 광결정 레이저를 세계 최초로 만들기 전까지 레이저 구동에는 반드시 광펌핑이 필요했다. 이 교수는 이 같은 성과들을 인정받아 2007년 11월 미국 IEEE의 펠로(석학회원)가 됐다. IEEE는 전기전자 분야의 세계 최대 학회로 연구업적 상위 0.1% 회원을 펠로로 선임한다. 그동안 발표한 국제학술지 논문은 약 150편. 누적 피인용 횟수는 4700회 이상이다.

과거 이야기를 해보자.

1987년 벨연구소에 있을 때 ‘수직공진 표면광레이저’라는 것을 발표했다. “다른 말로 ‘빅셀’이라고 부르는데, 빛을 지속적으로 공급해주는 일종의 파워서플라이다. 전자제품에 비유하자면 전원(電源)의 역할을 하는 것이다. 현재 레이저 광마우스와 광통신에서 쓰는 광원(光源)이 이 때 개발한 빅셀을 상용화한 것이다.”

다른 잡지에 기고한 글을 보니 그 무렵이 정신적으로 힘든 시기였다고

“지금 생각하면 별 일도 아니다. 하지만 그 때는 뭔가 잘 안 풀리던 시기라
나름대로 고민이 많은 때였다. 1986년 박사학위를 받을 무렵 벨연구소에서 MTS(정규직 연구원) 제의가 왔었다. 하지만 지도교수와 의리를 지킨다고
마저 남은 일을 끝내고 가겠다고 했다. 몇 달이 지나자 나에게 제의한 MTS 자리가 없어졌으니 포닥(Post Doc.)이라도 오겠냐고 하더라. 그렇게 해서 들어가긴 했지만 급여나 대우, 주어지는
일의 중요도, 뭐 이런 면에서 MTS보다 쳐지니 신이 안 나더라. 게다가 주변에 온통 귀신 같은 사람들 천지라 주눅이 든 것도 있었다. 옆방에 문 열고 들어가면 책에서나 보던 학자가 앉아 있고 그랬다.”

그러다가 그 시기에 빅셀로 소위 대박을 친 건가

“돌파구가 안보였다. 귀국 생각도 여러 번 했고…. 그런데 가만히 있으면 쓸데없이 고민만 늘어가니 뭔가 취미를 만드는 게 낫겠다고 생각했다. 그래서 2년 가까이 클라리넷을 열심히 배웠다. 이전보다 마음이 안정되고 조금씩 일이 풀리는 것 같았다. 그러다 빅셀에 관한 연구성과가 마침내 인정을 받았다. 그 때부터 숨통이 틔었고, MTS도 되고 상황이 좋아졌다. 당시 동료들의 도움이 컸다. 운도 따라줬다.”

“나는 여기(KAIST) 와서 응원단장만 했다.”

KAIST 교수로 부임한 이후의 연구업적에 대해 그는 이렇게 말했다. 과학자답지 않게 ‘운(運)’이라는 단어를 자주 썼다. 벨연구소에서 빅셀을 개발한 것도 좋은 동료들을 만난 운이었고, 그 시기의 빅셀 연구도 마침 때를 잘 만나 인정받았으며, KAIST에 와서 좋은 제자들을 만난 것도 운이 좋았다고 말했다.

응원단장을 어떤 식으로 한 건가. 예전에 여기 연구실 출신 박홍규(고려대 물리학과) 교수가 “보통 지도교수와 직접 토론하는 기회가 많지 않은데 이용희 교수는 늘 학생과 직접 소통하려 했다”고 인터뷰한 적이 있다.
“글쎄, 소통이라고 하면 가급적 이야기를 들어주는 입장에 서려는 것뿐이다. 그리고 학생들끼리 자유롭게 토론을 많이 하도록 분위기를 유도하는 편이다. 그래야 새로운 아이디어가 생기고, 남에게 설명하면서 다시 배우게 된다. 그러면 또 아이디어가 생기고. 랩(Lab)에서는 결국 교수보다 선후배에게 배우는 게 더 많다고 생각한다. 비용 걱정은 말고 언제든 너희끼리 커피타임을 가지라고 했다. 그랬더니 저희들끼리 알아서 종종 이 근처 카페에 우르르 몰려가 시간을 보내는 것 같더라.”

앞으로 주력하는 연구주제는 무엇인가

“단일광자원과 나노생물물리다. 두 가지 모두 광결정 레이저를 이용한다. 보통 광통신을 하면 광자(photon)가 100만~1000만개씩 사용된다. 단광자는 이 중 빛 알갱이 하나를 말하는 것이다. 단광자 발생장치는 암호통신에 사용될 전망인데 누군가 도청한다고 이 단광자를 건드리면 양자이론에 따라 광자 상태가 바뀌어버린다.

단광자에 실린 암호키 해독 자체를 할 수 없는 것이다. 또한 광결정 레이저를 쓰면 단백질 분자 하나를 공중부양하는 것처럼 허공에 띄운 채 고정시킬 수 있다. 입자는 빛이 센 방향으로 몰리는 경향이 있어서 강한 레이저 빛이 있는 곳에 단백질 분자가 달라붙는다. 이런 현상은 앞으로 생명과학 연구에 유용하게 쓰일 것이다.”

글=서영표 동아사이언스 기자 sypyo@donga.com사진=김유미 사진작가

2010 가을학기 콜로키움 일정표 - 2010년 9월 6일부터 시작합니다.

ta221 — Tue, 11 May 2010 17:20:23 +0900

2010 가을학기 콜로키움 일정표 - 2010년 9월 6일부터 시작합니다.

2010년도 봄학기 콜로키움 일정표 - 2월 8일 시작합니다.

물리학과 — Wed, 20 Jan 2010 09:16:47 +0900

2월 8일

Nature, Culture, Sculpture

최인수 교수, 서울대 미술대학 조소과

2020년 한국을 빛낼 100인

Bluehope — Fri, 30 Jul 2010 00:14:49 +0900

2020년에는 누가, 어떤 역량과 자질을 바탕으로 한국 사회를 이끌까. 10년 뒤를 빛낼 리더십은 오늘의 한국사회에 어떤 의미를 지닐까. 동아일보는 이런 질문에 대한 답을 찾아가는 과정에서 창간 90주년을 맞아 ‘2020년 한국을 빛낼 100인’을 선정했습니다.

삼성전자 이재용 부사장과 피겨 여왕 김연아 선수처럼 이미 잘 알려진 인물이 많이 선정됐지만 성영석 스테레오픽쳐스코리아 대표처럼 작지만 강한 기업을 일궈낸 혁신가도 눈에 띕니다. 또 정하웅(물리학) 주영석 씨(유전학) 등 대중의 관심 밖에서 묵묵히 정진한 세계 수준의 과학자가 20여 명 포함됐습니다. 미래시대 소프트파워의 한 축인 요리 패션 만화 분야의 실력파가 선정된 점도 눈에 띄는 흐름입니다.

자문위원 8명이 조언하고 추천위원 205명이 두 차례에 걸쳐 추천한 결과입니다. 100인 중에서 한 명은 독자의 몫으로 남겼습니다. 동아일보는 100인에게 미래를 어떻게 준비하며, 무엇이 가슴 뛰게 하는지를 물었습니다. 미래를 꿈꾸고 준비하는 다음 세대와 부모님을 대신한 질문이었습니다. 이들은 “늘 새로운 것을 찾아가는 즐거움을 잊지 않겠다”며 즐기면서 정진하겠다고 약속했습니다. 또 “틀을 깨는 생각이나 시도를 하는 이들이 나의 영웅”이라며 도전과 모험이 삶의 동력이라고 말했습니다. “나의 성공이 이웃의 행복을 제한할 만한 가치가 있지 않다”는 서울대 이상훈 교수처럼 성공의 방식마저 소중히 여기겠다는 이들도 있었습니다… http://www.donga.com/news/2020_100/