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번호 |
주제명 |
Plenary Lecture |
Invited Lecture |
Short Communication |
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1 |
General Results in Equilibrium Statistical Physics |
1 |
4 |
34 |
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2 |
Nonequilibrium Systems |
1 |
4 |
39 |
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3 |
Correlated Quantum Systems |
1 |
3 |
20 |
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4 |
Disordered Media |
1 |
4 |
30 |
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5 |
Dynamical Systems and Turbulence |
1 |
3 |
23 |
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6 |
Long Range Interactions |
1 |
3 |
11 |
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7 |
Reactive Systems |
1 |
3 |
14 |
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8 |
Interfaces |
1 |
3 |
15 |
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9 |
Heterogeneous and Granular Materials |
1 |
3 |
16 |
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10 |
Soft Matters |
1 |
3 |
18 |
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11 |
Biologically Motivated Problems |
1 |
3 |
16 |
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12 |
Application to Economics and Other Fields |
1 |
4 |
13 |
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합계 |
12 |
40 |
249 |
제20회 IUPAP International Conference on Statistical Physics가 1998. 7. 20부터 1998. 7. 24까지 프랑스의 아름다운 도시 파리에서 개최되었다. 이 학회는 3년에 한번씩 열리는 통계물리학 분야에서 가장 규모가 큰 세계적인 학회로서, 이번에는 세계 각국에서 약 1800여명의 통계물리학 및 관련분야의 과학자들이 참가하였다. 한국과학자로서는 부산대의 장익수, 박혁규, 건국대의 강병남, 숭실대의 김진민, 카톨릭대의 박정만, 명지대의 권철안, 포항대의 김재삼, 서울대의 정하웅, 이현우, Boston 대의 이용기, Lehigh 대의 홍종한 교수 및 Texas- Austin 대학의 대학원생 2명이 참가하였다. 이번 학회는 파리에 있는 유네스코 본부와 소르본느 대학에서 열렸으며, 프랑스의 CEA, CNRS, MENRT, UNESCO 및 IUPAP, DG XⅡ 등의 기관에서 재정·행정적인 지원을 하였다. 학회의 조직에서부터 준비, 운영 및 마무리에 이르기까지 모든 일들은 Daniel Iagolnitzer, Marc Gingold 및 Annie Gervois 교수들이 맡아서 수고를 하였다.
학회의 첫날 아침 개회식에서는 유네스코의 사무총장인 Federico Mayer가 학문의 자유와 과학의 발전을 이루기 위해서 정치·경제적으로 넘어야 할 여러 가지 난관, 그리고 과학자의 지적·도덕적 책임감과 의지에 대해서 역설하였다. 유네스코는 과학의 발전을 위하여 지원을 아끼지 않을 것이며, 이태리의 ICTP와 연계하여 미국 Iowa 주립대학에 이론연구소를 설치하여 연구지원사업을 공동으로 수행케 할 것이라고 하였다. 그리고, 동시통역사들이 통역을 하는 유네스코의 시설들을 이 학회에 무료로 제공하게 되어 기쁘다고 하였다.
IUPAP의 통계물리분과 위원장인 Pierre Hohenberg는 개회사를 통해서 학회 준비위원장 및 준비위원들에게 심심한 감사의 뜻을 전하였다. "이 학회가 성공적으로 진행이 되면 이것은 학회의 준비위원회의 노력들 때문이고, 그렇지 않고 잘못된 것은 이상기후 현상인 엘리뇨 때문"이라는 재미있는 농담을 하면서 학회의 시작을 선언하였다. 개회식의 초청강연 연사로 나온 1997년 노벨 물리학상 수상자인 C. Cohen-Tannoudji는 "초저온의 원자 기체 : 방법, 문제 및 미래"에 대해서 발표하였으며, 자신의 연구가 통계물리학에서의 주요 개념인 stochastic wave function, anomalous random walk, Levy flight 등으로부터 많은 도움을 받아 왔다고 하였다.
이번 학술회의 발표는 크게 12가지의 주제들로 나누어서 진행이 되었는데, 전체적으로는 12회의 총회 강연, 40회의 초청 강연, 249회의 구두 발표, 그리고 약 1700여편의 포스터 발표로 구성되었다. 또한 비가역성(irreversibility)에 관한 원탁 토의(round table discussion)와 "통계물리학의 전망"에 관한 특별 강연 등이 있었다. 왼편에는 12가지 주제들과 각 주제별로 발표된 강연의 수를 보여주고 있다. (단, 포스터는 제외)
강연 수의 분포에서, 통계물리학의 전통적인 주제들 (그러나, 아직 이해하지 못한 현상들에 대한 연구자들의 관심사는 지대한 영역), 비선형, 동역학적 계 및 무른 물질(soft matter), 복합흐름체(complex fluid)에 대한 연구들이 활발히 진행되고 있음을 느낄 수 있었다. 더욱이 통계물리학의 지식들을 이용하여 생명체, 생물체의 현상, 경제학 등의 문제들을 기술하려는 일련의 노력들이 이제는 통계물리학의 한 분류로서 확실한 자리 매김을 하고 있다는 사실은 매우 고무적인 현상이었다.
위에서 언급한 각 주제에 대하여 우수한 강연들이 많이 있었다. 그러나 지면 관계상, 각 주제에 대하여 분야의 전반적인 추세나 대표적인 한 두가지의 강연들만 소개하고자 한다.
첫번째 주제인 '평형통계물리학의 일반적인 결과'에 관한 회의에서는 전통적인 주제들이 많이 다루어졌다. 마당이론(field theory)를 사용한 페르미온과 보오존의 액체상에 대한 대칭성 및 재규격화 이론에 대한 논문 발표가 있었으며, Heisenberg 및 XY 스핀계, Potts 반강자성체, 이상적인 양자기체, critical wetting 등에서의 임계현상에 대한 발표가 있었다. 또한, 시뮬레이션을 이용한 연구도 많이 발표되었고, 준결정(quasi-crystal), 적분가능계, 무질서계(disordered system) 등에 대하여 심도있는 토의들이 이루어졌다.
두번째 주제인 '비평형계'에 대해서는 E. Domany의 초상자기(super paramagnetic) 무리짓기, J. Krug의 에피 결정성장에서 무늬 형성(pattern forming)에 대한 주제 발표와 함께, 비평형 상태를 보이는 다양한 계에 대한 발표들이 이어졌다.
세번째 주제인 '상관관계를 지닌 양자 계'에 대해서는 M. Sarachik의 발표가 참석자들의 비상한 관심을 끌었다. 금속-비금속 상전이를 기술하는 앤더슨 한곳모음(Anderson's localization)이론에 의하면, 2차원에서는 한곳모음 상전이가 존재하지 않는다는 것이 정설로서 받아들여지고 있었다. 그러나, Sarachik은 2차원 실리콘 MOSFET 시료를 사용하여 전자밀도를 조절함에 따라 금속-비금속 상전이가 외부 자기장이 없어도 존재한다는 훌륭한 실험 결과를 제시하였다. 또한, 온도와 전자밀도의 변화에 따른 저항 값들이 모두 하나의 축척(scaling) 곡선으로 설명됨을 보여 줌으로서, 2차원에서 금속-비금속 상전이가 존재하는 것에 대한 반론의 여지를 일축하였다. 이로 인해서 앤더슨 한곳모음이론에 대한 수정 및 재검토가 시급하게 요청되고 있다. 국내에서도 이 분야에 대한 이론적 및 실험적 연구가 빨리 활성화되어 중요한 기여가 이루어졌으면 좋겠다는 생각을 필자는 해보았다.
네번째 주제인 '무질서한 물질'에 대한 초청 강연들은 훌륭한 강연들로 이루어졌다. J. Cardy는 담금질한 마구잡이정도(quenched randomness)에 대한 강연을 통해서 "마구잡이정도가 이차 상전이에 주는 영향에 관한 Harris criterion와 같이, 일차 상전이에도 대응되는 규칙이 있는가?"하는 질문을 던진 뒤, 이것에 대한 자신의 엄밀하고도 체계적인 재규격화 이론에 근거한 축척이론들을 발표하였고, 젊은 과학자들이 이 분야에 빨리 동참하여 많은 기여를 해주기를 바란다는 격려로서 강연을 마무리 지었다. Cardy는 이 연구 분야에서 가장 앞서서 연구를 주도해가고 혼자서도 중요한 결과를 많이 생산해낼 수 있는 학자임에도 불구하고, 그 분야를 자신만의 전유물로 생각지 않고 젊은 학자들을 앞에서 이끌어가면서 연구하려는 사려 깊고 겸손한 자세에서 필자는 깊이 감동을 받았다.
한편, D. Fisher가 발표한 무질서적인 양자계에 관한 강연은 Cardy와는 다른 형태의 강연이었다. Fisher는 무질서적인 양자계에서의 임계현상에 대한 기초적인 개념 소개와 함께, 이 임계현상을 어떤 상관길이(correlation length)를 통해 이해함에 따라 특이거동(singular behavior)이 달라질 수 있음을 보였다. 즉 평균적인 상관길이를 측정하느냐, 아니면 일반적인 상관길이를 측정하느냐에 따라 특이거동의 모습이 달라지며, 양자계를 기술하는 파동 함수의 percolative 상전이를 근원적으로 이해하는 것이 중요하다고 역설하였다. 이 강연을 통해 D. Fisher의 뛰어난 물리적 직관력을 엿볼 수 있었다.
W. Kob가 발표한 "유리에서의 노화 현상"에 대한 강연은 최근에 이 분야에 많은 관심을 가지고 연구를 시작한 필자에게 큰 도움이 되었다. Kob는 구조적인 유리의 비선형적인 동력학과 노화 현상을 자체상관관계(autocorrelation) 함수를 통하여 어떻게 기술할 수 있는지와 이에 수반되는 동역학적 축척 (dynamical scaling)에 대해 자세히 기술하였다. 그리고 제안된 여러 가지 이론적 모델들을 Lenard-Jones 계의 시뮬레이션 결과들과 비교 분석하였다. 또한, 계를 임계온도 이하로 담금질시키고, 진동하는 외부의 마당에 대한 반응을 계산하여 요동-흩어지기 정리(fluctuation-dissipation theorem)가 성립하지 않는 영역 및 현상에 대해 발표하였다.
여섯번째 주제인 '긴 범위 상호작용 (long range interaction)'에 관하여는 M. Fisher가 "전해질에서의 전하 및 밀도 요동 현상"에 대하여 아름다운 강연을 해주었다. 언제나 그랬듯이 M. Fisher의 강연은 일목요연하였으며, 여러 가지 색조로 준비한 transparancy를 사용하여 청중의 이해를 높이기 위해 노력하였다. 또한, 무엇이 문제이고 그것을 어떻게 해결하는지를 훌륭한 물리적 직관을 통해 보여 주었다. 환갑을 훨씬 넘은 나이에도 불구하고, 아직도 젊은 학자에게 뒤지지 않는 학문에 대한 열정과 누구하고나 자연스럽게 토론하는 모습에서 역시 현대 통계물리학의 대부로서의 면모를 엿볼 수 있었으며, 국내의 학문적 풍토와 비교해 볼 수 있는 좋은 계기가 되었다고 생각한다.
여덟번째 주제인 '계면'에 대해서는 M. Kardar가 "박막 성장에 있어서의 질서 현상"에 대해 발표하였는데 KPZ 식과 Ginzburg-Landau 식을 결합하여 박막 성장에 있어서 질서(ordering) 및 동역학적인 축척을 어떻게 기술하는지에 대해 자세히 발표하였다.
아홉번째 주제인 'Heterogeneous and Granular Materials'에 대해서는 F. Melo가 발표하였는데, 수직으로 진동하는 판 위에 놓인 작은 알갱이(granular particle)들의 무늬 형성에 관해 설명하였다. 특히 상전이 현상의 열역학적인 기술 방법을 작은 알갱이 계에 적용하여 동역학적인 일차 상전이를 기술하고자 하는 새로운 노력이 돋보였다.
열번째 주제인 '무른 물질'에 대해서는 T. Hashimoto가 고분자화합물과 액체의 임계 혼합상에서 나타나는 스폰지와 유사한 구조에 대해 발표하였는데, 스피노달 분해(spinodal decomposition) 과정의 후반에 나타나는 동역학적 축척을 빛의 산란 실험 결과를 이용하여 규명하였다. 빛의 산란 시간에 대한 변화를 측정하여 보편축척함수(universal scaling function)가 존재함을 실험적으로 보인 멋진 연구들이었다.
열한번째 주제인 '생물학에 관련된 문제'는 통계물리학적인 개념들을 생명체 및 생물체에 응용하는 새로운 패러다임(paradigm)으로서, 최근 중요한 학문적 진보가 이루어지고 있는 분야이다. 실험생물물리학의 대가인 A. Libchaber는 DNA, 고분자화합물, 그리고 분자 단위의 생명정보에 대해서 총회강연을 하였다. 그는 "한 가닥의 DNA와 DNA 교환과의 관계, 즉 chain elasticity를 이용하여 정보를 어떻게 저장할 수 있는가?"에 대하여, 분자 단위의 인식, 광학적인 인식, 미세적인 배열과 DNA chip과의 관계, 그리고 유전자 발현(gene expression)을 측정하는 여러 가지 기법 및 실험 결과들에 대해서 아주 흥미롭게 그리고 자세하게 설명하여 청중의 관심을 모았다.
또한 M. Karplus는 "단백질 folding 문제: 시뮬레이션을 통한 통찰"이라는 주제로 강연을 하였다. 이 분야는 고분자화합물 분야뿐만 아니라 최근 여러 분야의 과학자들이 (입자물리학, 고체물리학, 수리물리학 등) 많이 연구에 참여하고 있다. 단백질 folding에 관한 인간들의 이해는 현재 거의 없는 것과 마찬가지인 상황이기 때문에, 야망이 있는 통계물리학자라면 시간을 두고 한번 연구를 해볼만한 분야이다. Karplus는 27mers의 사슬(chain)에 관한 시뮬레이션을 하여 각 사슬 배열(configuration)의 에너지 분포를 조사하고 단백질 folding을 조절하는 인자가 무엇인지를 규명하려 하였다. 바닥상태와 첫들뜸상태 사이의 에너지 간격(gap)이 클 때의 모든 사슬 배열이 folding 한다는 것을 밝힘으로서, 에너지 간격이 열역학적으로 중요한 인자라는 것을 보였다. 또한, 여러 종류의 고분자화합물로 이루어진 125mers를 시뮬레이션하여 folding 과정을 보여주는 자유에너지의 도표를 조사하였다. 이것으로부터 단백질의 folding 메카니즘 과정에서 일어나는 두 단계에 대하여 설명하고, 많은 과학자들이 단백질 folding의 분야에 같이 동참하여 연구할 것을 제안하기도 하였다.
열두번째 주제인 '경제학 빛 다른 분야에서의 응용'에서도 역시 통계물리학적인 지식들을 경제학, 언어학, 지진, 교통체증 문제들에 적용하려는 시도들을 소개하는 분야였다. B. Mandelbrot와 E. H. Stanley는 주식 시장에서의 주가의 등락 현상과 재정적인 위험에 있어서 어떻게 축척 거동이 구현되는지를 보여주었으며, 지나간 수 십 년간의 주가를 분석하여 이들에 대한 실제적인 축척 이론을 제시하기도 하였다.
이 학회의 마지막 총회강연에서 G. West는 "생물학에서의 보편축척법칙의 근원"이라는 주제로 모든 생명체의 수명에 대한 축척 거동 및 생명체의 크기에 따른 수명의 축척법칙을 현상론적으로 제시하는 굉장히 흥미로운 강연을 하였다. 이번 학회의 한가지 특징은 학회가 진행되는 동안 참가자들의 숫자가 전혀 줄어들지 않았다는 것이다. 모든 과학자들이 아름다운 도시 파리를 구경하려는 유혹이 있음에도 불구하고 총회 강연, 초청 강연, 구두 발표들을 꾸준히 청취하였다. 이는 조직위원회의 세심한 준비에 의한 우수한 연사의 선정 및 연사들의 성의 있는 강연, 또한 새롭게 개발되는 연구 주제들에 대한 연구 의욕 등에 기인한다 할 수 있겠다. 금요일 마지막 강연에서까지 유네스코 대강당을 꽉 메운 청중들을 보면서, 필자는 국내에서 개최되는 학술 회의의 마지막 날 시들한 모습들과는 판이하게 다름을 느꼈다.
학회의 중간인 수요일에는 소르본느 대학의 대강당에서 Boltzmann 메달 수여식이 있었다. 이번에는 E. Lieb와 B. Widom이 Boltzmann상을 공동으로 수상하였다. Lieb는 고전, 양자통계물리학에 있어서 근본적인 문제들에 대한 연구와 여러 분야에서 모델 계의 정확한 해를 구한 업적으로, Widom은 유체와 복합유체의 통계물리학에 기여한 업적, 특히 상태방정식에 대한 축척가설과 임계점 근처에서 유체의 표면장력에 대한 업적으로 Boltzmann 상을 수상하였다. 수상기념 강연에서 Lieb는 통계물리학에서 자신이 해결하고 싶은 문제들에 대해, Widom은 "van der Waals가 모르던 것을 우리는 얼마나 많이 알고있는가?"에 대해 강연을 하였다.
이어서 '비가역성'에 대한 원탁 토의가 진행되었는데, 먼저 M. Klein이 비가역성에 대한 역사적 배경, 즉 Maxwell, Boltzmann, Ehrenfest, Smoluchowski 각각의 비가역성에 대한 견해를 소개하여 발제를 하였고, J. Lebowitz는 비가역적인 거시계의 모습에 관한 미시계적인 원인에 대해서, 노벨화학상 수상자인 I. Prigogine는 자연의 법칙, 확률과 시간 의 비대칭성에 대해서, 그리고 D. Ruelle는 비평형 상태에 대한 우리의 이해의 한계 및 새로운 아이디어들에 대하여 강연을 한 후, 3명이 열띤 토론을 가졌다.
수요일 오후에는 역시 소르본느 대학에서 4명의 석학들이 "통계물리학의 전망"이라는 주제로 원탁 토의를 가졌다. S. Edwards는 통계물리학의 실생활 문제들에의 응용들에 대해서, M. Fisher는 지나간 40년간의 연구주제들에 대한 회고로부터 앞으로의 문제들에 대해서, G. Parisi는 복합계(complex system)을 쳐다보는 물리학자의 관점에 대해서, 그리고 Ya G. Sinai는 막흐름(turbulence)에 대한 수학적 문제들에 대해서 견해를 밝혔다. 서로 다른 연구 분야라고 여겨지던 연구주제들 사이의 상관 관계 및 각 분야에 대한 석학들의 물리적 직관 및 문제를 해결하려고 하는 관점 등에 대해서 들을 수 있는 귀한 기회였다.
매일 아침 9시부터 저녁 7시까지 5일간 진행된 이번 학회에서 되도록 많은 강연을 들으려고 바쁘게 강연장을 바꿔서 다니느라 지치기는 하였지만, 최근의 연구 동향들과 앞으로 흥미 있는 연구주제들 및 필자가 관심을 가지고 연구하고자 하는 분야에 대해 훌륭한 강연들을 많이 들을 수 있어서 뿌듯한 마음을 가지고 한국으로 돌아 왔다.
다음 학회인 제21회 STATPHYS 국제회의는 3년 뒤인 2001년에 멕시코의 멕시코시티에서 개최될 것으로 확정되었다. 2004년의 STATPHYS 국제회의는 아시아 지역에서 열릴 예정인데, 그 때쯤이면 IMF 귀신이 사라져서 한국에서 제22회 STATPHYS 국제회의를 개최할 수 있게 되기를 기대해 본다.