프로페셔널 찌질이

어떤분이 나에게 공부하고 있는 분야에 대한 질문을 하셔서 답변도 할겸 정리해본다. 사실 이글은 쓰기로 마음 먹은지 벌써 1년이 다되어 가는데 계속 이글루스 블로그의 임시저장 글에 남아 있었다. 공부/연구하는 분야를 제대로 파악한 후에야 글을 마무리하겠다고 생각다. 하지만, 지금 단계에서 대략적인 정리를 해보는 것도 좋을 것 같아서 짤막하게 남겨보고자 한다.

1. 공부하고 있는 분야: 고체물리학(Hard Condensed Matter)

 전통적으로는 고체물리학이라 불리웠지만 요즘 들어서는 응집물질물리학이라고 칭하기도 한다. 응집물질은 넓게 보면 기체가 아닌  다른 모든 상태를 일컫는다고 할 수 있다. 따라서 유체(주로 액체)에 대한 연구도 응집물질 물리학에서 다룬다고 볼 수 있다. 또한 초유체와 같이 고체도 아니고 액체도 아닌 경우까지 포괄할 수 있다. 응집물질물리학이라는 단어를 처음 접한것은 1학년 때 김두철 교수님의 심화물리학개론 수업에서 였다. 당시에 물리학의 여러 분과를 설명해주시면서 응집물질물리학이라는 단어를 소개해 주셨다. 최근에 들어서는 생명물리(biophysics)를 포괄하여 응집물질물리학이라고 한다. 고체물리에 기반한 분야는 강응집물질물리학(hard condesed matter), 생명물리에 기반한 분야는 약응집물질물리학(soft condensed matter)이라 부른다. 이러한 분류는 '연구대상에 따른 분류'라고 볼 수 있고, 이 경우 물리학은 크게 입자물리학, 핵물리학, 분자 물리학, 응집물질물리학,  플라즈마물리학, 레이저 물리학 등으로 나눌 수 있다.

2. 공부하는 방법: 이론을 통한 접근과 계산을 통한 검증

 최근에는 1차원 아이징 모형에 대한 (주로 작용소대수operator algebra를 이용한) 이론적 계산과 이를 행렬 연산으로 변환해서 직접 컴퓨터 시늉내기를 하고 있다. 원래 분류라는 것이 생각처럼 쉽게 분할(partition, 분류된 범위가 서로 겹치지 않는 것)되지는 않지만, 대략적으로 '연구방법에 따른 분류'를 하자면 물리학은 다음과 같이 분류할 수 있다: 이론물리학, 전산물리학, 실험물리학.

나는 기본적으로 이론물리학자에 속한다. 따라서 직접 실험을 하는 일은 없다. 그렇다면 전산물리학은 무엇인가하면, 이론물리학과 실험물리학의 중계자라고 하고 싶다. 바로 이론을 통해서 계산된 해석적(또는 대수학적)인 '완전한 해'를 컴퓨터의 도움을 받아서 실험값과 같은 자료를 '가공'하는 것이다. 이를 통해서 이론을 통한 예측값과 실제 실험값을 비교하기도 하고, 실험 없이 이론을 시늉내기만을 통해서 타당성을 검토하기도 한다.  1번에서 언급한 입자물리학이라는 분야에는 입자현상론이라는 분야가 있다. 간단하게 말하자면 이는 이론물리학자의 이론을 실험으로 번역해주는 역할이라할 수 있다. 이와 비슷하게 나는 전산물리학을 바탕으로 나의 이론을 실험으로 번역하는 일을 직접하고 있는 것이다.

 연구 방법을 3가지로 분류하지만 나는 여기에 한 가지 더 추가하고 싶은 마음이 있다. 바로 통계물리학이다. 어떻게 보면 이는 실험도 아니고 시늉내기(전산)도 아니기 때문에 이론물리학이라고 분류할 수 있겠다. 하지만 통계물리학은 매우 많은 수(아보가드로수)의 대상(주로 기체분자나 고체 결정)에 대해서 통계적인 기법을 도입하기 때문에 다른 이론물리의 세부분과와는 조금 다른 특성을 띈다. 다른 세부분과가 '순수수학'이라면 통계물리는 '응용수학 또는 통계학'이라고 볼 수 있기 때문이다. 따라서 나의 공부하는 방법은 전산 시늉내기 및 통계물리학을 위시한 이론물리학이라고 할 수 있겠다.

3. 공부하는 대상: 고온초전도체, 양자 아이징 모형(1차원)

 공부하는 대상은 고온초전도체와 양자 아이징 모형이다. 둘 다 독특한 상전이 현상을 보여주기 때문에 상전이를 공부하는데에 아주 중요한 소재라고 할 수 있다.

4. 공부하는 주제: 되틀맞춤(재규격화) 군을 이용한 상전이 계산