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세계적 수준의 기초과학 연구와

우수한 신진 과학자 양성 주도

제일 유명한 과학자를 한번 떠올려 보자. 초등학생이든, 중학생이든, 고등학생이든, 어느 집단의 친구들에게 질문을 하든 이 이름은 꼭 거론될 것이다. 바로, ‘알버트 아인슈타인’ 이다. ‘알버트 아인슈타인’과 더불어 게임이론의 창시자이자 양자역학의 수리적 기초를 발전시킨 ‘존 폰 노이만’은 모두 미국 뉴저지 프린스턴에 있는 미국 고등연구소(Institute for Advanced Study) 소속 교수였다. 우리나라에도 IAS와 같은 기관이 있다. 바로 오늘 소개해드릴 고등과학원(Korea Institute for Advanced Study)이다.

고등과학원,
‘기초과학의 근본적 질문에 도전하는 세계적 연구기관’

고등과학원은 1996년 국가에 대한 미래상을 제시하고 기초과학의 발전에 기여할 연구기관을 설립하고자 하는 정부 노력의 일환으로 설립되었다.
•김영삼 전 대통령, “고등과학원을 만들어서 우리는 노벨상에 도전해야만 합니다. 이 문제에 있어서도 대통령으로서 저는 최대한의 지원을 할 것입니다.” (‘95. 9월, 한국과학기술회관 개관식)
•정근모 전 과학기술처 장관, “미국 프린스턴 고등연구소처럼 기초 과학자들이 자유롭게 연구에 전념할 수 있는 고등과학원을 서울 홍릉의 한국과학기술원(KAIST) 옛 교정에 1996년 10월 세웠다.” (’20. 12월, 「기적을 만든 나라의 과학자」)
•김정욱 고등과학원 초대 원장, “자유로운 분위기에서 연구원들이 맘껏 창의성을 발휘토록 한다는 고등과학원 설립 이념에 충실하면 노벨상감도 곧 나오리라 생각합니다.” (‘98.1월 한국경제신문)

설립 당시 고등과학원은 수학과 물리학 분야의 교수와 연구원 6명으로 출발해, 현재는 수학, 물리학, 계산과학 세 학부와 허준이수학난제연구소, 양자우주연구센터, AI 기초과학센터, 거대수치계산연구센터로 구성되어 약 160여 명의 연구진이 각 분야에서 세계적 선도 기초과학연구를 수행함으로 오늘날 명실공히 한국 이론기초과학 연구를 주도하는 대표적 기관으로 성장하였다.

고등과학원이 기초과학분야 국력 성장에 기여한 대표적인 사례로 2014년 국가수학등급 격상과 같은 해 국제수학자대회(ICM) 한국 유치가 있으며 고등과학원은 국가 수학 경쟁력 향상에 결정적 역할을 수행했다. 2014년 세계 과학 경쟁력이라 불리는 우리나라의 ‘국가 수학등급’이 2등급에서 4등급으로 격상되었으며, 국가수학등급이 한 번에 2등급 격상되는 사례는 우리나라가 최초의 사례였다. 2022년도에는 허준이 교수의 필즈상 수상과 더불어 드디어 우리나라 국가 수학등급이 최상위 등급인 5등급으로 승급되었다. 고등과학원은 지금까지 걸어왔던 길처럼 현대 과학기술 전반에 근간을 이루는 기초 지식의 토대를 마련함으로써 순수기초과학 연구와 국내 자연과학의 명맥을 유지하고자 노력하고 있다.

수학계의 노벨상, 필즈상 수상자 2명 재직 중
- 에핌 젤마노프(1994), 허준이(2002) 석학교수

얼마 전 한강 작가께서 대한민국 역사상 최초로 노벨 문학상을 수상하는 쾌거를 이루었다. 그런데, 수학계에도 노벨상이 있다는 것 알고 계신가? 바로 필즈상이다. 4년에 한 번씩 국제수학자대회(ICM)에서 발표되는 필즈상은 1936년부터 제정된 수학계에서 가장 권위 있는 상 중 하나로 우수한 연구 업적을 이룬 만 40세 미만의 수학자에게만 주어지는 상이다. 고등과학원에는 필즈상 수상자 두 분이 근무하고 있다. 1994년 필즈상 수상자(Fields Medalist), 에핌 젤마노프(Efim Zelmanov) 수학부 석학교수와 2002년 필즈상 수상자 허준이 석학교수이다.

특히, 미국 프린스턴(Princeton) 수학과 교수이자, 고등과학원 수학부 석학교수인 허준이 교수는 2015년 필즈상(Fields Medal)을 수상하기 전부터 고등과학원에 여름마다 방문하여 한국 수학계와 미국 수학계의 접점을 만들어내는 역할을 해왔다. 허준이 교수의 연구 분야는 조합 대수기하학(Combination Algebraic Geometry)으로 대수기하학을 통해 조합론의 문제를 해결한다. 허준이 교수는 수학계의 난제 호가 추측(Hoggar Conjecture), 리드 추측(Read Conjecture), 메이슨-웰시 추측(Mason-Welsh Conjecture) 등 10개가 넘는 수학 난제를 해결했다. 보통 사람에게는 하나도 해결하기 힘든 수학 난제를 열 개나 넘게 풀어냈다는 것은 그의 대단한 수학적 능력을 증명한다.

허준이 교수와 관련된 재미있는 일화가 있다. 한국에서 초, 중, 고, 대학교 석학까지 공부한 허준이 교수는 미국 일리노이 대학교에서 박사과정을 공부했다. 박사과정 1학년 말에 리드 추측(Read’s conjecture)을 증명해 냈는데, 문제를 풀고 나서도 본인이 푼 문제가 유명한 난제였는지는 몰랐다고 한다. 그저 궁금해서, 문제를 풀고 싶은 순수한 호기심에서 문제를 바라보고 문제를 풀기 시작했기 때문에 난제를 해결할 수 있었던 것은 아닐까? 업무차, 허준이 교수님께 “기초과학이란 무엇인가요?”라는 다소 근본적인 질문을 물었던 적이 있다. 그때 교수님은 “기초학문은 사실과 사실이 아닌 것을 분명하게 구분해 내고 정확하고 깨끗하게 생각하는 법을 끊임없이 발전시켜 나가는 일입니다”라고 말씀해 주셨는데, 필자에게는 개인적으로 그 말씀이 비단 수학뿐만 아니라 인생을 대하는 방법에 대한 이야기를 해주시는 것은 아닐런지 하는 생각이 들었다.

세계적 수준의 기초과학 연구 수행
Imagine the Impossible “불가능을 상상하라”

저명한 국제학술지 네이처가 만든 ‘네이처 인덱스’는 자연과학 분야의 저널에 발표된 연구 논문 수와 과학적 기여도를 기반으로 전 세계의 연구 성과를 평가하는 지표이다. 필자가 확인한 바에 따르면(‘24. 11. 4 기준) 대한민국 국가기관 중 총 네 곳이 네이처 인덱스 정부 순위 100위에 진입했는데, 자랑스럽게도 고등과학원이 바로 그 네 곳 중 한 곳이다. 또한 우리 기관에는 필즈상 외에도 국내외 다양한 학술상을 수상한 많은 교수님이 계신다.

그렇다면 고등과학원 연구진은 세부적으로 어떤 연구를 하고 있을까? 저희 기관의 세 학부를 소개해 본다.

수학부
현대 과학의 대성공은 수학의 발전과 더불어 자연현상과 사회현상에서 파생되는 모델의 수학적 분석에서 기인한 것이다. 고등과학원 수학부의 연구 분야는 순수수학 및 응용수학의 중요 분야를 포괄하고 있다. 특히, 현재 수학부에서는 대수학, 정수론, 기하학, 위상수학, 대역해석학, 거울대칭, 편미분 방정식 등에 중점을 두고 세계 최고 수준의 연구 활동을 수행하고 있다.

물리학부
20세기는 자연과학, 특히 물리 분야의 발전을 통해 삶의 질이 향상되어 왔다. 상대성이론과 양자 메커니즘에 의해 소개된 패러다임의 큰 변화로부터 반도체라는 작은 장치의 발명에 이르기까지 현대 물리의 성과 없이 현재의 산업정보사회를 상상하기 힘들 정도로 현대사회의 밑바탕에는 물리학의 영향이 깊게 깔려있다. 21세기에도 과학기술의 중요성은 더욱 심화될 것이며, 고등과학원은 이의 기반이 되는 기초 과학의 요람으로서 역할을 수행하고자 한다. 이러한 목표 아래 고등과학원의 물리학부에서 이론물리 분야의 초끈이론과 장이론, 입자물리, 통계물리, 응집물질물리, 천체물리와 우주론 등의 분야에서 활발한 연구가 이루어지고 있다.

계산과학부
계산과학분야는 과학기술의 다양한 분야에서 일어나는 복잡한 이론과 방대한 계산을 포함한 문제들을 순수기초과학 이론과 컴퓨터를 이용하여 체계적으로 해결하는 학문 영역이다. 고등과학원의 계산과학부에서는 현재 학제간의 공조를 토대로 이론계산물리학, 이론계산재료과학, 조합론, 생물정보학, 이론계산생물물리학, 양자정보과학 등의 분야에서 활발한 연구활동이 이루어지고 있다. 또한, 이들 분야에서의 지속적인 연구성과를 통해 국내 계산과학계를 주도하는 선두주자의 입지를 확보하고자 한다.

미래 인류의 번영을 준비하는
‘First Mover, 세계적 기초과학 선도기관’ 지향

고등과학원은 연구자들이 가고 싶은 기관, 연구자들이 마음껏 공부할 수 있는 기관이 되고자 자유로운 연구 환경을 제공하고 있다. 매일 한 시간씩 점심이 끝난 오후 시간이 되면 삼삼오오 티룸(Tea Room)에 모여 자유롭게 대화를 나눈다. 티룸은 맛있는 커피, 달콤한 디저트와 함께 수학, 물리학, 계산과학, 모든 학부의 연구진이 연구 분야를 막론하고 함께 이야기할 수 있는 공간이다. 고등과학원에 방문하는 국내 연구진, 해외 방문 연구진이 모두 모인다. 박사 연구를 막 끝낸 박사후 연구원부터 세계적 유명 석학까지 함께 자리해 서로의 연구를 이야기하고 질문하고 대화하면서 호기심을 함께 해결해 나간다. 우리 고등과학원은 연구진이 끊임없이 고민하고 생각할 수 있는 자유로운 연구 환경을 제공하여, 세계적 기초과학 연구기관에서 더 나아가 미래 인류의 번영을 준비하는 ‘First Mover, 세계적 기초과학 선도기관’으로 성장하기 위해 앞으로도 계속 노력할 것이다.

이서현 행정원은 이화여자대학교 국제사무학/중어중문학과를 졸업했다. 미국대사관 인턴, UN환경계획 한국위원회 기획팀을 거쳐 2014년부터 고등과학원에서 근무하고 있으며, 이곳에서 홍보업무를 담당하고 있다.