물리학자들, 아인슈타인 방정식 유도에서 중력과 양자 정보를 연결

아인슈타인의 일반상대성이론은 중력을 물질과 에너지가 일으키는 시공간의 휘어짐으로 설명한다. 양자이론은 미시 세계를 설명한다. Phys.org가 2026년 10월 12일 보도한 연구는 중력과 양자 정보가 깊이 연결돼 있으며 시공간의 형태가 양자장에 정보가 저장되는 방식으로 거슬러 올라갈 수 있음을 보여준다.

1995년 물리학자 테드 제이콥슨은 기체를 지배하는 법칙들이 분자의 운동에서 나타나는 것과 매우 유사하게, 아인슈타인 방정식이 열과 엔트로피의 물리학인 열역학에서 유도될 수 있음을 보여줬다. Phys.org에 따르면 이는 중력이 근본적인 것이 아니라 더 깊은 무언가에서 나타날 수 있음을 시사했다. 《피지컬 리뷰 레터스》에 발표된 새 연구는 양자 정보를 시공간 기하학과 연결하는 수학적 방법을 사용해 그 유도를 재구성한다.

저자들은 고전적 엔트로피 개념 대신 양자 상대 엔트로피를 사용한다. Phys.org에 따르면 상대 엔트로피는 마치 지나가는 파도와 바다의 끊임없는 잔물결을 구별하는 것처럼, 두 양자 상태가 얼마나 잘 구별될 수 있는지를 측정한다. 양자장론과 일반상대성이론 조교수이자 이 연구의 공동저자인 알베르트 무흐 박사는 “우리는 이 양이 지평선—그 너머로는 어떤 정보도 받을 수 없는 시공간의 경계—에서 평가될 때 그 지평선을 가로질러 흐르는 에너지와 같다는 것을 보여준다”라고 말했다.

무흐는 베켄슈타인과 호킹이 예시한 엔트로피와 지평선 면적 사이의 관계는 잘 확립돼 있다고 말했다. 그는 이를 상대 엔트로피 결과와 결합하면 양자 물질이 시공간을 어떻게 휘게 하는지를 설명하는 방정식으로 곧바로 이어진다고 말했다. 저자들은 자신들의 발견의 의의가 증명의 진정한 새로움에 달려 있다고 말했다. 그들은 정보와 중력 사이의 연결을 이루는 근본 요소들이 이미 알려져 있었다는 점을 인정했으며, 그 관계가 엄밀한 수학적 증명보다는 물리적 직관과 암시적 논증을 통해 종종 제시돼 왔다고 말했다.

Phys.org는 논문과 저자들과의 광범위한 대화를 통해 이 연구가 중력의 기원에 관한 새로운 단서를 제공할 수 있음을 시사한다고 보도했다. 이는 그들이 양자 상대 엔트로피를 사용한 데 근거한 잠정적 결론이다. 보도에 따르면 엔트로피와 중력 사이의 연결은 수십 년 동안 고전 열역학과의 유추에 의존해 왔다. 저자들은 이 작업이 일반상대성이론과 양자이론을 통합하려는 미해결 문제인 양자 중력을 이해하는 데 의미 있는 진전이라고 말했다.