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수학자들의 상상 속에만 존재했던 물질을 실제로 만들 수 있다는 연구 결과가 나왔다. 최근 미국 콜로라도대 물리학자들은 위상수학 이론을 이용해 새로운 특성을 가진 물체를 만드는 데 처음으로 성공했다.

이반 스멀리유크 교수 연구팀은 먼저 서로 다른 모양을 가진 작은 입자들을 만들었다. 고전적인 유클리드 기하학에서는 크기와 모양이 달라야 서로 다른 도형이라고 생각했지만, 위상수학에서는 연결 상태만 같으면 늘리거나 구부려도 동일한 도형이라고 표현한다. 이 기준에 따르면 도넛 모양과 손잡이 달린 컵 모양도 같다고 할 수 있다. 그런 점에서 연구팀이 만든 입자들은 늘리거나 구부려도 똑같이 만들 수 없는 서로 다른 기본도형이다.

연구팀은 이 기본도형들을 액체와 고체의 성질을 동시에 가지고 있는 물질인 액정 속에 주입하고 전기장과 빛, 레이저를 이용한 실험을 했다. 그랬더니 입자들이 액정 안에서 마치 레고 블록처럼 다양한 구조를 만드는 기본도형 역할을 했다. 또한 이 입자들이 수학자 가우스와 보네, 그리고 푸앵카레가 만든 위상수학 이론에서 예측하는 대로 정확하게 움직이는 것도 확인됐다. 즉, 이 방법을 이용해서 새로운 합성물질을 만들 수 있게 된 것이다.

놀라운 점은 이 방법으로 만든 물질이 화학적으로 합성한 화합물이나 자연상태의 물질과 전혀 다른 독특한 특징을 가진다는 것이다. 스멀리유크 교수는 “이번 연구 결과가 다양한 산업 분야에 파급 효과를 미칠 수 있는 저차원 위상수학 실험 발전에 크게 기여할 것”이라고 설명했다.