"여기 구멍 없는 둥근 시나몬빵, 하나 뚫린 베이글…이 있습니다." 올 노벨 물리학상 수상자를 발표하던 스웨덴 노벨위원회의 물리학자 토르스 한스 한손이 때아닌 빵을 들고나왔다. 난해하기 이를 데 없는 위상학의 개념을 설명하기 위한 고육책이었다. 구멍이 없는 빵과 하나인 빵은 전혀 다른 위상을 갖고 있으며, 아무리 변형을 가해도 같은 성질로 변할 수 없다는 것이다. 구멍 한 개 뚫린 베이글의 모양을 아무리 조금씩 늘리고 줄이고 구부려도 구멍 없는 시나몬빵이 될 수 없다. 반면 막대기나 구, 사면체 등 구멍 없는 물체에 변화를 가하면 '구멍 없는 시나몬빵'과 같은 모양으로 변한다. 따라서 막대기, 구 등은 구멍 없는 시나몬빵과 '같은 위상'이다. 같은 이치로 베이글과 손잡이 달린 커피잔은 같은 위상이다. 아무리 조금씩 변화를 가해도 뚫린 구멍 하나를 어찌할 수 없기 때문이다. 위상이 바뀐다. 이것을 '위상 상전이(相轉移)'라 한다. 예컨대 H2O는 온도라는 외부조건에 따라 얼음, 물, 기체라는 3가지 형태로 존재한다. 그런데 이런 상전이가 지금 인류가 살아가는 3차원 세상에서만 존재한다고 믿었다. 2차원(평면) 이하에서는 불가능하다는 것이 정설이었다. 하지만 올 노벨 물리학상 수상자인 데이비드 사울레스·덩컨 홀데인·마이클 코스털리츠 교수 등은 위상학 개념을 이용해 그 정설을 깼다. 1973년 2차원 평면 세계에서도 전기저항이 0이 되는 초전도와, 점성이 0이 되는 초유체 현상이 생길 수 있음을 입증했다. 특히 초전도체성과 초유체성은 극저온에서 일어나고 고온에서 사라졌다. 2차원에서도 상전이가 일어나고 있음을 보여준 것이다. 1차원에 가까운 끈 형태에서도 상전이가 나타났다. 그러나 아무리 맛있는 빵으로 설명해봐도 과학은 역시 '넘사벽'이다. 노벨상 수상자료를 아무리 들춰봐도 '2차원에서의 상전이' 현상이 어떤 의미를 주는지 정확하게 간파하기 어렵다. 다만 "새로운 위상 물질이 전자제품이나 초전도체, 미래 양자 컴퓨터에 사용될 수 있다"는 이주영 박사의 말에 기대를 걸어볼 뿐이다.
올해 노벨 물리학상 수상자인 데이비드 사울레스 교수 등이 맛있는 빵을 예시로 2차원 이하에서는 위상 상전이가 불가능하다는 기존의 정설을 깼는데, 수상자료를 보더라도 정확하게 의미를 간파하기 어렵지만 새로운 위상 물질이 전자제품이나 초전도체, 미래 양자 컴퓨터에 사용될 수 있다는 말은 기대가 된다.