중력은 자연에 존재하는 근본적인 힘이며, 우리의 일상생활에서부터 가장 큰 스케일의 우주에 이르기까지 자연을 설명하는데 기여하는 필수적인 상호작용이다. 뉴턴은 중력을 이해함으로서 천체의 운동을 이해할 수 있었고, 이것이 근대의 과학혁명을 불러왔다. 아인슈타인은 뉴턴의 역학을 상대성이론으로 확장시켰고, 중력을 리만기하학으로 기술하는 방법을 도입했으며, 이는 이론과 실험의 두 측면에서 모두 놀라운 성공을 가져다 주었다. 오늘날 중력이론은 우주배경복사나 중력파 등을 통해 검증될 수 있으며, 향후 이루어질 관측과 실험들이 우주론과 블랙홀 및 천체물리학의 최신 연구들을 이끌어나갈 것이다.

본 연구실에서는 고전중력이론과 고전중력이론을 양자화하는 이른바 양자중력이론에 관심을 가지고 있다. 고전중력이론은 양자화되어야 하며, 이러한 양자화가 초기우주와 블랙홀의 특이점 문제를 해결해줄 수 있을 것이다. 우리가 정합적인 양자중력이론을 얻게 된다면, 그것은 우리가 자연을 정합적으로 이해할 수 있게 된다는 것, 즉 궁극의 이론(Theory of Everything)을 얻게 된다는 것을 의미한다. 그러나 현재까지 이에 대해 합의된 이론, 또는 중력이론의 모든 문제를 해결해줄 수 있다고 믿어지는 이론은 존재하지 않으며, 다양한 접근방법들이 중력이론의 여러 문제를 해결하기 위해 경합하고 있는 것으로 보인다. 본 연구실에서는 끈 이론, 정준양자중력이론 및 유클리드양자중력이론의 방법을 상호보완적으로 사용해서 양자중력이론의 문제를 이해하고, 더 나아가서 향후 이루어질 실험이나 관측들에 의해서 검증 또는 반증할 수 있는 가능성을 연구해보고자 한다.

구체적으로 다음과 같은 연구 주제들을 연구하고자 한다.

- 블랙홀의 정보손실문제: 블랙홀은 사건지평선 부근에서 호킹복사를 방출하게 되며, 이로 인해 유한한 시간 안에 증발한다는 것이 알려져 있다. 이 때, 블랙홀의 전 생애는 양자역학의 유니터리성과 충돌하지는 않는가? 블랙홀의 내부에 있던 양자정보들은 블랙홀의 밖으로 어떻게 방출되는가? 이 문제를 해결하기 위한 양자중력이론의 여러 가설들을 검토하고, 가장 정합적인 설명방식을 찾아나가고자 한다.

- 양자우주론과 관측가능한 효과들: 초기 우주의 특이점을 양자중력이론을 통해서 해결하게 된다면, 우리는 초기 우주에 대한 확률 분포를 얻게 될 것이다. 이 확률 분포는 우리가 현재 관찰하고 있는 우주를 얼마나 자연스럽게 설명해주는가? 그리고 초기우주를 설명하는 양자중력이론, 이른바 양자우주론은 검증 또는 반증 가능한 예측을 보여줄 수 있는가? 이 문제를 이해하기 위해 양자중력이론의 다양한 접근방법들을 조사하며, 특히 유클리드양자중력이론과 하틀-호킹의 무경계조건을 적용 및 확장시켜보고자 한다.