AI, 물리학의 새로운 지평을 열다: GPT-5.2, 수십 년의 난제를 해결
인공지능이 인간 지성의 고유 영역으로 여겨졌던 과학적 발견의 최전선에 섰습니다. 2026년 2월 13일, OpenAI는 최신 모델인 GPT-5.2가 이론물리학 분야에서 수십 년간 해결되지 않았던 난제를 해결하는 데 결정적인 역할을 했다고 발표했습니다. 이번 발견은 AI가 단순한 정보 처리 도구를 넘어, 인류의 지식 경계를 확장하는 창의적 파트너가 될 수 있음을 보여주는 역사적인 사건입니다. [1]
수십 년간의 통념: "그 상호작용은 존재하지 않는다"
이번 발견의 중심에는 **글루온(gluon)**이라는 기본 입자가 있습니다. 글루온은 강한 핵력을 매개하여 원자핵 속의 쿼크들을 강력하게 묶어두는 역할을 합니다. 물리학자들은 입자 가속기 실험에서 나타나는 복잡한 상호작용을 이해하기 위해 **산란 진폭(scattering amplitude)**이라는 수학적 도구를 사용합니다. 이는 입자들이 특정 방식으로 상호작용할 확률을 계산하는 데 사용되는 핵심 개념입니다. [2]
지난 수십 년간, 이론물리학계의 정설은 다음과 같았습니다.
하나의 글루온이 음의 나선성(negative helicity)을 가지고 나머지 모든 글루온이 양의 나선성(positive helicity)을 가질 때, 해당 상호작용의 나무 준위(tree-level) 산란 진폭은 반드시 0이어야 한다.
이 통념에 따라, 이러한 특정 상호작용(single-minus amplitude)은 물리학계에서 사실상 존재하지 않는 것으로 간주되어 왔습니다.
통념을 뒤집은 발견: '반평행 영역'의 발견
하지만 OpenAI와 하버드, 케임브리지 등 유수 대학의 공동 연구팀은 이러한 결론이 '일반적인(generic)' 운동량 상태라는 지나치게 강한 가정에 기반하고 있음을 밝혀냈습니다. 연구팀은 AI의 도움을 받아 입자의 운동량이 특별한 정렬을 이루는 **'반평행 영역(half-collinear regime)'**이라는 특정 조건을 발견했습니다. 그리고 이 조건 하에서는 기존의 논리가 더 이상 적용되지 않으며, 오랫동안 0으로 간주되었던 산란 진폭이 실제로는 0이 아닌 값을 가진다는 것을 수학적으로 증명해냈습니다. [3]
| 구분 | 기존 통념 | 새로운 발견 |
|---|---|---|
| 상호작용 조건 | 일반적인 운동량 상태 | 반평행 영역 (특수 정렬 상태) |
| Single-Minus 진폭 | 항상 0 | 0이 아닌 특정 값을 가짐 |
| 결론 | 해당 상호작용은 발생하지 않음 | 특정 조건 하에서 상호작용 발생 |
AI, 인간의 한계를 넘어서다
이번 발견의 가장 놀라운 점은 인공지능이 인간 연구자의 한계를 돌파하는 데 결정적인 역할을 했다는 것입니다. 하버드대의 앤디 스트로밍거 교수가 이 가능성을 처음 인지하고 동료들과 손으로 계산을 시작했지만, 상호작용하는 입자의 수가 늘어남에 따라 계산의 복잡성은 인간이 감당할 수 없는 수준으로 증가했습니다.
# Feynman 다이어그램 확장의 복잡성 (개념적 표현)
- 6개 글루온 상호작용: 수십 개의 항으로 구성된 복잡한 표현식
- 7개 글루온 상호작용: 수백, 수천 개의 항으로 기하급수적 증가
- n개 글루온 상호작용: 초지수적(superexponential)으로 복잡성 증가
# Feynman 다이어그램 확장의 복잡성 (개념적 표현)
- 6개 글루온 상호작용: 수십 개의 항으로 구성된 복잡한 표현식
- 7개 글루온 상호작용: 수백, 수천 개의 항으로 기하급수적 증가
- n개 글루온 상호작용: 초지수적(superexponential)으로 복잡성 증가
이 한계에 부딪혔을 때, 연구팀은 GPT-5.2 Pro를 활용했습니다. AI는 다음과 같은 놀라운 능력을 보여주었습니다.
- 복잡한 표현식 단순화: 인간이 계산한 복잡한 수식을 훨씬 더 단순하고 우아한 형태로 변환했습니다.
- 패턴 인식: 단순화된 여러 사례로부터 인간이 발견하지 못한 근본적인 패턴을 식별했습니다.
- 일반 공식 제안: 이 패턴을 바탕으로 모든 수의 글루온에 적용될 수 있는 일반 공식을 추론하여 제안했습니다.
이후 OpenAI의 내부 검증용 모델은 약 12시간 동안의 연속적인 추론을 통해 AI가 제안한 공식이 수학적으로 타당함을 형식적으로 증명해냈습니다. 연구팀은 이 결과를 기존 물리학 이론(Berends-Giele 재귀 관계식, 각종 대칭성, 소프트 정리 등)과 교차 검증하여 완벽하게 일치함을 확인했습니다. [4]
과학의 미래: AI와의 협력
이번 연구는 AI가 과학 연구의 패러다임을 어떻게 바꾸고 있는지를 명확히 보여줍니다. 고등연구소의 저명한 물리학자 니마 아르카니-하메드 교수는 다음과 같이 평가했습니다.
"복잡해 보이는 물리적 관측량의 표현식이 매우 단순하게 밝혀지는 경우가 이 분야에서 자주 일어나며, 이는 종종 새로운 깊은 구조를 발견하는 여정으로 이어집니다. ... 이 논문의 사례는 현대 AI 도구의 힘을 활용하기에 특히 적합해 보입니다."
UC 산타바바라의 너새니얼 크레이그 교수 또한 "물리학자와 대규모 언어모델 간의 대화가 근본적으로 새로운 지식을 생성할 수 있다는 것은 의심의 여지가 없다"며, 이번 연구가 AI 보조 과학의 미래를 엿볼 수 있는 사례라고 강조했습니다. [5]
연구팀은 이미 GPT-5.2의 도움을 받아 이 발견을 중력자에까지 확장하는 작업을 진행하고 있으며, 이는 양자장론의 더 깊은 구조를 이해하는 새로운 문을 열 것으로 기대됩니다.
이번 GPT-5.2의 발견은 단순한 계산 보조를 넘어, 인간의 직관과 AI의 방대한 연산 및 패턴 인식 능력이 결합될 때 어떤 시너지를 낼 수 있는지를 보여주는 기념비적인 성과입니다. 과학적 발견의 새로운 시대가 AI와 함께 시작되고 있습니다.
참고 자료
[1] 한국정보기술신문. "GPT-5.2, 이론물리학 새 공식 도출...글루온 입자 상호작용 메커니즘 규명." 2026년 2월 14일. https://kitpa.org/news/1087 [2] OpenAI. "GPT-5.2 derives a new result in theoretical physics." 2026년 2월 13일. https://openai.com/index/new-result-theoretical-physics/ [3] Guevara, A., et al. "Single-minus gluon tree amplitudes are nonzero." arXiv:2602.12176, 2026. https://arxiv.org/abs/2602.12176 [4] The Quantum Insider. "AI Scientist Spots What Physicists Missed in Gluon Scattering." 2026년 2월 13일. https://thequantuminsider.com/2026/02/13/ai-scientist-spots-what-physicists-missed-in-gluon-scattering/ [5] Investing.com. "OpenAI's GPT-5.2 discovers new physics formula for gluon interactions." 2026년 2월 13일. https://www.investing.com/news/stock-market-news/openais-gpt52-discovers-new-physics-formula-for-gluon-interactions-93CH-4506591
