[ 인터뷰 ] 수학으로 대자연의 비밀을 풀어낸 세계적 수학자 정인지 교수

[시사매거진 김원규 기자] 서울대학교 수리과학부 정인지 교수는 공기와 바다의 흐름을 지배하는 방정식 속에서 자연의 비밀을 찾아내는 수학자다. 2017년 프린스턴대학에서 세계적인 수학자 야코프 시나이 교수의 지도를 받아 박사학위를 받은 그는 고등과학원에서 연구원, KIAS Fellow로 근무하다가 2021년 3월 서울대학교 수리과학부 교수로 부임했다. 그리고 현재 정 교수는 유체방정식에 대한 새로운 이론을 전개하며 허리케인과 토네이도 같은 소용돌이 현상을 수학적으로 규명하는 연구를 이어가고 있다.

‘특이점’이라는 난제와의 싸움…수학으로 토네이도를 풀다

정 교수의 관심사는 대기와 해양의 거대한 흐름을 다루는 ‘비압축성 유체방정식’이다. 이 방정식에 관한 ‘특이점 형성 문제’란 토네이도처럼 한 지점을 중심으로 무한히 빠르게 회전하는 ‘특이점’이 실제로 형성될 수 있는지, 그 과정을 어떻게 수학적으로 해석할 수 있는지를 묻는 난제다. 비압축성 나비어-스톡스 방정식의 경우, 이 특이점 문제는 여전히 클레이연구소가 꼽은 수학계 7대 난제로 남아 있다.

정 교수는 점성이 없는 이상적인 유체를 나타내는 비압축성 오일러 방정식의 경우, 독창적인 회전대칭성과 축척불변성(scale-invariance)을 갖는 유체 상황을 도입하여 특이점 형성 결과를 증명했다. 이는 자연 현상에 대한 수학적 이해를 한 단계 끌어올린 연구로 평가된다.

그는 특이점 문제 뿐 아니라 소용돌이에 대한 여러 난제에 도전하며 세계적 주목을 받아왔다. 그의 다른 업적 중에는 목성과 토성의 대기에서 관측되는 육각형 모양의 거대한 소용돌이가 어떻게 유지되고 변화할 수 있는지, 또 20세기 초에 제시된 나선형 소용돌이 흐름이 시간이 지남에 따라 어떤 방식으로 변화하는지를 규명한 것 등이 있다.

최근에는 유체 속 소용돌이가 길게 꼬이고 늘어나는 ‘약난류 현상’의 일반성을 해밀토니안 방정식의 ‘트위스팅(twisting)’ 성질의 안정성으로부터 규명하여, 소용돌이의 불안정성에 관련된 여러 미해결 문제들을 풀어내었다.

이 같은 연구 성과는 수학 분야 최고 권위 학술지인 Inventiones mathematicae와 Communications on Pure and Applied Mathematics 등에 실렸으며, 지금까지 50편이 넘는 논문을 발표했다.

빛나는 수상 기록, 연구와 교육의 두 기둥

그의 업적은 수상 기록으로도 증명된다. 2022년 대한수학회 상산젊은수학자상, 2025년 대한수학회 우수논문상에 이어, 서울대학교에서는 2023년과 2024년 우수연구상과 우수강의상을 수상하였다.

2025년 9월에는 유체방정식의 특이점 형성 문제에 대한 기여로 ‘아시아 젊은 과학자 펠로십(Asian Young Scientist Fellowship)’ 수학 분야 수상자로 선정되었다. 특히 이 펠로십은 아시아에서 매년 두 명의 수학자만 뽑는 권위 있는 상으로, 정 교수는 10만 달러의 연구비 지원을 받게 됐다.

그러나 정 교수에게 연구의 가치는 단순히 업적에 머물지 않는다. 19세기 말부터 21세기 초중반까지 위대한 학자들이 남긴 문헌을 공부하고 그들이 제시한 문제를 해결하면서, 그들과 연결되어 있고 역사를 새로 만들어 간다는 느낌을 받는다. 이것이 가장 큰 보람이자 수학 연구에 지속적으로 큰 에너지를 쏟을 수 있는 이유이다.

또한 학생들과의 만남에서도 큰 에너지를 얻는다. 지난 5년간 12명 이상의 학부생에게 연구 문제를 제안하고 지도했는데, 이들 중 상당수가 프린스턴 등 세계 유수 대학에서 박사과정을 밟고 있다. 학생들의 성장을 지켜보는 것은 그의 또 다른 자부심이다.

정 교수는 수학 교육에도 깊은 관심을 갖고 있다. 그는 “많은 학생들이 수학을 포기하는 이유는 결론만 주입식으로 배우기 때문”이라고 지적한다. 수천 년간 시행착오를 거쳐 발전한 과정을 함께 배워야 수학이 훨씬 직관적으로 다가올 수 있다는 것이다. 그래서 그는 역사적 맥락 속에서 수학을 설명하는 교재를 구상 중이며, 학생들에게 수학을 ‘게임처럼 흥미로운 탐구’로 느끼게 하도록 본질적이면서도 흥미로운 질문을 던져주는 수업 방식을 추구하고 있다.

허리케인을 향한 정 교수의 도전

정 교수의 도전은 현재진행형이다. 그는 현재 허리케인과 같은 거대 소용돌이의 생성과 변화를 수학적으로 규명하는 데 몰두하고 있다. 허리케인의 변화 문제는 여러 거대한 소용돌이가 가까이 지나가는 경우, 서로에게 미치는 상호작용의 세밀한 이해를 목표로 한다. 생성 문제의 경우, 기본적인 메커니즘조차 불분명한 난제이지만, 그는 언젠가 수학으로 자연의 비밀을 밝혀낼 수 있을 것이라 믿는다.

< 서울대 정인지 교수 프로필 >

2013 미국 브라운대학 이학학사
2017 미국 프린스턴대학 이학석·박사
2017-2021 고등과학원 수학부 연구원
2021-2025 서울대학교 수리과학부 조교수
2025-현재 서울대학교 수리과학부 부교수

< 수상 내용 >

2022 대한수학회 상산젊은수학자상
2023 서울대학교 우수연구상
2024 서울대학교 우수강의상
2025 대한수학회 논문상
2025 Asian Young Scientist Fellowship

< 연구과제 >

2020 삼성미래기술육성사업 선정
2022 한국연구재단 우수신진연구 선정