아인슈타인이 상대성이론을 발표한 지 올해로 1백년을 맞는다. 이를 기념해 UN은 올해를 ‘세계 물리의 해’로 지정했다. 물리학은 사물에 감추어진 새로운 모습을 끊임없이 추구함으로서 사물의 정확한 본연의 모습을 그려내고자 한다. 물리학의 연구 분야는 크게 천체 및 입자 물리학, 광학, 응집물질물리학으로 나눌 수 있다.

천체 및 입자물리학은 우주를 구성하는 기본 입자에서부터 우주를 만드는 힘의 구조까지 연구한다. 우주를 구성하는 기본입자 연구에서 가장 핵심이 되는 것은 암흑물질이다. 최근의 관측 우주론의 결과에 의하면 우주질량의 95%이상이 암흑물질이며, 75% 가량은 암흑에너지의 형태로 되어 있어서, 이들이 우주의 가속팽창을 야기하고 있다는 것이다. 힘에 관한 이슈는 훨씬 더 이론적인 문제인데, 단연 중력의 양자화 문제와 강력의 저에너지에서의 기술이 가장 중요하다. 그런데 초끈이론에 의해 이들을 묶어서 생각할 수 있는 방법론이 개발되고 있으며 이것이 최근의 핫 이슈이다. 이와 같이, 천체 및 입자물리학에서는 암흑물질 및 암흑에너지에 대한 연구, 초끈이론을 써서 우주의 근본 힘들을 하나의 통일된 체계로 규명하는 연구를 통해 우주의 신비를 풀어내고 있다.

광학은 빛의 본질은 무엇인가를 연구하는 분야이다. 또한, 빛과 물질간의 상호작용을 엄밀히 이해하고자 한다. 이 분야에서의 큰 이슈는 광결정이다. 광결정은 굴절률이 빛의 파장에 버금가는 주기로 변화하는 물질이다. 일상생활에서 흔히 볼 수 있는 광결정은 바로 나비의 날개이다. 즉, 나비의 날개 자체가 고유색을 가지고 있는 것이 아니라, 털의 광결정 구조에 기인한 구조색 때문에 화려한 색을 띄는 것이다. 이러한 광 결정을 이용하면 고효율 LD 및 LED, 마이크로 레이저, 광 스위치등 다양한 소형, 고효율 광전소자들을 만들 수 있기 때문에, 대용량, 초고속, 고효율의 광통신과 광컴퓨터 등에 활용될 것이다.

광학과 관련한 양자정보과학의 연구주제는 양자 컴퓨터와 양자통신의 두 가지로 나눌 수 있다. 양자 컴퓨터는 기존의 전자 컴퓨터에서 한층 발달한 형태의 컴퓨터로 기존의 컴퓨터가 할 수 없는 여러 가지 연산을 수행할 수 있다. 양자 컴퓨터의 시뮬레이션 능력의 획기적 발전에 힘입어 물리학, 화학, 생물학 등의 학문에 새로운 지평이 열릴 것이다. 한편, 신용카드, 온라인 뱅킹 등에 널리 쓰이는 현재의 암호 체계를 양자 컴퓨터가 쉽게 풀 수 있어 새로운 암호체계를 연구할 필요성이 생긴다. 이를 양자암호라고 부른다. 양자 컴퓨터가 사용된다면 세계는 다시 한번 디지털 변화를 겪게 될 것이다.

나노과학기술에 대한 관심이 증대되면서 응집물질 물리학 분야의 연구는 더욱 활발해졌다. 응집물질물리학은 기존 고체의 물성을 다루던 고체물리학의 영역을 액체, 연체의 물성으로 확장한 것이다. 전통적인 연구주제인 고체 덩어리의 기본 물성의 측정과 이론적 설명에서 최근의 나노기술, 광기능물성, 신재료 개발에 이르기 까지 응집물질 물리학의 범주는 매우 넓다. 특히 탄소나노튜브가 세계적으로 활발하게 연구되고 있다. 탄소나노튜브는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루고 있는 신소재다. 탄소나노튜브는 반도체와 평판 디스플레이, 배터리, 초강력 섬유, 텔레비전 브라운관 등 다양한 응용기술로 활용되고 있다. 또, 인공구조자성체의 제작과 물성, 단원자, 단전하, 단스핀의 제어, 나노점 등의 제작을 통한 원자 수준의 전자학, 단전자 트랜지스터에서 보이는 콘도효과 등도 활발히 연구되고 있다. 응집물질물리학은 또 물리학 내 타분야와의 교차점에 놓이는 연구들도 수행한다. 광결정의 설계와 제작, 나노구조와 표면플라즈몬을 이용한 나노-광 플라즈모닉스, 굴절률이 음수인 왼손잡이물질 연구, 광기록 매체나 광통신용 소재 연구 등은 광학과 연계된 연구들로서 활발히 연구되고 있다.