거대 언어 모델의 기하학적 맹점, 소재과학에서 드러난 GNN-LM 벽
거대 언어 모델(Large Language Models, LLMs)은 논문을 분석하고 복잡한 질문에 답하며 새로운 과학적 가설을 제안하는 수준까지 발전했다. 이러한 성과는 인공지능이 물리학과 화학, 소재과학에서도 기존의 전문 계산 모델을 대체할 수 있다는 기대를 키웠다. 그러나 과학적 현상을 설명하는 언어 능력과 실제 물리적 성질을 계산하는 능력은 반드시 일치하지 않는다. 2026년 국제학술지 네이처 컴퓨테이셔널 사이언스(Nature Computational Science)에 게재된 연구는 이러한 차이를 체계적으로 분석했다. 독일 예나 프리드리히 실러대학교와 미국 인텔 연구소 등의 연구진은 언어 모델이 원자의 종류는 비교적 잘 학습하지만, 원자 사이의 거리와 공간적 배열을 이해하는 데는 뚜렷한 한계가 있음을 확인했다. 특히 모델을 크게 만들거나 학습 데이터를 늘리는 방법만으로는 이러한 약점을 충분히 극복하지 못했다. 원자의 종류와 위치는 서로 다른 정보이다 물질의 성질은 어떤 원자로 구성되어 있는지뿐 아니라 그 원자들이 공간에 어떻게 배열되어 있는지에 따라 달라진다. 같은 화학 원소로 이루어진 물질이라도 결정 구조와 원자 사이의 거리가 다르면 강도, 안정성, 탄성 등의 특성이 달라질 수 있다. 소재과학에서 원자의 종류를 나타내는 범주형 정보와 위치를 나타내는 좌표 정보가 모두 중요한 이유이다. 언어 모델은 기본적으로 텍스트를 일정한 단위인 토큰(Token)으로 나누어 학습한다. 원소 이름이나 화학기호처럼 반복적으로 등장하는 정보는 비교적 쉽게 처리할 수 있다. 그러나 원자의 3차원 좌표를 숫자로 표현하면 문제가 복잡해진다. 좌표를 읽는 것과 좌표 사이의 거리, 방향, 상호작용을 계산하는 것은 전혀 다른 작업이기 때문이다. 좌표-범주 단절 현상이 드러낸 학습 능력의 차이 연구진은 이러한 차이를 확인하기 위해 실제 물리 법칙에서 영감을 얻은 가상의 에너지 함수를 설계했다. 이 함수에서는 원자의 종류가 에너지에 미치는 영향과 공간적 배치가 ...