에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)는 1887년 8월 12일에 오스트리아 제국(현 오스트리아)의 에른스트브루크(Ernstbrunn)에서 태어났습니다.
어린 시절 슈뢰딩거는 교사인 부모님과 함께 평범한 가정에서 자랐습니다. 어릴 때부터 지적 호기심이 많았고, 수학과 과학에 대한 관심을 보였습니다.
주요 업적
1. 파동역학
슈뢰딩거는 1926년에 파동역학이라고 알려진 혁신적인 이론을 개발하여 큰 성공을 거두었습니다. 그의 파동방정식은 입자나 시스템의 움직임을 파동으로 설명하는 것으로, 입자와 파동 모델 간의 이중성(duality) 개념을 도입하였습니다. 슈뢰딩거 방정식은 양자역학에서 중요한 도구로 사용되며, 입자나 시스템의 움직임 및 상태를 정확하게 예측할 수 있도록 돕습니다.
1) 파동-입자 이중성: 파동역학은 입자와 파동 모델 간의 이중성(duality) 개념을 도입합니다. 이는 입자가 동시에 입자적 특성과 파동적 특성을 가질 수 있다는 것을 의미합니다. 즉, 입자는 위치와 운동량 등을 가지며 동시에 확률적인 파동 형태로 나타낼 수 있습니다.
2) 슈뢰딩거 방정식: 슈뢰딩거 방정식(Schrödinger equation)은 양자역학에서 중요한 수학적 도구로 사용됩니다. 이 방정식은 시간과 공간 변수를 고려하여 시스템의 움직임 및 상태를 정확하게 예측할 수 있도록 합니다.
3) 파형 함수: 슈뢰딩거 방정식을 풀어서 얻어지는 결과로써, 파형 함수(wave function)라고 불리는 함수가 나타납니다. 파형 함수는 입자나 시스템이 가지는 가능한 상태들에 대한 정보를 제공합니다.
4) 확률 해석: 파형 함수를 제곱하여 얻어진 확률밀도(probability density)를 통해 우리는 입자가 특정 위치나 상태에 있을 확률을 계산할 수 있습니다.
5) 에너지 준위와 정적 상태: 슈뢰딩거 방정식은 에너지 준위(energy eigenvalue)와 그에 해당하는 정적 상태(stationary state)를 계산하는 데 사용됩니다. 이러한 정적 상태들은 시스템이 가질 수 있는 가능한 에너지 값을 나타내며, 각각의 정적 상태들은 서로 직교(orthogonal)하고 완전체(complete set)를 형성합니다.
2. "슈뢰딩거의 고양이" 사고 실험: 슈뢰딩거가 제시한 "슈뢰딩거의 고양이"라고 알려진 사고 실험은 양자 역설과 관련하여 널리 알려져 있습니다. 이 실험은 기본 입자가 동시에 두 가지 상태를 가질 수 있다는 것을 설명하기 위해 제시되었습니다. 슈뢰딩거의 고양이(Shrödinger's cat)는 양자역학의 개념을 설명하기 위해 슈뢰딩거가 제시한 사고 실험입니다. 이 실험은 1935년에 슈뢰딩거가 논문에서 처음으로 소개되었습니다.
1) 실험 개요: 슈뢰딩거의 고양이 실험은 양자 역설(quantum paradox)과 관련하여 제시된 사고실험이며, 양자역학적 상태 중첩(superposition) 개념을 이해하기 위한 예시로 사용됩니다. 실험은 상자 안에 방사성 물질로 인해 죽을 수 있는 동시에 살아남을 수 있는 고양이를 넣고, 그 상태를 설명하는 양자 역학적인 파형 함수(wave function)를 적용합니다.
2) 상자와 방사성 물질: 상자 안에는 방사성 물질과 함께 독립된 시스템인 고양이가 있습니다. 방사성 물질은 일정 확률로 붕괴할 수 있으며, 붕괴할 때까지는 알 수 없는 상태에 있습니다.
3) 양자 역학적 파형 함수: 고양이와 방사성 물질 시스템의 전체 상태를 설명하는 파형 함수를 만듭니다. 이 파형 함수는 동시에 생존과 사망 상태 모두를 포함하며, 각각의 확률적 가중치가 부여됩니다.
4) 관측과 붕괴: 상자 밖에서 시스템을 관측하면서 분열된 현실들 중 하나만 실제로 일어납니다. 즉, 실제로 우리가 관찰할 때까지 고양이는 생존과 사망 중 하나의 상태만 가지게 되며, 나머지 가능한 모든 결과들은 '분열'되어 서로 다른 현실들로 존재합니다.
5) 해석: 슈뢰딩거의 고양이 실험은 양자 역설을 간단한 예시로 보여주기 위해 제안되었습니다. 실험이론적으로 말하면, 생존 및 사망 여부가 결정되기 전까지는 파동함수에 의해서 생존 및 사망 가능성 모두가 유효합니다.
3. 에네틱 핵 모델 (Schrodinger's Energetic Model)
슈뢰딩거의 에네틱 핵 모델(Schrödinger's Energetic Model)은 1930년대 후반에 슈뢰딩거와 함께 작성된 연구에서 소개된 모델로, 색상 계면 모델(Color Interface Model)이라고도 알려져 있습니다. 이 모델은 원자나 분자의 구조와 전자 상태를 설명하기 위해 개발되었습니다. 아래에서는 슈뢰딩거의 에네틱 핵 모델에 대해 자세히 알려드리겠습니다.
1) 배경: 슈뢰딩거의 에네틱 핵 모델은 전기적인 특성을 가진 원자나 분자를 설명하는 데 사용됩니다. 이 모델은 전자가 원자핵 주위에서 운동하며, 그 운동과 관련된 에너지 준위(energy level)를 고려합니다.
2) 색상 계면: 에네틱 핵 모델에서는 전자가 원자핵 주변을 돌아다니며, 그 운동이 일종의 색상 계면(color interface)으로 나타난다고 가정합니다. 색상 계면은 전하 밀도 변화로 인해 발생하며, 이러한 변화는 전하 중심을 따라서 발생하는 등전도도(density of charge distribution)로 표현됩니다.
3) 정적 상태: 슈뢰딩거의 에네틱 핵 모델에서는 각각의 정적 상태(stationary state)들이 존재한다고 가정합니다. 정적 상태란 시스템이 가질 수 있는 가능한 에너지 값을 나타내며, 각각의 정적 상태들은 서로 직교(orthogonal)하고 완전체(complete set)를 형성합니다.
4) 파형 함수: 슈뢰딩거 방정식을 사용하여 파형 함수(wave function)를 구할 수 있으며, 이 파형 함수는 시스템의 가능한 상태들에 대한 정보를 제공합니다. 파형 함수는 확률 밀도(probability density)와 관련하여 시스템이 특정 위치나 상태에 있을 확률을 계산하는 데 사용됩니다.
5) 전기전도도: 슈뢰딩거의 에네틱 핵 모델은 전기전도도(electrical conductivity) 등과 같은 다양한 물리적 특성과 현상들을 설명하기 위해 활용됩니다. 특히, 원자나 분자 내부에서 일어나는 전하 이동과 관련된 현상들을 해석하는 데 유용합니다.
4. 존재론 (Existentialism)
1) 인간 존재와 의미: 슈뢰딩거는 인간의 존재와 의미에 대한 철학적 고찰을 통해 인간의 위치와 역할을 탐구했습니다. 그는 자유의지, 의식, 윤리 등과 같은 주제들을 다루면서 인간이 어떻게 세계를 이해하고 경험하는지에 대해 고민했습니다. 2) 확률과 결정론: 양자역학에서 슈뢰딩거 방정식은 확률적인 결과를 제공합니다. 이러한 확률성은 독특한 결정론적 세계관과 일치하지 않아 보일 수 있습니다. 슈뢰딩거는 결정론과 확률성 사이의 관계를 탐구하면서, 현실 세계가 어떻게 운영되고 이해되어야 하는지에 대한 질문을 제기했습니다.
3) 개체와 전체: 슈뢰딩거는 개체와 전체 간의 상호작용 및 종속성에 관심을 가졌습니다. 그는 개별 개체가 단독으로 존재하기보다는 전체 시스템 내에서 상호작용하며 의미를 가진다고 주장하였습니다. 개별 요소들이 상호 연결되어 복잡한 네트워크를 형성함으로써 현상들이 발생한다고 보았으며, 이것이 현대 생태학 등 다양한 분야에서 영감을 주었습니다.
4) 실재와 표상: 슈뢰딩거는 실재(real)와 표상(appearance) 사이의 구분도 다루었습니다. 그는 우리가 경험하는 세계가 어디까지 실제로 존재하는 것인지, 무엇이 우리가 지각하는 것과 구별될 수 있는 것인지에 대해 탐구하였습니다.
에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrodinger)가 남긴 명언
1. "The world is given to me only once, not one existing and one perceived. Subject and object are only one." (세상은 나에게 단 한 번만 주어진다. 존재하는 것과 인식하는 것은 분리되어 있지 않다. 주체와 대상은 단 하나뿐이다.)
2. "The task is... not so much to see what no one has yet seen; but to think what nobody has yet thought, about that which everybody sees." (과제는... 아직 아무도 보지 못한 것을 보는 것보다는, 아무도 생각하지 못한 것을 생각하는 것이다. 모두가 보는 대상에 대해 생각해 보는 것이다.)
3. "Quantum physics thus reveals a basic oneness of the universe." (양자 물리학은 이로써 우주의 기본적인 일체성을 드러낸다.)
4. "Consciousness cannot be accounted for in physical terms, for consciousness is absolutely fundamental. It cannot be accounted for in terms of anything else." (의식은 물리적인 용어로 설명될 수 없으며, 완전히 근본적인 존재이다. 다른 어떤 개념으로도 설명될 수 없다.)
5. "The present is an illusion, albeit a persistent one." (현재는 환영일 뿐이지만 지속되는 환영이다.)
6. "I don't like it, and I'm sorry I ever had anything to do with it." ("나는 그것을 좋아하지 않고, 그것과 관련된 어떤 일에 참여한 점을 후회한다." - 양자역학에서 자신의 방정식에 대해 말한 내용)
7. "If you could measure things more accurately, quantum theory would not work as well." ("더 정확하게 측정할 수 있다면 양자 이론은 그렇게 잘 작동하지 않았을 것이다.")
8. "What we observe as material bodies and forces are nothing but shapes and variations in the structure of space." ("우리가 물질적인 신체와 힘으로 관찰하는 것들은 공간 구조의 형태와 변화에 지나지 않는다.")