에르빈 슈뢰딩거. 과학자의 전기

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슈뢰딩거 에르빈 루돌프 요제프 알렉산더. 과학자의 전기

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에르빈 슈뢰딩거 (1887-1961).

오스트리아의 물리학자 에르빈 루돌프 요제프 알렉산더 슈뢰딩거(Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger)는 12년 1887월 1898일 비엔나에서 태어났습니다. 그의 아버지인 Rudolf Schrödinger는 유포 공장의 소유자였으며 그림을 좋아했으며 식물학에 관심이 있었습니다. 외동딸인 어윈은 집에서 초등 교육을 받았습니다. 그의 첫 번째 스승은 그의 아버지였으며, 슈뢰딩거는 훗날 그를 "친구, 교사, 지칠 줄 모르는 대담자"라고 불렀다. XNUMX년 Schrödinger는 Academic Gymnasium에 입학하여 그리스어, 라틴어, 고전 문학, 수학 및 물리학을 전공한 첫 번째 학생이었습니다. 고등학교 시절에 슈뢰딩거는 연극에 대한 사랑을 키웠습니다.

1906년에 그는 비엔나 대학에 입학했고 다음 해에는 프리드리히 하세네를(Friedrich Hasenerl)의 물리학 강의에 참석하기 시작했는데 그의 뛰어난 아이디어는 에르빈에게 깊은 인상을 남겼습니다. 1910년에 박사 학위 논문을 옹호한 슈뢰딩거는 비엔나 대학교의 제2 물리학 연구소에서 실험 물리학자인 프란츠 엑스너의 조수가 되었습니다. 그는 1913차 세계대전이 발발할 때까지 이 자리를 지켰다. XNUMX년 Schrödinger와 K. V. F. Kohlrausch는 라듐에 대한 실험적 연구로 Imperial Academy of Sciences의 Heitinger Prize를 수상했습니다.

전쟁 중 슈뢰딩거는 전선에서 멀리 떨어진 산속에 위치한 주둔지에서 포병 장교로 복무했습니다. 그는 여가 시간을 생산적으로 사용하여 알버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론을 연구했습니다. 전쟁이 끝난 후 그는 비엔나에 있는 제2 물리학 연구소로 돌아와 일반 상대성 이론, 통계 역학(기체 분자와 같이 상호 작용하는 매우 많은 물체로 구성된 시스템 연구를 다룸)에 대한 연구를 계속했습니다. ) 및 X선 회절. 동시에 Schrödinger는 색상 이론과 색상 인식에 대한 광범위한 실험 및 이론 연구를 수행합니다.

1920년 슈뢰딩거는 안네마리아 베르텔과 결혼했지만 자녀는 없었다. 같은 해에 슈뢰딩거는 독일로 건너가 예나 대학교에서 막스 빈의 조수가 되었지만 XNUMX개월 후에는 슈투트가르트 공과 대학교의 부교수가 되었습니다. 한 학기 후에 슈투트가르트를 떠나 브레슬라우(현재 폴란드 브로츠와프)에서 잠시 교수직을 맡습니다. 그 후 슈뢰딩거는 스위스로 건너가 그곳에서 정교수가 되었으며 취리히 대학교 물리학과에서 아인슈타인과 막스 폰 라우에의 후임자가 되었습니다.

슈뢰딩거가 1921년부터 1927년까지 머물렀던 취리히에서 그는 주로 열역학과 통계 역학, 기체와 고체의 성질을 설명하기 위한 응용에 관심을 갖고 있습니다. 광범위한 물리적 문제에 관심을 갖고 양자 이론의 발전을 따르지만, 1925년에 아인슈타인이 루이 드 브로이의 물질 파동 이론에 대한 호의적인 리뷰를 발표할 때까지는 이 분야에 초점을 맞추지 않았습니다.

양자 이론은 1900년 막스 플랑크(Max Planck)가 신체의 온도와 신체에서 방출되는 복사선 사이의 관계에 대한 이론적 결론을 제안하면서 태어났습니다. 그런 다음 아인슈타인, 닐스 보어, 어니스트 러더퍼드가 이 이론에 "손을 잡았다".

양자 이론의 새로운 본질적 특징은 1924년 드 브로이(de Broglie)가 물질의 파동 특성에 대한 급진적 가설을 제시했을 때 나타났습니다. 빛과 같은 전자기파가 때때로 입자처럼 행동하면(아인슈타인이 보여주듯이) , 특정 상황에서 파도처럼 행동할 수 있습니다. de Broglie의 공식에서 입자에 해당하는 주파수는 광자(빛의 입자)의 경우와 같이 에너지와 관련되지만 de Broglie의 수학적 표현은 파장, 입자의 질량 및 속도 사이의 등가 관계였습니다. (기세). 전자파의 존재는 1927년 미국의 Clinton J. Davisson과 Lester G. Germer와 영국의 J. P. Thomson에 의해 실험적으로 증명되었습니다.

드 브로이의 아이디어에 대한 아인슈타인의 논평에 깊은 인상을 받은 슈뢰딩거는 전자의 파동 기술을 보어의 부적절한 원자 모델과 무관한 일관된 양자 이론의 구성에 적용하려고 시도했습니다. 어떤 의미에서 그는 파동에 대한 수학적 설명의 많은 예를 축적한 고전 물리학에 양자 이론을 더 가깝게 가져오고자 했습니다. 1925년 슈뢰딩거의 첫 번째 시도는 실패로 끝났습니다. 슈뢰딩거의 이론에서 전자의 속도는 빛의 속도에 가까웠고, 여기에는 아인슈타인의 특수 상대성 이론이 포함되어야 하고 매우 높은 속도에서 예측된 전자 질량의 상당한 증가를 고려해야 했습니다. 과학자에게 닥친 실패의 이유 중 하나는 현재 스핀(꼭대기와 같은 자체 축을 중심으로 한 전자의 회전)으로 알려진 전자의 특정 속성의 존재를 고려하지 않았기 때문입니다. 그 당시에는 거의 알려지지 않았습니다.

슈뢰딩거는 1926년에 다음 시도를 했습니다. 이번에는 전자 속도가 너무 작아서 상대성 이론을 포함할 필요성이 저절로 사라지도록 선택했습니다. 두 번째 시도는 파동 함수의 관점에서 물질에 대한 수학적 설명을 제공하는 슈뢰딩거 파동 방정식의 유도로 결정되었습니다. 슈뢰딩거는 그의 이론을 파동역학이라고 불렀다. 파동 방정식의 해는 실험적 관찰과 일치했으며 양자 이론의 후속 발전에 지대한 영향을 미쳤습니다.

그 직전에 Werner Heisenberg, Max Born 및 Pascual Jordan은 관측 가능한 표를 사용하여 양자 현상을 설명하는 매트릭스 역학이라는 다른 버전의 양자 이론을 발표했습니다. 이 테이블은 알려진 규칙에 따라 다양한 수학적 연산을 수행할 수 있는 행렬이라고 하는 특정 방식으로 정렬된 수학적 집합입니다. 행렬 역학은 또한 관찰된 실험 데이터와 일치를 달성하는 것을 가능하게 했지만 파동 역학과 달리 공간 좌표나 시간에 대한 특정 참조를 포함하지 않았습니다. Heisenberg는 특히 실험에서 결정할 수 있는 속성만을 선호하여 단순한 시각적 표현이나 모델을 포기할 것을 주장했습니다.

슈뢰딩거는 파동 역학과 행렬 역학이 수학적으로 동등하다는 것을 보여주었습니다. 이제 집합적으로 양자 역학으로 알려진 이 두 이론은 양자 현상을 설명하기 위해 오랫동안 기다려온 공통 기초를 제공했습니다. 많은 물리학자들은 파동 역학을 선호했는데, 그 이유는 파동의 수학적 장치가 그들에게 더 친숙하고 개념이 더 "물리적"인 것처럼 보였기 때문입니다. 행렬에 대한 연산은 더 복잡합니다.

1927년 플랑크의 초청으로 슈뢰딩거는 베를린 대학교 이론 물리학과에서 그의 후임자가 되었습니다.

Heisenberg와 Schrödinger가 양자 역학을 개발한 직후, P. A. M. Dirac은 파동 방정식과 아인슈타인의 특수 상대성 이론의 요소를 결합한 보다 일반적인 이론을 제안했습니다. Dirac의 방정식은 임의의 속도로 움직이는 입자에 적용할 수 있습니다. 전자의 스핀과 자기 특성은 추가 가정 없이 Dirac의 이론을 따랐습니다. 또한 Dirac의 이론은 반대 전하를 가진 입자의 쌍인 양전자와 반양성자 같은 반입자의 존재를 예측했습니다.

1933년 슈뢰딩거와 디락은 "새로운 생산적 형태의 원자 이론을 발견한 공로"로 노벨 물리학상을 수상했습니다. 발표식에서 스웨덴 왕립과학원의 회원인 Hans Pleyel은 슈뢰딩거에게 "원자와 분자 내에서 운동에 유효한 새로운 역학 시스템을 만든 것"에 대해 경의를 표했습니다. Pleyel에 따르면, 파동 역학은 "원자 물리학의 여러 문제에 대한 해결책일 뿐만 아니라 원자와 분자의 특성을 연구하는 간단하고 편리한 방법을 제공하며 물리학 발전을 위한 강력한 자극이 되었습니다."

아인슈타인, 드 브로이와 함께 슈뢰딩거는 양자 역학에 대한 코펜하겐 해석의 반대자 중 한 명이었습니다(양자 역학의 발전에 많은 공을 세운 닐스 보어의 공로를 인정하여 명명된 이름입니다. 보어는 코펜하겐에서 거주하며 일했습니다), 왜냐하면 그는 결정론이 결여되어 반발했기 때문입니다. 코펜하겐 해석은 입자의 위치와 속도를 동시에 정확히 알 수 없다는 하이젠베르크의 불확정성 관계를 기반으로 합니다. 입자의 위치가 더 정확하게 측정될수록 속도가 더 불확실해지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 아원자 사건은 실험 측정의 다양한 결과에 대한 확률로만 예측할 수 있습니다. 슈뢰딩거는 코펜하겐의 파동과 미립자 모형을 "추가적"인 것으로서 현실의 그림과 공존하는 관점을 거부하고, 파동만으로 물질의 거동에 대한 설명을 계속 모색했습니다. 그러나 그는 이 길에서 실패했고 코펜하겐 해석이 지배적이었다.

1933년에 과학자는 반체제 인사에 대한 박해, 특히 그의 조수 중 한 명인 유대인에 대한 거리 공격에 항의하여 나치가 집권한 후 베를린 대학교의 이론 물리학과를 떠났습니다. 국적. 독일에서 슈뢰딩거는 객원교수로 옥스포드에 갔고 그곳에 도착한 직후 노벨상을 받았다는 소식이 전해졌다.

1936년 슈뢰딩거는 장래에 대한 불안에도 불구하고 그 제안을 받아들여 오스트리아 그라츠 대학교의 교수가 되었지만, 1938년 독일이 오스트리아를 합병한 후 이 직위를 떠나 이탈리아로 도피했습니다. 초대를 수락한 그는 아일랜드로 건너가 더블린 기초 연구 연구소의 이론 물리학 교수가 되어 파동 역학, 통계, 통계적 열역학, 장 이론, 특히 일반 연구를 하며 XNUMX년 동안 이 직책에 머물렀습니다. 상대성.

전쟁이 끝난 후 오스트리아 정부는 슈뢰딩거에게 오스트리아로 돌아가도록 설득하려 했지만 독일이 소련군에게 점령당하고 있는 동안 거부했다. 1956년에 그는 비엔나 대학의 이론 물리학 교수가 되었습니다. 이것이 그의 생애 마지막 직책이었다.

평생 동안 그는 자연을 사랑했고 열렬한 등산객이었습니다. 동료들 사이에서 슈뢰딩거는 같은 생각을 가진 사람들이 거의 없는 폐쇄적이고 괴팍한 사람으로 알려졌습니다. Dirac은 Schrödinger가 브뤼셀에서 열린 권위 있는 Solvay Congress에 도착했을 때를 다음과 같이 설명합니다. "그의 모든 소지품은 배낭에 들어갑니다. 그는 부랑자처럼 보였고, Schrödinger에게 호텔 방을 주기까지 접수원을 설득하는 데 꽤 오랜 시간이 걸렸습니다."

슈뢰딩거는 과학적뿐만 아니라 물리학의 철학적 측면에도 깊은 관심을 가지고 더블린에서 여러 철학 연구를 저술했습니다. 물리학을 생물학에 적용하는 문제를 반영하면서 그는 유전자 연구에 대한 분자적 접근이라는 아이디어를 제시하고 생명이란 무엇입니까? 살아있는 세포의 물리적 측면(1944)이라는 책에서 제시했습니다. Francis Crick과 Maurice Wilkins를 포함한 여러 생물학자들에게 영향을 미쳤습니다. 슈뢰딩거는 그의 시집도 출판했다.

그는 1958년 4세의 나이로 은퇴했으며 1961년 후인 XNUMX년 XNUMX월 XNUMX일 비엔나에서 사망했습니다.

슈뢰딩거는 노벨상 외에도 이탈리아 국립과학원의 마테우치 금메달, 독일 물리학회의 막스 플랑크 메달 등 많은 상과 영예를 수상했으며 독일 정부로부터 공로훈장을 받았다. 슈뢰딩거는 겐트, 더블린, 에딘버러 대학의 명예 박사였으며 교황청 과학원, 런던 왕립 학회, 베를린 과학 아카데미, 소련 과학 아카데미, 더블린 과학 아카데미 및 마드리드 과학 아카데미.

저자: Samin D.K.

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