에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)_업적

이번에는 화학과 물리 등 다양한 학문에서 언급되는 한 인물의 대해 알아보았음 한다. 고등학교 화학, 물리든 대학에서 전공 기초 또는 심화까지 다루게 되고, 이 과학자를 모른다면, 정말 Scientist가 맞을까? 라고 의심될 정도로, 이 사람은 과학에 막대한 영향을 준 인물이다. 그 과학자는 오스트리아 출신의 이론물리학자로 양자역학의 아버지 중 한 명인 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)이다. "슈뢰딩거"라는 단어를 듣자마자 머리가 아파오는 사람도 있을 것이라 본다. 양자화학 또는 물리화학 또는 물리학 등 주요 시험문제에 출제되는 것이 슈뢰딩거 방정식을 푸는 것이기 때문이다. 다양한 수식을 이해하야하고, 화학물질내의 전자의 움직임을 알아야 풀 수 있는 문제이기도 하다. 이 방정식을 가르치는 교수님들 역시, 학생들을 이해시키기 위해 어려워하는 것을 많이 보았다. 그럼에도, 이 방정식은 중요하고, 그것이 "양자"라는 개념을 조금 더 이해할 수 있기 때문이다. 이러한 이해를 바탕으로 현대 물리 및 실생활에서 응용될 수 있는 부분이 많다. 이젠, 그의 가장 유명한 업적과 개념들을 알아보자. 

1. 슈뢰딩거 방정식 (Schrödinger Equation)

• 1926년에 발표한 슈뢰딩거 방정식은 양자역학의 핵심 공식 임. (복잡한 수식은 나중에 다시 하고자 한다.)
• 고전역학에서는 뉴턴의 법칙이 입자의 운동을 설명하지만, 양자역학에서는 이 방정식을 통해 “입자의 파동함수(ψ)”를 구하고, 이걸로 입자의 위치, 운동량 등 확률적인 정보를 알아낼 수 있음. (결국, 입자의 위치와 운동량등을 수식으로 풀었다는 것으로 이해하면 될 것 같다.)

이 방정식 덕분에 원자나 분자의 전자 구조, 에너지 준위 등을 예측할 수 있게 됨.. (화학에서도 DFT 계산 같은 데에 이 이론이 근간이 된다. 도대체, DFT는 또 무엇인가 하면, Density functional theory로 화합물의 오비탈 및 분자 자체의 구조가 어떡해 이루어졌는지를 계산으로 볼 수 있는 것으로 이해하자. 화학 및 물리와 관련한 논문 중, 화합물을 다루는 내용등을 보면, DFT계산 값은 항상 나오는 부분이다. HOMO, LUMO, T1, S1, Sn 등등)

여하튼, 일반적인 방정식은 다음과 같은데, 수식만 보자.

 

  1. Time-dependent equation

   2. Time-independent equation

 

 

2. 슈뢰딩거의 고양이 (Schrödinger’s Cat)

• 1935년에 양자 중첩 상태를 설명하기 위해 고안한 사고 실험이다.
• 핵심 아이디어:

• 상자 안에 고양이 한 마리, 방사성 원소, 방출을 감지하는 계측기, 독극물이 있음.
• 방사성 원소가 붕괴하면 계측기가 반응해 독극물이 방출되고 고양이는 죽게 됨.
• 문제는 원자의 붕괴가 확률적인 현상이라, 상자를 열기 전까지는 고양이가 '살아있음과 죽어 있음'이 중첩된 상태라는 것.

• 이 실험은 양자역학의 관측의 문제, 측정 이전에는 상태가 중첩돼 있다는 코펜하겐 해석에 대한 비판이기도 한 것이었다.

3. 슈뢰딩거의 다른 업적

• ‘What is Life?’(생명이란 무엇인가) 라는 책도 유명 함 (1944).

• 이 책에서 유전 정보가 분자 수준에서 어떻게 저장되고 전달될 수 있는지 논의했는데, 나중에 DNA의 발견에 영감을 줬다는 이야기도 있다.

 

이 위대한 과학자를 위의 몇가지로 나누어 설명할 수 없음을 안다. 하지만, 그럼에도 이 과학자의 이름을 한번더 상기 시키기 위해 만든 것이다. 공부라는 것이 처음 접할 때는 어려워도, 여러번 듣게 되면 익숙해 지기 때문이다. 익숙하지 않은 사람을 처음부터 무조건 하라고 하면 공부는 멀리 달아나게 된다. 그렇지만, 처음엔 어색하고 어려워도 여러번 듣게 되면 관심을 갖게 되는 것이 공부가 아닌가 한다. 이렇게 공부를 했으면 권해본다. 무조건 어렵다, 짜증난다라고 하지 말고, 약간의 인내만 가지고서 한번 들어나보자라는 생각으로 하다보면, 시나브로 내가 변해 있는 것을 알 수 있을 것이다. 끝까지 해보자.