아르놀트 조머펠트는 독일의 이론물리학자이자 수학자로, 유체 윤활 이론, 특수 상대성 이론, 양자역학 발전에 기여했다. 1868년 쾨니히스베르크에서 태어나 괴팅겐 대학교에서 박사 학위를 받았으며, 아헨 공과대학교와 뮌헨 대학교 교수를 역임했다. 그는 미세구조상수를 발견하고, 보어-조머펠트 양자 조건을 제시했으며, 베르너 하이젠베르크, 볼프강 파울리 등 많은 노벨상 수상자를 제자로 배출했다. 조머펠트는 1951년 교통사고로 사망했다.
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업적
주요 업적
방위 양자수 자기 양자수 군속도 운동량 연산자 상대성이론에서의 쌍곡선 운동 타키온 반전화 아르놀트 조머펠트의 이름을 딴 것 목록
수상
수상 내역
마테우치 메달 (1924년) 막스 플랑크 메달 (1931년) 제임스 스콧 강연상 (1933년) 로렌츠 메달 (1939년) 외르스테드 메달 (1949년) 왕립 학회 회원 (1926년)
그는 유체 윤활에 관한 무차원량인 조머펠트 수에 이름을 남겼으며, 현대 트라이볼로지의 기초를 다졌다. 닐스 보어의 양자 조건을 일반화한 보어-조머펠트 양자 조건을 제시하기도 했다.
2. 1. 초기 생애 및 교육
1868년동프로이센쾨니히스베르크(현재의 러시아칼리닌그라드)에서 의사 프란츠 조머펠트(1820–1906)와 체칠리 마티아스(1839–1902) 사이에서 태어났다.[3][4][5] 그는 프로이센 개신교 교회 연합에서 기독교인으로 세례를 받았으나, 종교적이지는 않았다.[3][4][5]
박사 학위 후 쾨니히스베르크에 남아 교사 자격증을 취득하기 위해 공부했고, 1892년 국가 시험에 합격했다. 이후 1년간 쾨니히스베르크 예비 연대에서 군 복무를 시작, 1893년 9월 의무 복무를 마쳤다. 이후 8년 동안 8주간의 자원 군 복무를 계속했다. 위로 치켜올린 콧수염, 탄탄한 체격, 프로이센식 태도, 얼굴의 검술 상처로 인해 기병대 대령의 인상을 주었다.[8]
2. 2. 괴팅겐 시절
1893년 10월, 조머펠트는 독일 수학의 중심지였던 괴팅겐 대학교로 갔다.[10] 그곳에서 그는 운 좋은 개인적인 인연을 통해 테오도어 리비슈의 조교가 되었다. 리비슈는 쾨니히스베르크 대학교 교수였고 조머펠트 가문의 친구였다.[11]
1894년 9월, 조머펠트는 펠릭스 클라인의 조교가 되었는데, 여기에는 클라인의 강의를 상세히 필기하고 수학 열람실을 위해 작성하는 것과 열람실을 관리하는 것이 포함되었다.[8] 조머펠트의 하빌리타치온 논문[12]은 1895년 클라인의 지도하에 완성되었고, 이를 통해 조머펠트는 괴팅겐에서 사강사가 될 수 있었다.[13] 사강사로서 조머펠트는 다양한 수학 및 수리물리학 주제에 대해 강의했다. 그의 편미분 방정식에 대한 강의는 괴팅겐에서 처음 시작되었으며,[8] 그의 강의 경력을 거치면서 그의 교과서 시리즈인 ''이론 물리학 강의''의 제6권으로 발전하여 ''물리학의 편미분 방정식''이라는 제목으로 출판되었다.[14]
1897년의 조머펠트
1895년과 1896년 클라인의 회전체에 대한 강의는 클라인과 조머펠트가 4권짜리 텍스트인 ''Die Theorie des Kreisels''를 쓰도록 이끌었다. 이는 1897년부터 1910년까지 13년간의 공동 작업이었다. 첫 두 권은 이론에 대한 내용이었고, 나머지 두 권은 지구물리학, 천문학, 기술 분야의 응용에 대한 내용이었다.[8] 조머펠트가 클라인과 맺은 관계는 응용 수학과 강의 기술에 대한 조머펠트의 사고방식에 영향을 미쳤다.[14]
괴팅겐에 있는 동안 조머펠트는 괴팅겐의 큐레이터[15]인 에른스트 횝프너의 딸 요한나 횝프너를 만났다. 1897년 10월 조머펠트는 클라우슈탈-첼러펠트의 베르크아카데미에서 수학과 교수로 임명되었다. 그는 빌헬름 빈의 후임이었다. 이 임명은 결국 요한나와 결혼할 수 있을 만큼 충분한 수입을 제공했다.[7][8][10]
클라인의 요청에 따라 조머펠트는 ''수학 백과사전''의 제5권 편집자 역할을 맡았는데, 이는 1898년부터 1926년까지 이어진 중요한 작업이었다.[8][13]
2. 3. 아헨 시절
1900년펠릭스 클라인의 노력으로 "쾨니히리체 테크니셰 호흐슐레 아헨"(이후의 아헨 공과대학교) 응용 역학 특별 교수가 되었다.[7] 아헨에서 그는 오랫동안 관심을 가졌던 유체역학 이론을 발전시켰다.[7][8][10][13] 훗날 뮌헨 대학교에서 조머펠트의 제자인 루트비히 호프와 베르너 하이젠베르크는 이 주제에 대한 박사 학위 논문을 작성했다.[7][8][10][13] 저널 베어링 윤활에 대한 그의 기여로 인해 던컨 도슨은 그를 23인의 "트라이볼로지의 인물" 중 한 명으로 선정했다.[16]
1906년부터 조머펠트는 뮌헨 대학교의 정교수이자 새로운 이론물리학 연구소의 소장으로 자리를 잡았다. 그는 뮌헨의 물리학 연구소 소장인 빌헬름 뢴트겐에 의해 이 직책에 선출되었으며,[17] 조머펠트는 이 직책을 "특권적인 행동 영역"으로 여겼다.[14]
19세기 말과 20세기 초까지 독일에서는 실험물리학이 학계에서 더 높은 지위를 차지하는 것으로 여겨졌다. 20세기 초, 뮌헨의 조머펠트와 괴팅겐 대학교의 막스 보른과 같이 수학을 처음 접한 이론가들은 이를 뒤집어 수학물리학, 즉 이론물리학이 주요 동력이 되었고, 실험물리학은 이론을 검증하거나 발전시키는 데 사용되었다.[18] 조머펠트 밑에서 박사 학위를 받은 후, 볼프강 파울리, 베르너 하이젠베르크, 발터 하이틀러는 보른의 조수가 되어 당시 매우 빠르게 발전하고 있던 양자역학의 발전에 중요한 기여를 했다.
뮌헨에서 32년 동안 강의하면서 조머펠트는 일반 및 전문 강좌를 가르쳤을 뿐만 아니라 세미나와 콜로퀴움을 개최했다.[14] 일반 강좌는 역학, 변형 가능한 물체의 역학, 전자기학, 광학, 열역학 및 통계 역학, 그리고 물리학의 편미분 방정식에 관한 것이었다. 이 강좌는 주당 4시간, 겨울에는 13주, 여름에는 11주 동안 진행되었으며, 뢴트겐과 나중에 빌헬름 빈으로부터 실험물리학 강좌를 수강한 학생들을 위한 것이었다. 또한 매주 2시간 동안 문제 논의를 위한 발표가 있었다. 전문 강좌는 시사적인 관심사를 다루었으며 조머펠드의 연구 관심사에 기반을 두었다. 이 강좌의 자료는 나중에 조머펠드의 과학 문헌 출판물에 나타났다. 이 특별 강연의 목표는 이론 물리학의 현재 문제에 씨름하고 조머펠드와 학생들이 현재 문제에 대한 해결 성공 여부와 상관없이 그 문제를 체계적으로 이해하는 것이었다.[19] 세미나 및 콜로퀴움 기간 동안 학생들은 현재 문헌에서 논문을 할당받아 구두 발표를 준비했다.[14] 1942년부터 1951년까지 조머펠트는 강의 노트를 출판하기 위해 정리하는 작업을 했고, 이것들은 6권의 ''이론 물리학 강의''로 출판되었다.[10]
조머펠트의 제자들 중에는 노벨상 수상자와 유명한 과학자들이 많았다. 베르너 하이젠베르크, 볼프강 파울리, 페터 데바이, 한스 베테는 노벨상을 수상했다.[21] 발터 하이틀러, 루돌프 페이얼스,[22] 카를 베헤르트, 헤르만 브뤼크, 파울 페터 에발트, 유진 페인버그,[23] 헤르베르트 프뢰리히, 에르빈 퓨스, 에른스트 길레민, 헬무트 헨, 루드비히 호프, 아돌프 크라처, 오토 라포르테, 빌헬름 렌츠, 카를 마이스너,[24] 루돌프 젤리거, 에른스트 C. 슈튀켈베르크, 하인리히 벨커, 그레고르 벤젤, 알프레트 란데, 레옹 브릴루앙 등도 유명해졌다.[25] 조머펠드의 박사 후 연구원 3명인 라이너스 폴링,[26] 이자도어 아이작 라비[27] 및 막스 폰 라우에는 노벨상을 수상했으며, 윌리엄 앨리스,[29] 에드워드 콘돈,[30] 칼 에카르트,[31] 에드윈 C. 켐블,[32] 윌리엄 V. 휴스턴,[33] 카를 헤르츠펠트,[34] 발터 코셀, 필립 M. 모스,[35][36] 하워드 로버트슨,[37] 및 보이치에흐 루비노비츠[38]를 포함한 다른 10명도 그 자체로 유명해졌다. RWTH 아헨에서 조머펠드의 학부생이었던 발터 로고프스키도 그 자체로 유명해졌다. 막스 보른은 조머펠드의 능력에 "재능의 발견과 개발"이 포함되어 있다고 믿었다.[39]알베르트 아인슈타인은 조머펠트에게 "저는 당신이 특히 존경스러운 점은 당신이 많은 젊은 인재들을 발굴했다는 것입니다."라고 말했다.[39] 조머펠드는 교수이자 연구소장으로서 동료 및 학생들과 거리를 두지 않았다. 그는 그들의 협력을 요청했으며, 그들의 아이디어는 종종 그의 물리학에 대한 견해에 영향을 미쳤다. 그는 집에서 그들을 초대했고, 세미나와 콜로퀴움 전후에 카페에서 그들과 만났다. 조머펠트는 학생들을 스포츠만큼이나 까다로운 물리학 토론에 종종 초대하는 알프스 스키 산장을 소유하고 있었다.[40]
뮌헨에 있는 동안 조머펠트는 아직 널리 받아들여지지 않은 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론과 접하게 되었다. 그 이론에 대한 그의 수학적 기여는 회의론자들이 그 이론을 받아들이는 데 도움이 되었다. 1914년에는 레옹 브릴루앙과 함께 분산 매질에서 전자기파의 전파에 대해 연구했다. 그는 양자역학의 창시자 중 한 명이 되었다. 그의 기여에는 조머펠트-윌슨 양자화 규칙(1915)의 공동 발견, 보어 모형의 일반화, 조머펠트 미세 구조 상수의 도입(1916), 발터 코셀과의 조머펠트-코셀 변위 법칙의 공동 발견(1919),[41] 그리고 원자 및 양자 물리학을 개발한 새로운 세대의 물리학자들에게 원자 이론의 "성경"[42]이 된 ''Atombau und Spektrallinien''(1919) 출판 등이 있다. 이 책은 양자역학의 최신 발전을 통합하기 위해 1919년부터 1924년까지 4판을 거쳐 두 권으로 분리되었다.[43]
1918년 조머펠트는 아인슈타인의 뒤를 이어 독일 물리학회 (DPG)의 의장이 되었다.[13] 그의 업적 중 하나는 새로운 학술지 창간이었다.[44] DPG 학술지에 게재된 과학 논문의 양이 너무 많아져 1919년 DPG 위원회는 독창적인 연구 논문을 게재하기 위해 ''물리학 저널''의 설립을 권고했으며, 이는 1920년에 시작되었다. 평판이 좋은 과학자라면 누구나 심사 없이 자신의 논문을 게재할 수 있었기 때문에 제출에서 출판까지의 시간이 매우 빨랐으며, 최대 2주였다. 이것은 특히 독일에서 양자역학의 과학적 이론 발전을 크게 자극했는데, 이 학술지가 아방가르드적 견해를 가진 새로운 세대의 양자 이론가들이 선호하는 출판 매체였기 때문이다.[45]
1922/1923년 겨울 학기에 조머펠트는 위스콘신-매디슨 대학교에서 칼 슈르츠 기념 물리학 교수로 강의했다.[13]
1927년 조머펠트는 파울 드루데가 제시한 전도체 내 전자의 드루데 모형에 페르미-디랙 통계를 적용했다. 새로운 이론은 원래 모형이 가지고 있던 열적 특성을 예측하는 많은 문제를 해결했고 드루데-조머펠트 모형으로 알려지게 되었다.
1928/1929년에 조머펠트는 인도,[46] 중국, 일본, 미국을 주요 기착지로 하여 세계를 여행했다.
조머펠트는 훌륭한 이론가였다. 그는 양자 이론에 대한 귀중한 기여 외에도 전자기학의 고전 이론과 같은 다른 물리학 분야에서도 연구했다. 예를 들어, 그는 전도성 지구 위의 방사성 헤르츠 쌍극자 문제에 대한 해결책을 제시했으며, 이는 수년에 걸쳐 많은 응용 분야로 이어졌다. 그의 조머펠트 항등식과 조머펠트 적분은 오늘날까지 이 문제를 해결하는 가장 일반적인 방법이다. 또한 1900년대 초 조머펠트 학파의 이론 물리학의 우수성과 이론 물리학의 부상을 나타내는 지표로, 1928년 현재 독일어권 세계의 이론 물리학 정교수의 약 3분의 1이 조머펠드의 학생들이었다.[47]
1935년 4월 1일 조머펠트는 명예 은퇴했다. 그는 후임자를 선정하는 과정에서 임시 대체자로 남아 있었으며, 이 과정은 1939년 12월 1일까지 걸렸다. 이 과정은 뮌헨 학부의 선택과 Reichserziehungsministerium (REM; 제국 교육부)와 독일 물리학 지지자들 간의 학문적 및 정치적 견해 차이 때문에 길어졌다.[48][49] 이는 반유대주의적이었으며, 특히 양자역학을 포함한 이론 물리학에 대한 편견을 가지고 있었다. 조머펠드의 후임자로 이론 물리학자가 아니고, 물리학 저널에 논문을 게재한 적도 없으며, 독일 물리학회의 회원도 아니었던 빌헬름 뮐러[50]를 임명한 것은 새로운 세대의 물리학자를 교육하는 데 매우 부당하고 해로운 것으로 여겨졌다. 루트비히 플란틀과 카를 람사우어는 제국 관리들에게 보낸 서신에서 이 사실을 언급했다. 플란틀은 1941년 4월 28일 제국 원수 헤르만 괴링에게 보낸 편지에 첨부된 내용에서 이 임명을 필요한 이론 물리학 교육에 대한 "사보타주"라고 언급했다.[51] 람사우어는 1942년 1월 20일 제국 장관 베른하르트 루스트에게 보낸 편지에 첨부된 내용에서 이 임명이 "뮌헨 이론 물리학 전통의 파괴"에 해당한다고 결론지었다.[52][53]
조머펠드가 한때 가졌던 애국적 견해에 관해서는, 그는 히틀러가 권력을 잡은 직후 아인슈타인에게 이렇게 썼다. "저는 우리나라 지배자들이 '국가'라는 단어를 잘못 사용함으로써 제 경우에 매우 두드러졌던 국가적 감정 습관이 완전히 깨졌다는 것을 확신할 수 있습니다. 저는 이제 독일이 강대국으로 사라지고 평화로운 유럽으로 통합되는 것을 기꺼이 볼 것입니다."[54]
3. 주요 업적
쾨니히스베르크(현재 러시아령 칼리닌그라드)에서 태어나 수학을 공부했다. 괴팅겐 대학교로 옮겨 1900년부터 아헨의 대학에서 유체 윤활 이론을 연구, 유체 윤활에 관한 무차원량인 조머펠트 수에 이름을 남겼고, 현재의 트라이볼로지의 기초를 다졌다.
1906년부터 뮌헨 대학교 물리학 교수가 되어, 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 수학적 기초를 제공하는 연구를 수행했다. 금속 내 자유 전자의 양자론 등에 업적을 남겼고, 닐스 보어의 양자 조건을 일반화했다. (보어-조머펠트 양자 조건)
아르놀트 조머펠트, Atombau und Spektralliniende(Friedrich Vieweg und Sohn, 브라운슈바이크, 1919)
* Atomic Structure and Spectral Lines영어, 아르놀트 조머펠트, 헨리 L. 브로스가 번역한 독일어 3판 번역본 (Methuen, 1923)
아르놀트 조머펠트, Three Lectures on Atomic Physics영어 (런던: Methuen, 1926)
아르놀트 조머펠트, Atombau und Spektrallinien, Wellenmechanischer Ergänzungsbandde (Vieweg, 브라운슈바이크, 1929)
* 헨리 브로스가 번역한 (1923) 표지 Wave-Mechanics: Supplementary Volume to Atomic Structure and Spectral Lines영어, 아르놀트 조머펠트, 헨리 L. 브로스 번역 (Dutton, 1929)
아르놀트 조머펠트, Lectures on Wave Mechanics Delivered before the University of Calcutta영어 (캘커타 대학교, 1929)
아르놀트 조머펠트와 한스 베테, Elektronentheorie der Metallede, H. 가이거와 K. 쉘 편집, Handbuch der Physikde 제24권, 제2부, 333–622쪽 (Springer, 1933). 이 300쪽에 달하는 장은 나중에 별도의 책으로 출판되었다: Elektronentheorie der Metalle영어 (Springer, 1967).
아르놀트 조머펠트, Mechanik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 1de (Akademische Verlagsgesellschaft Becker & Erler, 1943)
* Mechanics – Lectures on Theoretical Physics Volume I영어, 아르놀트 조머펠트, 마틴 O. 슈테른이 번역한 독일어 4판 번역본 (Academic Press, 1964)
아르놀트 조머펠트, Mechanik der deformierbaren Medien – Vorlesungen über theoretische Physik Band 2de (Akademische Verlagsgesellschaft Becker & Erler, 1945)
* Mechanics of Deformable Bodies – Lectures on Theoretical Physics Volume II영어, 아르놀트 조머펠트, G. 쿠에르티가 번역한 독일어 2판 번역본 (Academic Press, 1964)
아르놀트 조머펠트, Elektrodynamik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 3de (Klemm Verlag, 1948)
* Electrodynamics – Lectures on Theoretical Physics Volume III영어, 아르놀트 조머펠트, 에드워드 G. 람버그가 번역한 독일어 번역본 (Academic Press, 1964)
아르놀트 조머펠트, Optik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 4de (Dieterich'sche Verlagsbuchhandlung, 1950)
* Optics – Lectures on Theoretical Physics Volume IV영어, 아르놀트 조머펠트, 오토 라포르테와 피터 A. 몰다우어가 번역한 독일어 1판 번역본 (Academic Press, 1964)
아르놀트 조머펠트, Thermodynamik und Statistik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 5de 프리드리히 보프와 요제프 마이스너 편집 (Diederich'sche Verlagsbuchhandlung, 1952)
* Thermodynamics and Statistical Mechanics – Lectures on Theoretical Physics Volume V영어, 아르놀트 조머펠트, F. 보프와 J. 마이스너 편집, J. 케스틴 번역 (Academic Press, 1964)
아르놀트 조머펠트, Partielle Differentialgleichungen der Physik – Vorlesungen über theoretische Physik Band 6de (Dieterich'sche Verlagsbuchhandlung, 1947)
* Partial Differential Equations in Physics – Lectures on Theoretical Physics Volume VI영어, 아르놀트 조머펠트, 어니스트 G. 슈트라우스가 번역 (Academic Press, 초판 1949, 재판 1953)
펠릭스 클라인과 아르놀트 조머펠트, Über die Theorie des Kreiselsde [4권] (Teubner, 1897)
* The Theory of the Top영어, 펠릭스 클라인과 아르놀트 조머펠트, 레이먼드 J. 네젬과 귀도 산드리가 번역, 제1권 (보스턴: Birkhauser, 2008)
6. 영향 및 평가
쾨니히스베르크(현재 러시아령 칼리닌그라드)에서 태어나 그곳에서 수학을 배웠다. 이후 괴팅겐 대학교로 옮겨 1900년부터 아헨의 대학에서 유체 윤활 이론을 연구했다. 유체 윤활에 관한 무차원량인 조머펠트 수에 이름을 남겼으며, 현재의 트라이볼로지의 기초를 다졌다.[1]
1906년부터 뮌헨 대학교의 물리학 교수가 되었고, 알베르트 아인슈타인의 특수 상대성 이론에 수학적 기초를 제공하는 연구를 수행했다. 금속 내 자유 전자의 양자론 등에도 업적을 남겼으며, 닐스 보어의 양자 조건을 일반화했다(보어-조머펠트 양자 조건).[1]
한스 베테, 페터 데바이, 발터 하이틀러, 베르너 하이젠베르크, 볼프강 파울리 등 노벨상 수상자들이 그의 제자이며, 그 외에도 많은 저명한 학자들을 길러냈다.[1]
참조
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논문
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Springer
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Sommerfeld's PhD advisor and other information
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Sommerfeld's Habilitation dissertation title
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Sommerfeld-Project
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