파울 에렌페스트
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1. 개요
파울 에렌페스트는 오스트리아 출신의 이론물리학자로, 양자 물리학과 통계역학 분야에 기여했다. 빈에서 유대인 가정에서 태어나 빈 대학교에서 박사 학위를 받았으며, 괴팅겐 대학교에서 타티야나 아파나세바를 만나 결혼했다. 상트페테르부르크에서 반유대주의로 어려움을 겪은 후, 네덜란드 라이덴 대학교 교수로 임용되어 제자들을 양성하며 학문적 교류를 활발히 했다. 그는 단열 불변량 이론, 에렌페스트 정리, 상전이 이론 등 다양한 연구 업적을 남겼으며, 아인슈타인, 보어와 깊은 교류를 가졌다. 말년에는 우울증에 시달리다 다운 증후군을 앓는 아들과 함께 자살했다.
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파울 에렌페스트 - [인물]에 관한 문서 | |
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기본 정보 | |
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출생 | 1880년 1월 18일 |
출생지 | 오스트리아-헝가리 제국, 빈 |
사망 | 1933년 9월 25일 |
사망지 | 네덜란드, 암스테르담 |
국적 | 오스트리아 (1922년 이전) 네덜란드 (1922년 이후) |
거주지 | 네덜란드 |
분야 | 물리학자 |
근무지 | 레이던 대학교 |
모교 | 빈 공과대학교 빈 대학교 괴팅겐 대학교 |
지도 교수 | 루트비히 볼츠만 |
제자 | Johannes Martinus Burgers 헨드릭 카시미르 디르크 코스터 사뮈엘 고즈미트 헨드릭 크라머르스 아렌트 요안 뤼트허르스 얀 틴베르헌 조지 헐렌벡 |
영향 받은 학생 | 그레고리 브라이트 파울 소푸스 엡스타인 빅토르 트르칼 게르하르트 하인리히 디케 군나르 노르드스트룀 |
배우자 | 타티야나 알렉세예브나 아파나시예바 |
자녀 | 타티야나 에렌페스트 갈린카 파블로브나 에렌페스트 파울 에렌페스트 2세 바실리 에렌페스트 |
업적 | |
주요 업적 | 에렌페스트 정리 (에렌페스트 역설) (에렌페스트 방정식) (에렌페스트 모형) 스피너 용어 창안 자외선 파탄 용어 창안 에렌페스트 분류 (에렌페스트-톨만 효과) Nonradiation condition (비방사 조건) 3+1 시공간의 특권적 성격 티모셴코-에렌페스트 보 이론 에렌페스트 시간 |
영향 | |
영향을 준 인물 | 랄프 크로니히 |
영향을 받은 인물 | 마르크 카츠 |
2. 생애
빈에서 유대인 가정에서 태어난 에렌페스트는 빈 공과대학교에서 화학을 공부하고 빈 대학교에서 루트비히 볼츠만의 통계역학을 수강했다. 1901년 괴팅겐 대학교로 옮겨 훗날 아내가 되는 타티야나 아파나세바를 만났고, 1904년 빈 대학교에서 박사 학위를 받았다.
1907년 에렌페스트 부부는 상트페테르부르크로 이주했으나, 러시아의 반유대주의로 인해 정규직을 얻기 힘들었다. 1912년 헨드릭 로런츠의 뒤를 이어 네덜란드 레이던 대학교 교수가 되어 여생을 보냈다.
1931년부터 우울증을 앓던 에렌페스트는 1933년 9월 25일 다운 증후군을 앓던 막내 아들 바시크를 총으로 쏜 뒤 자살했다.[14][15]
에렌페스트의 제자, 조교, 그리고 그의 연구실에서 장기간 머물렀던 과학자들은 다음과 같다.
제자 | 조교 | 장기 체류 과학자 |
---|---|---|
2. 1. 초기 생애 및 교육
빈의 유대인 가정에서 태어났다. 에렌페스트 가문은 원래 모라바 출신이었다. 아버지 지그문트 에렌페스트(Sigmund Ehrenfestde)와 어머니 요하나 옐리네크(Johanna Jellinekde)는 구멍가게를 운영하였다.[3]빈 공과대학교에서 화학을 공부하였으나, 근처 빈 대학교에서 과목을 들었고, 특히 루트비히 볼츠만의 통계역학 과목을 수강하였다. 1901년 괴팅겐 대학교로 전학하였고, 이곳에서 우크라이나 태생의 수학자이자 훗날 배우자인 타티야나 아파나세바를 만났다. 1904년 6월 23일 빈 대학교에서 박사 학위를 받았고,[4] 같은 해 12월 21일 아파나세바와 결혼하였다.[5]
파울 에렌페스트는 1880년 1월 18일 빈에서 태어났다. 가족은 지나치게 종교적이지는 않았지만, 파울은 히브리어와 유대인 역사를 공부했다. 초등학교에서는 뛰어났지만 아카데미셰스 김나지움(Akademisches Gymnasium)에서는 수학을 제외하고는 좋은 성적을 거두지 못했다. 프란츠 요제프 김나지움(Franz Josef Gymnasium)으로 전학 간 후에는 성적이 향상되었고, 1899년 최종 시험을 통과했다.
비엔나 공과대학에서 화학을 전공했지만, 빈 대학교(University of Vienna)에서 루트비히 볼츠만(Ludwig Boltzmann)의 기체 운동론과 열역학 강의를 들었다. 이 강의들은 에렌페스트의 이론 물리학에 대한 관심을 발전시키는 데 중요한 역할을 했다. 1901년 괴팅겐 대학교로 전학했고, 그곳에서 미래의 아내인 타티아나 아파나시예바(Tatyana Afanasyeva)를 만났다.[25] 1904년 6월 23일 빈에서 박사 학위를 받았다.[4]
2. 2. 결혼과 가정
1904년 12월 21일, 에렌페스트는 러시아 수학자 타티야나 알렉세예브나 아파나시예바(1876–1964)와 결혼하여 함께 연구했다.[5] 이들 부부는 두 딸과 두 아들을 두었다. 타티아나 파블로브나 에렌페스트(1905–1984)는 수학자가 되었고, 갈린카 파블로브나 에렌페스트(1910–1979)는 아동 도서 작가이자 삽화가가 되었다. 폴 주니어(1915–1939)도 물리학자가 되었으며, 막내 바실리(1918–1933)가 있었다.[26]에렌페스트 부부는 1906년 9월 괴팅겐으로 돌아갔다. 그러나 루트비히 볼츠만은 같은 해 9월 6일 트리에스테 근처 두이노에서 자살했기 때문에 다시 만날 수 없었다. 에렌페스트는 볼츠만의 업적을 기리는 부고를 널리 발표했다.[6]
2. 3. 상트페테르부르크 시절과 라이덴 교수 임용
1907년, 에렌페스트 부부는 상트페테르부르크로 이주했다. 에렌페스트는 그곳에서 A. F. 요페를 비롯한 좋은 친구들을 만났지만, 과학적으로 고립감을 느꼈다.[6] 당시 러시아에서는 반유대주의가 만연하여 정규직을 얻기 어려웠고, 에렌페스트는 어떤 종교에도 신앙을 선언하기를 원하지 않았기 때문에 교수직을 신청할 수 없어 영구적인 직책을 확보할 전망이 없었다.[6] 1912년, 에렌페스트는 직책을 찾기 위해 독일어권 대학들을 방문했다. 베를린에서 막스 플랑크를 만났고, 라이프치히에서 오랜 친구인 구스타프 헤어글로츠를 만났으며, 뮌헨에서 아놀드 조머펠트를 만났다. 취리히와 빈도 방문했다. 프라하에서 알베르트 아인슈타인을 처음 만났고, 이후 가까운 친구가 되었다. 아인슈타인은 에렌페스트가 프라하에서 자신의 자리를 계승할 것을 추천했지만, 에렌페스트가 자신을 무신론자라고 선언했기 때문에 실패했다.[7][8] 조머펠트는 뮌헨에서의 직책을 제안했지만, 에렌페스트는 더 나은 제안을 받았다. 같은 해, 헨드릭 로런츠가 라이덴 대학교의 직책을 사임했고, 그의 조언에 따라 에렌페스트가 후임으로 임명되어 이론물리학 교수가 되었다.2. 4. 라이덴 대학교 교수 시절
에렌페스트는 1912년 10월 라이덴 대학교에 도착하여 그해 12월 4일 "빛 에테르 가설의 위기(Zur Krise der Lichtaether-Hypothese)"라는 제목으로 취임 강연을 했다. 그는 1933년 사망할 때까지 라이덴 대학교 교수로 재직했다. 에렌페스트는 물리학과 학생들 간의 상호 작용과 교류를 활성화하기 위해 "라이덴 병(De Leidsche Flesch, "The Leyden jar")"이라는 토론 모임과 연구회를 조직했다.[9] 그는 국내외 저명한 물리학자들과 긴밀한 관계를 유지하며 그들을 라이덴으로 초청하여 강연을 열게 했다.[9] 에렌페스트는 뛰어난 논쟁가였으며, 상대방의 약점을 재빨리 지적하고 핵심을 요약하는 능력이 뛰어났다.
에렌페스트는 강의에서 기본적인 가정을 설명하고 명확히 하기 위해 간단한 모델과 예시를 강조했다. 그의 수업은 소규모였고, 열람실을 이용하는 학생들을 알려고 노력했다.[10] 그들 중 소수만이 이론 물리학 전공으로 받아들여졌지만, 그는 거의 매일 그들과 오랜 시간 토론했다. 알베르트 아인슈타인에 따르면, 그는 자신이 알았던 최고의 교사였을 뿐만 아니라, 제자들의 발전과 운명에 열정적으로 매달렸으며, 다른 사람들을 이해하고 돕는 것이 그의 진정한 요소였다고 한다.[11]
에렌페스트는 학생에게 더 이상 가르칠 것이 거의 없다고 느끼면 유럽의 다른 연구소로 더 많은 훈련을 받도록 보냈다. 또한 학생들이 해외 직위를 수락하도록 격려했다. 그의 제자들과 조교, 그리고 그의 연구실에서 장기간 머물렀던 과학자들은 다음과 같다.
제자 | 조교 | 장기 체류 과학자 |
---|---|---|
에렌페스트는 과학, 기술 발전, 문화 및 사회 문제에 대해 모순되는 견해를 가지고 있었다.[12] 1919년, 에렌페스트는 네덜란드 왕립 예술 과학 아카데미(Royal Netherlands Academy of Arts and Sciences) 회원이 되었다.[13]
2. 5. 말년과 비극적 죽음
에렌페스트는 1931년경부터 심각한 우울증을 앓기 시작했다. 1931년 5월, 에렌페스트는 닐스 보어에게 보낸 편지에서 "이미 이론물리학에 완전히 흥미를 잃었소. 더 이상 아무것도 읽을 수 없고, 수많은 논문과 책들의 홍수 속에서 아무것도 이해할 수 없소이다. 아마 난 더 이상 가망이 없는 것 같다네."라고 적었다.[14] 1932년 8월, 알베르트 아인슈타인은 에렌페스트의 건강을 염려하여 레이던 대학교에 그의 업무 부담을 줄여줄 것을 요청했다.[14]1933년 9월 25일, 에렌페스트는 다운 증후군을 앓고 있던 막내아들 바시크(Wassikde)를 암스테르담의 한 병원에서 총으로 쏘고 자신도 스스로 목숨을 끊었다.[14][15]
3. 주요 연구 업적
에렌페스트의 과학 논문은 대부분 원리를 다루며, 단일 지점을 명확히 하려는 경향이 있다. 그의 논문은 역설을 해결하거나 더 명확한 설명을 제공하여 명료성이 높고, 흥미로운 질문을 제기하여 자극적이라는 평가를 받는다. 로버트 오펜하이머는 1928년 여름 라이덴에서 에렌페스트에게 장기 체류 초청을 받고, 그의 과학적 접근 방식에 대해 언급한 바 있다.
에렌페스트는 하이젠베르크와 디랙의 새로운 양자론의 추상화를 좋아하지 않았다.
그는 단열 불변량 이론, 상전이 이론[24], 에렌페스트 정리 등 양자역학에 큰 공헌을 했다. 그의 이름은 Ehrenfest paradox|에렌페스트 역설영어, Ehrenfest model|에렌페스트 모형영어, Ehrenfest time|에렌페스트 시간영어 등에도 사용되고 있다. 또한, 열역학과 경제 과정 사이에 유추가 있을 것이라는 생각으로 경제학에서 수학 이론의 발전에도 관심을 가졌다. 그는 얀 틴베르헌에게 이 문제를 연구하도록 권장했고, 틴베르헌은 1969년 최초의 노벨 경제학상을 수상했다.
3. 1. 단열 불변량 이론
1912년부터 1933년까지 에렌페스트의 가장 중요한 업적은 단열 불변량 이론이다.[17][18] 이 이론은 고전역학에서 유도된 개념으로, 보어의 원자 모형의 특정 방법을 개선하는 데 사용될 수 있었고(비록 에렌페스트는 처음에 보어의 아이디어를 받아들이지 않았지만), 원자 역학과 통계 역학 사이의 연관성을 만들었다. 그는 상전이[19] 이론과 에렌페스트 정리를 포함하여 양자 물리학에 크게 기여했다. 에렌페스트 정리는 양자 시스템의 기댓값이 고전 역학을 따른다는 것을 명시한다.3. 2. 에렌페스트 정리
에렌페스트 정리는 양자 시스템의 기댓값이 고전역학을 따른다는 것을 명시한다.[19] 이는 고전역학과 양자역학 사이의 관계를 보여주는 중요한 정리이다.3. 3. 상전이 이론
에렌페스트는 양자 물리학에 크게 기여했는데, 여기에는 상전이 이론[19]과 에렌페스트 정리가 포함된다. 에렌페스트 정리는 양자 시스템의 기댓값이 고전 역학을 따른다는 것을 명시한다.[24]3. 4. 에렌페스트 역설
상대성 이론에서 회전하는 원판의 기하학에 대한 역설이다. 이 역설은 아직까지도 물리학계에서 논의되고 있다.[19] Ehrenfest paradox|에렌페스트 역설영어3. 5. 에렌페스트 모형
에렌페스트 모형은 통계역학에서 기체의 확산 현상을 설명하기 위한 모형이다.[19] 그의 이름은 에렌페스트 역설, 에렌페스트 모형, 에렌페스트 시간 등에도 사용된다.3. 6. 에렌페스트 시간
에렌페스트 시간은 양자역학과 고전역학의 차이가 뚜렷하게 나타나기 시작하는 시간을 의미한다. 그의 이름은 에렌페스트 역설, 에렌페스트 모형과 같이 여전히 논의되고 있는 상대성 이론에서의 명백한 역설, 그리고 관측 가능한 양의 양자 역학과 고전 역학의 차이를 특징짓는 시간에도 사용된다.[19]3. 7. 기타 연구
에렌페스트는 경제학에서 수학 이론의 발전에도 관심을 가졌다. 이러한 관심은 열역학과 경제 과정 사이에 유사성이 있어야 한다는 그의 생각에서 비롯되었다. 비록 이와 관련된 출판물은 없지만, 그는 자신의 대학원생 얀 틴베르헌에게 이 문제를 연구하도록 격려했다. 틴베르헌의 논문은 물리학과 경제학 모두의 문제에 전념했으며, 그는 나중에 경제학자가 되어 1969년 최초의 노벨 경제학상을 수상했다.[34]4. 아인슈타인과 보어와의 관계
에렌페스트는 알베르트 아인슈타인과 닐스 보어 모두와 특히 가까운 사이였다. 1919년 닐스 보어가 한스 크라머스의 논문 심사를 위해 처음으로 라이덴을 방문한 후, 그는 에렌페스트에게 다음과 같은 편지를 썼다.[11]
저는 당신이 저에게 매우 다양한 것들에 대해 말씀해 주신 모든 것을 생각하며 앉아 있고, 제가 무엇을 생각하든 당신에게서 배운 것이 너무나 많다는 것을 느낍니다. 그것은 저에게 매우 중요할 것입니다. 하지만 동시에, 저는 당신의 우정에 대한 행복감과 당신이 저에게 보여주신 신뢰와 공감에 대한 감사를 표현하고 싶은데, 저는 그것을 위한 말을 찾을 수 없다는 것을 절실히 느낍니다.
1920년, 에렌페스트의 초청으로 아인슈타인은 라이덴 대학교의 특별 교수로 초빙되었다. 이로써 아인슈타인은 매년 몇 주 동안 라이덴을 방문할 수 있었다. 이 기간 동안 아인슈타인은 에렌페스트의 집에 머물렀다. 1923년에는 베를린의 극우 민족주의자들이 그의 생명을 위협한 후 6주 동안 에렌페스트의 집에 머물렀다.[31]
헨드릭 로런츠 박사 학위 취득 50주년 기념(1925년 12월)을 맞아 에렌페스트는 양자 이론에 대한 논쟁을 조정하기 위해 보어와 아인슈타인을 라이덴으로 초청했다. 이러한 논의는 1927년 솔베이 회의에서도 이어졌는데, 에렌페스트는 이 중요한 논쟁에서 보어의 주장을 선호하여 크게 실망했다.

5. 유산
에렌페스트가 1912년에 라이덴 대학교에서 시작한 물리학 콜로키움은 현재도 '콜로키움 에렌페스티이'라는 이름으로 계속되고 있다.[21][37]
오스트리아 양자 광학 및 양자 정보 연구소(Institute for Quantum Optics and Quantum Information)는 매년 '폴 에렌페스트 양자 기초 최우수 논문상'을 수여하고 있다.[22][38]
네덜란드 물리학 위원회는 매년 '에렌페스트-아파나시예바 논문상'을 수여하고 있다.[23]
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