[양자정보과학] 하이젠베르크

양자역학에서 한 획을 그은 인물이 등장합니다.  바로 하이젠베르크입니다.

베르너 카를 하이젠베르크(독일어: Werner Karl Heisenberg 1901년 12월 5일~1976년 2월 1일) 

하이젠 베르크는 독일의 유명한 물리학자입니다. 불확정성 원리로 유명하며, 행렬역학과 불확정성 원리를 발견하여 20세기 초 양자역학의 발전에 절대적인 공헌을 했습니다. 그는 1932년에 "양자역학을 창시한" 공로로 노벨 물리학상을 수상했습니다. 하이젠베르크는 막스 보른과 파스쿠알 요르단과 함께 양자역학의 행렬적 형식을 1925년 발표했습니다. 1927년에 하이젠베르크는 그의 가장 유명한 과학적 업적인 불확정성 원리를 출판하기도 했습니다. 또한, 그는 난류의 유체역학, 원자핵, 강자성, 우주선, 소립자의 연구에 지대한 공헌을 해 현재까지도 존경을 받는 물리학자입니다. 

닐스보어가 괴팅겐대학교에서 강의를 했을 때, 보어는 날카롭게 질문을 하는 하이젠베르크를 눈여겨 보았습니다.그리고 자신의 연구소인 '닐수보어 연구소'에 초청합니다. 이를 계기로, 스승과 제자의 연을 맺게 됩니다. 하이젠베르크는연구중 보어의 원자모델에서 석연치 않은 점을 발견합니다. 

양자도약 (퀀텀점프)도 이상했지만, 전자가 궤도 사이를 옮겨갈 때 에너지를 잃었다가 얻었다가 한다는 것이 마음에 걸린 것입니다. 보어 역시 그 이유를 분명하게 밝히지 못했고, 결정적으로 자신의 원자구조이론으로는 수소 스펙트럼밖에 설명하지 못했습니다. 이러던 중 하이젠베르크는 헬고란트 섬으로 휴양을 떠나는데요. 그곳에서의 사색이 생각의 도약을 만들어 냅니다. 그는 철학자 마흐의 말을 떠올립니다.

"과학은 관측된 것만을 갖고 말해야 한다. 관측되지 않은 것은 과학이 아니다"

관측되지 않은 것을 어떻게 이론이나 방정식으로 만들 수 있을까요? 너무나도 당연한 얘기지만 과학이라는 학문에서 가장 중요한 행위이지 출발은 바로 '관측'입니다. 하이젠베르크는 과감하게 스승인 보어의 전자궤도를 없애버렸습니다. 

전자의 운동을 본 적이 없기 때문입니다. 그는 전자의 진동수와 세기만 갖고 전자의 운동을 기술해야 한다고 생각했습니다. 

당연히 보어는 매우 화를 냈다고 합니다. 하이젠베르크는 전자의 진동수와 세기만으로 운동을 설명할 공식을 만들어냅니다. '행렬'이라는 수학입니다.놀랍게도 행렬역학으로 계산한 값은 보어가 제시한 선 스펙트럼과 일치했습니다. 그렇게 하이젠베르크의 행렬역학은 무물리학계의 주목을 받게 됩니다. 

아인슈타인이 하이젠베르크에게 물었습니다. "전자에서 궤도를 버린 이유가 뭔가요?" 하이젠베르크는 대답했습니다. 

"궤도는 관측이 안되니까요. 전자가 우리의 예상대로 움직일 거라는 증거가 있을까요?" 

1926년 같은 해에 또 하나의 양자역한 논문이발표되는데요, 그는 바로 '에르빈슈뢰딩거'입니다.