아인슈타인은 무엇을 발명했나요?

매년 3월 14일은 알베르트 아인슈타인의 생일이자, 파이의 기념일이기도 하다. π를 소수점 이하 두 자리까지 반올림하면 값은 3.14, 즉 깔끔하게 말하면 3월 14일입니다! 그래서 이날 사람들은 이 유명한 수학 상수를 기념하기로 결정했습니다. 물론 아인슈타인에 대해 생각할 때 우리는 그의 이름을 현대 물리학 및 빛에 관한 그의 중요한 이론과 분리하기가 어렵습니다. 그는 아마도 일반 상대성 이론과 광전 효과에 관한 연구로 가장 잘 알려져 있을 것입니다. 이 연구로 그는 1921년 노벨상을 받았습니다.

둘째: 아인슈타인은 자신의 공식을 작성하고 있습니다

그러나 그의 두 번째로 가장 많이 인용된 논문은 브라운 운동에 관한 것인데, 이는 그의 다른 기여에 비하면 적지만 이 논문은 거의 언급되지 않습니다. 금융부터 의약품 개발까지 다양한 분야에서 현대적인 응용 분야를 광범위하게 보유하고 있습니다. 가장 중요한 것은 원자(물질의 작은 구성 요소)의 존재를 증명하고 아보가드로 수(분자 또는 원소 1몰에 포함된 원자 수)를 계산하는 기초를 제공했다는 것입니다. 원자의 발견과 아보가드로 상수의 계산은 현대 화학의 가장 중요한 초석이라 할 수 있습니다. 그렇다면 이 이론은 정확히 무엇인가?

그림 3: 날짜가 기재되지 않은 이 파일 사진은 독일의 유명한 물리학자이자 상대성 이론의 저자인 알베르트 아인슈타인 교수의 모습을 보여줍니다(AP 사진).

이 이론은 브라운 운동으로 널리 알려져 있습니다. 당신은 물을지도 모릅니다 - 왜 브라운인가? 아인슈타인 운동이라고 하지 않나요? 스코틀랜드의 과학자 로버트 브라운(Robert Brown)은 꽃가루를 연구하던 중 꽃가루가 물에 떨어지면 무작위로 지그재그 모양으로 움직이는 것을 발견하고 이를 기록했기 때문입니다. 나중에야 아인슈타인은 수학적 모델을 확립하고 이 현상을 설명했습니다. 브라운은 이것이 물리적 과정이라는 것을 깨달았지만 그 뒤에는 수학적 설명이 없었으며 이 과정은 19세기 후반 물리학자들 사이에서 큰 관심을 불러일으켰습니다.

1905년에 아인슈타인은 이 과정에 관심을 갖게 되었고 이를 수학적으로 설명했습니다. 그는 이 무작위 지그재그 운동을 1) 독립적(어떤 방향으로든 이동할 수 있음을 의미), 2) 등방성, 3) 무작위(다른 방향으로 얼마나 움직일지 알 수 없음)로 설명합니다. 이 이론을 통해 아인슈타인은 브라운 운동의 수학적 모델과 공식을 확립하여 작고 구별할 수 없는 분자의 존재를 증명했습니다. 그의 이론은 나중에 아인슈타인의 수학적 이론을 검증하기 위해 고정밀 현미경을 사용하는 실험을 수행한 Jean Perrin에 의해 확인되었습니다. 그는 나중에 아보가드로 상수를 계산하고 원자의 존재를 증명했습니다! 페랭은 1926년 노벨상을 수상했습니다.

당신도 좋아할 수도 있습니다. 물론 아인슈타인의 브라운 운동 수학적 모델의 영향은 매우 큽니다. 오늘날 이러한 프로세스를 "확률적 프로세스" 또는 무작위로 상관되지 않은 프로세스라고 합니다. 아인슈타인의 수학적 모델이 금융 및 헤지펀드에서 어떻게 예측불가능성으로 특징지어지는 주식 추세를 모델링하는 데 사용될 수 있는지 알아보는 것은 어렵지 않습니다. 실제로 이 모델이 우주 만물의 본질적 속성인 무작위성을 특징으로 하는 다른 현상에 어떻게 적용될 수 있는지 쉽게 알 수 있습니다.

예를 들어 일기 예보는 무작위 현상에 대한 추측에 의존합니다. 또한 컴퓨터의 출현과 컴퓨터의 고급 계산 수준이 점진적으로 향상됨에 따라 예측 수학 이론을 사용하여 일상 현상이나 관심 있는 물리적 현상을 모델링할 수 있는 분야가 점점 더 많아지고 있습니다. 예를 들어, 과학자들은 약물 간 상호 작용, 소분자 약물 발견, 세포 생물학 및 양자 행동에 확률론적 프로세스를 자주 적용합니다.

이러한 이유로 아인슈타인의 가장 적게 언급된 발견은 현대 금융 및 학제간 과학 작업에서 가장 폭넓게 적용되고 많은 분야에 스며듭니다. 물리학, 생물학, 화학 및 컴퓨터 과학은 모두 확률론적 과정을 연구하는 박사 학위를 제공합니다. 미래에 이 학위를 가진 사람들은 현실을 예측하기 위해 수학적 원리가 필요한 다양한 산업 분야에서 일자리를 찾을 것입니다.

아인슈타인도 이전의 많은 유명 과학자들처럼 기본적인 물리 현상을 연구하면서 수학이 우주의 언어라는 사실을 다시 한번 증명했다고 볼 수 있다.