The Orbital Controversy (Seminar #5)

학생자율세미나 화학적 사유
2019년 4월 4일 (목) 오후 6시 30분, 500동 L304호

오비탈은 화학의 다양한 개념을 설명하는 도구로 널리 활용되고 있으며, 그래서 화학의 'one-electron language’라고도 할 수 있습니다. 하지만 전자 하나의 파동함수가 이론적으로 명확하게 기술될 수 있는 것일까요?
이번 세미나에서는 오비탈의 관측과 관련된 논쟁에 대해 살펴봅니다. 개념적 유용성, 관습적 합의, 용어, 환유/비유, 관측, 패러다임, 근사의 유용성, 모델의 유의성, 물리적인 상태, 교육학 등 다양한 관점이 등장할 것입니다. 그리고 이어서 환원주의에 대해 간단히 살펴봅니다. 화학은 물리학으로 환원될 수 있을까요? 오비탈의 개념은 그 논의에서 어떤 위치에 있을까요?

오비탈

• 오비탈이란 무엇일까요? 교과서에서 정의하고 있는 'atomic orbital’과, 그 정의가 탄생하게 된 역사적인 배경을 짚어 봅니다.
• 오비탈은 파동함수를 통해 정의됩니다. 그런데, 오비탈이 양자역학적으로 명확한 개념일까요? 다전자계의 파동함수와 오비탈을 연결하는 이론적인 체계에 대해 간단히 살펴봅니다.

오비탈 논쟁

• 오비탈이 이론적으로 명확하지 않은 개념임에도, 이를 관측(하였다고 주장)한 사례가 존재합니다. (Zuo의 d_z² 오비탈 관측)
• 이에 Scerri가 비평을 하고, 이어지는 반박과 재반박이 논문으로 나오게 됩니다.
• 세미나에서는 이 논문들의 중심 내용을 아래의 관점을 중심으로 살펴봅니다.
  • 환유: 사전적 정의는 어디까지 허용될까요?
  • 근사: '근사’한 이론은 실제와 어느 정도까지 달라도 될까요?
  • 관측과 해석: 관측을 해석하는 과정에서 이론이 사용된다면…

환원주의

• 오비탈에 대한 논쟁으로부터 화학이 물리학으로 환원될 것인가에 대한 의문을 가져볼 수 있습니다. 도입에서는 화학을 응용 물리로 보는 사례들에 대해 간단히 살펴봅니다. (레이스의 ‘물리학의 더러운 부분’, 러더퍼드의 ‘우표 수집’ 등)
• 학문 분야는 그들의 순수성에 따라 위계를 가지고 있을까요?
  • 사회학 → 심리학 → 생물학 → 화학 → 물리학 → 수학? xkcd: Purity
  • 생물학 → 유기화학 → 무기화학 → 분석화학 → 물리화학 → 이론화학?? Chemistry arranged by purity
• 물리학으로 화학의 현상을 다 설명할 수 있을까요? 소그룹 논의
• Nagel이 정립한 환원의 개념과, 그 한계를 살펴봅니다. 학문 분야 간의 관계는 어떻게 기술될 수 있을까요?
• 오비탈 개념과 환원주의는 어떤 관계에 있을까요?

참고문헌

• 오비탈

  • Mulliken, R. S. Physical Review 1932, 41 (1), 49–71.
  • Bohr, N. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 1913, 26 (151), 1–25.
  • Sommerfeld, A. Annalen der Physik 1916, 356 (17), 1–94.
  • Born, M.; Oppenheimer, R. Annalen der Physik 1927, 389 (20), 457–484.
  • Born, M.; Huang, K. Dynamical theory of crystal lattices; Oxford Univ. Press: London, 1954.
  • Slater, J. C. Physical Review 1929, 34 (10), 1293–1322.

• 오비탈 논쟁

  • Ogilvie, J. F. Journal of Chemical Education 1990, 67 (4), 280.
  • Zuo, J. M.; Kim, M.; Okeeffe, M.; Spence, J. C. H. Nature 1999, 401 (6748), 49–52.
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  • Zuo, J. M.; Okeefe, M.; Spence, J. C. H. Journal of Chemical Education 2001, 78 (7), 877.
  • Scerri, E. R. Journal of Chemical Education 2002, 79 (3), 310.

• 환원주의

  • Dirac, P. A. M. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 1929, 123 (792), 714–733.
  • Baird, D.; Scerri, E. R.; McIntyre, L. C. Philosophy of chemistry: synthesis of a new discipline; Springer: Dordrecht, 2010.
  • Scerri, E. R.; McIntyre, L. C. Philosophy of chemistry: growth of a new discipline; Springer: Heidelberg, 2015.
  • Bhushan, N.; Rosenfeld, S. Of minds and molecules: new philosophical perspectives on chemistry; Oxford University Press: New York, 2000.
  • Hettema, H. The union of chemistry and physics: linkages, reduction, theory nets and ontology; Springer: Cham, 2017.