Ο Erwin Schrödinger και το Πείραμα Cat της Schrödinger

Erwin Rudolf Ο Josef Alexander Schrödinger (γεννημένος στις 12 Αυγούστου 1887 στη Βιέννη της Αυστρίας) ήταν φυσικός που διεξήγαγε πρωτοποριακές εργασίες κβαντική μηχανική, ένα πεδίο που μελετά πώς η ενέργεια και η ύλη συμπεριφέρονται σε πολύ μικρές κλίμακες μήκους. Το 1926, ο Schrödinger ανέπτυξε μια εξίσωση που προέβλεπε πού θα βρισκόταν ένα ηλεκτρόνιο σε ένα άτομο. Το 1933, έλαβε ένα βραβείο Νόμπελ για αυτό το έργο, μαζί με το φυσικό Paul Dirac.

Γρήγορα γεγονότα: Erwin Schrödinger

Ο Schrödinger μπορεί να είναι πιο δημοφιλής για το "Η γάτα του Schrödinger, "Ένα πείραμα σκέψης που επινόησε το 1935 για να απεικονίσει προβλήματα με μια κοινή ερμηνεία της κβαντικής μηχανικής.

Ο Schrödinger ήταν το μοναδικό παιδί του Rudolf Schrödinger - ένας εργάτης εργοστασίων από λινέλαιο και κληρονόμησε την επιχείρηση από τον πατέρα του - και ο Γκεόργκεν, η κόρη ενός καθηγητή χημείας Ρούντολφ. Η ανατροφή του Schrödinger τόνισε την πολιτιστική εκτίμηση και την εξέλιξη τόσο στην επιστήμη όσο και στην τέχνη.

Ο Schrödinger εκπαιδεύτηκε από έναν δάσκαλο και από τον πατέρα του στο σπίτι. Στην ηλικία των 11 ετών εισήλθε στο Ακαδημαϊκό Γυμνάσιο στη Βιέννη, ένα σχολείο που επικεντρώθηκε στην κλασική εκπαίδευση και κατάρτιση στη φυσική και τα μαθηματικά. Εκεί, απολάμβανε την εκμάθηση κλασικών γλωσσών, ξένων ποίησης, φυσικής και μαθηματικών, αλλά μίλησε για να απομνημονεύσει αυτό που χαρακτήρισε «περιστασιακές» ημερομηνίες και γεγονότα.

Ο Schrödinger συνέχισε τις σπουδές του στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης, το οποίο εισήγαγε το 1906. Έλαβε το διδακτορικό του στη φυσική το 1910 υπό την καθοδήγηση του Friedrich Hasenöhrl, τον οποίο ο Schrödinger θεωρούσε μια από τις μεγαλύτερες διανοητικές του επιρροές. Ο Hasenöhrl ήταν μαθητής του φυσικού Ludwig Boltzmann, ενός γνωστού επιστήμονα γνωστού για την εργασία του στατιστική μηχανική.

Αφού ο Schrödinger έλαβε το διδακτορικό του δίπλωμα, εργάστηκε ως βοηθός του Franz Exner, άλλου φοιτητή του Boltzmann, μέχρι να συνταχθεί στην αρχή Πρώτος Παγκόσμιος Πόλεμος.

Το 1920, ο Schrödinger παντρεύτηκε την Annemarie Bertel και μετακόμισε μαζί της στη Jena της Γερμανίας για να εργαστεί ως βοηθός του φυσικού Max Wien. Από εκεί έγινε καθηγητής σε πολλά πανεπιστήμια σε σύντομο χρονικό διάστημα, αρχικά έγινε κατώτερος καθηγητή στη Στουτγάρδη, τότε πλήρης καθηγητής στο Breslau, προτού να εγγραφεί στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης ως καθηγητής 1921. Τα επόμενα έξι χρόνια του Schrödinger στη Ζυρίχη ήταν μερικά από τα πιο σημαντικά στην επαγγελματική του σταδιοδρομία.

Στο Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης, ο Schrödinger ανέπτυξε μια θεωρία που προωθούσε σημαντικά την κατανόηση της κβαντικής φυσικής. Δημοσίευσε μια σειρά εγγράφων - περίπου ένα το μήνα - για τη μηχανική κύμα. Συγκεκριμένα, το πρώτο βιβλίο, "Η ποσοτικοποίηση ως πρόβλημα ιδιοτιμής, "εισήγαγε αυτό που θα γίνει γνωστό ως Εξίσωση Schrödinger, τώρα ένα κεντρικό τμήμα της κβαντικής μηχανικής. Ο Schrödinger απονεμήθηκε το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη αυτή το 1933.

Η εξίσωση του Schrödinger περιγράφει μαθηματικά τη "wavelike" φύση των συστημάτων που διέπονται από την κβαντική μηχανική. Με αυτή την εξίσωση, ο Schrödinger παρείχε έναν τρόπο όχι μόνο να μελετήσει τις συμπεριφορές αυτών των συστημάτων, αλλά και να προβλέψει πώς συμπεριφέρονται. Αν και υπήρχε μια πολύ αρχική συζήτηση για το τι σήμαινε η εξίσωση του Schrödinger, οι επιστήμονες ερμήνευσαν τελικά την πιθανότητα να βρεθεί ένα ηλεκτρόνιο κάπου στο διάστημα.

Ο Schrödinger διατύπωσε αυτό το πείραμα σκέψης σε απάντηση του Ερμηνεία της Κοπεγχάγης της κβαντικής μηχανικής, που δηλώνει ότι ένα σωματίδιο που περιγράφεται από την κβαντομηχανική υπάρχει σε όλες τις πιθανές καταστάσεις ταυτόχρονα, μέχρις ότου παρατηρηθεί και αναγκαστεί να επιλέξει μια κατάσταση. Ακολουθεί ένα παράδειγμα: σκεφτείτε ένα φως που μπορεί να ανάψει είτε κόκκινο είτε πράσινο. Όταν δεν βλέπουμε το φως, υποθέτουμε ότι είναι και το κόκκινο και πράσινος. Ωστόσο, όταν το εξετάζουμε, το φως πρέπει να αναγκάζεται να είναι είτε κόκκινο είτε πράσινο, και αυτό είναι το χρώμα που βλέπουμε.

Ο Schrödinger δεν συμφωνεί με την ερμηνεία αυτή. Δημιούργησε ένα διαφορετικό πείραμα σκέψης, που ονομάζεται γάτα Schrödinger, για να απεικονίσει τις ανησυχίες του. Στο πείραμα Cat της Schrödinger, μια γάτα τοποθετείται μέσα σε ένα σφραγισμένο κουτί με μια ραδιενεργή ουσία και ένα δηλητηριώδες αέριο. Εάν η ραδιενεργή ουσία κατέρρευσε, θα απελευθέρωνε το αέριο και θα σκότωνε τη γάτα. Αν όχι, η γάτα θα ήταν ζωντανή.

Επειδή δεν γνωρίζουμε αν η γάτα είναι ζωντανή ή νεκρή, θεωρείται και τα δυο ζωντανός και νεκρός μέχρι κάποιος να ανοίξει το κιβώτιο και να δει από μόνο του τι είναι η κατάσταση της γάτας. Έτσι, απλά κοιτάζοντας το κουτί, κάποιος έχει κάνει μαγικά τη γάτα ζωντανή ή νεκρή, παρόλο που αυτό είναι αδύνατο.

Ο Schrödinger δεν άφησε πολλές πληροφορίες για τους επιστήμονες και τις θεωρίες που επηρέασαν τη δουλειά του. Ωστόσο, οι ιστορικοί συνέδεσαν μερικές από αυτές τις επιρροές, οι οποίες περιλαμβάνουν:

• Louis de Broglie, φυσικός, εισήγαγε την έννοια του "ύλη κύματα ". Ο Schrödinger είχε διαβάσει τη διατριβή του de Broglie, καθώς και μια υποσημείωση από την Albert Einstein, η οποία μίλησε θετικά για το έργο του de Broglie. Ο Schrödinger κλήθηκε επίσης να συζητήσει το έργο του de Broglie σε σεμινάριο που φιλοξένησε τόσο το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης όσο και ένα άλλο πανεπιστήμιο, ETH Zurich.
• Boltzmann. Ο Schrödinger θεωρούσε τη στατιστική προσέγγιση του Boltzmann στη φυσική του «πρώτη αγάπη στην επιστήμη» και μεγάλο μέρος της επιστημονικής του εκπαίδευσης ακολούθησε την παράδοση του Boltzmann.
• Το προηγούμενο έργο του Schrödinger σχετικά με την κβαντική θεωρία των αερίων, που μελέτησε τα αέρια από την προοπτική της κβαντομηχανικής. Σε μία από τις εργασίες του σχετικά με την κβαντική θεωρία των αερίων, "Στη Θεωρία του Αέριου του Αϊνστάιν", ο Schrödinger εφάρμοσε τη θεωρία de Broglie σχετικά με τα κύματα ύλης για να εξηγήσει τη συμπεριφορά των αερίων.

Το 1933, το ίδιο έτος που κέρδισε το βραβείο Νόμπελ, ο Schrödinger παραιτήθηκε από την καθηγήτρια του Πανεπιστημίου Το Βερολίνο, το οποίο είχε προσχωρήσει το 1927, σε απάντηση στη ναζιστική εξαγορά της Γερμανίας και την απόλυση Εβραίων Επιστήμονες. Στη συνέχεια μετακόμισε στην Αγγλία, και αργότερα στην Αυστρία. Ωστόσο, το 1938, ο Χίτλερ εισέβαλε στην Αυστρία, αναγκάζοντας τον Schrödinger, τώρα καθιερωμένο αντιναζιστικό, να φύγει στη Ρώμη.

Το 1939, ο Schrödinger μετακόμισε στο Δουβλίνο της Ιρλανδίας, όπου παρέμεινε μέχρι την επιστροφή του στη Βιέννη το 1956. Ο Schrödinger πέθανε από φυματίωση στις 4 Ιανουαρίου 1961 στη Βιέννη, την πόλη όπου γεννήθηκε. Ήταν 73 ετών.

• Fischer Ε. Είμαστε όλοι πτυχές μιας ενιαίας ύπαρξης: Εισαγωγή στον Erwin Schrödinger.Soc Res, 1984; 51(3): 809-835.
• Heitler W. “Erwin Schrödinger, 1887-1961.” Biogr Mem. Fellows, 1961; 7: 221-228.
• Masters B. “Ο δρόμος του Erwin Schrödinger για τη μηχανική των κυμάτων.” Αίτηση ειδήσεων φωτοβολίας, 2014; 25(2): 32-39.
• Moore W. Schrödinger: Ζωή και σκέψη. Πανεπιστημιακός Τύπος Cambridge; 1989.
• Schrödinger: Εορτασμός εκατονταετηρίδας ενός polymath. Ed. Clive Kilmister, Πανεπιστημιακός Τύπος του Cambridge. 1987.
• Schrödinger E. “Quantisierung aligen Eigenwertproblem, erste Mitteilung.”Αννα. Phys., 1926; 79: 361-376.
• Teresi D. Ο μοναχικός κυνηγός κβαντομηχανικής. Η ιστοσελίδα της New York Times. https://www.nytimes.com/1990/01/07/books/the-lone-ranger-of-quantum-mechanics.html. 1990.