Schrödinger Erwin

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

Schrödinger

[szrọ̈dıŋə^r]

Erwin , ur. 12 VIII 1887, Wiedeń, zm. 4 I 1961, tamże,

fizyk austriacki, jeden z twórców mechaniki kwantowej.

Urodził się 12 VIII 1887 w Wiedniu. Erwin był jedynym dzieckiem — „oczkiem w głowie” Rudolfa i Georginy Schrödinger. Ojciec, chemik, właściciel wytwórni wykładzin podłogowych z tworzyw sztucznych, interesował się botaniką i malarstwem włoskim. Zainteresowanie sztuką zaszczepił synowi. Erwin do jedenastego roku życia uczył się w domu, a potem uczęszczał do gimnazjum; wykazywał tam zdolności do matematyki, fizyki i języków. Oprócz ojczystego języka i klasycznej łaciny i greki opanował także biegle angielski, a także francuski i hiszpański.

W 1906 rozpoczął studia na uniwersytecie w Wiedniu — studiował na wydziale fizyki. W 1910 otrzymał tytuł doktora. W czasie I wojny światowej odznaczył się odwagą, służąc jako oficer artylerii. Po wojnie studiował także filozofię.

W 1920 był profesorem fizyki politechniki w Stuttgarcie, 1921 — we Wrocławiu, w okresie 1921–27 — w Zurychu, w latach 1927–33 profesorem uniwersytetu w Berlinie, 1933–35 — w Oksfordzie, 1936–38 — w Grazu, 1938–39 — w Gandawie; od 1940 pracował w Dublinie, gdzie zorganizował Institute for Advanced Studies (do 1956 jego profesor).

W 1933 za prace nad matematycznym sformułowaniem mechaniki falowej otrzymał, wspólnie z P.A.M. Dirakiem, Nagrodę Nobla (uzasadnienie wyróżnienia było następujące: „za stworzenie nowych płodnych form teorii atomu”).

Wybitny fizyk był człowiekiem wielce niekonwencjonalnym; miał żonę, wiele kochanek (przejawiał wielkie zainteresowanie przeżyciami seksualnymi), 3 nieślubne córki. Zmarł 4 I 1961 w Wiedniu.

Mechanika falowa

W latach 1925–26 Schrödinger stworzył mechanikę kwantową w sformułowaniu falowym. Opracował ją, opierając się na ideach Louisa Victora de Broglie’a (1892–1987) dotyczących fal materii. W 1924 de Broglie pierwszy określił (w swej pracy doktorskiej) falowe właściwości cząstek — stwierdził, że ruch każdej cząstki ma pewne cechy falowe (fale reprezentujące cząstki, czyli fale materii są zwane falami de Broglie’a). Hipoteza de Broglie’a stanowiła uogólnienie na dowolne obiekty materialne (elektrony, protony, neutrony, atomy i in.), znanego wcześniej dla światła dualizmu korpuskularno-falowego. Właśnie rozwinięcie idei de Broglie’a doprowadziło do powstania mechaniki kwantowej zajmującej się opisem ruchu mikrocząstek zarówno swobodnych, jak i poruszających się w polu sił.

W 1926 Schrödinger wykazał równoważność mechaniki falowej i mechaniki kwantowej w sformułowaniu macierzowym W.K. Heisenberga. Mechanika falowa, operująca — w odróżnieniu od teorii Heisenberga — matematyką zrozumiałą dla większości fizyków, była od początku bardzo dobrze przyjęta w świecie naukowym. Początkowo oponentem, ze zrozumiałych względów był Heisenberg, ale także M. Born i Dirac. Jednak i oni szybko uznali znaczenie nowego podejścia do mechaniki kwantowej. Teoriom kwantowym był poświęcony Piąty Kongres Solvaya, który odbył się w październiku 1927.

Podstawowym równaniem mechaniki falowej jest równanie Schrödingera.

Równanie Schrödingera

To podstawowe równanie nierelatywistycznej mechaniki kwantowej odgrywa fundamentalną rolę w opisie atomów i cząsteczek. Stosuje się je, gdy można pominąć efekty relatywistyczne, np. zależność masy cząstek od ich prędkości. Jest to równanie różniczkowe, którego rozwiązaniem jest funkcja falowa opisująca zachowanie układu kwantowego w czasie i w przestrzeni. Początkowo sens fizyczny funkcji falowej nie był jasny, nawet dla samego Schrödingera. Wyjaśnił to już w połowie roku 1926, początkowo dyskredytujący nową teorię, Born. Podał on probabilistyczną interpretację funkcji falowej. Dla układu złożonego z jednej cząstki, np. elektronu w atomie wodoru, funkcja ma interpretację gęstości prawdopodobieństwa znalezienia cząstki w danym punkcie.

Ścisłe rozwiązanie równania Schrödingera jest możliwe jedynie dla atomu wodoru oraz dla pewnych modelowych układów, takich jak swobodna cząstka, oscylator harmoniczny itp. W przypadku atomów wieloelektronowych i układów wieloatomowych niezbędne jest stosowanie metod przybliżonych, za pomocą których można jednak uzyskiwać wiarygodne informacje o układach molekularnych.

(Uogólnienie równania Schrödingera uwzględniające spin cząstek jest znane pod nazwą równania Pauliego. Relatywistyczne — zgodne z wymaganiami szczególnej teorii względności — równanie opisujące spinorową funkcję falową nosi nazwę równania Diraca).

Probabilistyczna interpretacja funkcji falowej była krytykowana przez A. Einsteina już na Kongresie Solvay’a. Jeszcze przez wiele lat dyskutowano, czy funkcja ta może dać kompletny opis rzeczywistości fizycznej i czy taki opis jest w ogóle możliwy. Wynikiem tej dyskusji było m.in. wprowadzenie 1935 przez Schrödingera terminu „stan splątany”. Splątanie kwantowe to pojęcie używane do opisu takiego stanu dwóch obiektów kwantowych, czyli opisu stanu splątanego, w którym nawet pełna, dozwolona przez prawa przyrody, wiedza o każdym z obiektów oddzielnie nie pozwala na pełny i jednoznaczny opis układu jako całości, nawet jeśli obiekty te nie oddziałują ze sobą i są od siebie odseparowane przestrzennie.

Inne prace

Schrödinger zajmował się także teorią pola, ogólną teorią względności, termodynamiką statystystyczną., teorią barw i fizyką jądrową.

Jego książka What is Life? (1944) w istotny sposób wpłynęła na rozwój współczesnej biologii. Do ważniejszych prac Schrödingera należą: Abhandlungen zur Wellenmechanik (1927), Vier Vorlesungen (1928), Statistical Thermodynamics (1946).