Erwin Schrödinger - Erwin Schrödinger

Erwin Schrödinger
Erwin Schrödinger (1933).jpg
Urodzić się
Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger

( 1887-08-12 )12 sierpnia 1887
Zmarł 4 stycznia 1961 (1961-01-04)(w wieku 73 lat)
Narodowość austriacki
Obywatelstwo
Alma Mater Uniwersytet Wiedeński
Znany z
Małżonkowie
Annemarie Bertel
( M,  1920)
Nagrody Medal Matteucci (1927)
Nagroda Nobla w dziedzinie fizyki (1933)
Medal Maxa Plancka (1937)
Kariera naukowa
Pola Fizyka
Instytucje
Praca dyplomowa Über die Leitung der Elektrizität auf der Oberfläche von Isolatoren an feuchter Luft (O przewodzeniu elektryczności na powierzchni izolatorów w wilgotnym powietrzu)  (1910)
Doradca doktorski Friedrich Hasenöhrl
Inni doradcy akademiccy Franz S. Exner
Podpis
Erwin Schrödinger podpis.svg
Popiersie Schrödingera, w arkadzie na dziedzińcu głównego budynku, Uniwersytet Wiedeński , Austria

Erwin Josef Rudolf Alexander Schrödinger ( UK : / ʃ r ɜː d ɪ ŋ ər / , US : / ʃ r - / ; niemiecki: [ɛɐ̯viːn ʃʁøːdɪŋɐ] ; 12 sierpnia 1887 - 04 stycznia 1961), czasami pisany jako Erwina Schrodingera lub Erwin Schroedinger („oe” to właściwa transliteracja niemieckiego „ö”), był austriacko-irlandzkim fizykiem , laureatem Nagrody Nobla, który opracował szereg fundamentalnych wyników w teorii kwantowej : równanie Schrödingera umożliwia obliczenie fali funkcja systemu i jego dynamiczne zmiany w czasie .

Ponadto napisał wiele prac dotyczących różnych aspektów fizyki : mechaniki statystycznej i termodynamiki , fizyki dielektryków, teorii kolorów , elektrodynamiki , ogólnej teorii względności i kosmologii , a także podjął kilka prób skonstruowania zunifikowanej teorii pola . W swojej książce Czym jest życie? Schrödinger zajął się problematyką genetyki, patrząc na fenomen życia z punktu widzenia fizyki. Zwracał dużą uwagę na filozoficzne aspekty nauki, starożytne i orientalne koncepcje filozoficzne, etykę i religię. Pisał także o filozofii i biologii teoretycznej. Znany jest również z eksperymentu myślowego „ Kot Schrödingera ”.

Biografia

Wczesne lata

Schrödinger urodził się w Erdberg  [ de ] , Wiedeń , Austria , w dniu 12 sierpnia 1887 roku, jako syn Rudolfa Schrödingera  [ de ] ( producenta ceratka , botanik) i Georgine Emilii Brenda Schrödinger (z domu Bauer) (córki Alexandra Bauera  [ de ] , profesora chemia, TU Wiedeń ). Był ich jedynym dzieckiem.

Jego matka była w połowie Austriakiem iw połowie Anglikiem; jego ojciec był katolikiem, a matka luteranką . Chociaż wychowywał się w religijnym domu jako luteranin , sam był ateistą . Miał jednak silne zainteresowanie religiami Wschodu i panteizmem , a w swoich pracach posługiwał się symboliką religijną. Wierzył również, że jego praca naukowa była podejściem do Boskości , choć w sensie intelektualnym.

Był również w stanie uczyć się angielskiego poza szkołą, ponieważ jego babcia ze strony matki była Brytyjką. W latach 1906-1910 (roku doktoratu) Schrödinger studiował na Uniwersytecie Wiedeńskim pod kierunkiem fizyków Franza S. Exnera (1849-1926) i Friedricha Hasenöhrla (1874-1915). Doktoryzował się w Wiedniu pod kierunkiem Hasenöhrla. Prowadził również prace eksperymentalne z Karlem Wilhelmem Friedrichem „Fritzem” Kohlrauschem.

W 1911 Schrödinger został asystentem Exnera. W młodym wieku Schrödinger był pod silnym wpływem Artura Schopenhauera . W wyniku obszernej lektury dzieł Schopenhauera przez całe życie zainteresował się teorią i filozofią koloru . W swoim wykładzie „Umysł i materia” powiedział, że „świat rozciągnięty w przestrzeni i czasie jest tylko naszą reprezentacją ”. To powtórzenie pierwszych słów głównego dzieła Schopenhauera. Prace Schopenhauera wprowadziły go w filozofię indyjską, a dokładniej w interpretację Upaniszady i adwajty wedanty. Kiedyś przyjął osobliwy tok myślenia. Jeśli świat rzeczywiście został stworzony przez nasz akt obserwacji, to powinny istnieć miliardy takich światów, po jednym dla każdego z nas. Jak to możliwe, że twój świat i mój świat są takie same? Jeśli coś dzieje się w moim świecie, czy dzieje się to również w twoim świecie? Co powoduje, że wszystkie te światy synchronizują się ze sobą?

Swoją odpowiedź, podobnie jak inni, znalazł w Upaniszadach.

„Jest oczywiście tylko jedna alternatywa, a mianowicie zjednoczenie umysłów lub świadomości. Ich wielość jest tylko pozorna, w rzeczywistości jest tylko jeden umysł. To jest doktryna Upaniszad”.

Średnie lata

Erwin Schrödinger jako młody człowiek

W 1914 roku Erwin Schrödinger habilitował się ( venia legendi ). W latach 1914-1918 brał udział w pracach wojennych jako oficer zlecony w austriackiej artylerii fortecznej ( Gorizia , Duino , Sistiana , Prosecco, Wiedeń). W 1920 został asystentem Maxa Wien w Jenie , a we wrześniu 1920 roku objął stanowisko m.in. Prof. ( ausserordentlicher Professor ), w przybliżeniu odpowiednik Reader (Wielka Brytania) lub profesor nadzwyczajny (USA), w Stuttgarcie . W 1921 r. został o.o. prof. ordentlicher Professor , czyli profesor zwyczajny, we Wrocławiu (obecnie Wrocław).

W 1921 przeniósł się na Uniwersytet w Zurychu . W 1927 zastąpił Maxa Plancka na Uniwersytecie Fryderyka Wilhelma w Berlinie. W 1933 Schrödinger zdecydował się opuścić Niemcy, ponieważ nie lubił antysemityzmu nazistów. Został Fellow of Magdalen College na Uniwersytecie Oksfordzkim . Wkrótce po przyjeździe otrzymał wraz z Paulem Diracem Nagrodę Nobla . Jego pozycja w Oksfordzie nie układała się dobrze; jego niekonwencjonalne rozwiązania domowe, dzielenie pomieszczeń mieszkalnych z dwiema kobietami, nie spotkały się z akceptacją. W 1934 Schrödinger wykładał na Uniwersytecie Princeton ; Zaproponowano mu tam stałą posadę, ale jej nie przyjął. Ponownie, jego chęć założenia domu z żoną i kochanką mogła stworzyć problem. Miał perspektywę pracy na uniwersytecie w Edynburgu, ale pojawiły się opóźnienia wizowe i ostatecznie w 1936 roku objął stanowisko na uniwersytecie w Grazu w Austrii. Przyjął też propozycję objęcia stanowiska katedry na Wydziale Fizyki, Uniwersytet Allahabad w Indiach.

Pośród tych spraw związanych z kadencją w 1935 roku, po obszernej korespondencji z Albertem Einsteinem , zaproponował to, co obecnie nazywa się eksperymentem myślowym kota Schrödingera .

Późniejsze lata

W 1938, po Anschlussie , Schrödinger miał problemy w Grazu z powodu ucieczki z Niemiec w 1933 i znanego sprzeciwu wobec nazizmu . Wydał oświadczenie odrzucające ten sprzeciw (później tego żałował i wyjaśnił przyczynę Einsteinowi ). Nie uspokoiło to jednak w pełni nowej dyspensy i Uniwersytet w Grazu zwolnił go ze stanowiska za nierzetelność polityczną. Był nękany i poinstruowano go, aby nie opuszczał kraju. On i jego żona uciekli jednak do Włoch. Stamtąd udał się na stanowiska wizytujące na Uniwersytecie Oksfordzkim i Gandawskim .

Schrödinger (przedni rząd 2. od prawej) i De Valera (przedni rząd 4. od lewej) w Dublin Institute for Advanced Studies w 1942 roku

W tym samym roku otrzymał osobiste zaproszenie od irlandzkiego Taoiseach , Éamona de Valery – samego matematyka – na pobyt w Irlandii i zgodę na pomoc w utworzeniu Instytutu Studiów Zaawansowanych w Dublinie. Przeprowadził się na Kincora Road, Clontarf, Dublin i żył skromnie. Tablica została wzniesiona w jego rezydencji w Clontarf i pod adresem jego miejsca pracy na Merrion Square . W 1940 roku został dyrektorem Szkoły Fizyki Teoretycznej i pozostał tam przez 17 lat. Został naturalizowanym obywatelem Irlandii w 1948 roku, ale zachował również obywatelstwo austriackie. Napisał około 50 kolejnych publikacji na różne tematy, w tym jego badania zunifikowanej teorii pola .

W 1944 roku napisał Czym jest życie? , który zawiera omówienie negentropii i koncepcji złożonej cząsteczki z kodem genetycznym organizmów żywych . Według wspomnień Jamesa D. Watsona DNA, tajemnica życia , książka Schrödingera dała Watsonowi inspirację do zbadania genu , co doprowadziło do odkrycia struktury podwójnej helisy DNA w 1953 roku. Podobnie Francis Crick w swojej autobiografii W książce What Mad Pursuit , opisał, w jaki sposób wpłynęły na niego spekulacje Schrödingera dotyczące sposobu przechowywania informacji genetycznej w molekułach.

Schrödinger pozostał w Dublinie aż do emerytury w 1955 roku. Przez całe życie interesował się filozofią Vedanty w hinduizmie , co wpłynęło na jego spekulacje pod koniec książki Czym jest życie? o możliwości, że indywidualna świadomość jest tylko przejawem jednolitej świadomości przenikającej wszechświat . Schrödinger wyraził współczucie dla idei tat tvam asi , stwierdzając, że „możesz rzucić się płasko na ziemię, rozciągnięty na Matce Ziemi , z pewnym przekonaniem, że jesteś jednością z nią, a ona z tobą”.

Rękopis „Fragment z niepublikowanego dialogu Galileusza” z tego czasu pojawił się niedawno w szkole z internatem The King's Hospital w Dublinie po tym, jak został napisany dla edycji Szkoły z 1955 r., Aby uczcić jego odejście z Dublina, aby objąć stanowisko przewodniczącego Fizyki na Uniwersytecie Wiedeńskim.

W 1956 powrócił do Wiednia (przewodniczący ad personam ). Na ważnym wykładzie podczas Światowej Konferencji Energetycznej odmówił wypowiadania się na temat energii jądrowej ze względu na swój sceptycyzm wobec niej i zamiast tego wygłosił wykład filozoficzny. W tym okresie Schrödinger odwrócił się od głównego nurtu mechaniki kwantowej definicji dualności falowo-cząsteczkowej i promował samą ideę fal , wywołując wiele kontrowersji.

Życie osobiste

6 kwietnia 1920 r. Schrödinger poślubił Annemarie (Anny) Bertel. Schrödinger chorował na gruźlicę i kilkakrotnie w latach 20. przebywał w sanatorium w Arosie . To tam sformułował swoje równanie falowe. Jak wspomniano powyżej, Schrödinger miał niekonwencjonalne życie osobiste. Kiedy wyemigrował do Irlandii w 1938 r., uzyskał wizy dla siebie, swojej żony, a także innej kobiety, pani Hilde March. March była żoną austriackiego kolegi, a Schrödinger spłodził z nią córkę w 1934 roku. Schrödinger osobiście napisał do Taoiseach , Éamona de Valery , w celu uzyskania wizy dla pani March. W październiku 1939 r. menage à trois zgodnie z prawem osiedliło się w Dublinie. Schrödinger spłodził dwie kolejne córki z dwiema różnymi kobietami podczas swojego pobytu w Irlandii.

grób Annemarie i Erwina Schrödingerów; nad tabliczką znamionową widnieje kwantowo-mechaniczne równanie falowe Schrödingera :

4 stycznia 1961 Schrödinger zmarł na gruźlicę w wieku 73 lat w Wiedniu . Zostawił Anny wdowę i został pochowany w Alpbach w Austrii na cmentarzu katolickim. Chociaż nie był katolikiem, ksiądz odpowiedzialny za cmentarz zezwolił na pochówek po tym, jak dowiedział się, że Schrödinger jest członkiem Papieskiej Akademii Nauk . Jego żona, Anny (ur. 3 grudnia 1896), zmarła 3 października 1965. Jedyny wnuk Schrödingera, Terry Rudolph , poszedł w jego ślady jako fizyk kwantowy i wykłada w Imperial College London .

Zainteresowanie filozofią

Schrödinger był głęboko zainteresowany filozofią i był pod wpływem dzieł Artura Schopenhauera i Barucha Spinozy . W swoich wykładach i pismach poruszał takie tematy jak świadomość , problem umysł-ciało , percepcja zmysłowa , wolna wola i obiektywna rzeczywistość .

Działalność naukowa

We wczesnych latach życia Schrödinger eksperymentował w dziedzinie elektrotechniki , elektryczności atmosferycznej i radioaktywności atmosferycznej , ale zwykle pracował ze swoim byłym nauczycielem Franzem Exnerem. Studiował również teorię drgań , teorię ruchów Browna i statystykę matematyczną . W 1912 na prośbę redakcji Handbook of Electricity and Magnetism Schrödinger napisał artykuł zatytułowany Dielectrism . W tym samym roku Schrödinger podał teoretyczne oszacowanie prawdopodobnego rozkładu wysokości substancji radioaktywnych, co jest wymagane do wyjaśnienia obserwowanej radioaktywności atmosfery, a w sierpniu 1913 r. przeprowadził kilka eksperymentów w Zeehame, które potwierdziły jego teoretyczne oszacowania i te wykonane przez Victora Franza Hessa. . Za tę pracę Schrödinger otrzymał w 1920 Haitinger Prize (Haitinger-Preis) Austriackiej Akademii Nauk. Inne badania eksperymentalne przeprowadzone przez młodego badacza w 1914 r. dotyczyły sprawdzania wzorów na ciśnienie kapilarne w pęcherzykach gazu oraz badania właściwości miękkiego promieniowania beta wytwarzanego przez promienie gamma uderzające w powierzchnię metalu. Ostatnie dzieło wykonał wspólnie ze swoim przyjacielem Fritzem Kohlrauschem. W 1919 Schrödinger przeprowadził swój ostatni fizyczny eksperyment na spójnym świetle, a następnie skupił się na badaniach teoretycznych.

Mechanika kwantowa

Nowa teoria kwantowa

W pierwszych latach swojej kariery Schrödinger zapoznał się z ideami starej teorii kwantowej , rozwijanymi w pracach Maxa Plancka , Alberta Einsteina , Nielsa Bohra , Arnolda Sommerfelda i innych. Ta wiedza pomogła mu w pracy nad pewnymi problemami fizyki teoretycznej , ale austriacki naukowiec w tym czasie nie był jeszcze gotowy, by rozstać się z tradycyjnymi metodami fizyki klasycznej .

Pierwsze publikacje Schrödingera dotyczące teorii atomu i teorii widm zaczęły pojawiać się dopiero na początku lat dwudziestych, po jego osobistej znajomości z Sommerfeldem i Wolfgangiem Paulim oraz jego przeprowadzce do Niemiec. W styczniu 1921 Schrödinger zakończył swój pierwszy artykuł na ten temat, dotyczący struktury efektu Bohra-Sommerfelda w zakresie oddziaływania elektronów na niektóre cechy widm metali alkalicznych. Szczególnie interesowało go wprowadzenie rozważań relatywistycznych do teorii kwantów. Jesienią 1922 analizował orbity elektronowe w atomie z geometrycznego punktu widzenia, stosując metody opracowane przez matematyka Hermanna Weyla (1885–1955). Ta praca, w której wykazano, że orbity kwantowe są powiązane z pewnymi właściwościami geometrycznymi, była ważnym krokiem w przewidywaniu niektórych cech mechaniki falowej . Wcześniej w tym samym roku stworzył równanie Schrödingera relatywistycznego efektu Dopplera dla linii widmowych, oparte na hipotezie kwantów światła oraz rozważaniach energii i pędu. Spodobał mu się pomysł swojego nauczyciela Exnera o statystycznym charakterze praw zachowania, dlatego entuzjastycznie przyjął artykuły Bohra, Kramersa i Slatera , które sugerowały możliwość naruszenia tych praw w poszczególnych procesach atomowych (np. w proces emisji promieniowania). Chociaż eksperymenty Hansa Geigera i Walthera Bothe wkrótce podały w wątpliwość, idea energii jako koncepcji statystycznej była dla Schrödingera atrakcją na całe życie i omawiał ją w niektórych raportach i publikacjach.

Tworzenie mechaniki falowej

W styczniu 1926 Schrödinger opublikował w Annalen der Physik artykuł „ Quantisierung als Eigenwertproblem ” (kwantyzacja jako problem wartości własnej ) na temat mechaniki falowej i przedstawił to, co jest obecnie znane jako równanie Schrödingera . W tym artykule podał „wyprowadzenie” równania falowego dla układów niezależnych od czasu i wykazał, że daje ono prawidłowe wartości własne energii dla atomu podobnego do wodoru. Artykuł ten był powszechnie uznawany za jedno z najważniejszych osiągnięć XX wieku i spowodował rewolucję w większości dziedzin mechaniki kwantowej, a także w całej fizyce i chemii. Zaledwie cztery tygodnie później dostarczono drugi artykuł, w którym rozwiązano problemy z kwantowym oscylatorem harmonicznym , sztywnym wirnikiem i cząsteczkami dwuatomowymi i dał nowe wyprowadzenie równania Schrödingera. Trzeci artykuł, opublikowany w maju, pokazał równoważność jego podejścia z podejściem Heisenberga i podał sposób leczenia efektu Starka . Czwarty artykuł z tej serii pokazał, jak traktować problemy, w których system zmienia się w czasie, jak problemy z rozpraszaniem. W artykule tym wprowadził kompleksowe rozwiązanie równania falowego , aby zapobiec występowaniu równań różniczkowych czwartego i szóstego rzędu. (Był to prawdopodobnie moment, w którym mechanika kwantowa przeszła z liczb rzeczywistych na zespolone.) Kiedy wprowadził liczby zespolone, aby obniżyć rząd równań różniczkowych, wydarzyło się coś magicznego i cała mechanika falowa była u jego stóp. (W końcu zredukował kolejność do jednego). Prace te były jego głównym osiągnięciem i od razu zostały uznane przez społeczność fizyków za mające wielkie znaczenie.

Schrödinger nie był całkowicie zadowolony z implikacji teorii kwantowej, odnosząc się do jego teorii jako „mechaniki falowej”. Pisał o interpretacji prawdopodobieństwa mechaniki kwantowej, mówiąc: „Nie podoba mi się to i przepraszam, że kiedykolwiek miałem z tym coś wspólnego”. (W celu ośmieszenia kopenhaskiej interpretacji mechaniki kwantowej wymyślił słynny eksperyment myślowy zwany paradoksem kota Schrödingera ).

Praca nad zunifikowaną teorią pola

Po swoich pracach nad mechaniką kwantową Schrödinger poświęcił wiele uwagi pracy nad zunifikowaną teorią pola , która połączyłaby grawitację , elektromagnetyzm i siły jądrowe w ramach podstawowych ram Ogólnej Teorii Względności , prowadząc prace z rozszerzoną korespondencją z Albertem Einsteinem. W 1947 r. ogłosił wynik „Teorii pola afinicznego” podczas wykładu w Królewskiej Akademii Irlandzkiej, ale ogłoszenie to zostało skrytykowane przez Einsteina jako „wstępne” i nie doprowadziło do pożądanej ujednoliconej teorii. Po niepowodzeniu próby zjednoczenia Schrödinger zrezygnował z pracy nad zjednoczeniem i zajął się innymi tematami.

Kolor

Schrödinger bardzo interesował się psychologią , w szczególności percepcją kolorów i kolorymetrią (niem. Farbenmetrik ). Spędził kilka lat swojego życia pracując nad tymi pytaniami i opublikował serię artykułów w tej dziedzinie:

  • „Theorie der Pigmente von größter Leuchtkraft”, Annalen der Physik , (4), 62, (1920), 603-22 (Teoria pigmentów o najwyższej jasności)
  • „Grundlinien einer Theorie der Farbenmetrik im Tagessehen”, Annalen der Physik , (4), 63, (1920), 397-456; 481-520 (Zarys teorii pomiaru barwy dla widzenia w świetle dziennym)
  • „Farbenmetrik”, Zeitschrift für Physik , 1, (1920), 459-66 (pomiar barwy).
  • „Über das Verhältnis der Vierfarbenzur Dreifarben-theorie”, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Klasse , 134, 471 (O związku teorii czterech kolorów z teorią trzech kolorów).
  • "Lehre von der strahlenden Energie", Müller - Pouillets Lehrbuch der Physik und Meteorologie , tom 2, część 1 (1926) (Progi różnic kolorystycznych).

Jego praca nad psychologią postrzegania kolorów podąża śladami Newtona , Maxwella i von Helmholtza w tej samej dziedzinie. Niektóre z tych artykułów zostały przetłumaczone na język angielski i można je znaleźć w: Sources of Color Science , Ed. David L. MacAdam, MIT Press (1970) oraz w Teorii koloru Erwina Schrödingera, przetłumaczone z nowoczesnym komentarzem , wyd. Keith K. Niall, Springer (2017). ISBN  978-3-319-64619-0 doi : 10.1007/978-3-319-64621-3 .

Spuścizna

Filozoficzne kwestie poruszone przez kota Schrödingera są nadal przedmiotem dyskusji i pozostają jego najtrwalszym dziedzictwem w popularnonauce , podczas gdy równanie Schrödingera jest jego najtrwalszym dziedzictwem na bardziej technicznym poziomie. Schrödinger jest jedną z kilku osób, które zostały nazwane „ ojcem mechaniki kwantowej ”. Jego imieniem nazwano duży krater Schrödinger , znajdujący się po przeciwnej stronie Księżyca . Międzynarodowy Instytut Fizyki Matematycznej im . Erwina Schrödingera powstał w Wiedniu w 1993 roku.

Portret Schrödingera był głównym elementem projektu austriackiego banknotu 1000 szylingów z lat 1983–97 , drugiego co do wartości nominału.

Budynek nosi jego imię na Uniwersytecie w Limerick w Limerick w Irlandii, podobnie jak „Erwin Schrödinger Zentrum” w Adlershof w Berlinie.

126. rocznicę urodzin Schrödingera w 2013 r. uczczono za pomocą Google Doodle .

Schrödinger stał się znacznie bardziej znany od dalszego wzmianki kot Schrödingera na The Big Bang Theory .

Honory i nagrody

Dyplom Nagrody Nobla Erwina Schrödingera

Kot Schrödingera nosi imię na jego cześć, patrz też: Lista rzeczy nazwanych imieniem Erwina Schrödingera .

Opublikowane prace

Bibliografia

Źródła

Zewnętrzne linki