Эрвин Шредингер и эксперимент с мыслями о кошке Шредингера

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер (родился 12 августа 1887 года в Вене, Австрия) был физиком, который провел новаторские работы в квантовой механике , области, которая изучает поведение энергии и материи на очень малых масштабах длины. В 1926 году Шредингер разработал уравнение, предсказывающее расположение электрона в атоме. В 1933 году он получил Нобелевскую премию за эту работу вместе с физиком Полем Дираком.

Шредингер, возможно, более известен благодаря «Коту Шредингера», мысленному эксперименту, который он разработал в 1935 году, чтобы проиллюстрировать проблемы с общей интерпретацией квантовой механики.

Ранние годы и образование

Шредингер был единственным ребенком Рудольфа Шредингера – рабочего фабрики линолеума и клеенки, унаследовавшего бизнес от своего отца – и Джорджина, дочь профессора химии Рудольфа. В воспитании Шредингера особое внимание уделялось культурной оценке и продвижению как в науке, так и в искусстве.

Шредингер получил образование у наставника и у своего отца. дома. В возрасте 11 лет он поступил в Академическую гимназию в Вене, школу с упором на классическое образование и обучение физике и математике. Там ему нравилось изучать классические языки, иностранную поэзию, физику и математику, но он терпеть не мог запоминать то, что он называл «случайными» датами и фактами.

Шредингер продолжал свой рассказ. учился в Венском университете, куда он поступил в 1906 году. Он получил докторскую степень по физике в 1910 году под руководством Фридриха Хазенёрля, которого Шредингер считал одним из самых влиятельных интеллектуалов. Хазенёрль был учеником физика Людвига Больцмана, известного ученого, известного своими работами в области статистической механики..

После того, как Шредингер получил докторскую степень, он работал ассистентом Франца Экснера, другого ученика Больцмана, пока его не призвали в начале Первой мировой войны.

Начало карьеры

В 1920 году Шредингер женился на Аннемари Бертель и переехал с ней в Йену, Германия, чтобы работать помощником физика. Макс Вин. Оттуда он за короткий период времени стал преподавателем ряда университетов, сначала став младшим профессором в Штутгарте, затем полным профессором в Бреслау, а затем присоединился к Цюрихскому университету в качестве профессора в 1921 году. Последующие шесть лет Шредингера проработал в университете. Цюрих были одними из самых важных в его профессиональной карьере.

В Цюрихском университете Шредингер разработал теорию, которая значительно продвинула понимание квантовой физики. Он опубликовал серию статей – примерно по одной в месяц – по волновой механике. В частности, первая статья «Квантование как проблема собственных значений» представила то, что впоследствии стало известно как уравнение Шредингера , которое теперь является центральной частью квантовой механики. Шредингер был удостоен Нобелевской премии за это открытие в 1933 году.

Уравнение Шредингера

Уравнение Шредингера математически описывает “волнообразную” природу систем, управляемых квантовой механикой. Это уравнение Шредингер предоставил способ не только изучить поведение этих систем, но и предсказать, как они себя ведут. Хотя первоначально было много споров о том, что означает уравнение Шредингера, ученые в конечном итоге интерпретировали его как вероятность найти электрон где-то в пространство.

Кот Шредингера

Шредингер сформулировал этот мысленный эксперимент в ответ на копенгагенскую интерпретацию квантовой механики, которая утверждает, что частица, описываемая квантовой механикой, существует в все возможные состояния одновременно, пока он не будет соблюден и не будет вынужден выбрать одно состояние. Вот пример: рассмотрим свет, который может загораться красным или зеленым. Когда мы не смотрим на свет, мы предполагаем, что он одновременно красный и зеленый. Однако, когда мы смотрим на него, свет должен заставить себя стать красным или зеленым, и это тот цвет, который мы видим.

Шредингер не согласился с этой интерпретацией. Он создал другой мысленный эксперимент под названием «Кот Шредингера», чтобы проиллюстрировать свои опасения. В эксперименте «Кот Шредингера» кошку помещают в герметичный ящик с радиоактивным веществом и ядовитым газом. Если радиоактивное вещество распадется, оно выпустит газ и убьет кошку. В противном случае кошка была бы жива.

Поскольку мы не знаем, жива кошка или мертва, она считается обоими живы и мертвы, пока кто-нибудь не откроет коробку и не увидит собственными глазами, в каком состоянии кот. Таким образом, просто заглянув в коробку, кто-то волшебным образом сделал кошку живой или мертвой, хотя это невозможно.

Влияние на работу Шредингера

Шредингер не оставил много информации об ученых и теориях, которые повлияли на его собственную работу. Однако историки собрали воедино некоторые из этих влияний, в том числе:

• Луи де Бройль, физик, представил концепцию «материи». волн ». Шредингер прочитал диссертацию де Бройля, а также сноску, написанную Альбертом Эйнштейном, в которой положительно отзывались о работе де Бройля. Шредингера также попросили обсудить работу де Бройля на семинаре, организованном как Цюрихским университетом, так и другим университетом. ETH Zurich.
• Больцман. Шредингер считал статистический подход Больцмана к физике своей «первой любовью в науке», и большая часть его научного образования следовала традициям Больцмана.
• Предыдущая работа Шредингера по квантовой теории газов, в которой газы изучались с точки зрения квантовой механики. В одной из своих работ по квантовой теории газов «О теории газа Эйнштейна» Шредингер применил теорию де Бройля о волнах материи, чтобы помочь объясните поведение газов.

Дальнейшая карьера и смерть

В 1933 году, в том же году, когда он получил Нобелевскую премию, Шредингер оставил свою профессуру в Берлинском университете, к которому он присоединился в 1927 году, в ответ на захват Германии нацистами. и увольнение еврейских ученых. Впоследствии он переехал в Англию, а затем в Австрию. Однако в 1938 году Гитлер вторгся в Австрию, вынудив Шредингера, ныне известного антинациста, бежать в Рим.

В 1939 году Шредингер переехал в Дублин, Ирландия, где он оставался до своего возвращения в Вену в 1956 году. Шредингер умер от туберкулеза 4 января 1961 года в Вене, городе, где он родился. Ему было 73 года.

Источники

• Фишер Э. Мы все аспекты одного существа: Введение в Эрвина Шредингера. Soc Res , 1984; 51 (3): 809-835.
• Heitler W. «Эрвин Шредингер, 1887-1961». Biogr Mem Fellows Royal Soc , 1961; 7 : 221-228.
• Мастерс Б. «Путь Эрвина Шредингера к волновой механике». Новости Opt Photonics , 2014 г .; 25 (2): 32-39.
• Мур В. Шредингер: Жизнь и мысль. Издательство Кембриджского университета; 1989.
• Шредингер: празднование столетия эрудита. Ред. Клайв Килмистер, издательство Кембриджского университета; 1987.
• Шредингер Э. «Quantisierung als Eigenwertproblem, erste Mitteilung». Ann. Физ. , 1926; 79 : 361-376.
• Терези Д. Одинокий рейнджер квантовой механики. Веб-сайт New York Times. https://www.nytimes. com/1990/01/07/books/the-lone-ranger-of-Quant-Mechanics.html. 1990.