Erwin Schrödinger och Schrödingers kattexperiment

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (född 12 augusti 1887 i Wien, Österrike) var en fysiker som bedrev banbrytande arbete i kvantmekanik, ett fält som studerar hur energi och materia beter sig på mycket små skalor. 1926 utvecklade Schrödinger en ekvation som förutspådde var en elektron skulle befinna sig i en atom. 1933 fick han en Nobelpriset för detta arbete, tillsammans med fysiker Paul Dirac.

Snabbfakta: Erwin Schrödinger

Schrödinger kan vara mer populärt känt för "Schrödingers katt, ”Ett tankeexperiment som han tänkte ut 1935 för att illustrera problem med en gemensam tolkning av kvantmekanik.

Schrödinger var Rudolf Schrödingers enda barn - en fabriksarbetare i linoleum och oljekläder som hade ärvde verksamheten från sin far - och Georgine, dotter till en kemiprofessor i Rudolf-talet. Schrödingers uppväxt betonade kulturell uppskattning och framsteg inom både vetenskap och konst.

Schrödinger blev utbildad av en lärare och av sin far hemma. Vid 11 års ålder gick han in i Akademische Gymnasium i Wien, en skola med fokus på klassisk utbildning i fysik och matematik. Där tyckte han om att lära sig klassiska språk, utländsk poesi, fysik och matematik, men hatade att memorera vad han kallade ”tillfälliga” datum och fakta.

Schrödinger fortsatte sina studier vid Wienuniversitetet, som han gick in 1906. Han fick sin doktorsexamen i fysik 1910 under ledning av Friedrich Hasenöhrl, som Schrödinger ansåg vara en av hans största intellektuella påverkan. Hasenöhrl var en student av fysikern Ludwig Boltzmann, en berömd forskare känd för sitt arbete i statistisk mekanik.

Efter att Schrödinger fick sin doktorand, arbetade han som assistent för Franz Exner, en annan student vid Boltzmanns, tills han blev utarbetad i början av första världskriget.

1920 gifte Schrödinger sig med Annemarie Bertel och flyttade med henne till Jena, Tyskland för att arbeta som assistent för fysiker Max Wien. Därifrån blev han fakultet vid ett antal universitet under en kort tid och blev först junior professor i Stuttgart, sedan full professor vid Breslau, innan han gick till universitetet i Zürich som professor i 1921. Schrödingers efterföljande sex år i Zürich var några av de viktigaste i hans yrkeskarriär.

Vid universitetet i Zürich utvecklade Schrödinger en teori som avsevärt förbättrade förståelsen för kvantfysik. Han publicerade en serie tidningar - ungefär en per månad - om vågmekanik. I synnerhet den första artikeln, "Kvantisering som ett Eigenvalue-problem, "introducerade vad som skulle bli känt som Schrödinger-ekvation, nu en central del av kvantmekaniken. Schrödinger tilldelades Nobelpriset för denna upptäckt 1933.

Schrödingers ekvation beskrev matematiskt den "vågaktiga" naturen hos system som styrs av kvantmekanik. Med denna ekvation gav Schrödinger ett sätt att inte bara studera beteenden hos dessa system, utan också förutsäga hur de uppför sig. Även om det var mycket initial debatt om vad Schrödingers ekvation betydde, tolkade forskarna så småningom det som sannolikheten att hitta en elektron någonstans i rymden.

Schrödinger formulerade detta tankeexperiment som svar på Köpenhamn tolkning av kvantmekanik, som säger att en partikel som beskrivs av kvantmekanik finns i alla möjliga tillstånd på samma gång, tills den observeras och tvingas välja ett tillstånd. Här är ett exempel: tänk på ett ljus som kan lysa antingen rött eller grönt. När vi inte tittar på ljuset antar vi att det båda är rött och grön. Men när vi tittar på det måste ljuset tvinga sig att vara antingen rött eller grönt, och det är färgen vi ser.

Schrödinger instämde inte i denna tolkning. Han skapade ett annat tankeexperiment, kallat Schrödingers Cat, för att illustrera sina oro. I Schrödingers katt-experiment placeras en katt i en förseglad låda med ett radioaktivt ämne och en giftig gas. Om det radioaktiva ämnet förföll skulle det frigöra gasen och döda katten. Om inte, skulle katten leva.

Eftersom vi inte vet om katten lever eller är död övervägs den både levande och död tills någon öppnar lådan och ser själv vad kattens tillstånd är. Således, helt enkelt genom att titta in i lådan, har någon magiskt gjort katten levande eller död även om det är omöjligt.

Schrödinger lämnade inte mycket information om forskare och teorier som påverkade hans eget arbete. Historiker har emellertid sammanställt några av dessa påverkningar, som inkluderar:

• Louis de Broglie, en fysiker, introducerade begreppet "materia vågor. "Schrödinger hade läst de Broglies avhandling såväl som en fotnot av Albert Einstein, som talade positivt om de Broglies arbete. Schrödinger ombads också att diskutera de Broglies arbete på ett seminarium som arrangerades av både universitetet i Zürich och ett annat universitet, ETH Zurich.
• Boltzmann. Schrödinger ansåg Boltzmanns statistiska inställning till fysik som hans ”första kärlek i vetenskapen”, och mycket av hans vetenskapliga utbildning följde i Boltzmanns tradition.
• Schrödingers tidigare arbete med kvantteorin om gaser, som studerade gaser ur kvantmekanikens perspektiv. I ett av sina artiklar om kvanteteorin om gaser, "På Einsteins gasteori", använde Schrödinger de Broglies teori på materievågor för att förklara gasernas beteende.

1933, samma år som han vann Nobelpriset, avgav Schrödinger sitt professorat vid universitetet i Berlin, som han anslöt sig till 1927, som svar på den nazistiska övertagandet av Tyskland och avskedandet av judiska forskare. Därefter flyttade han till England och senare till Österrike. Men 1938 invaderade Hitler Österrike och tvingade Schrödinger, nu en etablerad anti-nazist, att fly till Rom.

1939 flyttade Schrödinger till Dublin, Irland, där han stannade kvar tills han återvände till Wien 1956. Schrödinger dog av tuberkulos den 4 januari 1961 i Wien, staden där han föddes. Han var 73 år gammal.

• Fischer E. Vi är alla aspekter av en enda varelse: En introduktion till Erwin Schrödinger.Soc Res, 1984; 51(3): 809-835.
• Heitler W. “Erwin Schrödinger, 1887-1961.” Biogr Mem Fellows Royal Soc, 1961; 7: 221-228.
• Masters B. “Erwin Schrödingers väg till vågmekanik.” Opt Photonics News, 2014; 25(2): 32-39.
• Moore W. Schrödinger: Liv och tankar. Cambridge University Press; 1989.
• Schrödinger: Centenary firande av en polymath. Ed. Clive Kilmister, Cambridge University Press; 1987.
• Schrödinger E. “Quantisierung als Eigenwertproblem, erste Mitteilung.”Ann. Phys., 1926; 79: 361-376.
• Teresi D. Kvantmekanikens ensamma ranger. New York Times webbplats. https://www.nytimes.com/1990/01/07/books/the-lone-ranger-of-quantum-mechanics.html. 1990.