Erwin Schrödinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger

12. 8. 1887–4. 1. 1961

Rakouský fyzik, tvůrce vlnové rovnice a vlnové mechaniky, nositel Nobelovy ceny za fyziku 1933 a autor slavného myšlenkového experimentu se Schrödingerovou kočkou.

Rakouský fyzik Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger se narodil jako jedináček 12. srpna 1887 v Erdbergu (Vídeň). Otec Rudolf Schrödinger provozoval malou továrnu na linoleum a voskované plátno; byl vzdělaný muž se zájmem o botaniku a italskou malbu. Matka Georgine Emilia Brenda Bauerová byla napůl Angličanka a napůl Rakušanka – dcera profesora chemie Alexandra Bauera na Technické vysoké škole ve Vídni. Díky dvojjazyčnému prostředí rodiny hovořil Schrödinger plynně anglicky i německy.

Erwin nechodil do základní školy – měl soukromého vychovatele až do 10 let. Na podzim roku 1898 nastoupil na Akademisches Gymnasium, které dokončil v roce 1906. Studoval fyziku na Vídeňské univerzitě, kde ho nejvíce ovlivnily přednášky z teoretické fyziky Fritze Hasenöhrla – nástupce Ludwiga Boltzmannova. 20. května 1910 získal doktorát za práci „O vedení elektřiny po povrchu izolantu ve vlhkém vzduchu" a habilitoval se v roce 1914. V roce 1920 se oženil s Annemarie Bertelovou.

V roce 1914 Erwin Schrödinger publikoval první důležitý článek rozvíjející Boltzmannovy myšlenky. Na začátku 1. světové války byl povolán na frontu jako důstojník dělostřelectva, ale pokračoval ve vědeckém publikování.

Erwin Schrödinger 1914
Erwin Schrödinger (1914)

V letech 1918–1920 přispěl k teorii barevného vidění. Schrödinger se ve Vídni zabýval radioaktivitou a zkoumal statistickou povahu radioaktivního rozpadu; v kinetické teorii pevných těles zkoumal dynamiku krystalických mřížek. Na katedře teoretické fyziky na Univerzitě v Zürichu (od roku 1921) se věnoval fyziologické optice a teorii barevného vidění. Pod vlivem prací Ludwiga de Broglieho se začal v roce 1924 zabývat kvantovou statistikou a hledat vlnový popis elektronu.

Podpis E. Schrödingera
Schrödingerův podpis

Vlnová mechanika a Schrödingerova rovnice

Na Vánocích 1925 – během pobytu ve švýcarském Arosě – Schrödinger odvodil svoji známou vlnovou rovnici. V lednu 1926 ji publikoval jako první ze série šesti článků v Annalen der Physik pod názvem „Quantisierung als Eigenwertproblem" (Kvantování jako problém vlastních hodnot). Schrödingerova rovnice popisuje, jak se v čase vyvíjí vlnová funkce kvantové soustavy:

iħ ∂Ψ/∂t = ĤΨ

i
imaginární jednotka
ħ
redukovaná Planckova konstanta
∂Ψ/∂t
parciální derivace vlnové funkce podle času
Ĥ
Hamiltonián soustavy (operátor energie)

Schrödinger ukázal, že rovnice reprodukuje správné spektrální čáry atomu vodíku a stala se jedním z nejdůležitějších výsledků fyziky 20. století.

Roku 1926 Schrödinger v sérii šesti článků rozvinul vlnovou mechaniku jako druhou formulaci kvantové mechaniky – vedle Heisenbergovy maticové mechaniky (1925). Vzájemnou ekvivalenci obou přístupů objasnil Schrödinger v jednom ze svých článků, v němž ukázal, že každé funkci souřadnic polohy a momentu hybnosti ve vlnové mechanice odpovídá matice vyhovující formálním pravidlům Borna a Heisenberga. Maxe Borna pak přidal klíčový vklad – pravděpodobnostní výklad vlnové funkce (1926).

Na pozvání Schrödinger přednášel v lednu a únoru 1927 na Univerzitě ve Wisconsinu. V roce 1927 se stal v Berlíně Einsteinovým spolupracovníkem. V roce 1933 – v době nástupu nacismu – odjel do Oxfordu, kde získal místo v Magdalen College. Ve stejném roce mu byla udělena Nobelova cena za fyziku za práce ve vlnové mechanice (sdílena s P. A. M. Diracem).

V roce 1934 byl Schrödinger pozván přednášet do Princetonu, ale stálé místo nepřijal. V letech 1936–1938 přijal místo na Univerzitě v Grazu, ale po anšlusu Rakouska ho nacistická vláda dostihla znovu. Odjel přes Řím do Oxfordu a pak do Gentu.

Schrödingerova kočka

V roce 1935 Erwin Schrödinger publikoval třídílnou práci Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik („Současná situace v kvantové mechanice"), v níž poprvé popsal svůj slavný myšlenkový experiment. Schrödinger ho navrhl v korespondenci s Einsteinem jako reakci na EPR paradox, abs jako kritiku kodaňské interpretace kvantové mechaniky.

V originálním Schrödingerově popisu je do ocelové komory umístěna kočka spolu s Geigerovým počítačem, nepatrným množstvím radioaktivní látky, kladívkem a ampulkou kyanovodíku. Pravděpodobnost, že jeden atom za hodinu rozpadne, je 0,5. Pokud k rozpadu dojde, Geiger counter sepne relé, kladívko rozbije ampulku a kočka zahyne otravou – nikoli výstřelem z pušky, jak bývá chybně uváděno. Schrödinger záměrně nahradil Einsteinův dřívější návrh se střelným prachem méně dramatickým chemickým mechanismem.

Experiment ukazuje, že kvantová neurčitost původně omezená na atomovou úroveň se přenáší na makroskopický objekt: před otevřením komory je kvantový stav soustavy superpozicí „kočka živá" a „kočka mrtvá". Jak připomíná Stephen Hawking, dnes by si nikdo nedovolil navrhnout tento pokus ani jako myšlenkový. Schrödinger sám považoval závěr za „naprosto absurdní" a experiment měl sloužit jako důkaz, že kodaňská interpretace je neúplná. Schrödingerova kočka je dodnes jedním z nejcitovanějších příkladů problému měření v kvantové mechanice.

Sjednocená teorie pole

V roce 1939 odešel Erwin Schrödinger do Dublinu, kde se stal zakládajícím ředitelem School of Theoretical Physics při Dublin Institute for Advanced Studies (DIAS). Studoval teorii elektromagnetického pole a teorii relativity a začal se zabývat sjednocenou teorií pole. Jeho první práce na toto téma byla publikována v roce 1943. V roce 1946 obnovil korespondenci s Einsteinem; v lednu 1947 věřil, že se mu podařil velký průlom, ale Einsteinovy komentáře nebyly příznivé. V roce 1948 Schrödinger získal irské občanství.

V roce 1956 se Schrödinger vrátil do Vídně. Během posledních let svého života se zabýval matematickou fyzikou, obecnou teorií relativity, sjednocenou teorií pole a fyzikou mezonů.

Schrödingerův hrob
Erwin Schrödinger – hrob
Alpbach, Rakousko

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger zemřel po dlouhé nemoci 4. ledna 1961 ve Vídni ve věku 73 let.

Upraveno podle článku Jiřího Svrška s použitím materiálů serveru NobelPrize.org

Časté otázky

Kdy Schrödinger odvodil svoji vlnovou rovnici – v roce 1925, nebo 1926?
Rovnici formuloval na Vánocích 1925 v Arosě ve Švýcarsku; první článek s ní publikoval v lednu 1926 v Annalen der Physik. Obvykle se za rok publikace uvádí 1926.
Proč v Schrödingerově kočce není puška?
V Schrödingerově originálním textu (1935) žádná puška není. Mechanismus je: radioaktivní látka → Geiger counter → relé → kladívko → rozbití ampulky s kyanovodíkem. Puška figurovala v Einsteinově dřívějším návrhu se střelným prachem; Schrödinger ho nahradil chemickým jedem. Populární verze s puškou je rozšířená nepřesnost.
Jaký byl vztah vlnové a maticové mechaniky?
Heisenberg formuloval maticovou mechaniku v roce 1925; Schrödinger vlnovou mechaniku v roce 1926. Schrödinger pak v tomtéž roce prokázal, že obě formulace jsou matematicky ekvivalentní – dávají stejné výsledky, jen jiným formalismem. Dnes se v praxi používá obojí podle pohodlnosti.
Co Schrödinger dělal v Dublinu?
V letech 1939–1956 vedl School of Theoretical Physics v Dublin Institute for Advanced Studies (DIAS). Psal o sjednocené teorií pole, udržoval korespondenci s Einsteinem a napsal populárně-vědeckou knížku Co je život? (1944), která ovlivnila vznik molekulární biologie.

Další informace

Časté překlepy: Schrodinger, Shrodinger, Shrödinger.

Související

Fyzici a témata