Шредингер основоположник науки и одного известного явления. Как мысленный эксперимент довел до телепортации и квантовой связи. Работа в Дублинском институте, последние годы жизни

Эрвин Шредингер

Квантовый кот вселенной

Предисловие

Один из самых знаменитых физиков ХХ века Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шредингер (нем. Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger) родился 12 августа 1887 года в Вене и умер там же 4 января 1961 года. При этом Шредингер отнюдь не был домоседом, его жизнь годами была кочевой и беспокойной. Он работал в Цюрихе, Штутгарте, Берлине, Оксфорде и Дублине. Покинув Вену вскоре после окончания Первой мировой войны, Шредингер вернулся в родной город только в 1956 году, в зените славы.

Шредингер был одним из создателей квантовой механики. Он получил Нобелевскую премию по физике в 1933 году. Был членом ряда академий наук мира, в том числе Академии наук СССР (1934).

Шредингеру принадлежит ряд фундаментальных достижений в области квантовой теории, которые легли в основу волновой механики: он сформулировал волновые уравнения (стационарное и зависящее от времени уравнения Шредингера), показал тождественность развитого им формализма и матричной механики, разработал волновомеханическую теорию возмущений. Шредингер предложил оригинальную трактовку физического смысла волновой функции. Кроме того, он является автором множества работ в различных областях физики: статистической механике и термодинамике, физике диэлектриков, теории цвета, электродинамике, общей теории относительности и космологии; он предпринял несколько попыток построения единой теории поля.

Причем научные интересы Шредингера не ограничивались только физикой. В книге «Что такое жизнь?», представленной в нашем издании, Шредингер обратился к проблемам генетики, взглянув на феномен жизни с точки зрения физики. Также он уделял большое внимание философским аспектам науки, античным и восточным философским концепциям, вопросам этики и религии.

Книга «Что такое жизнь?» (1944) основана на лекциях, которые были прочитаны в дублинском Тринити-колледже в феврале 1943 года. Эти лекции и книга были созданы под впечатлением от статьи Николая Тимофеева-Ресовского, Карла Циммера и Макса Дельбрюка, опубликованной в 1935 году и переданной Шредингеру Паулем Эвальдом в начале 1940-х годов. Статья посвящена изучению генетических мутаций, которые возникают под действием рентгеновского и гамма-излучений и для объяснения которых авторами была развита теория мишеней. Хотя в то время еще не была известна природа генов наследственности, взгляд на проблему мутагенеза с точки зрения атомной физики позволил выявить некоторые общие закономерности этого процесса. Работа Тимофеева – Циммера – Дельбрюка была положена Шредингером в основу его книги, которая привлекла широкое внимание молодых физиков. Некоторые из них под ее влиянием решили заняться молекулярной биологией.

Также Шредингер интересовался философией. Однако только после приезда в Дублин он смог уделить философским вопросам достаточно внимания. Из-под его пера вышел ряд работ не только по философским проблемам науки, но и общефилософского характера – «Наука и гуманизм» (1952), «Природа и греки» (1954), «Разум и материя» (1958) и «Мой взгляд на мир», сочинение, законченное им незадолго до смерти «Мой взгляд на мир» представлен в данном издании. Особое внимание Шредингер уделял античной философии, которая привлекала его своим единством и тем значением, которое она могла сыграть для решения проблем современности. Также Шредингер обращался к наследию индийской и китайской философии. Он хотел с единых позиций взглянуть на науку и религию, человеческое общество и проблемы этики; проблема единства представляла один из основных мотивов его философского творчества. В работах, которые можно отнести к философии науки, он указывал на тесную связь науки с развитием общества и культуры в целом, обсуждал проблемы теории познания, участвовал в дискуссиях по проблеме причинности и модификации этого понятия в свете новой физики. В своих работах Шредингер последовательно отстаивал возможность объективного изучения природы.

Но больше всего Шредингер прославился своим мысленным экспериментом, получившим имя ученого – «Кот Шредингера». В статье Шредингера «Текущая ситуация в квантовой механике» (1935) эксперимент описан так:

«Можно построить и случаи, в которых довольно бурлеска. Некий кот заперт в стальной камере вместе со следующей адской машиной (которая должна быть защищена от прямого вмешательства кота): внутри счетчика Гейгера находится крохотное количество радиоактивного вещества, столь небольшое, что в течение часа может распасться только один атом, но с такой же вероятностью может и не распасться; если же это случится, считывающая трубка разряжается и срабатывает реле, спускающее молот, который разбивает колбочку с синильной кислотой. Если на час предоставить всю эту систему самой себе, то можно сказать, что кот будет жив по истечении этого времени, коль скоро распада атома не произойдет. Первый же распад атома отравил бы кота. Пси-функция системы в целом будет выражать это, смешивая в себе или размазывая живого и мертвого кота (простите за выражение) в равных долях.

Типичным в подобных случаях является то, что неопределенность, первоначально ограниченная атомным миром, преобразуется в макроскопическую неопределенность, которая может быть устранена путем прямого наблюдения. Это мешает нам наивно принять “модель размытия” как отражающую действительность. Само по себе это не означает ничего неясного или противоречивого. Есть разница между нечетким или расфокусированным фото и снимком облаков или тумана».

Согласно квантовой механике, если над ядром не производится наблюдение, то его состояние описывается суперпозицией (смешением) двух состояний – распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике, и жив, и мертв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние – «ядро распалось, кот мертв» или «ядро не распалось, кот жив».

Вопрос стоит так: когда система перестает существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента – показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мертвым, либо остается живым, но перестает быть смешением того и другого.

Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мертвым (не существует состояния, сочетающего жизнь и смерть), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся.

Проще говоря: согласно квантовой механике, если над ядром атома не производится наблюдение, то его состояние описывается смешением двух состояний – распавшегося ядра и нераспавшегося ядра, следовательно, кот, сидящий в ящике и олицетворяющий ядро атома, и жив, и мертв одновременно. Если же ящик открыть, то экспериментатор может увидеть только какое-нибудь одно конкретное состояние – «ядро распалось, кот мертв» или «ядро не распалось, кот жив». Эксперимент Шредингера показал, что с точки зрения квантовой механики кот одновременно и жив, и мертв, чего быть не может. Следовательно, квантовая механика имеет существенные изъяны. Вопрос стоит так: когда система перестает существовать как смешение двух состояний и выбирает одно конкретное? Цель эксперимента – показать, что квантовая механика неполна без некоторых правил, которые указывают, при каких условиях происходит коллапс волновой функции, и кот либо становится мертвым, либо остается живым, но перестает быть смешением того и другого. Поскольку ясно, что кот обязательно должен быть либо живым, либо мертвым (не существует состояния, промежуточного между жизнью и смертью), то это будет аналогично и для атомного ядра. Оно обязательно должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся

В этой книге мы приводим две этапные работы Шредингера: «Что такое жизнь?» (1944) и «Мой взгляд на мир» (1961).

Что такое жизнь?

Вступление

Человек свободный ни о чем так мало не думает, как о смерти, и его мудрость состоит в размышлении не о смерти, а о жизни.

Спиноза, Этика, ч. IV, теор. 67

Обычно принято думать, что ученый должен в совершенстве знать определенную область науки из первых рук, и поэтому считают, что ему не следует писать по таким вопросам, в которых он не является знатоком. Это рассматривается, как вопрос noblesse oblige. Однако для достижения моей цели я хочу отказаться от noblesse и прошу, в связи с этим, освободить меня от вытекающих отсюда обязательств. Мои извинения заключаются в следующем.

Мы унаследовали от наших предков острое стремление к объединенному, всеохватывающему знанию. Самое название, данное высочайшим институтам познания – университетам, – напоминает нам, что с древности и в продолжение многих столетий универсальный характер знаний был единственным, к чему могло быть полное доверие. Но расширение и углубление разнообразных отраслей знания в течение последних ста замечательных лет поставило нас перед странной дилеммой. Мы ясно чувствуем, что только теперь начинаем приобретать надежный материал для того, чтобы объединить в одно целое все, что нам известно; но с другой стороны, становится почти невозможным для одного ума полностью овладеть более чем какой-либо одной небольшой специальной частью науки.

Эрвин Шредингер (годы жизни - 1887-1961) - австрийский физик, который известен как один из создателей квантовой механики. В 1933 году он получил Нобелевскую премию по физике. Шредингер Эрвин является автором главного уравнения в таком разделе, как нерелятивистская Оно известно сегодня как уравнение Шредингера.

Происхождение, ранние годы

Вена - город, в котором родились многие выдающиеся люди, в том числе и великий физик Эрвин Шредингер. Краткая биография его и в наше время вызывает большой интерес, причем не только в научных кругах. Отцом его был Рудольф Шредингер, промышленник и ботаник. Матерью его являлась дочь профессора химии местного Венского университета. Она была наполовину англичанкой. Еще в детстве Эрвин Шредингер, фото которого вы найдете в этой статье, выучил английский язык, который он знал наряду с немецким. Мать его была лютеранкой, а отец - католиком.

В 1906-1910 гг., после окончания гимназии, Шредингер Эрвин обучался у Ф. Газенерля и Ф. С. Экснера. В молодые годы он увлекался творчеством Шопенгауэра. Этим объясняется его интерес к философии, в том числе и восточной, теории цвета и восприятия, веданте.

Служба, женитьба, работа профессором

Шредингер Эрвин служил артиллерийским офицером в период с 1914 по 1918 год. В 1920 г. Эрвин женился. Супругой его стала А. Бертель. Со своей будущей женой он познакомился в Зеемахе летом 1913 г., когда осуществлял опыты, связанные с Тогда же, в 1920 году, он стал учеником М. Вина, который работал в Йенском университете. Еще через год Шредингер Эрвин принялся работать в Штутгарте, где он был ассоциированным профессором. Чуть позже, в этом же 1921 году, он перебрался в Бреслау, где был уже полным профессором. Летом Эрвин Шредингер переехал в Цюрих.

Жизнь в Цюрихе

Жизнь в этом городе была очень благотворной для ученого. Дело в том, что не только науке любил посвящать свое время Эрвин Шредингер. Интересные факты из жизни ученого включают его увлечение лыжными походами и альпинизмом. А горы, расположенные поблизости, предоставляли ему хорошую возможность для отдыха в Цюрихе. Кроме того, Шредингер общался со своими коллегами Паулем Шеррером, Петером Дебаем и Германом Вейлем, которые работали в Цюрихском политехникуме. Все это способствовало научному творчеству.

Тем не менее время, которое Эрвин провел в Цюрихе, было омрачено тяжелой болезнью в 1921-22 гг. Ученый заболел туберкулезом легких, поэтому провел 9 месяцев в Швейцарских Альпах, в курортном городке Ароза. Несмотря на это, цюрихские годы в творческом отношении стали самыми плодотворными для Эрвина. Именно здесь он написал свои труды по волновой механике, ставшие классическими. Известно, что Вейль очень помог ему в преодолении математических затруднений, с которыми столкнулся Эрвин Шредингер.

Уравнение Шредингера

В 1926 году Эрвин опубликовал в одном научном журнале очень важную статью. В ней было представлено уравнение, известное нам как уравнение Шредингера. В этой статье (Quantisierung als Eigenwertproblem) оно использовалось в отношении задачи об атоме водорода. С помощью него Шредингер объяснил его спектр. Данная статья является одной из важнейших в физике 20 века. В ней Шредингер заложил основы нового направления в науке - волновой механики.

Работа в Берлинском университете

Известность, которая пришла к ученому, открыла ему дорогу в престижный Берлинский университет. Эрвин стал кандидатом на должность профессора теоретической физики. Этот пост освободился после того, как Макс Планк вышел в отставку. Шредингер, преодолев сомнения, принял это предложение. Он приступил к своим обязанностям 1 октября 1927 года.

В Берлине Эрвин нашел единомышленников и друзей в лице Альберта Эйнштейна, Макса Планка, Макса фон Лауэ. Общение с ними, безусловно, вдохновляло ученого. Шредингер в Берлинском университете вел лекции по физике, проводил семинары, физический коллоквиум. Кроме того, он участвовал в различных организационных мероприятиях. Тем не менее в целом Эрвин держался особняком. Об этом говорят воспоминания современников, а также отсутствие у него учеников.

Эрвин покидает Германию, Нобелевская премия

В 1933 году, когда к власти пришел Гитлер, покинул Берлинский университет Эрвин Шредингер. Биография его, как вы видите, отмечена многочисленными переездами. На сей раз ученый просто не мог поступить иначе. Летом 1937 г. немолодой уже Шредингер, который не хотел подчиняться новому режиму, решил переехать. Необходимо отметить, что свое неприятие нацизма Шредингер никогда не выказывал открыто. Он не хотел вмешиваться в политику. Тем не менее в Германии тех лет сохранить аполитичность было почти невозможно.

Как раз в это время Фредерик Линдеман, британский физик, посетил Германию. Он пригласил Шредингера устроиться на работу в Ученый, отправившись в Южный Тироль на летний отдых, уже не возвратился в Берлин. Вместе с супругой он прибыл в Оксфорд в октябре 1933 г. Вскоре после прибытия Эрвин узнал о присуждении ему Нобелевской премии (совместно с П. Дираком).

Работа в Оксфорде

Шредингер в Оксфорде был членом колледжа Магдалины. У него не было преподавательских обязанностей. Вместе с другими эмигрантами ученый получал обеспечение от фирмы Imperial Chemical Industry . Тем не менее он не смог освоиться в непривычной обстановке этого университета. Одна из причин - отсутствие в учебном заведении, ориентированном главным образом на традиционные теологические и гуманитарные дисциплины, интереса к современной физике. Это заставляло Шредингера ощущать, что он не заслужил столь высокое жалование и положение. Еще одним аспектом дискомфорта ученого являлись особенности общественной жизни, которая была полна формальностей и условностей. Это сковывало свободу Шредингера, как сам он признавался. Все эти и другие сложности, а также сворачивание программы финансирования в 1936 году вынудили Эрвина рассматривать предложения о работе. После того как Шредингер посетил Эдинбург, он решил вернуться на родину.

Возвращение на родину

Осенью 1936 года ученый стал работать в Грацском университете в должности профессора теоретической физики. Однако его пребывание в Австрии было непродолжительным. В марте 1938 г. произошел аншлюс страны, и она стала частью нацистской Германии. Ученый, воспользовавшись советом ректора университета, написал письмо примирения, в котором выражалась его готовность мириться с новой властью. 30 марта оно было опубликовано и вызвало негативную реакцию со стороны эмигрировавших коллег. Однако и эти меры Эрвину не помогли. Из-за политической неблагонадежности он был уволен с занимаемой им должности. Официальное уведомление Шредингер получил в августе 1938 г.

Рим и Дублин

Ученый отправился в Рим, так как фашистская Италия тогда была единственным государством, въезд в которое не требовал визы (ее могли и не предоставить Эрвину). К этому времени Шредингер связался с Имоном де Валера, премьер-министром Ирландии. Он был математиком по образованию и решил создать в Дублине новое учебное заведение. Де Валера выхлопотал для Эрвина и его супруги транзитную визу, открывавшую проезд по Европе. Так они прибыли в Оксфорд осенью 1938 года. Пока шла организационная работа по открытию института в Дублине, Эрвин занял временную должность в бельгийском Генте. Этот пост финансировался из средств Фонда Франки.

Здесь ученого и застала Вторая мировая война. Вмешательство де Валера помогло Эрвину (который после аншлюса считался гражданином Германии, то есть вражеской страны) проехать через Англию. Он прибыл в 7 октября 1939 г.

Работа в Дублинском институте, последние годы жизни

Дублинский институт высших исследований был официально открыт в июне 1940 г. Эрвин был первым профессором отделения теоретической физики - одного из двух первых отделений. Кроме того, он был назначен директором института. Другие сотрудники, появившиеся позже (среди них были В. Гайтлер, Л. Яноши и К. Ланцош, а также множество молодых физиков), могли полностью посвятить себя исследовательской работе.

Эрвин вел семинар, читал лекции, инициировал проведение летних школ при институте, которые посещали виднейшие физики Европы. Главным научным интересом Шредингера в ирландские годы стала теория гравитации, а также вопросы, которые лежат на стыке двух наук - физики и биологии. В 1940-45 гг. и с 1949 по 1956 год ученый являлся директором отделения теоретической физики. Затем он решил вернуться на родину, стал работать в Венском университете профессором теоретической физики. Через 2 года ученый, который в то время часто болел, решил выйти в отставку.

Шредингер провел последние годы своей жизни в Альпбахе, тирольской деревне. Ученый умер из-за обострения туберкулеза в больнице города Вены. Это произошло 4 января 1961 г. В Альпбахе был похоронен Эрвин Шредингер.

Кот Шредингера

Вероятно, вы уже слышали о существовании этого феномена. Однако людям, далеким от науки, обычно мало что известно о нем. Стоит рассказать об этом, так как очень важное и интересное открытие сделал Эрвин Шредингер.

"Кот Шредингера" - это знаменитый мыслительный эксперимент, который провел Эрвин. Ученый с помощью него хотел показать, что квантовая механика является неполной, когда от субатомных частиц переходит к макроскопическим системам.

Статья Эрвина с описанием этого эксперимента появилась еще в 1935 году. В нем для объяснения применяется прием сравнения, можно даже сказать, олицетворения. Ученый пишет, что есть кот и ящик, в котором имеется механизм, содержащий емкость с ядовитым газом и радиоактивное атомное ядро. В эксперименте параметры подобраны так, что распад ядра с вероятностью в 50 % произойдет за час. Если оно распадется, емкость с газом откроется и кот погибнет. Однако если этого не случится, животное будет жить.

Итоги эксперимента

Итак, оставим животное в ящике, подождем час и поставим вопрос: жив ли кот или нет? Согласно квантовой механике, атомное ядро (а значит, и животное) находится одновременно во всех состояниях (квантовая суперпозиция). Система "кот - ядро" до открытия ящика была с вероятностью 50 % в состоянии "кот мертв, ядро распалось" и с вероятностью 50 % "кот жив, ядро не распалось". Получается, что животное, находящееся внутри, одновременно и умерло, и нет.

Согласно кот все-таки будет либо жив, либо мертв, без промежуточных состояний. Состояние распада ядра выбирается не тогда, когда открывается ящик, а при попадании ядра в детектор. Ведь редукция в данном случае связана не с наблюдателем ящика (человеком), а с наблюдателем ядра (детектором).

Вот такой интересный эксперимент провел Эрвин Шредингер. Открытия его дали толчок дальнейшему развитию физики. В заключение хотелось бы привести два высказывания, автором которых он является:

• "Настоящее - это единственная вещь, не имеющая конца".
• "Я иду против течения, но направление потока изменится".

На этом заканчиваем знакомство с великим физиком, имя которого - Эрвин Шредингер. Цитаты, приведенные выше, позволяют немного приоткрыть его внутренний мир.

Шредингер Эрвин, биография которого будет рассмотрена в статье, родился в 1887 г., 12 августа в Вене. Скончался он там же, в 1961 г., 4 января. Шредингер Эрвин - физик , обладатель Нобелевской премии. Он также являлся членом нескольких академий наук.

Общие сведения

Шредингер Эрвин, фото которого представлено выше, сформулировал зависящее от времени и стационарное волновые уравнения. Им была предложена оригинальная трактовка сути волновой функции. Ученый также показал тождественность матричной механики и формализма, разработал теорию возмущений, вывел решения для ряда задач. Им было создано множество научных трудов. Шредингер Эрвин - создатель квантовой механики . Он работал над общей теорией относительности, предпринял ряд попыток построения единой концепции поля.

Происхождение

Отцом ученого был Рудольф Шредингер. Эрвин являлся единственным ребенком в семье. Отец был успешным предпринимателем. Он владел фабрикой по выпуску линолеума и клеенки. Мать ученого являлась дочерью Александра Бауэра - химика. Его лекции Эрвин посещал в период обучения в Венской техшколе. Обстановка в семье, прекрасное образование родителей способствовали развитию разнообразных интересов ребенка. До 11 лет Эрвин обучался дома. В 1898 г. он был принят в Академическую гимназию. В ней изучались преимущественно гуманитарные науки. В каждом классе лучшим учеником всегда становился Шредингер. Эрвин любил учиться, много читал, изучал иностранные языки. Кроме этого, ему нравился театр.

Образование

Сдав экзамены в школе, Шредингер Эрвин был зачислен в Венский университет. Произошло это в 1906 году. В университете он выбрал курсы физики и математики. Особое влияние на формирование интересов юноши оказал Ф. Экснер. Он читал лекции по физике и большое значение придавал философским и методологическим вопросам науки. После знакомства с Ф. Хазенерлем, у Эрвина появился интерес к теоретическим аспектам физики. Именно от него будущий ученый узнал о насущных проблемах и сложностях, которые возникают при попытках их решить. В процессе обучения в университете Эрвин в совершенстве овладел всеми математическими методами в физике. Диссертационная работа молодого ученого, однако, была экспериментальной. Труд был посвящен исследованию влияния влажности на электрические характеристики некоторых изоляционных материалов (янтарь, эбонит, стекло). После сдачи экзаменов и защиты Шредингер Эрвин получил докторскую степень.

Начало карьеры

В 1911 году, в октябре Шредингер Эрвин возвращается во 2-й физический институт при Венском университете. Здесь он становится ассистентом Экснера. Эрвин ведет занятия физического практикума и участвует в исследованиях. В 1913 году он подал ходатайство на присуждение звания приват-доцента. В следующем году Эрвин его получил. Далее он хотел начать активную преподавательскую деятельность, но планы нарушила Первая мировая. Молодого ученого призвали в армию. Эрвин служил на сравнительно спокойных участках фронта. В 1917 г. его назначили преподавателем метеорологии в Винер-Нойштадте. Режим службы позволял ему читать литературу и работать над проблемами науки.

Переезды

В 1918 г. Шредингер возвращается в Вену. Приблизительно в это же время он получает предложение занять пост экстраординарного профессора в университете г. Черновцы. Но Австро-Венгерская империя распалась, и город оказался в другом государстве. Австрия находилась в тяжелом экономическом кризисе, семья Шредингера обанкротилась. Молодой ученый был вынужден искать новую работу. Осенью 1919 г. ему поступило предложение от Макса Вина. Он возглавлял Физический институт в Йенском университете. Вин предложил Шредингеру стать его ассистентом и доцентом кафедры. В 1920 г., в апреле последний приехал в Йену. Однако задержался он там только на 4 месяца. После этого Шредингер отправился в Штутгарт, в Высшую техшколу. Здесь он стал экстраординарным профессором. Однако и здесь он проработал недолго. Ему стали поступать предложения и из других университетов. В итоге Шредингер Эрвин выбрал институт в Бреслау. Здесь он читал свои лекции в течение летнего семестра. По его завершении Шредингер снова сменил работу.

Цюрих

В этот город Шредингер переехал в 1921 г., став главой престижной кафедры в местном университете. В Цюрихе его финансовое положение было более устойчиво. Кроме этого, здесь было множество возможностей для отдыха (Эрвин любил лыжные походы и альпинизм), встреч с ведущими учеными, творческой деятельности. Однако время пребывания в Цюрихе омрачилось болезнью. У Шредингера диагностировали туберкулез. Из-за этого 9 месяцев он провел в Швейцарских Альпах. Что касается творческой деятельности, годы, проведенные в Цюрихе, стали самыми плодотворными.

Берлин

Работу, которую вел Эрвин Шредингер, книги , изданные им в Цюрихе, принесли ему известность в научных кругах. Вскоре он стал одним из главных кандидатов на должность профессора в Берлинском университете. В 1927 г., 1 октября ученый принял предложение и приступил к работе. В Берлине он познакомился с величайшими научными деятелями: Эйнштейном, Планком, Максом фон Лауэ. Они разделяли его консервативный взгляд на квантовую механику, отрицали копенгагенскую ее интерпретацию. В университете ученый читал лекции, проводил семинары, участвовал в организационных мероприятиях. Но в целом он держался особняком.

Оксфорд

Шредингер характеризовал время, проведенное в Берлине, как "лучшие годы учебы и преподавания". Однако прекрасный период закончился с приходом Гитлера. Будучи уже немолодым, Эрвин не желал жить и работать в новом режиме. Он решает снова сменить обстановку. Несмотря на негативное отношение к нацизму, Шредингер открыто не высказывал своего мнения. Более того, он не хотел вмешиваться в процессы, стремясь отстраниться от политики. Но сохранить такую позицию было в то время крайне сложно. Объясняя причины отъезда, ученый говорил, что не терпит, когда его донимают политикой. В 1933 году Шредингер получил приглашение в Оксфорд. Вскоре ему сообщили о присуждении Нобелевской премии.

Самооценка

Особый интерес представляют мемуары, которые писал Шредингер Эрвин. Цитаты из них достаточно ярко характеризуют его как личность. Например, он дает оценку своему мышлению. В своих работах, как и в жизни в целом, он не следовал какой-то конкретной генеральной линии, рассчитанной на продолжительный период. Шредингер говорил: "Интерес к чему-либо всегда зависел от интереса, который проявляют к вопросу другие. В редких случаях я говорю первым, но часто произношу второе слово. Побудительным фактором является желание исправить или возразить…".

Возвращение на родину

После завершения войны Шредингер часто получал приглашения приехать в Германию или Австрию, но отклонял их. Свое согласие на возвращение он дал только после того, как был подписан Австрийский договор. Президент республики в начале 1956 г. утвердил постановление, которым ученому предоставлялась персональная должность профессора в Венском университете. Уже в апреле этого же года Шредингер начал работу на родине. Через 2 года, однако, он вынужден был покинуть пост из-за болезни. Последние годы ученый провел в деревне Альпбах.

Шредингер Эрвин: открытия

Большое влияние на деятельность ученого оказала работа Луи де Бройля. В ней присутствовала идея о волновых характеристиках вещества. Кроме этого, ученый изучал статью Эйнштейна о квантовой теории газа. Успех деятельности в этом направлении обеспечивался владением математическим аппаратом. Шредингер попытался обобщить волны Бройля в случае взаимодействующих частиц с учетом релятивистских эффектов. Спустя время он предложил энергетические уровни, представив их как собственные значения некоторого оператора. Но проверка для простейшего водородного атома дала разочаровывающие результаты. Ученый оставил на некоторое время эту работу. Впоследствии, вернувшись к ней, он выяснил, что подход дает удовлетворительный результата при нерелятивистском приближении.

В 1926 г. Шредингер сформулировал волновое уравнение, применив его к нахождению энергетических дискретных уровней водородного атома. Впоследствии, обобщив формулу, он пришел к выводу о тождественности скорости одной частицы групповой интенсивности волнового пакета. Кроме этого, ученый, используя свой подход, решил задачу о гармоническом осцилляторе. В своей работе Шредингер впервые стал использовать понятие "волновая механика". Обобщив метод, который был создан лордом Рэлеем, в концепции акустических колебаний, он сформулировал метод получения приближенных решений для сложных задач. Этот метод использовался при описании эффекта Штарка для водородного атома. Впоследствии ученый создал формулу, позже названную нестационарной. Уравнение использовалось для развития теории возмущений, зависящих от времени.

Труд Эрвина Шредингера "Что такое жизнь?"

Достижения ученого позволили заложить теоретические основы химии. Развитие этой науки, в свою очередь, сильно повлияло на становление молекулярной биологии. Непосредственный вклад в этот процесс внес труд Эрвина Шредингера "Что такое жизнь ?". Он основывается на лекциях, прочитанных в Тринити-колледже Дублина в 1943 г. Труд был создан под влиянием статьи Делбрюка, Циммера и Тимофеева-Ресовского в 1935 г. Публикация посвящена исследованию генетических мутаций, возникающих под действием гамма- и рентгеновских излучений. Для объяснения изменений авторы использовали теорию мишеней. Несмотря на то что в тот период природа наследственности не была изучена, использование атомной физики при рассмотрении проблемы мутагенеза позволило определить некоторые закономерности. Статья была положена в основу работы Шредингера, которая заинтересовала многих молодых физиков. В первых нескольких главах рассматриваются механизмы мутаций и наследственности. В последних двух разделах Шредингер высказывает свои мысли о вопросе природы жизни. В частности, автор вводит понятие отрицательной энтропии. Ее организмы должны получать из внешней среды. Она позволяет компенсировать рост энтропии, приводящей к термодинамическому равновесию и смерти.

Мысленный эксперимент

В ходе своей научной деятельности Шредингер в одном из исследований хотел продемонстрировать неполноту теории квантовой механики в конкретной ситуации. В частности, изучался переход от субатомных структур к макроскопическим. Что предложил Эрвин Шредингер? Кот помещается в закрытую стальную камеру вместе с адской машиной. Последняя представляет собой счетчик Гейгера, внутри которого находится радиоактивное вещество. Но его настолько мало, что за час может распасться только 1 атом. Однако с такой же вероятностью этого может и не произойти. Что особенно подчеркивал Эрвин Шредингер - кот не должен иметь прямой доступ к машине. Если распад произойдет, считывающая трубка разрядится, сработает реле, которым опускается молот, разбивающий колбу с синильной кислотой. Далее предлагается предоставить систему на час самой себе. В результате, заключает Эрвин Шредингер, черный ящик преобразует неопределенность, изначально ограниченную атомным миром, в макроскопическую. Она может устраняться прямым наблюдением. Это обстоятельство мешает воспринимать "модель размытия" как отражающую реальность. Предоставив систему на час самой себе, можно заключить, что кот останется живым по истечении времени, если распада не случится. При первом же расщеплении животное погибнет. В соответствии с квантовой механикой, при отсутствии наблюдения за ядром, то оно будет описываться с использованием суперпозиции. Она, в свою очередь, представляет собой распавшееся и нераспавшееся состояния. Соответственно, сидящий в камере кот одновременно и живой, и мертвый. Если открыть ее, то наблюдатель увидит только одно состояние. Вопрос в том, когда перестает существовать система и выбирает одну позицию? Эксперимент направлен на то, чтобы показать неполноту квантовой механики без определенных правил. Они указывают на условия, при которых случается коллапс. Понятно, что кот должен быть или мертвым, или живым, поскольку в реальности не существует состояния смешения. Аналогичное правило действует и в отношении ядра. Оно будет обязательно распавшимся или целым.

Учение о цвете

Ему уделялось особое внимание в лаборатории Экснера. Шредингер изучал теоретический аспект вопроса. Итоги его работы были изложены в статье, опубликованной в 1920 г. В качестве основы ученый использовал не плоский треугольник цветов, а трехмерное пространство с тремя базисными векторами. Чистые спектральные оттенки расположены на поверхности определенной фигуры (конуса). Объем заполняют смешанные цвета (белый, к примеру). Для каждого оттенка предусмотрен свой радиус-вектор. Далее определяется ряд количественных характеристик (яркость, например). Это позволяет объективно сопоставлять относительные значения для разных цветов. Шредингер вводит в трехмерное пространство закономерности римановой геометрии. Минимальное расстояние между двумя точками должно являться количественным показателем отличия цветов. Впоследствии ученый предложил метрику пространства, позволяющую вычислять яркость, согласно закону Вебера-Фехнера. Несколько работ Шредингер посвятил физиологическим особенностям зрительного аппарата, написал обширный обзор по цветовосприятию. В одной из статей он пытался связать чувствительность глаз к свету с различной длиной волны и спектральный состав излучения Солнца. Ученый считал, что палочки, нечувствительные к цвету (рецепторы в сетчатке, отвечающие за ночное видение), появились на начальных стадиях эволюции, еще раньше, чем колбочки. Эти изменения, как утверждал Шредингер, можно обнаружить в строении глаза. Его работы позволили ему приобрести к середине 1920-х гг. репутацию одного из главных специалистов по вопросам исследования цвета. Но с этого времени его внимание было обращено на совсем другие проблемы. Впоследствии к исследованию цветов он больше не возвращался.

Эрвин Шредингер (1887-1961) - австрийский физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике (1933); профессор Берлинского, Оксфордского, Градского и Гент-ского университетов. С 1939 г. - директор основанного им Institute for advanced studies в Дублине; иностранный член-корреспондент (1928) и иностранный почетный член (1934) АН СССР. Разработал (1926) квантовую механику и волновую теорию материи, сформулировал ее основное уравнение (уравнение Шредингера), доказал ее идентичность матричному варианту квантовой механики. Труды по кристаллографии, математической физике, теории относительности, биофизике. Нобелевская премия (1933, совместно с П. А. М. Дираком).

Отец Эрвина, Рудольф Шредингер, получил по наследству небольшую фабрику клеенки, что обеспечивало его семью материально и оставляло ему возможности заниматься и естественными науками: он много лет был вице-президентом Венского ботанико-зоологического общества и выступал там с докладами. Эрвин Шредингер писал впоследствии, что отец был ему «другом, учителем и неутомимым собеседником». Мать Эрвина была чуткой, заботливой и жизнерадостной женщиной. Безоблачное детство Эрвина протекало в доме, где царили доброта, наука и искусство.

До одиннадцати лет ребенка учили дома, а в 1898 году, успешно выдержав вступительные экзамены, он поступил в Академическую гимназию, которую окончил в 1906 году. Эта гимназия пользовалась репутацией престижного учебного заведения, но, в основном, гуманитарного профиля. Тем не менее, после блестяще сданных выпускных экзаменов (Эрвин вообще неизменно был первым учеником в классе), когда пришла пора выбора дальнейшего пути, без колебаний предпочтение было отдано математике и физике.

Осенью 1906 г. Шредингер поступил в Венский университет, где еще недавно, до своей трагической гибели работал Людвиг Больцман. Но этот выбор Эрвина не сделал его узким специалистом. Круг его интересов всегда оставался удивительно широким. Он знал шесть иностранных языков, хорошо знал немецких поэтов, сам писал стихи.

Все же на первый план все определеннее выступали дисциплины физико-математического цикла. Во многом это было заслугой преподавателей, в частности Фрица Газенроля, о котором в 1929 г. в Нобелевской лекции Шредингер говорил: «Тогда (во время Первой мировой войны) погиб Газенроль, и чувство подсказывает мне, что, не случись этого, он стоял бы здесь вместо меня». Именно этот яркий человек помог второкурснику Шредингеру понять, что его призванием является теоретическая физика.

Для докторской диссертации (аналога теперешней дипломной работы) Шредингеру была предложена экспериментальная работа, которая была не только успешно защищена, но и удостоилась опубликования в «Докладах» Венской академии наук. После сдачи выпускных экзаменов двадцатитрехлетнему Эрвину Шредингеру была присуждена степень доктора философии.

Наиболее интересной для Шредингера областью стала термодинамика в вероятностной интерпретации, развитой Больцманом. «Круг этих идей, - говорил Э. Шредингер в 1929 г., - стал для меня как бы первой любовью в науке, ничто другое меня так не захватывало и, пожалуй, уже никогда не захватит». В качестве докторской диссертации Шредингер защищает экспериментальную работу по электрической проводимости на поверхности изоляторов во влажном воздухе, выполненную им в лаборатории Экснера.

Ассистент, доцент, офицер. На юго-западном фронте.

Вскоре после окончания университета Шредингер получил место ассистента Экснера, во Втором физическом институте Венского университета. С 1914 г. - Шредингер становится приват-доцентом. С 1910 г. появляются первые публикации Шредингера, посвященные диэлектрикам, кинетической теории магнетизма, атмосферному электричеству (премия Гайтингера), теории аномальной электрической дисперсии, интерференционным явлениям, теории эффекта Дебая и др. Круг его интересов был весьма широк: радиоактивность в ее связи с атмосферным электричеством (за эти годы работы он был удостоен премии, учрежденной Австрийской академией наук), электротехника, акустика и оптика, в особенности теория цветов. Тогда же он впервые заинтересовался квантовой физикой.

Успешная работа молодого преподавателя была замечена, и 9 января 1914 г. он был утвержден министерством в звании доцента, что давало ему право читать лекции. Однако приват-доцентура не оплачивалась, так что материальное положение Шредингера не изменилось, и он по-прежнему жил с родителями в Вене и «залезал к ним в карман» ввиду скудности университетской заработной платы. Попытки изменить это положение были прерваны: началась война, и Эрвин Шредингер был мобилизован.

По тогдашним австрийским законам выпускник университета Эрвин Шредингер должен был год отслужить в армии. За несколько недель до начала Первой мировой войны Шредингера призывают в армию. В отличие от Ф. Газенорля, погибшего на фронте, Шредингеру повезло - его отправляют в качестве артиллерийского офицера на относительно спокойный участок Юго-Западного фронта (район Триеста). Там ему удается даже оставаться в курсе развития физики, в частности, познакомиться со статьями А. Эйнштейна по общей теории относительности и в 1918 г. опубликовать две статьи по этой теме.

«Академические годы странствий»

После окончания войны, в ноябре 1918 г. Э. Шредингер вернулся в Венский физический институт. Однако послевоенная жизнь в Австрии была трудна, перспектив улучшения не было, и поэтому, получив приглашение поработать в Иенском физическом институте у Макса Вина, Шредингер взял в Вене полугодовой отпуск и с молодой женой (он только что женился) в апреле 1920 г. поселился на новом месте.

В Германии тогда трудилась плеяда выдающихся физиков, среди которых прежде всего можно упомянуть Эйнштейна и Макса Планка, и возможность общения с ними была привлекательной. В Иене Шредингер проработал, однако, только четыре месяца. Он уже приобрел «имя», и приглашения на работу в различные научные центры начали поступать все чаще.

В начале 1921 г. университеты Киля, Бреслау, Гамбурга и его родной Вены обещали ему должность профессора теоретической физики. Поступило приглашение и из Штутгарта, Шредингер переехал туда и в начале 1921 г. приступил к чтению лекций. Но работа в Штутгарте продолжалась всего один семестр, и Шредингер перешел в университет в Бреслау. Однако несколько недель спустя он получил приглашение возглавить кафедру теоретической физики Политехникума в Цюрихе, которую до этого занимали ни больше ни меньше как Альберт Эйнштейн и Макс фон Лауэ. Это приглашение поднимало Шредингера на высшую ступень академической «табели о рангах». В 1921 году он перебрался в Цюрих.

Уравнение Шредингера

Уравнение Шредингера - основное уравнение нерелятивистской квантовой механики; позволяет определить возможные состояния системы, а также изменение состояния во времени. Сформулировано Э. Шредингером в 1926 г.

По складу ума Эрвин Шредингер, подобно Планку, Эйнштейну и ряду других физиков того времени, тяготел к классическим представлениям в физике и не принял копенгагенской вероятностной интерпретации корпускулярно-волнового дуализма. В 19251926 гг. Шредингером были выполнены работы, выдвинувшие его в первый ряд создателей волновой механики.

Наличие волновых свойств у электронов Шредингер принял как фундаментальный экспериментальный факт. Для физики волны далеко не были чем-то новым. Было хорошо известно, что в описании волн различной физической природы есть много общего - математически они описываются похожими методами (так называемыми волновыми дифференциальными уравнениями в частных производных). И здесь проявляется любопытнейшее обстоятельство, которое можно проиллюстрировать на примере звуковой волны в органной трубе.

Все величины, относящиеся к звуковой волне - и распределение плотностей, и давлений, и температур и так далее в такой «стоячей» волне являются обычными, описываемыми классической теорией, но в то же время существуют и определенные дискретные «резонансные» состояния: каждая из труб, в зависимости от ее длины, «настроена» на определенную частоту. Это наводит на мысль, что, например, и различные квантовые дискретные состояния электронов в атомах также имеют такую же «резонансную» природу. Таким образом, волны де Бройля становятся в ряд «обычных» классических волн, а квантовые дискретные состояния - в ряд «обычных» резонансных. Конечно, для описания электронных (и других подобных им) волн необходимо располагать уравнением, такой же степени общности, как и уравнения Исаака Ньютона в классической механике, и в 1926 г. Шредингер предложил такое уравнение, знаменитое уравнение Шредингера, явившееся математической основой волновой (по другой терминологии - квантовой) механики.

Но предложенная Шредингером «классическая» интерпретация той величины, которая определяется этим уравнением - волновой функции - не удержалась. После напряженнейших дискуссий с датским физиком Нильсом Бором, доводивших Шредингера до изнеможения и до отчаяния, ему пришлось признать необходимость отказа от ее классического истолкования в пользу вероятностного. Это был тяжелый удар. Перед отъездом из Копенгагена от Бора Шредингер сказал ему: «Если мы собираемся сохранить эти проклятые квантовые скачки, то мне приходится пожалеть, что я вообще занялся квантовой теорией». Негативное отношение к «копенгагенской интерпретации» квантовой теории у Шредингера (как и у Эйнштейна, Планка, де Бройля, Лауэ) так и не изменилось до конца его дней.

В Берлинском университете

После ухода в почетную отставку Макса Планка кафедра теоретической физики в Берлинском университете оказалась незанятой, и вопрос о его приемнике должна была решить специально созданная комиссия. Она предложила список кандидатов, в котором на втором месте (после Арнольда Зоммерфельда) значилась фамилия Шредингера. Зоммерфельд отказался переехать в Берлин, и возможность занять весьма престижное место открылась перед Шредингером. Он колебался и, может быть, не покинул бы прекрасный Цюрих, если бы не узнал, что Планк «...был бы рад...» видеть его преемником.

Это решило дело, и в конце лета 1927 года Эрвин Шредингер переселился в Берлин. Тепло принятый новыми коллегами, он быстро освоился на новом месте, и годы жизни и продуктивной работы в Берлине он потом вспоминал как «прекрасные». На следующий год после переезда из Цюриха Шредингер был единогласно (что бывало чрезвычайно редко!) избран членом Берлинской академии наук. Но основным полем деятельности оставался университет. Хотя Шредингер был типичным «одиночкой» и не создал школы, его научный и нравственный авторитет играл важную роль.

Все рухнуло в 1933 году, когда к власти пришли фашисты. Началось массовое бегство из Германии лучших ученых. Даже отсутствия «гарантии, что человек безоговорочно примет национал-социалистический режим», было достаточно, чтобы подвергнуться преследованию. Шредингер также решил покинуть Германию. «Я терпеть не могу, когда меня донимают политикой» - это его слова. Под предлогом творческого отпуска он уехал в Южный Тироль, а оттуда в октябре 1933 года вместе с женой перебрался в Оксфорд. Вскоре Эрвин Шредингер получил известие, что он удостоен Нобелевской премии по физике за 1933 год.

Три года проработал Шредингер в Оксфорде исследователем-стипендиатом. Тоскуя по родине, он вернулся в Австрию; с октября 1936 г. Шредингер - ординарный профессор теоретической физики университета в Граце. Но в марте 1938 года после аншлюса немецкие порядки распространились и на Австрию, и 31 марта Эрвин Шредингер был из-за политической неблагонадежности вычеркнут из всех университетских списков Германии и Австрии.

Опять скитания. Переезд в Дублин

Через Италию, Швейцарию и Бельгию Шредингер в 1939 году опять вернулся в Англию, где он был защищен от непосредственной фашистской угрозы. В это время глава правительства Ирландии И. де Валера, математик по образованию, занимался организацией в Дублине института, подобного Прин-стонскому, и Шредингер стал его главой. Здесь он проработал 17 лет, активно занимаясь не только физикой, но и философией, поэзией и даже биологией.

В 1944 году вышла его известная книга «Что такое жизнь с точки зрения физики?», в 1949 году - сборник стихов, а в 1954 г. - книга «Природа и греки». Как физик, Эрвин Шредингер в эти годы много работал в области теории гравитации и, подобно Эйнштейну, прилагал большие усилия для построения единой теории поля.

После окончания войны Шредингер не раз получал приглашения вернуться в Австрию и в Германию. Но он полюбил Ирландию, и только поверив, что угрозы новых политических потрясений миновали, решился вернуться на родину. Его возвращение было триумфальным. Шредингер проработал в Венском университете два года и еще один «год почета». Последние годы его жизни прошли в живописной тирольской деревне Альпбах.