Category: Science.Physics.Quantum

Topic: Erwin Schrödinger

English version [Ακολουθεί και η ελληνική εκδοχή]

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (12 Aug 1887 - 4 Jan 1961) is a German physicist, the founder of Quantum Mechanics.

Shrodinger's equation is one of the greatest conquests of the human spirit and describes the state vector of the quantum system over time Ψ (t) [Greek Ψ] This equation is a partial linear differential equation describing the wave function of a quantum system. The wave function defines the state of the system at each spatial point and time, and is the most comprehensive description that can be given for a physical system. In its simplest form it describes the probability density function of a particle's position over time, such as a charged particle, under the influence of an electric field or even a particle that moves freely in a vacuum. Of course, the solution of the Schrödinger equation can describe any system, molecular, atomic or subatomic but also macroscopic systems, as well as the whole universe. The Schrödinger equation is the only way to study quantum mechanics that leads to predictions. Other possible formulas are matrix mechanics, introduced by Werner Heisenberg, and path integral formulation developed mainly by Richard Feynman. Paul Dirac incorporates matrix engineering and Schrödinger equation into a single standardization.





Ελληνική εκδοχή


O Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (12 Αυγ. 1887 - 4 Ιαν 1961) είναι Γερμανός φυσικός, ο θεμελιωτής της Κβαντομηχανικής.

Η εξίσωση του Shrodinger αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες κατακτήσεις του ανθρωπίνου πνεύματος και περιγράφει το διάνυσμα κατάστασης (state vector) του κβαντικού συστήματος συναρτήσει του χρόνου Ψ(t) [ελληνικό Ψ] (δες εικόνα). Στην εξίσωση αυτή i είναι η φανταστική μονάδα, h’ είναι το h/2π η ανεωγμένη σταθερά του Planck και Η^ ο τελεστής Χαμιλτονιανής (Hamiltonian operator).



Schrödinger's equation

Η εξίσωση αυτή είναι μια μερική γραμμική διαφορική εξίσωση που περιγράφει την κυματοσυνάρτηση ενός κβαντομηχανικού συστήματος. Η κυματοσυνάρτηση ορίζει την κατάσταση του συστήματος σε κάθε χωρικό σημείο και κάθε χρονική στιγμή και αποτελεί την πλέον ολοκληρωμένη περιγραφή που μπορεί να δοθεί για ένα φυσικό σύστημα. Στην απλούστερη μορφή της περιγράφει την συνάρτηση πυκνότητας πιθανότητας της θέσης ενός σωματιδίου συναρτήσει του χρόνου, όπως ενός φορτισμένου σωματιδίου υπό την επίδραση ενός ηλεκτρικού πεδίου ή ακόμη και ενός σωματιδίου που κινείται ελεύθερα σε κενό χώρο. Βέβαια η λύση της εξίσωσης Schrödinger μπορεί να περιγράφει οποιοδήποτε σύστημα, μοριακό, ατομικό ή υποατομικό αλλά και μακροσκοπικά συστήματα, όπως και ολόκληρο το σύμπαν. Η εξίσωση Schrödinger είναι ο μόνος τρόπος μελέτης κβαντομηχανικών συστημάτων που οδηγεί σε προβλέψεις. Οι άλλες δυνατές τυποποιήσεις είναι η μηχανική των μητρών (matrix mechanics), που εισήχθη από τον Werner Heisenberg, και η τυποποίηση path integral που αναπτύχθηκε κυρίως από τον Richard Feynman. Ο Paul Dirac ενσωμάτωσε την μηχανική μητρών και την εξίσωση Schrödinger σε μια ενιαία τυποποίηση.

Το 1944, έγραψε το What Is Life?, που περιέχει μια συζήτηση για την αρνητική εντροπία (negentropy) και την ιδέα ενός πολύπλοκου μορίου με τον γενετικό κώδικα των ζωντανών οργανισμών. Σύμφωνα με το memoir του James D. Watson's memoir, ‘DNA, the Secret of Life’, το βιβλίο του Schrödinger έδωσε στον Watson την έμπνευση να ερευνήσει το γονίδιο που οδήγησε τελικά στην ανακάλυψη της δομής του διπλού έλικα του DNA το 1953. Ομοίως, ο Francis Crick, στο αυτοβιογραφικό του βιβλίο What Mad Pursuit, περιέγραψε πώς είχε επηρεαστεί από τις εικασίες του Schrödinger σχετικά με το πώς η γενετική πληροφορία μπορεί να αποθηκευτεί στα μόρια.
Ο Schrödinger έμεινε Δουβλίνο μέχρι την απόσυρσή του το 1955. Σε όλη του τη ζωή είχε ένα διαρκές ενδιαφέρον για τη φιλοσοφία Vedanta του Ινδουσιμού, που επηρέασε τις εικασίες του στο κλείσιμο του What Is Life? σχετικά με τη πιθανότητα η ατομική συνείδηση να είναι εκδήλωση μια ενοποιημένης συνείδησης που διαπερνά όλο το σύμπαν.

Στα πρώτα χρόνια της καριέρας του ο Schrödinger γνωρίστηκε με τις ιδέες της κβαντικής θεωρίας, όπως αναπτύχθηκαν στα έργα των Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Arnold Sommerfeld, και άλλων. Οι πρώτες δημοσιεύσεις του Schrödinger σχετικά με την ατομική θεωρία και τη θεωρία των φασμάτων άρχισε να εμφανίζεται την αρχή της δεκαετίας του 1920, μετά την προσωπική του γνωριμία με τους Sommerfeld και Wolfgang Pauli και την άφιξή του στη Γερμανία. Τον Ιανουάριο 1921, ο Schrödinger τέλειωσε το πρώτο του άρθρο στο αντικείμενο, σχετικά με το πλαίσιο της δράσης Bohr-Sommerfeld κατά την αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων πάνω σε μερικά χαρακτηριστικά των φασμάτων των αλκαλικών μετάλλων. Επίσης ενδιαφερόταν ιδιαίτερα για την εισαγωγή της σχετικιστικής θεώρησης στην κβαντική θεωρία. Το φθινόπωρο 1922 ανέλυσε τις τροχιές των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο από γεωμετρική οπτική, χρησιμοποιώντας μεθόδους που αναπτύχθηκαν από τον μαθηματικό Hermann Weyl (1885–1955). Αυτό το έργο, όπου αποδείχθηκε ότι οι κβαντικές τροχιές συνδέονται με συγκεκριμένες γεωμετρικές ιδιότητες, ήταν ένα σημαντικό βήμα πρόβλεψης των χαρακτηριστικών της κυματομηχανικής.

Τον Ιανουάριο 1926, ο Schrödinger δημοσίευσε στα Annalen der Physik το άρθρο Quantisierung als Eigenwertproblem (η Κβαντοποίηση είναι ένα πρόβλημα ιδιοτιμών) πάνω στην κυματομηχανική, όπου παρουσίασε την περίφημη εξίσωσή του (Schrödinger equation). Στο άρθρο αυτό έδωσε μια παραγωγή της κυματικής εξίσωσης για χρονικά αναλλοίωτα συστήματα και έδειξε ότι η λύση της εξίσωσης έδωσε τις σωστές ενεργειακές ιδιοτιμές για το άτομο του υδρογόνου. Το άρθρο αυτό έγινε παγκόσμια δεκτό ως ένα από τα πιο σημαντικά επιτεύγματα του 20ου αιώνα, έφερε επανάσταση σε όλες τις περιοχές της κβαντομηχανικής και γενικότερα της φυσικής. Εν τούτοις ο Schrödinger δεν αισθανόταν άνετα με τις συνέπειες της κβαντικής θεωρίας, λόγω της πιθανοκρατικής φύσης της. Έγραψε για την πιθανοκρατική ερμηνεία της κβαντομηχανικής: "Δεν μου αρέσει και λυπάμαι για ό,τι συνεισέφερα σε αυτό". Άλλωστε ακριβώς για να γελοιοποιήσει την πιθανοκρατική ερμηνεία της υπέρθεσης της σχολής της Κοπεγχάγης σχετικά με την κβαντομηχανική (κάθε τι είναι και σωματίδιο και κύμα όσο δεν παρατηρείται), επινόησε το περίφημο νοητικό πείραμα με το παράδοξο της γάτας του Schrödinger, σύμφωνα με το οποίο η γάτα μες στο κλειστό κουτί και ζει και δεν ζει (υπέρθεση και των 2 καταστάσεων) καθώς υφίσταται την επίδραση ενός θανατηφόρου ραδιενεργού υλικού με μια πιθανότητα και δεν υφίσταται με μια άλλη πιθανότητα και δεν έχουμε τη δυνατότητα παρατήρησης.