Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер (родился 12 августа 1887, Вена — умер 4 января 1961, там же) — австрийский физик-теоретик; лауреат Нобелевской премии по физике (1933); профессор в Берлинского, Оксфордского, Грацского и Гентского университетов. С 1939 — директор основанного им Institute for advanced studies в Дублине; разработал квантовую механику и волновую теорию материи.

Эрвин Шрёдингер родился в Вене в семье Рудольфа Шрёдингера и Георгины Эмили Бренды. В 1898 поступил в Академическую гимназию. После окончания классической гимназии c 1906 по 1910 учился в Венском университете, который к этому времени, благодаря И. Лошмидту, И. Стефану и Л. Больцману, стал видным центром теоретической и экспериментальной физики. Именно там под влиянием крупных физиков, учеников Л. Больцмана — Ф. Газенорля и Франца Экснера, сформировалось научное мировоззрение Шрёдингера.

Что... происхождение в строго определенном порядке (в терминах "до" и "после") не является качеством воспринимаемого мира, а относится к воспринимающему разуму.
(Разум и материя)

Шредингер Эрвин

Наиболее интересной для Шрёдингера областью стала термодинамика в вероятностной интерпретации, развитой Больцманом. «Круг этих идей,- говорил Э. Шрёдингер 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 Шрёдингер защищает экспериментальную работу по электрической проводимости на поверхности изоляторов во влажном воздухе, выполненную им в лаборатории Экснера.

После окончания университета Шрёдингер работает ассистентом Экснера, с 1914 г.- приват-доцентом. С 1910 г. появляются первые публикации Шрёдингера, посвящённые диэлектрикам, кинетической теории магнетизма, атмосферному электричеству (премия Гайтингера), теории аномальной электрической дисперсии, интерференционным явлениям, теории эффекта Дебая и др.

За несколько недель до начала Первой мировой войны Шрёдингера призывают в армию. В отличие от Ф. Газенорля, погибшего на фронте, Шрёдингеру 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.

После войны осенью 1919 г. Шрёдингер принимает приглашение М. Вина прочитать курс лекций по электронной и квантовой теории в Йенском университете. В 1920—1921 гг. Шрёдингер — профессор Штутгартского и Бреславского университетов, в 1921 г. возглавляет кафедру теоретической физики в Цюрихском университете, которую до него занимали А. Эйнштейн, П. Дебай и М. фон Лауэ.

Мировую славу Шрёдингеру принесли его работы по квантовой теории 1926 г. «Что существует более выдающегося в теоретической физике, чем его первые шесть работ по волновой механике?» — говорил впоследствии Макс Борн. Идея Л. де Бройля об электронных волнах, укладывающихся на орбитах целое число раз, привела Шрёдингера к пониманию дискретных состояний как собственных колебаний. Проблема квантования, таким образом, сводилась к поиску собственных значений и собственных функций. Введя понятие функции, описывающей состояние микрообъекта, Шрёдингер получает знаменитое «волновое уравнение» материи — уравнение Шрёдингера, играющее в атомной физике такую же фундаментальную роль, как ньютоновские уравнения в классической механике и уравнения Максвелла в классической электродинамике. Зная функцию в один из моментов времени, можно, решив уравнение Шрёдингера, получить ее и для любого другого момента времени. Сама функция описывает лишь вероятностное распределение состояний микрочастицы. Вскоре после создания волновой механики Шрёдингер показал ее формальную эквивалентность квантовой механике Гейзенберга — Борна — Йордана. Однако в принципиальном вопросе — интерпретации квантовой теории — Шрёдингер разошелся с копенгагенской школой, которая отбрасывала устоявшиеся классические понятия. Воспоминания о дискуссиях со Шрёдингером, в процессе которых фактически формировалась новая физика, сохранил В. Гейзенберг в своей книге «Часть и целое» («Физика и философия. Часть и целое». М., 1989). Эти дискуссии способствовали более глубокому осмыслению квантовой теории, открытию Н. Бором и В. Гейзенбергом ее фундаментальных принципов. Шрёдингер же пришел к убеждению о неполноте квантовой теории и позднее воплотил суть копенгагенской интерпретации в парадоксальной форме «кота Шредингера», который одновременно является с определенной вероятностью и живым, и мертвым.

В 1933 г. вместе с П. А. М. Дираком Шрёдингер удостаивается Нобелевской премии «за открытие новых форм атомной теории». В 1927 г. Шрёдингера приглашают на кафедру Берлинского университета преемником Макса Планка. В 1928 г. он был избран иностранным членом-корреспондентом АН СССР, в 1934 г. — почетным членом. В 1933 г. с приходом фашизма Шрёдингер был вынужден эмигрировать в Оксфорд. После короткого преподавания на родине в Граце (1936—1938 гг.) он вновь эмигрирует. В 1939 г. по приглашению премьер-министра Ирландии И. де Валера Шрёдингер возглавляет специально созданный для него Институт высших исследований в Дублине. Шрёдингер работает в области теории гравитации, теории мезонов, термодинамики, нелинейной электродинамики Борна — Инфельда, делает попытки создания единой теории поля. Шрёдингер был не только крупнейшим физиком-теоретиком, но и неординарным мыслителем. Он знал шесть языков, читал в подлинниках античных и современных философов, интересовался искусством, писал стихи. В 1944 г. Шрёдингер публикует оригинальное исследование на стыке физики и биологии — «Что такое жизнь с точки зрения физики?». В 1948 г. он читает в Лондонском университетском колледже курс лекций по греческой философии, легший в основу его книги «Природа и греки» (Лондон, 1954 г.). Его волнует проблема взаимоотношений бытия и сознания («Дух и материя», Кембридж, 1958 г.), науки и общества (доклад в Прусской академии наук (Берлин) «Обусловлено ли естествознание окружающей средой?», 1932 г.; книга «Наука и гуманизм», Кембридж, 1952 г.), он обсуждает проблему причинности и законов природы (сборники: «Теория науки и человек», Нью-Йорк, 1957 г., «Что такое закон природы?», Мюнхен, 1962 г.). В 1949 г. выходит сборник его стихов.

Опыт, насколько мы его знаем, ясно навязывает убеждение, что он не может пережить разрушение тела, с жизнью которого, насколько мы знаем жизнь, он неразрывно связан. Так что же после этой жизни ничего нет? Нет. Опыт, отличный от того, который мы знаем, не обязательно должен иметь место в пространстве и времени. Но в порядке появления, когда время не играет роли, понятие "после" не имеет смыла.
(Разум и материя)

Шредингер Эрвин

Шрёдингер опубликовал около 100 статей на общенаучные и философские темы. Важнейшим для Шрёдингера вслед за Платоном является понятие Единого. В греческой, китайской, индийской философии — системе взглядов на природу в ее единстве он пытается «отыскать утерянные крупицы мудрости», которые помогли бы преодолеть кризис понятийного аппарата фундаментальных наук и раскол современного знания на множество отдельных дисциплин. В сущности, и в его сугубо научных исследованиях по единой теории поля воплощалось его стремление к единству физической картины мира. Исходным для его философского мировоззрения было четкое осознание того, что «ценность только в рамках своего культурного окружения, только при контакте со всеми теми, кто ныне, а также кто будет в будущем предан делу обогащения духовной культуры и знания». Поэтому обращение Шрёдингера к наследию древнеиндийской и античной философии оказывается для него необходимым при обсуждении вопроса о том, что такое «объективная реальность», сводима ли она к данным наблюдения и измерения или к совокупности интерсубъективных, общезначимых значений? Сдвиг, который произошел с квантовой механикой в понимании объективности и объективного описания, потребовал философского осмысления зависимости объективной действительности от способа наблюдения и описания. Шрёдингер оставил две рукописи, которые опубликованы под заголовком «Мое мировоззрение»: одна написана в 1925 г., другая — в 1960 г. Над рукописью Шрёдингер продолжал работать. Журнал печатает в этом номере рукопись 1925 г., а в следующем номере — 1960 г. Существенно то, что все создатели квантовой механики, в том числе и Э. Шрёдингер, наряду с естественнонаучными исследованиями вынуждены были размышлять над философскими проблемами, поставленными новой физикой, что новая естественнонаучная проблематика привела их к переосмыслению фундаментальных философских понятий, таких, как «реальность», «мир», «действительность», «сознание», «познающий субъект», «нравственный закон» и др. Э. Шрёдингер называл своих учителей в философии — М. Планк, Р. Авенариус, Э. Кассирер, немецкого историка философии Ф. Газенорля и Р. Земона — автора двухтомника «Мнема». Он высоко оценивает их критику наивного реализма, догматического материализма, не поднимающегося до обсуждения предельных философских понятий. Шрёдингер указывал на важность метафизики для физиков, о том, что после периода «агонии метафизики» он предвидит тот период, когда ученый вынужден будет выйти за пределы непосредственно воспринимаемого и перейти к обсуждению предельных метафизических проблем. И здесь антиметафизическая установка философов начала XX в. и программа «описательной физики» уже явно недостаточна и ничем не может помочь в осмыслении многих фундаментальных вопросов.

1 2 августа исполнилось 126 лет со дня рождения выдающегося физика, одного из «отцов» квантовой механики Эрвина Шредингера . Уже несколько десятилетий «уравнение Шредингера» – одно из базовых понятий атомной физики. Стоит заметить, что настоящую известность Шредингеру принесло совсем не уравнение, а придуманный им мысленный эксперимент с откровенно нефизическим названием «Кот Шредингера». Кот – макроскопический объект, который не может быть одновременно и живым и мертвым – олицетворял несогласие Шредингера с копенгагенской интерпретацией квантовой механики (и лично с Нильсом Бором).

Страницы биографии

Эрвин Шредингер родился в Вене; его отец – владелец фабрики по производству клеенки – был одновременно уважаемым ученым – любителем и занимал пост президента Венского ботанико-зоологического общества. Дедом Шредингера по линии матери был Александр Бауэр, известный химик.

Окончив в 1906 году престижную Академическую гимназию (ориентированную прежде всего на изучение латыни и греческого), Шредингер поступает в Венский университет. Биографы Шредингера замечают, что изучение древних языков, способствуя развитию логики и аналитических способностей, помогло Шредингеру легко освоить университетские курсы физики и математики. Владея латынью и древнегреческим, он читал великие произведения мировой литературы на языке оригинала, при этом его английский был практически свободным, и, кроме того, он владел французским, испанским и итальянским языками.

Его первые научные исследования относились к сфере экспериментальной физики. Так, в своей выпускной работе Шредингер изучал влияние влажности на электропроводность стекла, эбонита и янтаря. После окончания университета Шредингер год служит в армии, после чего начинает работать в alma mater в должности ассистента физического практикума. В 1913 году Шредингер занимается изучением радиоактивности атмосферы и атмосферного электричества. За эти исследования Австрийская Академия наук присудит ему спустя семь лет премию Хайтингера.

В 1921-ом Шредингер стал профессором теоретической физики в Цюрихском университете, где и создает прославившую его волновую механику. В 1927 г. Шредингер принимает предложение возглавить кафедру теоретической физики Берлинского университета (после ухода на пенсию руководившего кафедрой Макса Планка). Берлин 20-х годов был интеллектуальным центром мировой физики – статус, который он безвозвратно утратил после прихода к власти нацистов в 1933 году. Антисемитские законы, принятые нацистами, не затрагивали ни самого Шредингера, ни членов его семьи. Однако, он покидает Германию, формально связав отъезд из немецкой столицы с уходом в творческий отпуск. Впрочем, подоплека «творческого отпуска» профессора Шредингера для власти была очевидна. Сам же он комментировал свой отъезд предельно лаконично: «Я терпеть не могу, когда меня донимают политикой».

В октябре 1933 года Шредингер начинает работать в Оксфордском университете. В том же году ему и Полю Дираку присуждается Нобелевская премия по физике за 1933 год «в знак признания заслуг в разработке и развитии новых плодотворных формулировок атомной теории». За год до начала второй мировой войны Шредингер принимает предложение премьер-министра Ирландии переехать в Дублин. Де Валера – глава ирландского правительства, математик по образованию – организовывает в Дублине Институт высших исследований, и одним из первых его сотрудников становится нобелевский лауреат Эрвин Шредингер.

Дублин Шредингер покидает только в 1956 году. После вывода оккупационных войск из Австрии и заключения Государственного договора он возвращается в Вену, где ему предоставляется персональная должность профессора Венского университета. В 1957-ом он уходит в отставку и живет в своем доме в Тироле. Эрвин Шредингер умер 4 января 1961 года.

Волновая механика Эрвина Шредингера

Еще в 1913 году – Шредингер тогда изучал радиоактивность атмосферы Земли – журнал Philosophical Magazine опубликовал серию статей Нильса Бора «О строении атома и молекул». Именно в этих статьях была представлена теория водородоподобного атома, основанная на знаменитых «постулатах Бора». Согласно одному постулату, атом излучал энергию только при переходе между стационарными состояниями; согласно другому постулату, находившийся на стационарной орбите электрон энергию не излучал. Постулаты Бора противоречили основным положениям электродинамики Максвелла. Будучи убежденным сторонником классической физики, Шредингер весьма настороженно воспринял идеи Бора, заметив, в частности: «я не могу представить себе, что электрон прыгает как блоха».

Собственный путь в квантовой физике Шредингеру помог найти французский физик Луи де Бройль, в диссертации которого была в 1924 году впервые сформулирована идея волновой природы материи. Согласно этой идее, получившей высокую оценку самого Альберта Эйнштейна, каждый материальный объект можно охарактеризовать определенной длиной волны. В серии статей Шредингера, опубликованных в 1926 году, идеи де Бройля были использованы для разработки волновой механики, в основу которой было положено «уравнение Шредингера» – дифференциальное уравнение второго порядка, записанное для так называемой «волновой функции». Квантовые физики получили, таким образом, возможность решать интересующие их задачи на привычном для них языке дифференциальных уравнений. При этом в вопросе интерпретации волновой функции обозначились серьезные расхождения между Шредингером и Бором. Сторонник наглядности, Шредингер полагал, что волновая функция описывает волнообразное распространение отрицательного электрического заряда электрона. Позиция Бора и его сторонников была представлена Максом Борном с его статистической интерпретацией волновой функции. По Борну, квадрат модуля волновой функции определял вероятность того, что описываемая этой функцией микрочастица находится в данной точке пространства. Именно такой взгляд на волновую функцию стал частью так называемой копенгагенской интерпретации квантовой механики (напомним, что Нильс Бор жил и работал в Копенгагене). Копенгагенская интерпретация считала неотъемлемой частью квантовой механики понятия вероятности и индетерминизма и большинство физиков копенгагенская интерпретация вполне устраивала. Шредингер, однако, до конца своих дней оставался ее непримиримым противником.

Мысленный эксперимент, в котором «действующими лицами» являются микроскопические объекты (радиоактивные атомы) и вполне макроскопический объект – живой кот – Шредингер придумал, чтобы максимально наглядно продемонстрировать уязвимость копенгагенской интерпретации квантовой механики. Сам эксперимент Шредингер описал в статье, опубликованной в 1935 году журналом я «Naturwissenshaften». Суть мысленного эксперимента состоит в следующем. Пусть в закрытом ящике находится кот. Кроме него в ящике имеется некоторое количество радиоактивных ядер, а также сосуд, содержащий ядовитый газ. По условиям эксперимента атомное ядро в течение одного часа с вероятностью ½ распадается. Если распад произошел, то под действием излучения приводится в действие некий механизм, разбивающий сосуд. В этом случае кот вдыхает ядовитый газ и погибает. Если следовать позиции Нильса Бора и его сторонников, то, согласно квантовой механике, о ненаблюдаемом радиоактивном ядре невозможно сказать, распалось оно или нет. В ситуации рассматриваемого нами мысленного эксперимента отсюда следует, что – если ящик не открыт и на кота никто не смотрит – он одновременно и жив, и мертв. Появление кота – вне всякого сомнения, макроскопического объекта – это ключевая деталь мысленного эксперимента Эрвина Шредингера. Дело в том, что в отношении атомного ядра – являющегося микроскопическим объектом – Нильс Бор и его сторонники допускают возможность существования смешанного состояния (на языке квантовой механики – суперпозицию двух состояний ядра). Применительно же к кошке такое понятие явно нельзя применить поскольку состояния, промежуточного между жизнью и смертью, не существует. Из всего этого следует, что и атомное ядро должно быть либо распавшимся, либо нераспавшимся. Что, вообще говоря, противоречит тем утверждениям Нильса Бора (в отношении ненаблюдаемого ядра нельзя сказать, распалось оно или не распалось), против которых выступал Шредингер.

Об ученом-одиночке, о его коте, который на самом деле не кот, и об интересах богатых в конце XIX века рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Несколько дней назад физики из Китая и Австрии квантово-защищенной информацией при помощи запущенного в 2016 году спутника «Мо-Цзы». Из китайской обсерватории Синлун в австрийский Грац отправили закодированное изображение философа Мо-Цзы, в честь которого космический аппарат и получил свое название, а обратно передали фотографию Эрвина Шредингера, одного из основоположников квантовой механики. О нем и пойдет речь в новом выпуске рубрики «Как получить Нобелевку».

Шредингер в молодости

Wikimedia Commons

Эрвин Шредингер

Нобелевская премия по физике 1933 года (1/2 премии, совместно с Полем Дираком). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытие новых продуктивных форм атомной теории» (for the discovery of new productive forms of atomic theory).

Наш герой родился в то время и в том обществе, когда богатым и образованным людям было модно увлекаться и заниматься наукой. Эрвин Шредингер был единственным сыном Рудольфа Шредингера, который представлял третье или четвертое поколение выходцев из Баварии (впрочем, сам Рудольф отрицал свое происхождение). В 1886 году Рудольф полюбил дочь своего учителя, профессора высшей технической школы в Вене, химика Александра Бауэра - Георгину Эмилию Бренду. Отец Шредингера, несмотря на то, что он был преуспевающим предпринимателем, владел фабрикой по производству клеенки и линолеума, всегда находил время для саморазвития и науки. Об этом говорит хотя бы то, что долгое время именно Шредингер-старший был главой Венского ботанико-зоологического общества, и отнюдь не «свадебным генералом»: он был автором нескольких статей по генетике растений.

Как писал сам будущий нобелевский лауреат, «моему отцу я обязан гораздо большим, чем только материальной обеспеченностью нашей жизни, я обязан ему своим прекрасным воспитанием и образованием, осуществляемым им с немалым тактом и талантом». А еще Шредингер-старший дал своему сыну пример постоянного оптимизма, что было тоже немаловажно.

О своем раннем образовании Эрвин написал в «Автобиографии»: «До 11 лет я брал частные уроки у школьного преподавателя. Затем - хорошая государственная гимназия с греческим языком и латынью. Количество часов, отведенных в расписании точным дисциплинам, в значительной мере уступало гуманитарным, но преподавание их было превосходным. Я был хорошим учеником по всем предметам, любил математику и физику, а также строгую логику старых грамматик, ненавидел только заучивание "знаменательных" исторических и биографических дат и событий. Я любил немецких поэтов, особенно драматургов, но не любил разбор их произведений в школьном классе».

Фриц Хазенерль

Wikimedia Commons

Дальше последовал Венский университет (1906-1910). В год поступления в университете произошли трагические события. Профессор теоретической физики и профессор натурфилософии Венского университета, основатель статистической механики и молекулярно-кинетической теории Людвиг Больцман 5 сентября 1906 года повесился в гостиничном номере в итальянском Дуино. От депрессии не спасла победа над соперником Эрнстом Махом…

Кафедру отдали молодому Фрицу Хазенерлю, который оказал большое влияние на молодого Шредингера. Во-первых, он был блестящим лектором и читал огромный курс лекций: восемь семестров, пять часов в неделю. Кто знает, быть может, без этого курса и не было бы того Шредингера, которого мы знаем: будущий великий физик терпеть не мог учиться по книгам. А во-вторых, спустя десять лет после окончания университета именно Хазенерль внушил своему ученику мысль, что пришло его время сказать свое слово в теоретической физике.

Впрочем, сначала пришлось поработать руками. Еще во время университетской жизни он начал научную работу под руководством Франца Эхнера. Год службы в австрийской армии и четыре года работы ассистентом-практикантом Эхнера показали, что экспериментатор из Шредингера не очень. Может быть, поэтому, а может, из патриотизма, Шредингер отслужил всю Первую мировую на передовой артиллеристом (наверняка родители могли избавить его от фронта, но мысли об этом не возникло). Отслужил весь срок «без ранений и заболеваний и с немногими отличиями», фронт был спокойным.

Франц Эхнер

Wikimedia Commons

Кстати, забавный факт: Эрвин Шредингер мог стать звездой украинской физики. В 1918 году ему предложили занять кафедру Черновицкого университета. Шредингер предложение принял, но сразу же пришло известие о том, что Буковина вместе с Черновцами отходит к Румынии... А то бы мы имели первого украинского (по современной аффилиации) Нобелевского лауреата. А так пришлось ехать в Йену по приглашению двоюродного брата нобелевского лауреата Вильгельма Вина, Макса Вина. Впрочем, достаточно быстро Шредингер обосновался в Цюрихском университете, где он и создал главную свою тетралогию.

Во вступлении к своей Нобелевской лекции Шредингер очень четко сформулировал свое место в науке и свой путь: «В моих научных трудах, как и в жизни вообще, я не придерживался какой-то главной линии или программы, заданной на длительное время. Хотя, к сожалению, мне тяжело работать в каком-то коллективе, а также с учениками. Но все-таки моя работа не является совершенно изолированной, так как мои интересы всегда основывались на тех или иных возникших проблемах, которые интересовали и других ученых. Мое слово редко бывает первым, но часто вторым. Я побуждаюсь желанием способствовать уточнению, разумному смысловому развитию при выявлении возникших противоречий, которые служат только как привязки к дальнейшим разработкам». Именно так австриец и ворвался в создание квантовой механики.

Удивительное время было в начале 1920-х (недаром Поль Дирак назовет его необычайной эпохой): за два года помощник Макса Борна, вчерашний студент Вернер Гейзенберг и мало кому известный Эрвин Шредингер дважды заложили основы квантовой механики. Если Гейзенберг, однажды осененный на острове Гельголанд в Северном море, куда он сбежал от сенной лихорадки, изложил свои уравнения в матричной форме, то чуть позже Эрвин Шредингер изложил то же самое в формате волновых уравнений.

Еще одна интересная рифма истории: Вильгельм Вин, едва не поставивший крест на карьере Гейзенберга, горячо поддержал идеи Шредингера.

Нужно сказать, что работа над созданием квантовой механики у Шредингера началась не с Гейзенберга. Да, он сказал второе слово после немца, но вслед за другим великим физиком, Луи де Бройлем. В ноябре 1925 года он познакомился с его диссертацией, в которой говорилось о волновых свойствах вещества.

В первые шесть месяцев 1926 года редакция журнала Annalen der Physik получила четыре части знаменитой работы Шредингера «Квантование как задача о собственных значениях». Как потом признавался ученый, эти статьи, принесшие ему Нобелевскую премию (точнее, половину ее, вторую половину получил Поль Дирак, сделавший потрясающей глубины выводы из работ и Шредингера, и Гейзенберга), были наполовину написаны в один присест в Цюрихе.

27 января, 23 февраля, 10 мая и 21 июня 1926 года стали важнейшими датами в истории современной физики. Судя по всему, именно из-за того, что в своих первых знакомствах с теориями друг друга Гейзенберг и Шредингер восприняли работы конкурента не очень гладко, во всем Нобелевском выступлении Шредингера ни разу не упоминался Гейзенберг, уже получивший к тому времени Нобелевскую премию, только де Бройль.

Конечно, говоря о Шредингере, нельзя не вспомнить про его кота, тем более в нашей стране, где это животное стало названием успешного научно-популярного журнала. Мне часто приходится слышать, что именно за него великий австриец получил Нобелевскую премию. Увы, свой мысленный эксперимент Эрвин Шредингер поставил в ответ на другой знаменитый опыт - опыт Эйнштейна - Подольского - Розена. И был этот эксперимент отчасти даже троллингом и Гейзенберга, и современного состояния квантовой механики. Давайте прочитаем, как писал об этом эксперименте сам Шредингер:

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.

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.

Была своего рода «вторичность». Сам он редко занимался определенной научной проблемой. Его излюбленным жанром работы был отклик на чье-либо научное изыскание, развитие этой работы или ее критика. Несмотря на то, что сам Шредингер был индивидуалистом по характеру, ему всегда была необходима чужая мысль, опора для дальнейшей работы. Несмотря на этот своеобразный подход, Шредингеру удалось сделать немало открытий.

Биографические данные

Теория Шредингера сейчас известна не только студентам физико-математических факультетов. Она будет интересна всякому, кто испытывает интерес к популярной науке. Эта теория была создана известным физиком Э. Шредингером, который вошел в историю как один из создателей квантовой механики. Ученый родился 12 августа 1887 года в семье владельца фабрики по изготовлению клеенки. Будущий ученый, прославившийся на весь мир своей загадкой, увлекался в детстве ботаникой и рисованием. Первым его наставником был отец. В 1906 году Шредингер начал учебу в Венском университете, во время которой и начал восхищаться физикой. Когда настала Первая мировая война, ученый пошел на службу артиллеристом. В свободное время занимался изучением теорий Альберта Эйнштейна.

К началу 1927 года в науке сложилась драматическая ситуация. Э. Шредингер считал, что основанием теории о квантовых процессах должна служить идея о непрерывности волн. Гейзенберг, напротив, считал, что фундаментом для этой области знаний должна быть концепция о дискретности волн, а также идея о квантовых скачках. Нильс Бор не принимал ни одной из позиций.

Достижения в науке

За создание концепции волновой механики в 1933 году Шредингер получил Нобелевскую премию. Однако, воспитанный в традициях классической физики, ученый не мог мыслить иными категориями и не считал квантовую механику полноценной отраслью знания. Его не могло удовлетворить двойственное поведение частиц, и он пытался свести его исключительно к волновому. В своей дискуссии с Н. Бором Шредингер выразился так: «Если мы планируем сохранить в науке эти квантовые скачки, тогда я вообще жалею, что связал свою жизнь с атомной физикой».

Дальнейшие работы исследователя

При этом Шредингер был не только одним из создателей современной квантовой механики. Именно он был тем ученым, который ввел в научный обиход термин «объектность описания». Это возможность научных теорий описывать реальность без участия наблюдателя. Его дальнейшие исследования были посвящены теории относительности, термодинамическим процессам, нелинейной электродинамике Борна. Также ученым было сделано несколько попыток создать единую теорию поля. Кроме того, Э. Шредингер владел шестью языками.

Самая знаменитая загадка

Теория Шредингера, в которой фигурирует тот самый кот, выросла из критики ученого квантовой теории. Один из ее основных постулатов гласит, что пока за системой не производится наблюдение, она находится в состоянии суперпозиции. А именно, в двух и более состояниях, которые исключают существование друг друга. Состояние суперпозиции в науке имеет следующее определение: это способность кванта, которым может быть также электрон, фотон, или, например, ядро атома, находиться одновременно в двух состояниях или даже в двух точках пространства в тот момент, когда никто за ним не наблюдает.

Объекты в разных мирах

Простому человеку очень сложно понять такое определение. Ведь каждый объект материального мира может быть либо в одной точке пространства, либо в другой. Проиллюстрировать этот феномен можно следующим образом. Наблюдатель берет две коробки, и кладет в одну из них шарик для тенниса. Будет ясно, что в одной коробке он находится, а в другой - нет. Но если в одну из емкостей положить электрон, то верным будет следующее утверждение: эта частица находится одновременно в двух коробках, каким бы парадоксальным это ни казалось. Точно так же электрон в атоме не находится в строго определенной точке в тот или иной момент времени. Он вращается вокруг ядра, располагаясь на всех точках орбиты одновременно. В науке этот феномен называется «электронным облаком».

Что хотел доказать ученый?

Таким образом, поведение маленьких и больших объектов реализуется по совершенно разным правилам. В квантовом мире существуют одни законы, а в макромире - абсолютно другие. Однако нет такой концепции, которая объясняла бы переход от мира материальных предметов, привычных для людей, к микромиру. Теория Шредингера и была создана, для того чтобы продемонстрировать недостаточность исследований в области физики. Ученый хотел показать, что есть наука, целью которой является описание небольших объектов, и есть область знаний, изучающая обычные предметы. Во многом благодаря работам ученого и произошло разделение физики на две области: квантовую и классическую.

Теория Шредингера: описание

Свой знаменитый мысленный эксперимент ученый описал в 1935 году. В его проведении Шредингер опирался на принцип суперпозиции. Шредингер подчеркивал, что пока мы не наблюдаем за фотоном, он может быть как частицей, так и волной; как красным, так и зеленым; как круглым, так и квадратным. Этот принцип неопределенности, который непосредственно вытекает из концепции квантового дуализма, Шредингер и использовал в своей известной загадке про кота. Смысл эксперимента вкратце состоит в следующем:

• В закрытую коробку помещается кот, а также емкость, в которой содержится синильная кислота и радиоактивное вещество.
• Ядро в течение часа может распадаться. Вероятность этого составляет 50%.
• Если атомное ядро распадется, то это будет зафиксировано счетчиком Гейгера. Механизм сработает, и ящик с отравой будет разбита. Кот умрет.
• Если же распада не произойдет, то кот Шредингера будет жив.

Согласно этой теории, пока не осуществляется наблюдение за котом, он находится одновременно в двух состояниях (мертв и жив), точно так же, как и ядро атома (распавшееся или не распавшееся). Конечно, это возможно только лишь по законам квантового мира. В макромире кот не может быть и живым, и мертвым одновременно.

Парадокс наблюдателя

Чтобы понять суть теории Шредингера, необходимо также иметь представление о парадоксе наблюдателя. Его смысл состоит в том, что объекты микромира могут находиться одновременно в двух состояниях только тогда, когда за ними не производится наблюдение. К примеру, в науке известен так называемый «Эксперимент с 2-мя щелями и наблюдателем». На непрозрачную пластинку, в которой были сделаны две вертикальные щели, ученые направляли пучок электронов. На экране, находившемся за пластиной, электроны рисовали волновую картину. Иными словами, они оставляли черные и белые полосы. Когда же исследователи захотели понаблюдать, каким образом электроны пролетают через щели, то частицы отобразили на экране всего лишь две вертикальные полосы. Они вели себя как частицы, а не как волны.

Копенгагенское объяснение

Современное объяснение теории Шредингера носит название копенгагенского. Исходя из парадокса наблюдателя, оно звучит следующим образом: до тех пор, пока никто не наблюдает за ядром атома в системе, оно находится одновременно в двух состояниях - распавшемся и нераспавшемся. Однако утверждение о том, что кот жив и мертв одновременно, крайне ошибочно. Ведь в макромире никогда не наблюдаются те же явления, что и в микромире.

Поэтому речь идет не о системе «кот-ядро», а о том, что между собой связаны счетчик Гейгера и ядро атома. Ядро может выбрать то или иное состояние в момент, когда производятся измерения. Однако данный выбор имеет место не в тот момент, когда экспериментатор открывает ящик с котом Шредингера. На самом деле, открытие ящика имеет место в макромире. Иными словами, в системе, которая очень далека от атомного мира. Поэтому ядро выбирает свое состояние именно в тот момент, когда оно попадает на детектор счетчика Гейгера. Таким образом, Эрвин Шредингер в своем мысленном эксперименте описал систему недостаточно полно.

Общие выводы

Таким образом, не совсем корректно связывать макросистему с микроскопическим миром. В макромире квантовые законы теряют свою силу. Ядро атома может находиться одновременно в двух состояниях только лишь в микромире. То же самое не может быть сказано относительно кота, поскольку он является объектом макромира. Поэтому только на первый взгляд создается впечатление, что кот переходит из суперпозиции в одно из состояний в момент открытия ящика. В действительности его судьба определяется в тот момент, когда атомное ядро взаимодействует с детектором. Вывод можно сделать такой: состояние системы в загадке Эрвина Шредингера никак не связано с человеком. Оно зависит не от экспериментатора, а от детектора - предмета, который «ведет наблюдение» за ядром.

Продолжение концепции

Теория Шредингера простыми словами описывается так: пока наблюдатель не смотрит на систему, она может находиться одновременно в двух состояниях. Однако еще один ученый - Юджин Вигнер, пошел дальше и решил довести концепцию Шредингера до полного абсурда. "Позвольте! - сказал Вигнер, - А что если рядом с экспериментатором, наблюдающим за котом, стоит его коллега?" Напарник не знает о том, что именно увидел сам экспериментатор в тот момент, когда открыл коробку с котом. Кот Шредингера выходит из состояния суперпозиции. Однако никак не для коллеги наблюдателя. Только в тот момент, когда последнему станет известна судьба кота, животное можно окончательно назвать живым или мертвым. Кроме того, на планете Земля живут миллиарды людей. И самый последний вердикт можно будет вынести только тогда, когда результат эксперимента станет достоянием всех живых существ. Конечно, всем людям можно рассказать судьбу кота и теорию Шредингера кратко, однако это очень долгий и трудоемкий процесс.

Принципы квантового дуализма в физике так и не были опровергнуты мысленным экспериментом Шредингера. В каком-то смысле каждое существо можно назвать ни живым и ни мертвым (находящимся в суперпозиции) до тех пор, пока есть хотя бы один человек, за ним не наблюдающий.