Trochu o moderní fyzice - část 4. - Erwin Schrödinger

Zdroj: SOOM.cz [ISSN 1804-7270]
Autor: sukovanej
Datum: 29.5.2013
Hodnocení/Hlasovalo: 1.36/11

Pan Schrödinger patří k největším osobnostem ve vědě za poslední století. Určitě jste slyšeli o proslulé Schrödingerově kočce nebo o Schrödingerově rovnici. Tyto fráze si ale ne každý spojí s nositelem Nobelovy ceny za fyziku nebo s průkopníkem kvantové mechaniky. Proto jsem se rozhodl několika málo odstavci napsat o díle, životě a práci Erwina Schrödingera a snad tak obohatit několik lidí o další poznatky z úžasné historie moderní fyziky.

Erwin Schrödinger (celým jménem Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger) byl rakouský fyzik. Narodil se 12. 8. 1887 ve Vídni. Byl zásadní postavou při vývoji kvantové mechaniky. Navrhl tzv. vlnovou mechaniku –tj. druhá formulace kvantové mechaniky.

Narodil se jako jedináček. Byl velmi podporován svojí matkou a tetou a celkově prožil příjemné dětství. Nechodil do základní školy, protože měl soukromého učitele. Poté studoval na gymnáziu se zaměřením na literaturu a filozofii. Už zde byl zjevný jeho talent, byl jeden z nejlepších studentů. V letech od 1898 do 1906 studoval na Vídeňské univerzitě. Zde se věnoval například teorii elektromagnetického pole, diferenciálním rovnicím a nebo teorie spojitých grup. Byl hodně ovlivněn přednáškami profesora Fritze Hasenöhrla. V roce 1910 (20. května) získal doktorát za jeho práci „O vedení elektřiny po povrchu izolantu ve vlhkém vzduchu“.

Schrödinger dost často měnil místo pobytu a zaměstnání. Nejdříve by asistentem profesora Maxe Wiena. Později o něm Schrödinger napsal, že je mírně antisemita. Potom musel jít sloužit na frontu, kde byl důstojníkem dělostřelectva. I přesto ovšem pokračoval ve vědeckém publikování. Trvalejší místo získal v roce 1921, kdy začal pracovat na katedře teoretické fyziky na Univerzitě v Zürichu. Věnoval se zde především optice a teorii barevného vidění. Schrödinger byl velmi ovlivněn Louisem de Brogliem a jeho prací, takže se v roce 1924 začal věnovat statistické fyzice.

Práce v kvantové mechanice

Schrödinger je zakladatelem tzv. vlnové kvantové mechaniky. Byl velmi ovlivněn prácí Louise de Broglieho. V roce 1925 sestavil vlnovou rovnice, dnes nesoucí jeho jméno, díky niž dokázal určit například spektrální čáry vodíku. Níže můžete vidět rovnici zapsanou Schrödingerovou rukou. Tuto fotografii poskytl profesor A. Zeilinger z Univerzity ve Vídni ke knize Úvod do kvantové mechaniky od Lubomíra Skály.

V roce 1926 vydal šest revolučních článků o kvantové mechanice a obecné teorii relativity. V těchto článcích také vysvětluje vztah mezi jeho vlnovou mechanikou a maticovou kvantovou mechanikou vytvořenou Heisenbergem. Schrödinger napsal:

Každé funkci souřadnic polohy a momentu hybnosti ve vlnové mechanice odpovídá matice v maticové mechanice. Tyto matice v každém případě vyhovují formálním početním pravidlům Heisenberga. Řešení problému okrajových podmínek v diferenciální rovnici vlnové mechaniky plně odpovídá řešení Heisenbergova algebraického problému.

Roku 1933 získal místo v Magdalen College. Po příjezdu do Oxfordu se dozvěděl, že za jeho práci v kvantové mechanice získal spolu s Paulem Diracem Nobelovu cenu.

Výpis v tomto článku je jen hrstka toho, čemu se Schrödinger věnoval. Jmenujme alespoň teorii barevného vidění, které se Schrödinger věnoval kolem roku 1920. Od roku 1921 se začal věnovat také struktuře atomu.

Paradox Schrödingerovy kočky

Jedná se o tzv. Gedankenexperiment – česky myšlenkový experiment. Tento pojem poprvé zavedl dánský fyzik Hans Christian Ørsted. Myšlenkové experimenty jsou velmi používanou formou úvah fyziků. Často se myšlenkové experimenty vymýšlejí pro důkaz sporem (reductio ad absurdum). Jako příklad si můžeme uvést paradox dvojčat (Teorie relativity – A. Einstein) nebo třeba Maxwellova démona (Termodynamika – entropie – J. C. Maxwell), což jsou taktéž myšlenkové experimenty.

Paradox Schrödingerovy kočky se poprvé objevil mezi trojicí článků The present situation in quantum mechanics v roce 1935. Samotný experiment říká něco takového – Uvažujme kočku v uzavřené krabici. Uvnitř krabice je ampule s jedem a radioaktivní materiál, který je schopen rozbít ampuli. My se nyní ptáme, jak dokážeme spočítat, jestli se materiál rozpadne, tedy, jestli se rozbije ampule a kočka tím pádem zemře. Podle kvantové mechaniky můžeme určit pouze pravděpodobnost, s jakou to nastane – v tomto případě je ta pravděpodobnost 50%. Po uzavření krabice tedy stav kočky nedokážeme přesně určit a jsme nuceni tvrdit, že kočka je zároveň živá a zároveň mrtvá. Redukci vlnové funkce a tedy zjištění stavu kočky provedeme až otevřením krabice. Experiment ukazuje vlastnost mikročástic přenesenou na makroskopickou úroveň.

Co je život ?

Co je život? je název populární publikace z roku 1944, kterou Schrödinger směřoval veřejnosti, ale kniha ovlivnila i vědce, kteří stáli při objevu molekuly DNA. Schrödinger zde využívá jazyka fyzika k popisu živých organismů. Na základě úvah zde zvažuje složení a uspořádání molekuly DNA. V dalších letech experimenty úvahy tohoto pozoruhodného člověka skutečně potvrzují. Kniha se dále zabývá otázkou energie a entropie v souvislosti s živými organismy. Jak je možné, že se částice slučují do složitějších struktur a organismů, když platí druhý termodynamický zákon? Dnes by neměl ani průměrný středoškolský student zaváhat a vykřiknout – protože do systému dodáváme energii.

[Zdroj: http://pro.inflow.cz/erwin-schroedinger-co-je-zivot]

Vtípek nakonec

Jede takhle Schrödinger po dálnici a najednou mu přes cestu přeběhne kočka. V té rychlosti nestihne kočka uhnout a Schrödinger ji škrtne blatníkem. Kočka leží nehybně na silnici a Schrödinger jede dál. Manželka se ho překvapeně ptá: "To se ani nepodíváš, jestli to přežila?", "Blázníš? Vždyť bych ji mohl zabít!", odpovídá.