Erwin Schrödinger en het katgedachte-experiment van Schrödinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (geboren op 12 augustus 1887 in Wenen, Oostenrijk) was een natuurkundige die baanbrekend werk verrichtte in kwantummechanica, een veld dat onderzoekt hoe energie en materie zich gedragen op zeer kleine lengteschalen. In 1926 ontwikkelde Schrödinger een vergelijking die voorspelde waar een elektron zich in een atoom zou bevinden. In 1933 ontving hij voor dit werk een Nobelprijs, samen met natuurkundige Paul Dirac.

Snelle feiten: Erwin Schrödinger

• Voor-en achternaam: Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger
• Bekend om: Natuurkundige die de Schrödinger-vergelijking ontwikkelde, die een grote stap voor de kwantummechanica betekende. Ook ontwikkeld het gedachte-experiment bekend als "Schrödinger's Cat."
• Geboren: 12 augustus 1887 in Wenen, Oostenrijk
• Ging dood: 4 januari 1961 in Wenen, Oostenrijk
• Ouders: Rudolf en Georgine Schrödinger
• Echtgenoot: Annemarie Bertel
• Kind: Ruth Georgie Erica (geb. 1934)
• Onderwijs: Universiteit van Wenen
• Awards: met kwantumtheoreticus, Paul A.M. Dirac ontving 1933 Nobelprijs voor de natuurkunde.
• publicaties: Wat is leven? (1944), Natuur en de Grieken (1954) en Mijn kijk op de wereld (1961).

Schrödinger is misschien bekender bekend vanwege 'Schrödinger's Cat', een gedachte-experiment dat hij in 1935 bedacht om problemen met een gemeenschappelijke interpretatie van de kwantummechanica te illustreren.

Vroege jaren en onderwijs

Schrödinger was het enige kind van Rudolf Schrödinger - een fabrieksarbeider in linoleum en tafelzeil die het bedrijf van zijn vader had geërfd - en Georgine, de dochter van een professor scheikunde van Rudolf. De opvoeding van Schrödinger benadrukte culturele waardering en vooruitgang in zowel wetenschap als kunst.

Schrödingerwerd thuis opgeleid door een tutor en door zijn vader. Op 11-jarige leeftijd ging hij naar het Akademische Gymnasium in Wenen, een school gericht op klassiek onderwijs en training in natuurkunde en wiskunde. Daar genoot hij van het leren van klassieke talen, buitenlandse poëzie, natuurkunde en wiskunde, maar haatte het om te onthouden wat hij "incidentele" datums en feiten noemde.

Schrödinger vervolgde zijn studie aan de Universiteit van Wenen, waaraan hij in 1906 begon. Hij promoveerde in de natuurkunde in 1910 onder leiding van Friedrich Hasenöhrl, die Schrödinger beschouwde als een van zijn grootste intellectuele invloeden. Hasenöhrl was een student van natuurkundige Ludwig Boltzmann, een gerenommeerde wetenschapper bekend om zijn werk in de statistische mechanica.

Nadat Schrödinger promoveerde, werkte hij als assistent van Franz Exner, een andere student van Boltzmann, totdat hij werd opgesteld aan het begin van de Eerste Wereldoorlog.

Begin van de carrière

In 1920 trouwde Schrödinger met Annemarie Bertel en verhuisde met haar naar Jena, Duitsland om te werken als assistent van fysicus Max Wien. Van daaruit werd hij gedurende een korte periode faculteit aan een aantal universiteiten, eerst een junior hoogleraar in Stuttgart, vervolgens een hoogleraar aan Breslau, voordat hij in 1921 aan de Universiteit van Zürich begon als professor. Schrödinger's daaropvolgende zes jaar bij Zürich was een van de belangrijkste in zijn professionele carrière.

Aan de Universiteit van Zürich ontwikkelde Schrödinger een theorie die het begrip van de kwantumfysica aanzienlijk verbeterde. Hij publiceerde een reeks artikelen - ongeveer één per maand - over golfmechanica. In het bijzonder introduceerde het eerste artikel, "Kwantisatie als een eigenwaardeprobleem", wat bekend zou worden als het Schrödinger-vergelijking, nu een centraal onderdeel van de kwantummechanica. Schrödinger kreeg de Nobelprijs voor deze ontdekking in 1933.

Schrödinger's vergelijking

De vergelijking van Schrödinger beschrijft wiskundig de "golfachtige" aard van systemen die worden bestuurd door de kwantummechanica. Met deze vergelijking bood Schrödinger een manier om niet alleen het gedrag van deze systemen te bestuderen, maar ook om te voorspellen hoe ze zich gedragen. Hoewel er veel aanvankelijk debat was over wat Schrödinger's vergelijking betekende, interpreteerden wetenschappers het uiteindelijk als de kans om ergens in de ruimte een elektron te vinden.

De kat van Schrödinger

Schrödinger formuleerde dit gedachte-experiment in reactie op de Kopenhagen interpretatie van de kwantummechanica, die stelt dat een deeltje dat door de kwantummechanica wordt beschreven in alle mogelijke toestanden tegelijkertijd voorkomt, totdat het wordt waargenomen en wordt gedwongen om één toestand te kiezen. Hier is een voorbeeld: overweeg een lampje dat rood of groen kan oplichten. Wanneer we niet naar het licht kijken, nemen we aan dat het beide rood is en groen. Wanneer we er echter naar kijken, moet het licht zichzelf dwingen rood of groen te zijn, en dat is de kleur die we zien.

Schrödinger was het niet eens met deze interpretatie. Hij creëerde een ander gedachte-experiment, genaamd Schrödinger's Cat, om zijn zorgen te illustreren. In het Schrödinger's Cat-experiment wordt een kat in een afgesloten doos met een radioactieve stof en een giftig gas geplaatst. Als de radioactieve stof zou vervallen, zou het gas vrijkomen en de kat doden. Zo niet, dan zou de kat leven.

Omdat we niet weten of de kat leeft of dood is, wordt het overwogen beide levend en dood totdat iemand de doos opent en zelf ziet wat de toestand van de kat is. Dus gewoon door in de doos te kijken, heeft iemand de kat op magische wijze levend of dood gemaakt, hoewel dat onmogelijk is.

Invloeden op het werk van Schrödinger

Schrödinger liet niet veel informatie achter over de wetenschappers en theorieën die zijn eigen werk beïnvloedden. Historici hebben echter enkele van die invloeden samengevoegd, waaronder:

• Louis de Broglie, een natuurkundige, introduceerde het concept van 'materiegolven'. Schrödinger had de Broglie's scriptie gelezen, evenals een voetnoot geschreven door Albert Einstein, die positief sprak over het werk van de Broglie. Schrödinger werd ook gevraagd om de Broglie's werk te bespreken op een seminar georganiseerd door zowel de Universiteit van Zürich als een andere universiteit, ETH Zürich.
• Boltzmann. Schrödinger beschouwde Boltzmann's statistische benadering van natuurkunde als zijn 'eerste liefde in de wetenschap', en veel van zijn wetenschappelijke opleiding volgde in de traditie van Boltzmann.
• Schrödinger's eerdere werk over de kwantumtheorie van gassen, die gassen bestudeerde vanuit het perspectief van de kwantummechanica. In een van zijn artikelen over de kwantumtheorie van gassen, 'Over de gastheorie van Einstein', paste Schrödinger de Broglie's theorie over materiegolven toe om het gedrag van gassen te helpen verklaren.

Later carrière en dood

In 1933, hetzelfde jaar dat hij de Nobelprijs won, nam Schrödinger ontslag bij zijn hoogleraarschap aan de Universiteit van Berlijn, waaraan hij in 1927 was toegetreden, als reactie op de overname van Duitsland door de nazi's en het ontslag van Joodse wetenschappers. Hij verhuisde vervolgens naar Engeland en later naar Oostenrijk. In 1938 viel Hitler Oostenrijk echter binnen en dwong Schrödinger, nu een gevestigde anti-nazi, om naar Rome te vluchten.

In 1939 verhuisde Schrödinger naar Dublin, Ierland, waar hij bleef tot zijn terugkeer naar Wenen in 1956. Schrödinger stierf aan tuberculose op 4 januari 1961 in Wenen, de stad waar hij werd geboren. Hij was 73 jaar oud.

bronnen

• Fischer E. We zijn allemaal aspecten van één wezen: een inleiding tot Erwin Schrödinger. Soc Res, 1984; 51(3): 809-835.
• Heitler W. "Erwin Schrödinger, 1887-1961." Biogr Mem Fellows Royal Soc, 1961; 7: 221-228.
• Masters B. "Het pad van Erwin Schrödinger naar golfmechanica." Opt Photonics Nieuws, 2014; 25(2): 32-39.
• Moore W. Schrödinger: Leven en denken. Cambridge University Press; 1989.
• Schrödinger: Centenary viering van een polymath. Ed. Clive Kilmister, Cambridge University Press; 1987.
• Schrödinger E. "Quantisierung als Eigenwertproblem, erste Mitteilung."Ann. Phys., 1926; 79: 361-376.
• Teresi D. De enige boswachter van de kwantummechanica. De website van de New York Times. https://www.nytimes.com/1990/01/07/books/the-lone-ranger-of-quantum-mechanics.html. 1990.