Эрвин Шрёдингер и его уравнение¶

Шрёдингер — распространённая в русскоязычной традиции передача фамилии австрийского физика-теоретика Эрвина Шрёдингера (1887–1961), одного из создателей квантовой механики. В научном и бытовом контексте под этим словом чаще всего подразумевают либо самого учёного, либо предложенное им волновое уравнение, либо знаменитый мысленный эксперимент «кот Шрёдингера». Лауреат Нобелевской премии по физике 1933 года.

¶Биография

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер родился 12 августа 1887 года в Вене в семье владельца фабрики по производству клеёнки и ботаника-любителя. Домашнее образование и интерес отца к биологии во многом определили широту его дальнейших научных интересов. В 1906–1910 годах учился в Венском университете, где защитил диссертацию по экспериментальной физике.

В 1920-е годы работал в университетах Штутгарта, Бреслау, Цюриха. Именно в Цюрихе в 1926 году он опубликовал серию из четырёх статей, заложивших основы волновой механики. В 1927 году перешёл в Берлинский университет, но в 1933 году, не желая оставаться в нацистской Германии, покинул страну. Работал в Оксфорде, затем в Граце (Австрия), откуда после аншлюса был вынужден уехать. С 1940 года жил в Дублине, где возглавил созданный для него Институт перспективных исследований. В 1956 году вернулся в Вену. Умер 4 января 1961 года.

¶Волновое уравнение

Центральный вклад Шрёдингера в науку — уравнение, описывающее изменение во времени волновой функции квантовой системы:

\[ i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = \hat{H}\psi \]

Здесь \(\psi\) — волновая функция, \(\hbar\) — приведённая постоянная Планка, \(\hat{H}\) — оператор Гамильтона (полной энергии системы). Уравнение играет в квантовой механике ту же роль, что второй закон Ньютона в классической: зная начальное состояние, можно предсказать дальнейшую эволюцию системы.

Ключевая интерпретация волновой функции как меры вероятности была дана Максом Борном; сам Шрёдингер первоначально трактовал её иначе. За создание волновой механики он совместно с Полем Дираком получил Нобелевскую премию 1933 года.

¶Кот Шрёдингера

В 1935 году Шрёдингер предложил мысленный эксперимент, ставший самым известным образом квантовой теории. В закрытый ящик помещают кота; внутри находится радиоактивный атом, счётчик Гейгера и механизм, разбивающий колбу с ядом при распаде атома. По законам квантовой механики до измерения атом находится в суперпозиции «распался — не распался», а значит, и кот — в состоянии «жив и мёртв одновременно». Лишь при открытии ящика состояние «схлопывается» в одно из двух.

Парадокс был задуман не как описание реальности, а как критика копенгагенской интерпретации, доводящей её выводы до абсурда. Эксперимент до сих пор используется в популярной литературе и философии науки для обсуждения проблемы измерения.

¶Другие работы

• Квантовая теория и статистика: вклад в статистическую физику, формула распределения скоростей.
• Теория цвета: фундаментальная работа «Цвета и цветность» (1920-е).
• Космология: одна из первых моделей нестационарной Вселенной.
• Биология: книга «Что такое жизнь?» (1944), где обсуждалась передача наследственной информации и понятие отрицательной энтропии; она повлияла на формирование молекулярной биологии.
• Философия: размышления о роли наблюдателя, детерминизме и интерпретации квантовой механики.

¶Значение и признание

Шрёдингер — один из немногих учёных, чьё имя вошло в повседневный язык: «уравнение Шрёдингера», «кот Шрёдингера», «шрёдингеровский» стали устойчивыми выражениями. Его уравнение — рабочий инструмент квантовой химии, физики твёрдого тела, ядерной физики. В честь учёного названы кратер на Луне и австрийская научная премия. Широта интересов — от квантов до биологии и философии — делает его фигурой, значимой далеко за пределами физики.

Источники: биографические материалы о Э. Шрёдингере, учебники по квантовой механике, работа «Что такое жизнь?», энциклопедические статьи о волновом уравнении и мысленном эксперименте с котом.