Erwin Schrödinger en het Schrödinger's Cat Experiment

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 een Nobelprijs voor dit werk, samen met de natuurkundige Paul Dirac.

Snelle feiten: Erwin Schrödinger

Schrödinger is misschien meer in de volksmond bekend om "De kat van Schrödinger, ”Een gedachte-experiment dat hij in 1935 bedacht om problemen met een gemeenschappelijke interpretatie van de kwantummechanica te illustreren.

Schrödinger was het enige kind van Rudolf Schrödinger - een fabrieksarbeider in linoleum en tafelzeil die erfde het bedrijf van zijn vader - en Georgine, de dochter van een hoogleraar scheikunde van Rudolf's. De opvoeding van Schrödinger legde de nadruk op culturele waardering en vooruitgang in zowel wetenschap als kunst.

Schrödinger werd opgeleid door een tutor en door zijn vader thuis. Op 11-jarige leeftijd ging hij naar het Akademische Gymnasium in Wenen, een school die zich richt op klassiek onderwijs en opleiding in natuurkunde en wiskunde. Daar genoot hij van het leren van klassieke talen, buitenlandse poëzie, natuurkunde en wiskunde, maar haatte het zich te herinneren wat hij "incidentele" data en feiten noemde.

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

Nadat Schrödinger gepromoveerd was, werkte hij als assistent van Franz Exner, een andere student van Boltzmann, totdat hij aan het begin van Eerste Wereldoorlog.

In 1920 trouwde Schrödinger met Annemarie Bertel en verhuisde met haar naar Jena, Duitsland om te werken als assistent van natuurkundige Max Wien. Van daaruit werd hij in korte tijd docent aan een aantal universiteiten, eerst als junior hoogleraar in Stuttgart, daarna een gewoon hoogleraar aan Breslau, voordat hij zich aansloot bij de Universiteit van Zürich als hoogleraar in 1921. Schrödingers volgende zes jaar in Zürich behoorden tot 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 de eerste paper, “Kwantisering als een eigenwaardeprobleem, "introduceerde wat bekend zou worden als de Schrödinger-vergelijking, nu een centraal onderdeel van de kwantummechanica. Schrödinger ontving in 1933 de Nobelprijs voor deze ontdekking.

Schrödinger's vergelijking beschreef wiskundig de "golfachtige" aard van systemen die worden bestuurd door 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 aanvankelijk veel discussie was over wat de vergelijking van Schrödinger betekende, interpreteerden wetenschappers het uiteindelijk als de kans om ergens in de ruimte een elektron te vinden.

Schrödinger formuleerde dit gedachte-experiment als reactie op de Kopenhagen interpretatie van de kwantummechanica, die stelt dat een door de kwantummechanica beschreven deeltje tegelijkertijd in alle mogelijke toestanden bestaat, totdat het wordt waargenomen en gedwongen wordt om één toestand te kiezen. Hier is een voorbeeld: overweeg een lampje dat rood of groen kan oplichten. Als we niet naar het licht kijken, gaan we ervan uit dat het beide rood is en groen. Als 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 geplaatst met een radioactieve stof en een giftig gas. Als de radioactieve stof zou bederven, zou het gas vrijkomen en de kat doden. Zo niet, dan zou de kat nog leven.

Omdat we niet weten of de kat leeft of dood is, wordt er over nagedacht beide levend en dood totdat iemand de doos opent en zelf ziet wat de toestand van de kat is. Dus door simpelweg in de doos te kijken, heeft iemand de kat op magische wijze levend of dood gemaakt, ook al is dat onmogelijk.

Schrödinger heeft niet veel informatie achtergelaten over de wetenschappers en theorieën die zijn eigen werk hebben beïnvloed. Historici hebben echter enkele van die invloeden samengesteld, waaronder:

• Louis de Broglie, een natuurkundige, introduceerde het concept van "er toe doen golven. "Schrödinger had de proefschrift van De Broglie gelezen, evenals een voetnoot geschreven door Albert Einstein, die positief sprak over het werk van de Broglie. Schrödinger werd ook gevraagd om het werk van De Broglie te bespreken tijdens een seminar georganiseerd door zowel de Universiteit van Zürich als een andere universiteit, ETH Zürich.
• Boltzmann. Schrödinger beschouwde Boltzmanns statistische benadering van de natuurkunde als zijn 'eerste liefde in de wetenschap', en een groot deel van zijn wetenschappelijke opleiding volgde 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, 'On Einstein's Gas Theory', paste Schrödinger de theorie van De Broglie op materiegolven toe om het gedrag van gassen te helpen verklaren.

In 1933, hetzelfde jaar dat hij de Nobelprijs won, nam Schrödinger ontslag als hoogleraar aan de Universiteit van Berlijn, waar hij zich in 1927 bij had aangesloten, als reactie op de nazi-overname van Duitsland en het ontslag van joden wetenschappers. Vervolgens verhuisde hij naar Engeland en later naar Oostenrijk. In 1938 viel Hitler Oostenrijk 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 op 4 januari 1961 in Wenen, de stad waar hij werd geboren, aan tuberculose. Hij was 73 jaar oud.

• 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.
• Meesters B. “Erwin Schrödinger's pad naar golfmechanica.” Opt Photonics News, 2014; 25(2): 32-39.
• Moore W. Schrödinger: Leven en denken. Cambridge University Press; 1989.
• Schrödinger: Eeuwfeest ter ere 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 ranger van de kwantummechanica. De New York Times-website. https://www.nytimes.com/1990/01/07/books/the-lone-ranger-of-quantum-mechanics.html. 1990.