• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

Erwin Schrödinger

Oprindelig forfatter Kragh Seneste forfatter Redaktionen

Erwin Schrödinger skabte kvantemekanikkens bølgeformulering, men søgte til stadighed at tolke den i klassiske vendinger. I en samtale med Niels Bohr, refereret af Werner Heisenberg, sagde Schrödinger: Hvis alt dette forbandede kvantespringeri virkelig var kommet for at blive, så ville jeg ærgre mig over nogen sinde at have beskæftiget mig med kvanteteori. Hertil svarede Bohr: Men det er vi andre meget taknemmelige for, at De har gjort; Deres bølgemekanik har skabt så megen matematisk klarhed og enkelhed, at den udgør et gigantisk fremskridt i forhold til alle tidligere udgaver af kvantemekanikken. Fotografi fra 1956.

Erwin Schrödinger skabte kvantemekanikkens bølgeformulering, men søgte til stadighed at tolke den i klassiske vendinger. I en samtale med Niels Bohr, refereret af Werner Heisenberg, sagde Schrödinger: Hvis alt dette forbandede kvantespringeri virkelig var kommet for at blive, så ville jeg ærgre mig over nogen sinde at have beskæftiget mig med kvanteteori. Hertil svarede Bohr: Men det er vi andre meget taknemmelige for, at De har gjort; Deres bølgemekanik har skabt så megen matematisk klarhed og enkelhed, at den udgør et gigantisk fremskridt i forhold til alle tidligere udgaver af kvantemekanikken. Fotografi fra 1956.

Erwin Schrödinger, 12.8.1887-4.1.1961, østrigsk fysiker, skaber af bølgeformuleringen af kvantemekanikken. Schrödinger studerede fysik i Wien og deltog i 1. Verdenskrig. Efter ansættelser i Tyskland blev han i 1921 professor ved universitetet i Zürich, og i 1927 efterfulgte han M. Planck som professor ved universitetet i Berlin. I 1933 forlod han Tyskland og var indtil 1936 professor i Oxford og derefter i Graz i Østrig. I 1938 måtte han forlade Østrig, og efter et kort ophold ved Princeton University i USA blev han i 1939 direktør for teoretisk fysik ved Institute for Advanced Studies i Dublin. I 1956 vendte han tilbage til et æresprofessorat i Wien.

Schrödingers første videnskabelige arbejder var inden for statistisk fysik, farveteori, radioaktivitet og relativitetsteori. I 1925 blev han opmærksom på L. de Broglies disputats, hvor det blev postuleret, at partikler har bølgeegenskaber. Denne idé sammen med hans eget arbejde med kvantestatistik førte ham i slutningen af 1925 til en ny atomteori baseret på bølgefunktioner (ψ-funktioner). Efter et mislykket forsøg på at formulere teorien relativistisk nåede han frem til den fundamentale Schrödingerligning, som beskriver et atomart systems energitilstande. Han udviklede bølgemekanikken i 1926 og viste, at den var ækvivalent med den af W. Heisenberg tidligere formulerede matrixmekanik.

De fleste fysikere anvendte Schrödingers version af kvantemekanikken, men ikke hans fortolkning af den. Han accepterede ikke den af M. Born foreslåede fortolkning af ψ-funktionen som en sandsynlighedsbølge og heller ikke den københavnerfortolkning, der især skyldtes N. Bohr.

Annonce

Utilfreds med udviklingen af kvantefysikken gik Schrödinger sine egne veje. I 1935 formulerede han et berømt tankeeksperiment, "Schrödingers kat", til illustration af kvantefysikkens erkendelsesmæssige problemer. I den følgende periode arbejdede han også med kosmologi, og i mange år søgte han at skabe en forenet teori for kvantemekanik og generel relativitetsteori. Ingen af hans forsøg førte dog til noget.

Schrödingers interesser spændte vidt og omfattede bl.a. biologiske grundlagsproblemer, hvorom han i 1944 skrev bogen What is Life? Filosofi og poesi var en vigtig del af hans liv, og han nærede stor interesse for østens mystik og filosofiske systemer. Han anerkendes ikke blot som en af 1900-t.s største fysikere, men også som en fremtrædende humanist og naturfilosof. Schrödinger fik sammen med P.A.M. Dirac nobelprisen i fysik i 1933.

Schrödingers kat

444035.501.jpg

I Niels Bohrs fortolkning af kvantemekanikken, ofte betegnet københavnerfortolkningen, spiller målingen en fundamental rolle: Det har ingen mening at tale om et atomart systems egenskaber uafhængigt af den måleopstilling, man bruger til at undersøge det med. Måleapparatet kan fx være en geigertæller, der giver et klik, når et atom henfalder. Det er ifølge Bohr afgørende, at måleapparatets visninger kan beskrives vha. klassiske begreber, for at en observatør kan aflæse dem. I kvantemekanikken beskrives fx et radioaktivt atoms tilstand som en overlejring (superposition) af to tilstande, en svarende til, at atomet ikke er henfaldet, og en svarende til, at det er henfaldet; geigertælleren vil imidlertid altid enten have sagt klik eller ikke og vil aldrig befinde sig i en superposition. En måling resulterer dermed altid i skarpe, veldefinerede værdier (såkaldte egenværdier); man siger, at målingen får den superponerede tilstand til at kollapse til en egentilstand.

Et problem med denne fortolkning er, at makroskopiske objekter som måleapparater selv består af atomer og dermed kan beskrives vha. kvantemekanikken. Schrödinger accepterede aldrig københavnerfortolkningen og søgte i 1935 med et tankeeksperiment at vise, at den fører til absurde konsekvenser. Han forestillede sig en kat i en lukket kasse, der vil blive fyldt med dampe af giften blåsyre, såfremt en geigertæller registrerer et henfald fra en radioaktiv kilde. Radioaktive henfald er tilfældige, og man kan kun sige, at der fx er 50% chance for, at der sker et henfald i løbet af en time. Det radioaktive atoms tilstand er efter en time derfor en ligelig superposition af tilstanden "ikke-henfaldet" og "henfaldet". Hvis man anvender kvantemekanikken på hele systemet i kassen, følger det, at katten befinder sig i en tilstand, der er en superposition af "levende" (A) og "død" (B). Først når man åbner kassen og dermed "måler" kattens tilstand, vil den vise sig at være død eller levende, hvilket svarer til, at den superponerede tilstand A+B netop ved iagttagelsen kollapser til en af de to skarpe tilstande. Før iagttagelsen vil katten hverken være død eller levende - eller rettere den vil være både død og levende! Schrödinger mente, at denne absurde konklusion måtte betyde, at den sædvanlige fortolkning af kvantemekanikken var forkert.

Schrödingers tankeeksperiment vakte ikke straks opmærksomhed, og det var først ca. 1970, at hans kat blev almindelig kendt og diskuteret. Forskellige alternativer til københavnerfortolkningen er blevet foreslået for at undgå paradokset. Mange fysikere vil sige, at katten dør, allerede når geigertælleren klikker, selvom den ikke iagttages. Dermed gøres tilstandskollapset til et objektivt fænomen, men man har endnu ikke en tilfredsstillende teori for, hvordan det skulle foregå, og hvor grænsen mellem det kvantemekaniske og det klassiske præcis går. Andre benægter helt, at der foregår et kollaps: Ifølge den kontroversielle mangeverdensfortolkning spalter hele Universet i to hver gang, der kan ske et tilstandskollaps; i det ene Univers vil katten være død, i det andet levende.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Helge Kragh: Erwin Schrödinger i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 17. november 2017 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=156485