Τετάρτη, 1 Απριλίου 2015

Έρβιν Σρέντινγκερ. Erwin Schrödinger

Αυστριακός φυσικός που κέρδισε τη θέση του στο «πάνθεον» ανακαλύπτοντας –το 1925– τη σημαντικότερη εξίσωση στην ιστορία της επιστήμης: Την εξίσωση Σρέντινγκερ. Αυτήν που αντικαθιστά την εξίσωση Νεύτωνα ως η «σωστή εξίσωση» για την περιγραφή της κίνησης των σωματιδίων του μικρόκοσμου.

Ο Σρέντινγκερ  ήταν εκείνος που μετέτρεψε τις ασαφείς ακόμα ιδέες για κύματα ηλεκτρονίων σε έναν συνεπή μαθηματικό φορμαλισμό, ο οποίος εφαρμόστηκε αμέσως και με μεγάλη επιτυχία στα ηλεκτρόνια και όχι μόνο σ΄ αυτά. Στη δική του πρόταση, κάθε κατάσταση ενός συστήματος περιγράφεται από μια ποσότητα η οποία λέγεται Κυματοσυνάρτηση και συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα Ψ. Ο πυρήνας της προσέγγισης ήταν μια εξίσωση η οποία υπαγόρευε το πως θα διαδίδεται κάθε κύμα στον χώρο και στον χρόνο, και το υπαγόρευε μέσα από την κυματοσυνάρτηση του σωματιδίου. Από μαθηματική σκοπιά η εξίσωση αυτή ήταν σαν εκείνες που χρησιμοποιούσε η Φυσική τον 19ο αιώνα για τη διάδοση των κυμάτων, όπως είναι λόγου χάριν, τα ηχητικά. 

Ήδη από την πρώτη σχετική δημοσίευση τον Ιανουάριο του 1926 στο περιοδικό Annalen der Physik, ο Σρέντινγκερ συνειδητοποίησε ότι η εξίσωσή του εξηγούσε αβίαστα την κβάντωση της ενέργειας που αποτελεί το κλειδί για την κατανόηση του μυστηρίου της ατομικής σταθερότητας όπως το είχε θέσει νωρίτερα ο Μπορ. Στην ίδια εργασία ο Σρέντινγκερ εφάρμοσε την εξίσωσή του στο άτομο του υδρογόνου και έδειξε ότι δίνει τις σωστές τιμές της ενέργειας αλλά και άλλα φυσικά χαρακτηριστικά του ατόμου όπως, παραδείγματος χάριν, το μέγεθός του.

Πρόκειται σίγουρα για μια από τις σημαντικότερες επιστημονικές εργασίες όλων των εποχών.

Όμως ο Σρέντινγκερ δεν έμεινε σ’ αυτό. Ένα μήνα μετά επανήλθε με μια δεύτερη εργασία, δίνοντας τη λύση του κβαντικού αρμονικού ταλαντωτή αλλά και με εφαρμογές στα διατομικά μόρια και το φάσμα περιστροφής τους.

 Werner Heisenberg, 1901-1976.

Στην Τρίτη κατά σειράν εργασία (Μάιος του 1926) έδειξε ότι η μορφή της κβαντομηχανικής που βασιζόταν στην εξίσωσή του –η αποκαλούμενη τότε κυματομηχανική– ήταν ισοδύναμη με τη μηχανική των μητρών που είχε ανακαλύψει ο Χάιζενμπεργκ λίγο διάστημα πριν. 

Erwin Schrödinger (1887- 1961) was an Austrian physicist who developed a number of fundamental results in the field of quantum theory, which formed the basis of wave mechanics: he formulated the wave equation (stationary and time-dependent Schrödinger equation) and revealed the identity of his development of the formalism and matrix mechanics. Schrödinger proposed an original interpretation of the physical meaning of the wave function and in subsequent years repeatedly criticized the conventional Copenhagen interpretation of quantum mechanics (using e.g. the paradox of Schrödinger's cat).

Όμως, ενώ η συμβολή του Σρέντινγκερ στη μαθηματική διατύπωση και εφαρμογή των κβαντικών νόμων υπήρξε κεφαλαιώδης, εν τούτοις η κατεύθυνση προς την οποία αναζήτησε τη φυσική ερμηνεία των λύσεων της εξίσωσής του ήταν μάλλον «ορθογώνια» προς εκείνη της σχολής της Κοπεγχάγης. Για μεγάλα διαστήματα επέμεινε σε μια κλασικού τύπου ερμηνεία των υλικών κυμάτων, αν και ελάχιστα πράγματα δημοσίευσε πάνω σ’ αυτό.

Ωστόσο, η κριτική του στην «επίσημη ερμηνεία» της κβαντομηχανικής ήταν πολύ διεισδυτική, με κορυφαίο παράδειγμα το περίφημο παράδοξο της γάτας του Σρέντινγκερ το οποίο αποκαλύπτει τις παράλογες συνέπειες στις οποίες οδηγείται η σχολή της Κοπεγχάγης –και ειδικότερα η λεγόμενη αρχή της επαλληλίας– αν εφαρμοστεί σε μακροσκοπικά αντικείμενα όπως μια γάτα. Η γάτα μπορεί να είναι ζωντανή και νεκρή ταυτόχρονα μέχρις ότου η πράξη της μέτρησης πραγματώσει το ένα ή το άλλο από τα δύο ενδεχόμενα! Ο Μπορ αρνείται βέβαια τη νομιμότητα αυτής της εφαρμογής –γι’ αυτόν η ύπαρξη καθαρά κλασικών μακροσκοπικών αντικειμένων είναι προϋπόθεση για τη σωστή φυσική ερμηνεία της κβαντομηχανικής– όμως το ζήτημα παραμένει ανοικτό μέχρι σήμερα.

Erwin Schrödinger: "What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell". Cambridge: University Press, 1948.

Προβλέποντας τη χιονοστιβάδα των συνεπειών της κβαντικής επανάστασης σε γειτονικές επιστήμες όπως η χημεία και η βιολογία –ιδίως στη δεύτερη– συγκέντρωσε τις σχετικές σκέψεις του σ’ ένα μικρό βιβλιαράκι υπό τον τίτλο What is life?, στο οποίο διατυπώνεται για πρώτη φορά η ιδέα ότι η γενετική πληροφορία ίσως είναι εγγεγραμμένη και μεταφέρεται από ένα κατάλληλο γραμμικό μακρομόριο. Φαίνεται ότι το βιβλίο αυτό άσκησε σημαντική επίδραση στη νέα γενιά μοριακών βιολόγων που σύντομα θα πρωταγωνιστούσε σε μια άλλη επανάσταση, στο δικό τους πεδίο αυτή τη φορά.

At the European Forum Alpbach from left.: Dr. Merz-Benteli, Erwin Schrödinger and his wife Annemarie, ca. 1951.

Ως προσωπικότητα ο Έρβιν Σρέντινγκερ ήταν περισσότερο γνωστός για την ελευθεριάζουσα ερωτική του ζωή, μάλλον σκανδαλώδη για τα κοινωνικά και ακαδημαϊκά ήθη της εποχής. Η συμβίωση με τη σύζυγο και την (εκάστοτε) ερωμένη του ήταν μάλλον κανόνας ζωής παρά εξαίρεση, κι αυτό ήταν συχνά πρόβλημα στις ακαδημαϊκές του μετακινήσεις από ίδρυμα σε ίδρυμα. Έτσι ναυάγησαν οι «διαπραγματεύσεις» του για μια έδρα στην Οξφόρδη ή στο Πρίνστον και ξόδεψε τελικά ένα μεγάλο μέρος της ακαδημαϊκής του ζωής (1940-1957) στην Ιρλανδία, στο Ινστιτούτο Προχωρημένων Σπουδών που ιδρύθηκε γι’ αυτόν και αργότερα στη Σχολή Θεωρητικής Φυσικής στο Δουβλίνο.

Bust of Schrödinger, in the courtyard arcade of the main building, University of Vienna, Austria.

Για τη θεμελιώδη συμβολή του στην επιστήμη ο Έρβιν Σρέντινγκερ μοιράστηκε το βραβείο Νομπέλ φυσικής με τον Ντιράκ το 1933, ενώ ένας τεράστιος κρατήρας στην αθέατη πλευρά της σελήνης έχει πάρει το όνομά του.

Πηγή: Στέφανος Λ. Τραχανάς, «Μεγάλη επιστήμη, ενδιαφέρουσες ζωές». Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης.