Шредингер Эрвин: биография и открытия физика

Шредингер Эрвин, биография которого будет рассмотрена в статье, родился в 1887 г., 12 августа в Вене. Скончался он там же, в 1961 г., 4 января. Шредингер Эрвин – физик, обладатель Нобелевской премии. Он также являлся членом нескольких академий наук.

Общие сведения

Шредингер Эрвин, фото которого представлено выше, сформулировал зависящее от времени и стационарное волновые уравнения. Им была предложена оригинальная трактовка сути волновой функции. Ученый также показал тождественность матричной механики и формализма, разработал теорию возмущений, вывел решения для ряда задач. Им было создано множество научных трудов. Шредингер Эрвин – создатель квантовой механики. Он работал над общей теорией относительности, предпринял ряд попыток построения единой концепции поля.

Происхождение

Отцом ученого был Рудольф Шредингер. Эрвин являлся единственным ребенком в семье. Отец был успешным предпринимателем. Он владел фабрикой по выпуску линолеума и клеенки. Мать ученого являлась дочерью Александра Бауэра – химика. Его лекции Эрвин посещал в период обучения в Венской техшколе. Обстановка в семье, прекрасное образование родителей способствовали развитию разнообразных интересов ребенка. До 11 лет Эрвин обучался дома. В 1898 г. он был принят в Академическую гимназию. В ней изучались преимущественно гуманитарные науки. В каждом классе лучшим учеником всегда становился Шредингер. Эрвин любил учиться, много читал, изучал иностранные языки. Кроме этого, ему нравился театр.

Образование

Сдав экзамены в школе, Шредингер Эрвин был зачислен в Венский университет. Произошло это в 1906 году. В университете он выбрал курсы физики и математики. Особое влияние на формирование интересов юноши оказал Ф. Экснер. Он читал лекции по физике и большое значение придавал философским и методологическим вопросам науки. После знакомства с Ф. Хазенерлем, у Эрвина появился интерес к теоретическим аспектам физики. Именно от него будущий ученый узнал о насущных проблемах и сложностях, которые возникают при попытках их решить. В процессе обучения в университете Эрвин в совершенстве овладел всеми математическими методами в физике. Диссертационная работа молодого ученого, однако, была экспериментальной. Труд был посвящен исследованию влияния влажности на электрические характеристики некоторых изоляционных материалов (янтарь, эбонит, стекло). После сдачи экзаменов и защиты Шредингер Эрвин получил докторскую степень.

Начало карьеры

В 1911 году, в октябре Шредингер Эрвин возвращается во 2-й физический институт при Венском университете. Здесь он становится ассистентом Экснера. Эрвин ведет занятия физического практикума и участвует в исследованиях. В 1913 году он подал ходатайство на присуждение звания приват-доцента. В следующем году Эрвин его получил. Далее он хотел начать активную преподавательскую деятельность, но планы нарушила Первая мировая. Молодого ученого призвали в армию. Эрвин служил на сравнительно спокойных участках фронта. В 1917 г. его назначили преподавателем метеорологии в Винер-Нойштадте. Режим службы позволял ему читать литературу и работать над проблемами науки.

Переезды

В 1918 г. Шредингер возвращается в Вену. Приблизительно в это же время он получает предложение занять пост экстраординарного профессора в университете г. Черновцы. Но Австро-Венгерская империя распалась, и город оказался в другом государстве. Австрия находилась в тяжелом экономическом кризисе, семья Шредингера обанкротилась. Молодой ученый был вынужден искать новую работу. Осенью 1919 г. ему поступило предложение от Макса Вина. Он возглавлял Физический институт в Йенском университете. Вин предложил Шредингеру стать его ассистентом и доцентом кафедры. В 1920 г., в апреле последний приехал в Йену. Однако задержался он там только на 4 месяца. После этого Шредингер отправился в Штутгарт, в Высшую техшколу. Здесь он стал экстраординарным профессором. Однако и здесь он проработал недолго. Ему стали поступать предложения и из других университетов. В итоге Шредингер Эрвин выбрал институт в Бреслау. Здесь он читал свои лекции в течение летнего семестра. По его завершении Шредингер снова сменил работу.

Цюрих

В этот город Шредингер переехал в 1921 г., став главой престижной кафедры в местном университете. В Цюрихе его финансовое положение было более устойчиво. Кроме этого, здесь было множество возможностей для отдыха (Эрвин любил лыжные походы и альпинизм), встреч с ведущими учеными, творческой деятельности. Однако время пребывания в Цюрихе омрачилось болезнью. У Шредингера диагностировали туберкулез. Из-за этого 9 месяцев он провел в Швейцарских Альпах. Что касается творческой деятельности, годы, проведенные в Цюрихе, стали самыми плодотворными.

Берлин

Работу, которую вел Эрвин Шредингер, книги, изданные им в Цюрихе, принесли ему известность в научных кругах. Вскоре он стал одним из главных кандидатов на должность профессора в Берлинском университете. В 1927 г., 1 октября ученый принял предложение и приступил к работе. В Берлине он познакомился с величайшими научными деятелями: Эйнштейном, Планком, Максом фон Лауэ. Они разделяли его консервативный взгляд на квантовую механику, отрицали копенгагенскую ее интерпретацию. В университете ученый читал лекции, проводил семинары, участвовал в организационных мероприятиях. Но в целом он держался особняком.

Оксфорд

Шредингер характеризовал время, проведенное в Берлине, как "лучшие годы учебы и преподавания". Однако прекрасный период закончился с приходом Гитлера. Будучи уже немолодым, Эрвин не желал жить и работать в новом режиме. Он решает снова сменить обстановку. Несмотря на негативное отношение к нацизму, Шредингер открыто не высказывал своего мнения. Более того, он не хотел вмешиваться в процессы, стремясь отстраниться от политики. Но сохранить такую позицию было в то время крайне сложно. Объясняя причины отъезда, ученый говорил, что не терпит, когда его донимают политикой. В 1933 году Шредингер получил приглашение в Оксфорд. Вскоре ему сообщили о присуждении Нобелевской премии.

Самооценка

Особый интерес представляют мемуары, которые писал Шредингер Эрвин. Цитаты из них достаточно ярко характеризуют его как личность. Например, он дает оценку своему мышлению. В своих работах, как и в жизни в целом, он не следовал какой-то конкретной генеральной линии, рассчитанной на продолжительный период. Шредингер говорил: "Интерес к чему-либо всегда зависел от интереса, который проявляют к вопросу другие. В редких случаях я говорю первым, но часто произношу второе слово. Побудительным фактором является желание исправить или возразить…".

Возвращение на родину

После завершения войны Шредингер часто получал приглашения приехать в Германию или Австрию, но отклонял их. Свое согласие на возвращение он дал только после того, как был подписан Австрийский договор. Президент республики в начале 1956 г. утвердил постановление, которым ученому предоставлялась персональная должность профессора в Венском университете. Уже в апреле этого же года Шредингер начал работу на родине. Через 2 года, однако, он вынужден был покинуть пост из-за болезни. Последние годы ученый провел в деревне Альпбах.

Шредингер Эрвин: открытия

Большое влияние на деятельность ученого оказала работа Луи де Бройля. В ней присутствовала идея о волновых характеристиках вещества. Кроме этого, ученый изучал статью Эйнштейна о квантовой теории газа. Успех деятельности в этом направлении обеспечивался владением математическим аппаратом. Шредингер попытался обобщить волны Бройля в случае взаимодействующих частиц с учетом релятивистских эффектов. Спустя время он предложил энергетические уровни, представив их как собственные значения некоторого оператора. Но проверка для простейшего водородного атома дала разочаровывающие результаты. Ученый оставил на некоторое время эту работу. Впоследствии, вернувшись к ней, он выяснил, что подход дает удовлетворительный результата при нерелятивистском приближении.

В 1926 г. Шредингер сформулировал волновое уравнение, применив его к нахождению энергетических дискретных уровней водородного атома. Впоследствии, обобщив формулу, он пришел к выводу о тождественности скорости одной частицы групповой интенсивности волнового пакета. Кроме этого, ученый, используя свой подход, решил задачу о гармоническом осцилляторе. В своей работе Шредингер впервые стал использовать понятие "волновая механика". Обобщив метод, который был создан лордом Рэлеем, в концепции акустических колебаний, он сформулировал метод получения приближенных решений для сложных задач. Этот метод использовался при описании эффекта Штарка для водородного атома. Впоследствии ученый создал формулу, позже названную нестационарной. Уравнение использовалось для развития теории возмущений, зависящих от времени.

Труд Эрвина Шредингера "Что такое жизнь?"

Достижения ученого позволили заложить теоретические основы химии. Развитие этой науки, в свою очередь, сильно повлияло на становление молекулярной биологии. Непосредственный вклад в этот процесс внес труд Эрвина Шредингера "Что такое жизнь?". Он основывается на лекциях, прочитанных в Тринити-колледже Дублина в 1943 г. Труд был создан под влиянием статьи Делбрюка, Циммера и Тимофеева-Ресовского в 1935 г. Публикация посвящена исследованию генетических мутаций, возникающих под действием гамма- и рентгеновских излучений. Для объяснения изменений авторы использовали теорию мишеней. Несмотря на то что в тот период природа наследственности не была изучена, использование атомной физики при рассмотрении проблемы мутагенеза позволило определить некоторые закономерности. Статья была положена в основу работы Шредингера, которая заинтересовала многих молодых физиков. В первых нескольких главах рассматриваются механизмы мутаций и наследственности. В последних двух разделах Шредингер высказывает свои мысли о вопросе природы жизни. В частности, автор вводит понятие отрицательной энтропии. Ее организмы должны получать из внешней среды. Она позволяет компенсировать рост энтропии, приводящей к термодинамическому равновесию и смерти.

Мысленный эксперимент

В ходе своей научной деятельности Шредингер в одном из исследований хотел продемонстрировать неполноту теории квантовой механики в конкретной ситуации. В частности, изучался переход от субатомных структур к макроскопическим. Что предложил Эрвин Шредингер? Кот помещается в закрытую стальную камеру вместе с адской машиной. Последняя представляет собой счетчик Гейгера, внутри которого находится радиоактивное вещество. Но его настолько мало, что за час может распасться только 1 атом. Однако с такой же вероятностью этого может и не произойти. Что особенно подчеркивал Эрвин Шредингер – кот не должен иметь прямой доступ к машине. Если распад произойдет, считывающая трубка разрядится, сработает реле, которым опускается молот, разбивающий колбу с синильной кислотой. Далее предлагается предоставить систему на час самой себе. В результате, заключает Эрвин Шредингер, черный ящик преобразует неопределенность, изначально ограниченную атомным миром, в макроскопическую. Она может устраняться прямым наблюдением. Это обстоятельство мешает воспринимать "модель размытия" как отражающую реальность. Предоставив систему на час самой себе, можно заключить, что кот останется живым по истечении времени, если распада не случится. При первом же расщеплении животное погибнет. В соответствии с квантовой механикой, при отсутствии наблюдения за ядром, то оно будет описываться с использованием суперпозиции. Она, в свою очередь, представляет собой распавшееся и нераспавшееся состояния. Соответственно, сидящий в камере кот одновременно и живой, и мертвый. Если открыть ее, то наблюдатель увидит только одно состояние. Вопрос в том, когда перестает существовать система и выбирает одну позицию? Эксперимент направлен на то, чтобы показать неполноту квантовой механики без определенных правил. Они указывают на условия, при которых случается коллапс. Понятно, что кот должен быть или мертвым, или живым, поскольку в реальности не существует состояния смешения. Аналогичное правило действует и в отношении ядра. Оно будет обязательно распавшимся или целым.

Учение о цвете

Ему уделялось особое внимание в лаборатории Экснера. Шредингер изучал теоретический аспект вопроса. Итоги его работы были изложены в статье, опубликованной в 1920 г. В качестве основы ученый использовал не плоский треугольник цветов, а трехмерное пространство с тремя базисными векторами. Чистые спектральные оттенки расположены на поверхности определенной фигуры (конуса). Объем заполняют смешанные цвета (белый, к примеру). Для каждого оттенка предусмотрен свой радиус-вектор. Далее определяется ряд количественных характеристик (яркость, например). Это позволяет объективно сопоставлять относительные значения для разных цветов. Шредингер вводит в трехмерное пространство закономерности римановой геометрии. Минимальное расстояние между двумя точками должно являться количественным показателем отличия цветов. Впоследствии ученый предложил метрику пространства, позволяющую вычислять яркость, согласно закону Вебера-Фехнера. Несколько работ Шредингер посвятил физиологическим особенностям зрительного аппарата, написал обширный обзор по цветовосприятию. В одной из статей он пытался связать чувствительность глаз к свету с различной длиной волны и спектральный состав излучения Солнца. Ученый считал, что палочки, нечувствительные к цвету (рецепторы в сетчатке, отвечающие за ночное видение), появились на начальных стадиях эволюции, еще раньше, чем колбочки. Эти изменения, как утверждал Шредингер, можно обнаружить в строении глаза. Его работы позволили ему приобрести к середине 1920-х гг. репутацию одного из главных специалистов по вопросам исследования цвета. Но с этого времени его внимание было обращено на совсем другие проблемы. Впоследствии к исследованию цветов он больше не возвращался.