Ервін Шредінгер - Нобелівські лауреати за роками - Великі Люди
Нобелівська премія з фізики 1933
Нагороди: Нобелівська премія з фізики, Медаль імені Макса Планка
До одинадцяти років дитину вчили вдома, а в 1898 він, успішно витримавши вступні іспити, вступив до Академічної гімназії, яку закінчив у 1906. Ця гімназія мала репутацію престижного навчального закладу, але, в основному, гуманітарного профілю. Тим не менш, після блискуче зданих випускних іспитів (Ервін взагалі незмінно був першим учнем у класі), коли настав час вибору подальшого шляху, без вагань перевагу віддали математиці та фізиці. Восени 1906 року Шредінгер вступив до Віденського університету, де ще недавно, до своєї трагічної загибелі працював Людвіг Больцман. Але цей вибір Ервіна не зробив його вузьким фахівцем. Коло його інтересів завжди залишалося напрочуд широким. Він знав шість іноземних мов, добре знав німецьких поетів, писав вірші.
У 1906 р. він вступив до Віденського університету і наступного року почав відвідувати лекції з фізики Фрідріха Газенерля, чиї блискучі ідеї справили на Ервіна глибоке враження. Захистивши 1910 р. докторську дисертацію, Шредінгер стає асистентом фізика-експериментатора Франца Екснера у 2-му фізичному інституті при Віденському університеті. На цій посаді він перебував аж до початку першої світової війни. У 1913 р. Шредінгер і К. В. Ф. Кольрауш отримують премію Хайтінгер Імператорської академії наук за експериментальні дослідження радію.
Під час війни Шредінгер служив офіцером-артилеристом у глухому гарнізоні,розташованому в горах, далеко від лінії фронту. Продуктивно використовуючи вільний час, він вивчав загальну теорію відносності Альберта Ейнштейна. Після закінчення війни він повертається до 2-го фізичного інституту у Відні, де продовжує свої дослідження щодо загальної теорії відносності, статистичної механіки (що займається вивченням систем, що складаються з дуже великої кількості взаємодіючих об'єктів, наприклад молекул газу) та дифракції рентгенівського випромінювання. Тоді ж Шредінгер проводить великі експериментальні та теоретичні дослідження з теорії кольору та сприйняття кольору.
У 1920 р. Шредінгер вирушив до Німеччини, де став асистентом Макса Вина в Ієнському університеті, але через чотири місяці стає ад'юнкт-професором Штутгартського технічного університету. Через один семестр він залишає Штутгарт і на короткий час обіймає посаду професора в Бреслау (нині Вроцлав, Польща). Потім Шредінгер переїжджає до Швейцарії і стає там повним професором, а також наступником Ейнштейна та Макса фон Лауе на кафедрі фізики Цюріхського університету. У Цюріху, де Шредінгер залишається з 1921 по 1927 р., він займається в основному термодинамікою та статистичною механікою та їх застосуванням для пояснення природи газів та твердих тіл. Цікавлячись широким колом фізичних проблем, він стежить і за успіхами квантової теорії, але не зосереджує свою увагу на цій галузі аж до 1925, коли з'явився сприятливий відгук Ейнштейна з приводу хвильової теорії матерії Луї де Бройля.
Квантова теорія народилася в 1900 р., коли Макс Планк запропонував теоретичний висновок про співвідношення між температурою тіла і випромінюванням, що випускається цим тілом, висновок, який довгий час вислизав від інших учених, Як і його попередники, Планк припустив, що випромінювання випромінюють атомніосцилятори, але при цьому вважав, що енергія осциляторів (і, отже, випромінювання, що випускається ними) існує у вигляді невеликих дискретних порцій, які Ейнштейн назвав квантами. Енергія кожного кванта пропорційна частоті випромінювання. Хоча виведена Планком формула викликала загальне захоплення, прийняті ним припущення залишалися незрозумілими, оскільки суперечили класичній фізиці. У 1905 р. Ейнштейн скористався квантовою теорією пояснення деяких аспектів фотоелектричного ефекту – випромінювання електронів поверхнею металу, яку падає ультрафіолетове випромінювання. Принагідно Ейнштейн відзначив парадокс, що здається: світло, про яке протягом двох століть було відомо, що воно поширюється як безперервні хвилі, за певних обставин може поводитися і як потік частинок.
Приблизно через вісім років Нільс Бор поширив квантову теорію на атом і пояснив частоти хвиль, що випускаються атомами, збудженими в полум'ї або електричному заряді. Ернест Резерфорд показав, що маса атома майже цілком зосереджена в центральному ядрі, що несе позитивний електричний заряд і оточеному на порівняно великих відстанях електронами, що несуть негативний заряд, внаслідок чого атом в цілому електрично нейтральний.
Бор припустив, що електрони можуть бути лише на певних дискретних орбітах, відповідних різним енергетичним рівням, і що «перескок» електрона з однієї орбіти в іншу, з меншою енергією, супроводжується випромінюванням фотона, енергія якого дорівнює різниці енергій двох орбіт. Частота, за теорією Планка, пропорційна енергії фотона. Таким чином, модель атома Бора встановила зв'язок між різними лініями спектрів, характерними для випромінювання речовини, що випускає, і атомноїструктурою. Незважаючи на початковий успіх, модель атома Бора незабаром зажадала модифікацій, щоб позбавитися розбіжностей між теорією та експериментом. Крім того, квантова теорія на тій стадії ще не давала систематичної процедури вирішення багатьох квантових завдань.
Нова істотна особливість квантової теорії виявилася в 1924 р., коли де Бройль висунув радикальну гіпотезу про хвильовий характер матерії: якщо електромагнітні хвилі, наприклад світло, іноді поводяться як частинки (що показав Ейнштейн), то частки, наприклад електрон за певних обставин, можуть поводитися як хвилі. У формулюванні де Бройля частота, що відповідає частинці, пов'язана з її енергією, як у випадку фотона (частки світла), але запропонований де Бройлем математичний вираз був еквівалентним співвідношенням між довжиною хвилі, масою частинки та її швидкістю (імпульсом). Існування електронних хвиль було експериментально доведено у 1927 р. Клінтоном Дж. Девіссоном та Лестером Г. Джермером у Сполучених Штатах та Дж. П. Томсоном в Англії. У свою чергу, це відкриття призвело до створення в 1933 р. Ернестом Рускою електронного мікроскопа.
Однією з причин невдачі, що спіткала Шредінгера, було те, що він не врахував наявності специфічної властивості електрона, відомого нині під назвою спина (обертання електрона навколо власної осі на кшталт дзиги), про яке в той час було мало відомо. Наступну спробу Шредінгер зробив у 1926 р. Швидкості електронів цього разу були обрані їм настільки малими, що необхідність залучення теорії відносності відпадала сама собою. Друга спроба увінчалася висновком хвильового рівняння Шредінгера, що дає математичний опис матерії термінах хвильової функції. Шредінгер назвав свою теорію хвильовою механікою. Рішенняхвильового рівняння перебували у злагоді з експериментальними спостереженнями і справили глибоке впливом геть подальше розвиток квантової теорії.
Шредінгер показав, що хвильова механіка і матрична механіка математично еквівалентні. Відомі нині під загальною назвою квантової механіки ці дві теорії дали довгоочікувану загальну основу опису квантових явищ. Багато фізиків віддавали перевагу хвильовій механіці, оскільки її математичний апарат був їм більш знайомий, а її поняття здавалися більш «фізичними»; операції ж над матрицями – більш громіздкими.
Незабаром після того, як Гейзенберг і Шредінгер розробили квантову механіку, П. А. М. Дірак запропонував загальнішу теорію, в якій елементи спеціальної теорії відносності Ейнштейна поєднувалися з хвильовим рівнянням. Рівняння Дірака застосовується до частинок, що рухаються з довільними швидкостями. Спин і магнітні властивості електрона випливали з теорії Дірака без будь-яких додаткових припущень. Крім того, теорія Дірака передбачала існування античастинок, таких як позитрон і антипротон – двійників частинок із протилежними за знаком електричними зарядами.
У 1933 р. Шредінгер та Дірак були удостоєні Нобелівської премії з фізики «за відкриття нових продуктивних форм атомної теорії». У тому ж році Гейзенбергу було присуджено Нобелівську премію з фізики за 1932 р. На церемонії презентації Ганс Плейель, член Шведської королівської академії наук віддав належне Шредінгера за «створення нової системи механіки, яка справедлива для руху всередині атомів і молекул». За словами Плейеля, хвильова механіка дає не лише «вирішення низки проблем в атомній фізиці, але й простий та зручний метод дослідження властивостей атомів та молекул і стала потужним стимулом розвитку фізики».
Фізичний сенс хвильового рівняння Шредінгера перестав бути безпосередньо очевидним. Насамперед, хвильова функція набуває комплексних значень, що містять квадратний корінь з –1. Шредінгер спочатку описував хвильову функцію як хвилеподібне поширення негативного електричного заряду електрона. Щоб уникнути комплексних рішень, він ввів квадрат функції (функцію, помножену він). Пізніше Борн ідентифікував квадрат абсолютної величини хвильової функції у цій точці як величину, пропорційну ймовірності знайти частинку у зазначеній точці за допомогою експериментального спостереження. Шредінгера не подобалася інтерпретація Борна, оскільки вона виключала певні твердження про становище та швидкість частки.
Поряд з Ейнштейном і де Бройлем Шредінгер був серед противників копенгагенської інтерпретації квантової механіки (названої так на знак визнання заслуг Нільса Бора, який багато зробив для становлення квантової механіки; Бор жив і працював у Копенгагені), оскільки його відштовхувала відсутність у ній детермінантів. В основу копенгагенської інтерпретації покладено співвідношення невизначеності Гейзенберга, згідно з яким положення та швидкість частки не можуть бути точно відомі одночасно. Чим точніше виміряно положення частинки, тим невизначеніша швидкість, і навпаки. Субатомні події можуть бути передбачені лише як ймовірність різних результатів експериментальних вимірювань. Шредінгер заперечував копенгагенський погляд на хвильову і корпускулярну моделі як на «додаткові», що співіснують із картиною реальності і продовжував пошуки опису поведінки матерії в термінах самих лише хвиль. Однак цим шляхом він зазнав невдачі, і копенгагенська інтерпретація стала домінуючою.
У 1927 р. Шредінгер на запрошення Планка став його наступником накафедра теоретичної фізики Берлінського університету. Він залишив кафедру 1933 р., після приходу до влади нацистів, на знак протесту проти переслідування інакодумців і, зокрема, проти нападу на вулиці на одного з його помічників, єврея за національністю. З Німеччини Шредінгер вирушив як запрошений професор в Оксфорд, куди незабаром після його прибуття прийшла звістка про присудження йому Нобелівської премії.
У 1936 р., незважаючи на погані передчуття щодо свого майбутнього, Шредінгер прийняв пропозицію і став професором Грацького університету в Австрії, але в 1938 р., після анексії Австрії Німеччиною, змушений був залишити і цей пост, утікши до Італії. Прийнявши запрошення, він переїхав потім до Ірландії, де став професором теоретичної фізики Дублінського інституту фундаментальних досліджень та залишався на цій посаді сімнадцять років, займаючись дослідженнями з хвильової механіки, статистики, статистичної термодинаміки, теорії поля та особливо за загальною теорією відносності. Після війни австрійський уряд намагався схилити Шредінгера повернутися до Австрії, але він відмовлявся, поки країна була окупована радянськими військами. У 1956 році він прийняв кафедру теоретичної фізики Віденського університету. Це був останній пост, який він обіймав у своєму житті.
У 1920 р. Шредінгер одружився з Аннемарією Бертель; дітей у подружжя був. Все життя він був любителем природи та пристрасним туристом. Серед своїх колег Шредінгер був відомий як людина замкнута, диваковата, мала мало однодумців, Дірак так описує прибуття Шредінгера на престижний Сольвіївський конгрес у Брюсселі: «Весь його скарб вміщався в рюкзаку. Він виглядав як бродяга, і знадобилося досить довго переконувати портьє, перш ніж той відвів Шредінгер номер уготелі».
Окрім Нобелівської премії, Шредінгер був удостоєний багатьох нагород та почестей, у тому числі золотої медалі Маттеучі Італійської національної академії наук, медалі Макса Планка Німецького фізичного товариства, та нагороджений урядом ФРН орденом «За заслуги». Шредінгер був почесним доктором університетів Гента, Дубліна та Единбурга, був членом Папської академії наук, Лондонського королівського товариства, Берлінської академії наук, Академії наук СРСР, Дублінської академії наук та Мадридської академії наук.
Нагороди і премії
Премія Хайтінгера (1920) Медаль Маттеуччі (1927) Нобелівська премія з фізики (1933) Медаль Макса Планка (1937) Орден «За заслуги перед Федеративною Республікою Німеччина» Премія Ервіна Шр (1956) Австрійський почесний знак «За науку та мистецтво» (1957)
Член Австрійської академії наук, Пукраїнської академії наук (1929), Академії наук СРСР (1934, член-кореспондент з 1928), Лондонського королівського товариства (1949), Папської академії наук (1937) , Ірландської королівської академії (1940), Іспанської королівської академії наук