Ο Έρβιν Σρέντινγκερ (12 Αυγούστου 1887 – 4 Ιανουαρίου 1961) ήταν Αυστριακός φυσικός.
Ασχολήθηκε με τη Στατιστική φυσική, τη Θερμοδυναμική, την Ηλεκτροδυναμική, την Κοσμολογία, τη Βιολογία, τη Φιλοσοφία, αλλά κυρίως με την Κβαντική φυσική, ανακαλύπτοντας την περίφημη κυματική εξίσωση που φέρει το όνομά του. Τιμήθηκε μαζί με τον Πολ Ντιράκ (Paul Dirac, 1902-1984) με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για τις εργασίες του πάνω στην ατομική θεωρία.
Ο Σρέντινγκερ γεννήθηκε στις 12 Αυγούστου 1887 στη Βιέννη, μοναδικό παιδί του Ρούντολφ Σρέντινγκερ και της Έμιλι Μπάουερ, θυγατέρας του Αλεξάντερ Μπάουερ, καθηγητή του της Χημείας στο Πολυτεχνείο της Βιέννης. Ο Ρούντολφ καταγόταν από Βαυαρική οικογένεια που είχε αρκετές γενεές πριν, εγκατασταθεί στη Βιέννη.
Ο Ρούντολφ είχε κληρονομήσει ένα μικρό εργοστάσιο λινελαίου, στο οποίο και εργαζόταν. Η μητέρα του Έρβιν ήταν κατά το ήμισυ Βρετανή. Ως αποτέλεσμα, ο μικρός Έρβιν έμαθε από μικρός τόσο αγγλικά όσο και γερμανικά, καθώς στο σπίτι του μιλούσαν και τις δύο γλώσσες. Ωστόσο, δε φοίτησε σε σχολείο μέχρι την ηλικία των 10 ετών, αλλά δεχόταν κατ’ οίκον μαθήματα από ιδιώτη εκπαιδευτή.
Το φθινόπωρο του 1898 εγγράφηκε στο Akademisches Gymnasium αφού πραγματοποίησε ένα μακράς διαρκείας ταξίδι στην Αγγλία με τη μητέρα του. Αποφοίτησε το 1908 και την ίδια χρονιά εγγράφηκε στο Πανεπιστήμιο της Βιέννης για να σπουδάσει Θεωρητική Φυσική. Οι παραδόσεις του καθηγητή του Φριτς Χάζενερλ (Fritz Hasenöhrl), διάδοχο του Μπόλτσμαν (Bolzmann), επηρέασαν σημαντικά τον νεαρό Έρβιν. Το 1910 έλαβε το διδακτορικό του (θέμα της διατριβής του ήταν «Περί ηλεκτρικής αγωγιμότητας στην επιφάνεια μονωτών σε υγρή ατμόσφαιρα».
Τα ποικίλα ενδιαφέροντα
Ο Σρέντινγκερ είχε πολλά και ποικίλα ενδιαφέροντα, ήδη από την εποχή της φοίτησής του στο Γυμνάσιο. Του άρεσαν οι επιστημονικές αρχές, αλλά εκτιμούσε την αυστηρή λογική της γραμματικής της παλαιάς γερμανικής γλώσσας και ποίησης. Απεχθανόταν την αποστήθιση και την αυστηρή εκμάθηση μόνον από βιβλία.
Ολοκληρώνοντας τις σπουδές του έγινε βοηθός του καθηγητή Φραντς Έξνερ (Franz Exner), καθοδηγώντας την πρακτική εξάσκηση των φοιτητών. Με την έναρξη του Α΄ Παγκοσμίου Πολέμου κλήθηκε να υπηρετήσει και τοποθετήθηκε ως αξιωματικός σε μονάδα πυροβολικού. Με τη λήξη του πολέμου επέστρεψε στην εργασία του και, το 1920, έλαβε ακαδημαϊκή θέση ως βοηθός του Καθηγητή Μαξ Βιν (Max Wien). Στη συνέχεια έγινε έκτακτος καθηγητής στη Στουτγάρδη και τακτικός καθηγητής στο Μπρέσλαου (σημ. Βρότσλαβ). Ακολούθησε η ανάληψη της θέσης του Καθηγητή στη Ζυρίχη, όπου εγκαταστάθηκε για έξι χρόνια.
Η περίοδος αυτή ήταν ίσως η πιο γόνιμη γι’ αυτόν, καθώς ασχολήθηκε με πολλά θέματα Θεωρητικής Φυσικής, κυρίως με θέματα θερμότητας και θερμοδυναμικής (τον ενδιέφερε ιδιαίτερα η θεωρία του Μπόλτσμαν). Ασχολήθηκε, επίσης, και με θέματα οπτικής και φυσιολογίας των χρωμάτων, συνέπεια των επαφών του με τον συνάδελφο και φίλο του Κολράους (Kohlrausch), τον Έξνερ και τις διαλέξεις του Χέλμχολτς (Helmholtz).
Στο τέλος αυτής της περιόδου έκανε και μια από τις πλέον σημαντικές ανακαλύψεις του, γνωστή ως κυματική Εξίσωση του Σρέντινγκερ (πρώτο ήμισυ του 1926). Αυτή η ανακάλυψη έγινε επειδή οι κβαντικές συνθήκες του Μπορ δεν τον ικανοποιούσαν. Ο Σρέντινγκερ πίστευε ότι η λύση σχετιζόταν με το πρόβλημα των χαρακτηριστικών ριζών (eigenvalue problem). Γι’ αυτή του την εργασία ο Σρέντινγκερ τιμήθηκε με το Βραβείο Νόμπελ το 1933, από κοινού με τον Πολ Ντιράκ (Paul Dirac).
Στο Βερολίνο
Το 1927 ο Σρέντινγκερ μετακόμισε στο Βερολίνο όπου αντικατέστησε τον Μαξ Πλανκ. Η γερμανική πρωτεύουσα ήταν, εκείνη την εποχή, επίκεντρο μεγάλης επιστημονικής δραστηριότητας. Ωστόσο, όταν το 1933 στην εξουσία ανέβηκε το Εθνικοσοσιαλιστικό Κόμμα του Χίτλερ, ο Σρέντινγκερ αποφάσισε ότι δεν του ήταν πλέον δυνατό να ζήσει στη Γερμανία και μετακόμισε, αυτή τη φορά στην Αγγλία.
Ανέλαβε μια θέση στην Οξφόρδη, όταν το 1934 του προτάθηκε μόνιμη θέση από το Πανεπιστήμιο Πρίνστον στις ΗΠΑ, την οποία όμως δεν δέχτηκε. Το 1936 του προτείνεται θέση στο Πανεπιστήμιο του Γκρατς και ο Σρέντινγκερ δέχεται, κυρίως επειδή νοσταλγούσε την πατρίδα του, πράγμα που υπερνίκησε την φρόνηση του. Το 1938 όμως, η Αυστρία προσαρτάται στο Χιτλερικό Ράιχ και ο Σρέντινγκερ βρίσκεται σε εξαιρετικά δύσκολη θέση, επειδή η φυγή του από τη Γερμανία το 1933 θεωρήθηκε ως εχθρική προς το Ράιχ πράξη.
Κατάφερε να διαφύγει αρχικά στην Ιταλία, απ’ όπου επανήλθε στην Οξφόρδη και ύστερα στο Πανεπιστήμιο της Γάνδης (Ghent). Μετά από σύντομη παραμονή εκεί τοποθετήθηκε ως Διευθυντής της Σχολής Θεωρητικής Φυσικής στο Ίδρυμα Ανωτάτων Σπουδών, που μόλις είχε δημιουργηθεί στο Δουβλίνο (Ιρλανδία). Παρέμεινε εκεί ως το 1955, οπότε και συνταξιοδοτήθηκε.
Γάτα του Σρέντινγκερ
Η γάτα του Σρέντινγκερ είναι ένα νοητικό πείραμα, που χαρακτηρίζεται και ως παράδοξο, επινοήθηκε από τον Αυστριακό φυσικό Έρβιν Σρέντινγκερ (Erwin Schrödinger) το 1935. Αναπαριστά αυτό που είδε ως το πρόβλημα στην ερμηνεία της Κοπεγχάγης για την κβαντομηχανική στην εφαρμογή της σε καθημερινά αντικείμενα.
Το σενάριο παρουσιάζει μια γάτα, η οποία μπορεί να είναι ταυτόχρονα ζωντανή και νεκρή, με την κατάστασή της να συνδέεται με προηγούμενο τυχαίο γεγονός. Το νοητικό πείραμα συναντάται συνήθως σε θεωρητικές συζητήσεις για τις ερμηνείες της κβαντομηχανικής. Κατά την ανάπτυξη αυτού του πειράματος ο Σρέντινγκερ επινόησε τον όρο κβαντική διεμπλοκή.
Το νοητικό πείραμα
Σύμφωνα με τον Σρέντινγκερ:
Κάποιος μπορεί να κατασκευάσει αρκετά γελοίες περιπτώσεις. Μια γάτα κλειδώνεται σε ένα ατσάλινο θάλαμο, μαζί με την εξής διάταξη (η οποία βρίσκεται με ασφάλεια εκτός εμβέλειας της γάτας): σε έναν μετρητή γκάιγκερ υπάρχει μια ελάχιστη ποσότητα ραδιενεργής ουσίας, τόσο μικρής, που κατά τη διάρκεια μιας ώρας ένα από τα άτομα διασπάται, αλλά επίσης ισοπίθανα, ίσως και όχι. Αν συμβεί αυτό ο μετρητής ενεργοποιείται και μέσω ενός διακόπτη (ρελέ) απελευθερώνει ένα σφυρί που σπάει μια μικρή φιάλη με υδροκυάνιο. Αν κάποιος αφήσει αυτό το σύστημα μόνο του για μια ώρα, μπορεί να υποθέσει ότι η γάτα είναι ακόμα ζωντανή, εάν στο μεταξύ δεν έχει διασπαστεί κάποιο άτομο. Η κυματοσυνάρτηση του συστήματος μπορεί να το εκφράσει, αν υπάρχει σε αυτή και η ζωντανή και η νεκρή γάτα (συγχωρήστε μου την έκφραση) αναμεμιγμένες ή διάχυτες εξίσου.
Κλασικά τέτοιες περιπτώσεις απροσδιοριστίας αρχικά περιορισμένες στο ατομικό επίπεδο, μετασχηματίζονται σε μακροσκοπικές απροσδιοριστίες, οι οποίες μπορούν να επιλυθούν με απευθείας παρατήρηση. Αυτό μας εμποδίζει από το να δεχτούμε έτσι αφελώς ένα «θολό μοντέλο» που αναπαριστά την πραγματικότητα. Από μόνο του δεν συμπεριλαμβάνει τίποτα ασαφές ή αντιφατικό. Υπάρχει διαφορά μεταξύ μιας κουνημένης και «out-of-focus» φωτογραφίας και μεταξύ ενός στιγμιότυπου σύννεφων και ομίχλης.
— Erwin Schrödinger, Die gegenwärtige Situation in der Quantenmechanik (The present situation in quantum mechanics), Naturwissenschaften
(translated by John D. Trimmer in Proceedings of the American Philosophical Society)
Το περίφημο νοητικό πείραμα του Σρέντινγκερ θέτει το ερώτημα, «πότε ένα κβαντικό σύστημα σταματάει να υπάρχει σε μια κβαντική υπέρθεση καταστάσεων και γίνεται το ένα ή το άλλο;»
(Ποιο τεχνικά, πότε μια πραγματικά κβαντική κατάσταση σταματά να είναι γραμμικός συνδυασμός καταστάσεων, που παριστούν διαφορετικές κλασικές καταστάσεις και αντ’ αυτού αρχίζει να έχει μοναδική κλασική συμπεριφορά;)
Αν η γάτα επιζεί, θυμάται μόνο ότι ήταν ζωντανή. Αλλά επεξηγήσεις του παράδοξου EPR που είναι συνεπείς με την κλασική μικροσκοπική κβαντομηχανική απαιτούν ότι μακροσκοπικά αντικείμενα, όπως οι γάτες και οι φορητοί υπολογιστές, δεν έχουν πάντα μοναδική κλασική περιγραφή.
Το νοητικό πείραμα απεικονίζει αυτό το φαινομενικό παράδοξο. Η διαίσθησή μας προστάζει ότι κανένας παρατηρητής δε μπορεί να βρίσκεται σε μίξη καταστάσεων, όμως η γάτα, όπως φαίνεται από το νοητικό πείραμα, μπορεί να είναι αυτή η μίξη. Χρειάζεται η γάτα να γίνει παρατηρητής, ή από μόνη της η ύπαρξη σε μια καλά καθορισμένη κλασική κατάσταση απαιτεί κάποιον εξωτερικό παρατηρητή;
Κάθε εναλλακτική λύση φαίνεται παράλογη για τον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος εντυπωσιάστηκε από την ικανότητα του νοητικού πειράματος να τονίζει αυτά τα θέματα. Σε γράμμα του προς τον Σρέντινγκερ το 1950, έγραψε:
Είσαι ο μοναδικός σύγχρονος φυσικός, πέραν του Λάουε, ο οποίος μπορεί να δει ότι κάποιος δε μπορεί απλά να προσπεράσει την υπόθεση της πραγματικότητας, αν θέλει είναι ειλικρινής. Οι περισσότεροι δε βλέπουν το επικίνδυνο παιχνίδι που παίζουν με την πραγματικότητα-πραγματικότητα ως κάτι ανεξάρτητο από αυτό που είναι πειραματικά καθιερωμένο. Η ερμηνεία τους, ωστόσο, αντικρούεται τόσο κομψά από το δικό σου σύστημα του ραδιενεργού ατόμου + ενισχυτή + πυρίτιδα + γάτα στο κουτί, στο οποίο η κυματοσυνάρτηση του συστήματος περιέχει και την ζωντανή γάτα και την κομματιασμένη. Κανένας δε μπορεί να αμφιβάλει ότι η παρουσία ή απουσία της γάτας, είναι κάτι ανεξάρτητο της πράξης του παρατηρητή.
Αίσθηση προκαλεί το γεγονός ότι η πυρίτιδα δεν αναφέρεται στον μηχανισμό του Σρέντινγκερ, ο οποίος χρησιμοποιεί μετρητή Γκάιγκερ ως ενισχυτή και υδροκυάνιο ως πυρίτιδα. Η πυρίτιδα αναφέρθηκε στην αρχική υπόθεση του Σρέντινγκερ 15 χρόνια νωρίτερα και προφανώς ο Αϊνστάιν το συνέχισε στην τωρινή συζήτηση. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο Αϊνστάιν όχι μόνο ποτέ δεν συμπάθησε την κβαντική μηχανική αλλά βάσει των πειραματικών αποδείξεων του θεωρήματος του Μπελ (John Stewart Bell) η άποψη του Αϊνστάιν περί κβαντικής σύμπλεξης αποδείχθηκε θεμελιωδώς λάθος.
Αντίλογος
«Πράγματι, η θέση και η ταχύτητα ενός ηλεκτρονίου δεν είναι δυνατό να καθοριστούν την ίδια χρονική στιγμή, αλλά κάτι τέτοιο σημαίνει απλώς ότι αυτές δεν είναι οι κατάλληλες ποσότητες που πρέπει να χρησιμοποιούμε για την περιγραφή του. Αυτό που χαρακτηρίζει το ηλεκτρόνιο ή οποιοδήποτε σύνολο σωματιδίων κάθε χρονική στιγμή είναι μια κυματοσυνάρτηση. Αν υπάρχει ένας άνθρωπος που παρατηρεί τα σωματίδια, τότε η κατάσταση ολόκληρου του συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του παρατηρητή, περιγράφεται από μια ενιαία κυματοσυνάρτηση.»
Steven Weinberg, Όνειρα για μια Τελική Θεωρία, 1995 – κάτοπτρο (Dreams of a Final Theory, 1992 – Pantheon Books)