Přestože Nobelovu cenu získal Erwin Schrödinger za formulaci vlnové rovnice, jeho nejznámějším dílem se stal myšlenkový experiment z roku 1935. Schrödingerova kočka, která je zavřená v krabici s jedovatým plynem a je mrtvá i živá zároveň, ilustruje jeden z hlavních rozporů mezi kvantovou teorií a naším vnímáním reality.
Erwin Schrödinger se narodil 12. srpna 1887 ve Vídni, hlavním městě tehdejšího Rakouska-Uherska. Byl jediným dítětem Rudolfa Schrödingera, majitele továrny na linoleum, a jeho ženy Georginy. Malý Erwin měl až do svých deseti let domácího učitele a poté nastoupil na akademické gymnázium. Jeho výjimečné nadání pro matematiku a fyziku se projevilo velmi brzy. Probíranou látku chápal hned z prvního výkladu učitele a s lehkostí řešil zadávané úkoly. V roce 1906, po úspěšném absolvování gymnázia, nastoupil na vídeňskou univerzitu, kde studoval teoretickou fyziku. Doktorský titul získal o čtyři roky později za práci o vedení elektřiny na povrchu izolátorů ve vlhkém prostředí.
Po odevzdání disertační práce Schrödinger absolvoval krátkou dobrovolnou vojenskou službu a záhy poté byl na vídeňské univerzitě jmenován asistentem v oboru experimentální fyziky. Zabýval se tehdy nově objevenou radioaktivitou. Schrödinger jako první prokázal statistickou povahu radioaktivního rozpadu. V pozdějších letech pak označil začátky v experimentální fyzice za neocenitelný přínos pro své teoretické práce.
I když vědeckou kariéru Erwina Schrödingera přerušila první světová válka, již v roce 1917 publikoval první články zabývající se kvantovou teorií.
Erwin Schrödinger v roce 1933
Své nejdůležitější objevy učinil poté, co se stal profesorem teoretické fyziky na univerzitě v Curychu. Schrödinger se zabýval širokým spektrem fyzikální problémů, od termodynamiky přes atomová spektra až po fyziologické studium barev. V první polovině roku 1926 zformuloval vlnovou rovnici a jen o sedm let později, v roce 1933, za ni získal Nobelovu cenu za fyziku. Tato pohybová rovnice nerelativistické kvantové teorie, která popisuje časový a prostorový vývoj vlnové funkce částice, je dnes podle Schrödingera pojmenovaná. Jako autor za ni Nobelovu cenu získal společně s Paulem Diracem za objev nových forem atomové teorie.
Koncepty stojící za slavným kočičím paradoxem začal Schrödinger rozvíjet začátkem roku 1935. První část jeho třídílné eseje o kvantové mechanice, která byla zveřejněna na jaře téhož roku, obsahovala klíčový myšlenkový experiment ilustrující jeden z hlavních rozporů mezi kvantovou teorií a naším vnímáním reality. Schrödinger v rámci svého myšlenkového experimentu navrhuje umístit kočku do uzavřené schránky spolu s nádobkou s jedovatým plynem, který je aktivován rozpadem radioaktivního atomu.
V rámci této analogie je nutné si uvědomit, že kvantové částice, jako jsou atomy, se mohou zároveň nacházet ve dvou nebo více kvantových stavech, zatímco klasický objekt složený z velkého množství atomů, například kočka, by neměl být ve dvou různých stavech zároveň. Radioaktivní atom, jehož rozpad aktivuje lahvičku s jedem, se během jedné hodiny rozpadne s pravděpodobností 50 %. Pokud k tomu dojde, jed je vypuštěn do schránky s kočkou a kočka zemře, pokud ne, žádný jed se neuvolní a kočka zůstane naživu.
Radioaktivní atom je kvantovou částicí, která se řídí zákony kvantové mechaniky, a jeho stav zůstává neurčitý, dokud není změřen vnějším pozorovatelem. Otevření schránky a pozorování atomu tedy okamžitě určuje nejen stav atomu, ale i kočky. Z toho plyne, že kočka není ani živá, ani mrtvá, dokud není stav radioaktivního atomu změřen pozorovatelem. V době, kdy je schránka uzavřená, se tedy potažmo i kočka nachází ve dvou překrývajících stavech – je zároveň mrtvá i živá. Kočka tak existuje jako objekt klasické fyziky, který se řídí zákony kvantové fyziky, a tím vzniká paradox všeobecně známý jako Schrödingerova kočka.
Schrödingerův experiment je z mnoha důvodů neproveditelný, a to včetně faktu, že kočka jako makroskopický objekt nikdy nemůže vykazovat vlastnosti kvantového systému. Vědcům z amerického National Institute of Standards and Technology se ale podařilo prokázat alespoň základní princip Schrödingerova paradoxu. V roce 1996 byl v tomto ústavu proveden experiment Schrödingerovy kočky, ve kterém však byl místo živého zvířete použit kladně nabitý ion berylia.
Kation beryllia byl uzavřen do miniaturního elektromagnetického pole a ochlazen pomocí laseru na svůj nejnižší energetický stav. Díky tomu bylo možné s vysokou přesností určit jeho polohu a spin. Atom byl následně stimulován laserem tak, aby pravděpodobnost být ve stavu „spin nahoru“ nebo ve stavu „spin dolů“ byla 50 %. Tyto polohy byly zároveň přibližně 80 nm vzdálené. Atom se tedy nacházel současně na dvou různých místech i ve dvou různých spinových stavech, a tím byl simulován kvantový stav kočky, kdy je zároveň živá i mrtvá. Rozhodující důkaz o provedení Schrödingerova experimentu pak přineslo pozorování interferenčního vzoru jako důkazu, že jediný atom berylia vytvořil dvě odlišné vlnové funkce, které se vzájemně ovlivňovaly.
Život Erwina Schrödingera významně poznamenala druhá světová válka. Když v roce 1938 došlo k anšlusu Rakouska, pracoval na univerzitě v Grazu. Schrödinger se nacházel v obtížné situaci. Naštěstí se mu podařilo uprchnout do Itálie, odkud pokračoval do Oxfordu a poté na univerzitu v Gentu. Krátce na to se stal ředitelem školy teoretické fyziky v nově vzniklém dublinském institutu pro pokročilá studia.
Po celou tuto dobu Schrödinger pokračoval ve svém výzkumu a publikoval řadu prací na různá témata. Zajímal se o problém sjednocení gravitace a elektromagnetismu a fundamentální principy částicové fyziky. Po odchodu do důchodu v roce 1955 se vrátil z Irska zpět do svého rodného Rakouska a usadil se ve Vídni. Erwin Schrödinger zemřel po dlouhé nemoci 4. ledna 1961 ve věku 73 let.
Mohlo by vás také zajímat:
Zneuznaný
génius Oliver Heaviside
Pauliho
vylučovací princip slaví 100 let. Položil základy kvantové fyziky
Hon na půvabný
kvark