Streszczenie

Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger (12 sierpnia 1887 - 4 stycznia 1961, Wiedeń) był austriackim fizykiem teoretycznym i jednym z wynalazców mechaniki kwantowej. Laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki (1933). Członek Austriackiej Akademii Nauk (1956) i kilku akademii nauk na świecie, w tym zagraniczny członek Akademii Nauk ZSRR (1934).

Schrödinger miał szereg fundamentalnych wyników w teorii kwantowej, które stanowiły podstawę mechaniki falowej: sformułował równania falowe (stacjonarne i zależne od czasu równanie Schrödingera), wykazał tożsamość opracowanego przez siebie formalizmu i mechaniki macierzowej, opracował falowo-mechaniczną teorię perturbacji, uzyskał rozwiązania niektórych konkretnych problemów. Schrödinger zaproponował oryginalne ujęcie fizycznego znaczenia funkcji falowej; w późniejszych latach wielokrotnie krytykował ogólnie przyjętą kopenhaską interpretację mechaniki kwantowej (paradoks kota Schrödingera itp.). Jest także autorem licznych prac z różnych dziedzin fizyki: mechaniki statystycznej i termodynamiki, fizyki dielektrycznej, teorii barw, elektrodynamiki, ogólnej teorii względności i kosmologii; podjął kilka prób skonstruowania zunifikowanej teorii pola. W "Czym jest życie?" Schrödinger zajął się problemami genetyki, patrząc na zjawisko życia z perspektywy fizyki. Poświęcił wiele uwagi filozoficznym aspektom nauki, starożytnym i wschodnim filozofiom, etyce i religii.

Początki i edukacja (1887-1910)

Erwin Schrödinger był jedynym dzieckiem zamożnej i kulturalnej wiedeńskiej rodziny. Jego ojciec, Rudolf Schrödinger, zamożny właściciel fabryki linoleum i ceraty, interesował się nauką i przez długi czas pełnił funkcję wiceprezesa Wiedeńskiego Towarzystwa Botanicznego i Zoologicznego. Matka Erwina, Georgina Emilie Brenda, była córką chemika Alexandra Bauera, na którego wykłady uczęszczał Rudolf Schrödinger podczas studiów na Cesarskim i Królewskim Uniwersytecie Technicznym w Wiedniu. Środowisko rodzinne i towarzystwo wysoko wykształconych rodziców przyczyniły się do różnorodnych zainteresowań młodego Erwina. Do jedenastego roku życia pobierał edukację domową, a w 1898 roku zapisał się do prestiżowej szkoły średniej (Öffentliches Academisches Gymnasium), gdzie studiował głównie nauki humanistyczne. Schrödinger dobrze radził sobie z nauką, stając się najlepszym uczniem w każdej klasie. Wiele czasu poświęcał na czytanie i naukę języków obcych. Jego babka ze strony matki była Angielką, więc opanował ten język od najmłodszych lat. Uwielbiał chodzić do teatru; szczególnie podobały mu się sztuki Franza Grilparzera wystawiane w Burgtheater.

Po pomyślnym zdaniu egzaminów maturalnych, Erwin zapisał się na Uniwersytet Wiedeński jesienią 1906 roku, gdzie zdecydował się studiować matematykę i fizykę. Franz Exner miał duży wpływ na kształtowanie się Schrödingera jako naukowca, wykładając fizykę i kładąc nacisk na metodologiczne i filozoficzne kwestie nauki. Erwin zainteresował się teoretycznymi problemami fizyki po poznaniu Friedricha Hasenöhrla, następcy Ludwiga Boltzmanna na Wydziale Fizyki Teoretycznej. To właśnie od Hasenöhrla przyszły naukowiec dowiedział się o aktualnych problemach naukowych i trudnościach w fizyce klasycznej przy próbie ich rozwiązania. Podczas pobytu na uniwersytecie Schrödinger zdobył wysokie umiejętności w zakresie matematycznych metod fizyki, ale jego praca doktorska miała charakter eksperymentalny. Była ona poświęcona wpływowi wilgotności powietrza na właściwości elektryczne szeregu materiałów izolacyjnych (szkła, ebonitu i bursztynu) i została przeprowadzona pod nadzorem Egona Schweidlera w laboratorium Exnera. 20 maja 1910 r., po obronie pracy i zdaniu egzaminów ustnych, Schrödinger otrzymał tytuł doktora filozofii.

Początek kariery akademickiej (1911-1921)

W październiku 1911 roku, po rocznej służbie w armii austriackiej, Schrödinger powrócił do Drugiego Instytutu Fizyki na Uniwersytecie Wiedeńskim jako asystent Exnera. Prowadził warsztaty z fizyki, a także brał udział w badaniach eksperymentalnych prowadzonych w laboratorium Exnera. W 1913 roku Schrödinger ubiegał się o tytuł docenta, a po przejściu odpowiednich procedur (złożenie pracy naukowej, wygłoszenie "wykładu testowego" itp.) na początku 1914 roku został awansowany przez ministerstwo do rangi profesora habilitowanego. Pierwsza wojna światowa opóźniła rozpoczęcie działalności dydaktycznej Schrödingera o kilka lat. Młody fizyk został powołany do wojska i służył w artylerii na stosunkowo spokojnych odcinkach austriackiego frontu południowo-zachodniego: w Raibl, Komarom, następnie Prosecco i w okolicach Triestu. W 1917 r. został mianowany wykładowcą meteorologii w szkole oficerskiej w Wiener Neustadt. Taki tryb służby pozostawiał mu wystarczająco dużo czasu na czytanie literatury fachowej i pracę nad problemami naukowymi.

W listopadzie 1918 r. Schrödinger powrócił do Wiednia i mniej więcej w tym czasie zaproponowano mu stanowisko nadzwyczajnego profesora fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Czerniowcach. Jednak po upadku Cesarstwa Austro-Węgierskiego miasto to znalazło się w innym kraju, więc szansa przepadła. Trudna sytuacja gospodarcza w kraju, niskie płace i bankructwo rodzinnej firmy zmusiły go do poszukiwania nowej pracy, w tym pracy za granicą. Odpowiednia okazja nadarzyła się jesienią 1919 roku, gdy Max Wien, kierujący Instytutem Fizyki Uniwersytetu w Jenie, zaprosił Schrödingera do objęcia stanowiska asystenta i profesora nadzwyczajnego fizyki teoretycznej. Austriak z radością przyjął ofertę i w kwietniu 1920 roku przeniósł się do Jeny (tuż po ślubie). Schrödinger pozostał w Jenie tylko przez cztery miesiące i wkrótce przeniósł się do Stuttgartu jako profesor honorowy na tamtejszej uczelni technicznej (dziś Uniwersytet w Stuttgarcie). Ważnym czynnikiem w kontekście rosnącej inflacji był znaczny wzrost wynagrodzenia. Wkrótce jednak inne instytucje - uniwersytety we Wrocławiu, Kilonii, Hamburgu i Wiedniu - zaczęły oferować jeszcze lepsze warunki i posady profesora fizyki teoretycznej. Schrödinger wybrał ten pierwszy i opuścił Stuttgart po zaledwie jednym semestrze. Pozostał we Wrocławiu na semestr letni, a następnie ponownie zmienił pracę, obejmując prestiżową katedrę fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Zurychu w Hamburgu.

Z Zurychu do Berlina (1921-1933)

Schrödinger przeprowadził się do Zurychu latem 1921 roku. Życie tutaj było bardziej stabilne pod względem materialnym, pobliskie góry zapewniały naukowcowi, który uwielbiał wspinaczkę górską i jazdę na nartach, komfortowe możliwości relaksu, a towarzystwo słynnych kolegów Petera Debye'a, Paula Scherrera i Hermanna Weila, którzy pracowali na pobliskiej Politechnice w Zurychu, stworzyło niezbędną atmosferę dla kreatywności naukowej. Czas spędzony w Zurychu został zakłócony w latach 1921-1922 przez poważną chorobę; u Schroedingera zdiagnozowano gruźlicę płuc i przez dziewięć miesięcy przebywał w uzdrowisku Arosa w Alpach Szwajcarskich. Z twórczego punktu widzenia lata spędzone w Zurychu były najbardziej owocne dla Schroedingera, który napisał tu swoje klasyczne prace na temat mechaniki falowej. Wiadomo, że Weil bardzo pomógł mu w przezwyciężeniu trudności matematycznych.

Sława, jaką przyniosły pionierskie prace Schrödingera, uczyniła go jednym z głównych kandydatów na prestiżowe stanowisko profesora fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Berlińskim, zwolnione po rezygnacji Maxa Plancka. Po odmowie Arnolda Sommerfelda i po przezwyciężeniu wątpliwości, czy opuścić ukochany Zurych, Schrödinger przyjął ofertę i 1 października 1927 r. podjął nowe obowiązki. W Berlinie austriacki fizyk znalazł przyjaciół i współpracowników w osobach Maxa Plancka, Alberta Einsteina i Maxa von Laue, którzy podzielali jego konserwatywne poglądy na mechanikę kwantową i nie uznawali jej kopenhaskiej interpretacji. Na uniwersytecie Schrödinger wykładał różne gałęzie fizyki, prowadził seminaria, prowadził kolokwium z fizyki, uczestniczył w organizacji wydarzeń, ale generalnie stał na uboczu, o czym świadczy brak studentów. Jak zauważył Viktor Weisskopf, który swego czasu pracował jako asystent Schrödingera, ten ostatni "odgrywał rolę outsidera na uniwersytecie".

Oxford-Graz-Ghent (1933-1939)

Czas spędzony w Berlinie Schrödinger opisał jako "piękne lata, kiedy studiowałem i uczyłem się". Czas ten dobiegł końca w 1933 roku, po dojściu Hitlera do władzy. Latem tego samego roku, będący już w średnim wieku naukowiec, nie chcąc dłużej pozostawać pod rządami nowego reżimu, zdecydował się na kolejną zmianę scenerii. Należy zaznaczyć, że pomimo negatywnego nastawienia do nazizmu, nigdy otwarcie tego nie okazywał i nie chciał mieszać się w politykę, a utrzymanie jego apolityczności w ówczesnych Niemczech było niemal niemożliwe. Sam Schroedinger, wyjaśniając powody swojego odejścia, powiedział: "Nie mogę znieść bycia nękanym przez politykę". Brytyjski fizyk Frederick Lindeman (późniejszy Lord Cherwell), który w tym czasie odwiedzał Niemcy, zaprosił Schroedingera na Uniwersytet Oksfordzki. Wyjechawszy na letnie wakacje do Południowego Tyrolu, naukowiec nie wrócił do Berlina i w październiku 1933 r. wraz z żoną przybył do Oksfordu. Wkrótce po przyjeździe dowiedział się, że otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki (wspólnie z Paulem Diracem) "za odkrycie nowych i owocnych form teorii atomowej". W autobiografii napisanej z tej okazji Schrödinger przedstawił następującą ocenę swojego stylu myślenia:

W mojej pracy naukowej, jak i w życiu w ogóle, nigdy nie trzymałem się żadnej ogólnej linii, ani nie podążałem za przewodnim programem na dłuższą metę. Chociaż jestem bardzo zły w pracy zespołowej, w tym, niestety, ze studentami, niemniej jednak moja praca nigdy nie była całkowicie niezależna, ponieważ moje zainteresowanie danym zagadnieniem zawsze zależy od zainteresowania okazanego temu samemu zagadnieniu przez innych. Rzadko mówię pierwsze słowo, ale często drugie, ponieważ impuls do tego zwykle pochodzi z chęci sprzeciwu lub poprawienia...

W Oksfordzie Schrödinger został członkiem Magdalen College, nie mając żadnych obowiązków dydaktycznych i, wraz z innymi emigrantami, otrzymując fundusze od Imperial Chemical Industry. Nigdy jednak nie udało mu się przyzwyczaić do specyficznego środowiska jednego z najstarszych uniwersytetów w Anglii. Jednym z powodów był brak zainteresowania nowoczesną fizyką teoretyczną na Oxfordzie, który poświęcał się nauczaniu głównie tradycyjnych nauk humanistycznych i teologii, co sprawiało, że uczony czuł się niegodny swojej wysokiej pozycji i dużej pensji, którą czasami nazywał rodzajem jałmużny. Innym aspektem dyskomfortu Schroedingera w Oksfordzie była specyfika życia społecznego, pełna konwenansów i formalności, które, jak przyznawał, krępowały jego wolność. Na to nałożył się niezwykły charakter jego życia prywatnego i rodzinnego, który wywołał niemały skandal w kręgach duchownych w Oksfordzie. W szczególności Schroedinger wszedł w ostry konflikt z Clivem Lewisem, profesorem języka i literatury angielskiej. Problemy te, jak również wycofanie programu stypendialnego dla emigrantów na początku 1936 roku, skłoniły Schroedingera do rozważenia możliwości kontynuowania kariery poza Oksfordem. Po wizycie w Edynburgu jesienią 1936 r. przyjął ofertę powrotu do domu i objęcia stanowiska profesora fizyki teoretycznej na Uniwersytecie w Grazu.

Pobyt Schrödingera w Austrii nie trwał długo: w marcu 1938 r. kraj został przyłączony do nazistowskich Niemiec. Za radą rektora uniwersytetu Schrödinger napisał list pojednawczy z nowym rządem, który został opublikowany 30 marca w gazecie Tagespost w Grazu i spotkał się z negatywną reakcją jego emigracyjnych kolegów. Działania te jednak nie pomogły: naukowiec został zwolniony ze stanowiska z powodu politycznej "niewiarygodności", a oficjalne powiadomienie otrzymał w sierpniu 1938 roku. Wiedząc, że opuszczenie kraju wkrótce okaże się niemożliwe, Schrödinger pośpiesznie opuścił Austrię i udał się do Rzymu (faszystowskie Włochy były wówczas jedynym krajem niewymagającym wizy). Do tego czasu nawiązał kontakt z irlandzkim premierem Eamonem de Valerą, z wykształcenia matematykiem, który planował założyć w Dublinie odpowiednik Princeton Institute for Higher Studies. De Valera, ówczesny przewodniczący Zgromadzenia Ligi Narodów w Genewie, zapewnił Schroedingerowi i jego żonie wizę tranzytową na podróż po Europie. Jesienią 1938 roku, po krótkim postoju w Szwajcarii, przybyli do Oksfordu. Podczas tworzenia instytutu w Dublinie, naukowiec zgodził się podjąć tymczasową pracę w Gandawie w Belgii, finansowaną przez Fondation Francqui. To właśnie tutaj dopadł go wybuch II wojny światowej. Dzięki interwencji de Valery Schrödinger, który po Anschlussie został uznany za obywatela Niemiec (a zatem wrogiego państwa), mógł podróżować przez Anglię i przybył do stolicy Irlandii 7 października 1939 roku.

Z Dublina do Wiednia (1939-1961)

Ustawa o Dublin Institute for Advanced Studies została przyjęta przez irlandzki parlament w czerwcu 1940 roku. Schrödinger, który został pierwszym profesorem w jednym z dwóch pierwotnych oddziałów Instytutu, Szkole Fizyki Teoretycznej, został również mianowany jego pierwszym prezesem. Pozostali członkowie instytutu, wśród których znaleźli się znani naukowcy Walter Geitler, Lajos Janosz i Cornelius Lanzos, a także wielu młodych fizyków, mogli w pełni poświęcić się badaniom. Schrödinger zorganizował stałe seminarium, prowadził wykłady na Uniwersytecie w Dublinie i zainicjował coroczne szkoły letnie w Instytucie, w których uczestniczyli czołowi europejscy fizycy. Podczas pobytu w Irlandii jego główne zainteresowania badawcze dotyczyły teorii grawitacji i zagadnień na styku fizyki i biologii. Był dyrektorem Wydziału Fizyki Teoretycznej w latach 1940-1945 i 1949-1956, kiedy zdecydował się na powrót do kraju.

Chociaż Schrödinger otrzymał kilka ofert przeniesienia się do Austrii lub Niemiec po wojnie, odrzucił je, nie chcąc opuszczać swojej ojczyzny. Dopiero po podpisaniu austriackiego traktatu państwowego i wycofaniu się sił alianckich zgodził się na powrót do ojczyzny. Na początku 1956 r. prezydent Austrii podpisał dekret przyznający mu stanowisko profesora fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Wiedeńskim. W kwietniu tego samego roku Schrödinger powrócił do Wiednia i uroczyście objął stanowisko, wygłaszając wykład w obecności wielu osobistości, w tym prezydenta republiki. Był wdzięczny austriackiemu rządowi, który umożliwił mu powrót do miejsca, w którym rozpoczęła się jego kariera. Dwa lata później często chory uczony ostatecznie opuścił uniwersytet, przechodząc na emeryturę. Ostatnie lata życia spędził głównie w tyrolskiej wiosce Alpbach. Schrödinger zmarł w wyniku zaostrzenia gruźlicy w wiedeńskim szpitalu 4 stycznia 1961 roku i został pochowany w Alpbach.

Życie osobiste i hobby

Od wiosny 1920 roku Schrödinger był żonaty z Annemarie Bertel z Salzburga, którą poznał latem 1913 roku w Seecham podczas prowadzenia eksperymentów nad elektrycznością atmosferyczną. Małżeństwo to przetrwało do końca życia naukowca, pomimo regularnych romansów pary "na boku". Kochankami Annemarie byli między innymi koledzy jej męża, Paul Ewald i Hermann Weil. Schroedinger z kolei miał liczne romanse z młodymi kobietami, z których dwie były jeszcze nastolatkami (z jedną z nich spędził zimę 1925 roku w Arosie na wakacjach, podczas których intensywnie pracował nad stworzeniem mechaniki falowej). Chociaż Erwin i Annemarie nie mieli dzieci, Schrödinger był znany z posiadania kilkorga dzieci pozamałżeńskich. Matka jednego z nich, Hilde March, żona Arthura Marcha, jednego z austriackich przyjaciół Schrödingera, została "drugą żoną" Schrödingera. W 1933 r., kiedy opuścił Niemcy, był w stanie zorganizować finansowanie Oxfordu nie tylko dla siebie, ale także dla Marchów; wiosną 1934 r. Hilde urodziła Schrödingerowi córkę, Ruth Georgine March. W następnym roku Marchowie wrócili do Innsbrucka. Tak liberalny styl życia zszokował purytańskich mieszkańców Oksfordu, co było jednym z powodów dyskomfortu Schroedingera. Podczas pobytu w Dublinie urodziło mu się jeszcze dwoje nieślubnych dzieci. Od lat czterdziestych Annemarie była regularnie hospitalizowana z powodu napadów depresji.

Biografowie i współcześni często zwracali uwagę na wszechstronność zainteresowań Schrödingera, jego głęboką znajomość filozofii i historii. Znał sześć języków obcych (angielski, francuski, hiszpański i włoski, a także grekę i łacinę), czytał klasyków w oryginale i tłumaczył ich, pisał poezję (zbiór został opublikowany w 1949 roku) i lubił rzeźbić.

Wczesne i eksperymentalne prace

Na początku swojej kariery naukowej Schrödinger prowadził wiele badań teoretycznych i eksperymentalnych, które były zgodne z zainteresowaniami jego nauczyciela Franza Exnera - elektrotechniką, elektrycznością atmosferyczną i radioaktywnością, badaniem właściwości dielektryków. Jednocześnie młody naukowiec aktywnie studiował czysto teoretyczne zagadnienia mechaniki klasycznej, teorię oscylacji, teorię ruchów Browna i statystykę matematyczną. W 1912 roku, na prośbę autorów "Podręcznika elektryczności i magnetyzmu" (Handbuch der Elektrizität und des Magnetismus), napisał duży artykuł przeglądowy na temat "Dielektryków", co było oznaką uznania jego pracy w świecie naukowym. W tym samym roku Schrödinger przedstawił teoretyczne oszacowanie prawdopodobnego rozkładu wysokościowego substancji radioaktywnych, które jest wymagane do wyjaśnienia obserwowanej radioaktywności atmosfery, a w sierpniu 1913 r. w Seeham przeprowadził odpowiednie pomiary eksperymentalne, potwierdzając niektóre wnioski Victora Franza Hessa dotyczące niewystarczającej wartości stężenia produktów rozpadu, aby wyjaśnić zmierzoną jonizację atmosfery. Za tę pracę Schrödinger otrzymał Nagrodę Haitingera Austriackiej Akademii Nauk w 1920 roku. Inne badania eksperymentalne przeprowadzone przez młodego naukowca w 1914 roku polegały na sprawdzeniu wzoru na ciśnienie kapilarne w pęcherzykach gazu i zbadaniu właściwości miękkiego promieniowania beta wytwarzanego przez promieniowanie gamma padające na powierzchnie metalowe. Tę ostatnią pracę wykonał wspólnie z

Doktryna koloru

Laboratorium Exnera poświęciło szczególną uwagę nauce o kolorach, kontynuując i rozwijając prace Thomasa Junga, Jamesa Clerka Maxwella i Hermanna Helmholtza w tej dziedzinie. Schrödinger zajmował się teoretyczną stroną zagadnienia, wnosząc istotny wkład w teorię kolorów. Wyniki swojej pracy przedstawił w długim artykule opublikowanym w Annalen der Physik w 1920 roku. Naukowiec przyjął nie płaski trójkąt barw, lecz trójwymiarową przestrzeń barw, której wektorami bazowymi są trzy barwy podstawowe. Czyste kolory widmowe osiadają na powierzchni pewnej figury (stożka koloru), podczas gdy jej objętość zajmują kolory mieszane (na przykład biały). Każdej konkretnej barwie odpowiada wektor promienia w tej przestrzeni barw. Kolejnym krokiem w kierunku tak zwanej wyższej chromometrii było ścisłe zdefiniowanie niektórych cech ilościowych (takich jak jasność), aby móc obiektywnie porównać ich względne wartości dla różnych kolorów. W tym celu Schrödinger, podążając za ideą Helmholtza, wprowadził do trójwymiarowej przestrzeni barw prawa geometrii riemannowskiej, dzięki czemu najmniejsza odległość między dwoma danymi punktami takiej przestrzeni (na linii geodezyjnej) powinna służyć jako ilościowa wartość różnicy dwóch barw. Ponadto zaproponował konkretne metryki przestrzeni barw, które pozwoliły obliczyć jasność kolorów zgodnie z prawem Webera-Fechnera.

W kolejnych latach Schrödinger poświęcił kilka artykułów fizjologicznym cechom widzenia (w szczególności kolorowi gwiazd obserwowanych w nocy), a także napisał obszerną ankietę na temat percepcji wzrokowej do kolejnego wydania popularnego podręcznika Müllera-Pouilleta (Müller-Pouillet Lehrbuch der Physik). W innym artykule rozważał ewolucję widzenia kolorów, próbując powiązać wrażliwość oka na światło o różnych długościach fal ze składem widmowym promieniowania słonecznego. Uważał jednak, że niewrażliwe na kolory pręciki (receptory siatkówki odpowiedzialne za widzenie w nocy) ewoluowały znacznie wcześniej (prawdopodobnie u starożytnych stworzeń żyjących pod wodą) niż czopki. Te zmiany ewolucyjne, jak twierdzi, można prześledzić wstecz do struktury oka. Dzięki swojej pracy, w połowie lat 20-tych Schrödinger zyskał reputację jednego z czołowych specjalistów w dziedzinie teorii kolorów, ale od tego momentu jego uwagę całkowicie pochłonęły zupełnie inne problemy i nie powrócił już do tego tematu w kolejnych latach.

Fizyka statystyczna

Schrödinger, wykształcony na Uniwersytecie Wiedeńskim, był pod silnym wpływem swojego słynnego rodaka Ludwiga Boltzmanna oraz jego pracy i metod. Już w jednej ze swoich pierwszych prac (1912) zastosował metody teorii kinetycznej do opisu właściwości diamagnetycznych metali. Chociaż wyniki te były tylko w ograniczonym stopniu udane i ogólnie nie mogły być poprawne w przypadku braku poprawnych statystyk kwantowych dla elektronów, Schrödinger wkrótce zdecydował się zastosować podejście Boltzmanna do bardziej złożonego problemu - budowy kinetycznej teorii ciał stałych, a w szczególności opisu krystalizacji i topnienia. Wychodząc od ostatnich wyników Petera Debye'a, austriacki fizyk uogólnił równanie stanu dla cieczy i zinterpretował jego parametr (temperaturę krytyczną) jako temperaturę topnienia. Po odkryciu dyfrakcji rentgenowskiej w 1912 r. pojawił się problem teoretycznego opisu tego zjawiska, a w szczególności wpływu termicznego ruchu atomów na strukturę obserwowanych wzorów interferencyjnych. W pracy opublikowanej w 1914 roku Schrödinger (niezależnie od Debye'a) rozważył ten problem w ramach dynamicznego modelu sieciowego Borna-Von Karmana i uzyskał zależność kątowego rozkładu natężenia promieniowania rentgenowskiego od temperatury. Zależność ta została wkrótce potwierdzona eksperymentalnie. Te i inne wczesne prace Schrödingera były dla niego interesujące również z punktu widzenia atomistycznej struktury materii i dalej

Podczas służby wojennej Schrödinger studiował problem fluktuacji termodynamicznych i związanych z nimi zjawisk, zwracając szczególną uwagę na prace Mariana Smoluchowskiego. Po wojnie fizyka statystyczna stała się głównym tematem prac Schrödingera, któremu poświęcił większość swoich pism w pierwszej połowie lat dwudziestych. Na przykład w 1921 r. argumentował za różnicą między izotopami tego samego pierwiastka pod względem termodynamicznym (tzw. paradoks Gibbsa), mimo że pod względem chemicznym mogą być praktycznie nie do odróżnienia. W wielu artykułach Schrödinger wyjaśnił lub rozwinął konkretne wyniki uzyskane przez jego kolegów w różnych kwestiach fizyki statystycznej (pojemność cieplna właściwa ciał stałych, równowaga termiczna między falami świetlnymi i dźwiękowymi itp.) Niektóre z tych prac wykorzystywały rozważania o charakterze kwantowym, takie jak artykuł na temat pojemności cieplnej cząsteczkowego wodoru lub publikacje na temat kwantowej teorii gazu idealnego (zdegenerowanego). Prace te poprzedziły, latem 1924 roku, pojawienie się pracy Chateau Bose i Alberta Einsteina, która położyła podwaliny pod nową statystykę kwantową (statystykę Bosego-Einsteina) i zastosowała ją do rozwoju kwantowej teorii idealnego gazu jednoatomowego. Schrödinger przyłączył się do badania szczegółów tej nowej teorii, omawiając w jej świetle kwestię określenia entropii gazu. Jesienią 1925 roku, wykorzystując nową definicję entropii Maxa Plancka, wyprowadził wyrażenia dla skwantowanych poziomów energii gazu jako całości, a nie jego poszczególnych cząsteczek. Praca nad tym tematem, komunikacja z Planckiem i Einsteinem oraz wprowadzenie do nowej idei Louisa de Broglie'a falowych właściwości materii były warunkami wstępnymi do dalszych badań, które doprowadziły do powstania mechaniki falowej. W bezpośrednio poprzedzającym artykule "Towards an Einstein Theory of Gas" Schrödinger pokazał znaczenie koncepcji de Broglie'a dla zrozumienia statystyki Bosego-Einsteina.

W późniejszych latach Schrödinger regularnie powracał w swoich pracach do mechaniki statystycznej i termodynamiki. W dublińskim okresie swojego życia napisał kilka prac na temat podstaw teorii prawdopodobieństwa, algebry Boole'a i zastosowania metod statystycznych do analizy odczytów detektorów promieni kosmicznych. W książce Statistical Thermodynamics (1946), napisanej na podstawie kursu wykładów, które prowadził, naukowiec szczegółowo przeanalizował niektóre fundamentalne problemy, którym często nie poświęcano wystarczającej uwagi w zwykłych podręcznikach (trudności w określaniu entropii, kondensacja Bosego i degeneracja, energia punktu zerowego w kryształach i promieniowaniu elektromagnetycznym itp.) Schrödinger poświęcił kilka artykułów naturze drugiej zasady termodynamiki, odwracalności praw fizycznych w czasie, której kierunek wiązał ze wzrostem entropii (w swoich pismach filozoficznych wskazywał, że być może poczucie czasu wynika z samego faktu istnienia ludzkiej świadomości).

Mechanika kwantowa

Już we wczesnych latach swojej kariery naukowej Schrödinger zapoznał się z ideami teorii kwantowej rozwiniętymi w pracach Maxa Plancka, Alberta Einsteina, Nielsa Bohra, Arnolda Sommerfelda i innych naukowców. Znajomość ta była ułatwiona dzięki jego pracy nad niektórymi problemami fizyki statystycznej, ale austriacki naukowiec nie był jeszcze wtedy gotowy na rozstanie z tradycyjnymi metodami fizyki klasycznej. Pomimo uznania przez Schrödingera sukcesu teorii kwantowej, jego stosunek do niej był niejednoznaczny i starał się unikać stosowania nowych podejść ze wszystkimi ich niepewnościami tak bardzo, jak to możliwe. Znacznie później, po stworzeniu mechaniki kwantowej, powiedział, wspominając ten czas:

Stary wiedeński Instytut Ludwiga Boltzmanna (...) dał mi możliwość wniknięcia w idee tego potężnego umysłu. Krąg tych idei stał się moją pierwszą miłością do nauki; nic innego mnie tak nie urzekło i prawdopodobnie już nigdy nie urzeknie. Do współczesnej teorii atomu podchodziłem bardzo powoli. Jej wewnętrzne sprzeczności brzmią jak przenikliwe dysonanse w porównaniu z czystą, nieubłaganie jasną spójnością myśli Boltzmanna. Był czas, kiedy byłem bliski ucieczki, ale za namową Exnera i Kohlrauscha znalazłem ratunek w doktrynie koloru.

Pierwsze publikacje Schrödingera na temat teorii atomowej i spektralnej pojawiły się dopiero na początku lat dwudziestych XX wieku, po jego osobistej znajomości z Arnoldem Sommerfeldem i Wolfgangiem Paulim oraz przeniesieniu się do pracy w Niemczech, które były centrum rozwoju nowej fizyki. W styczniu 1921 roku Schrödinger ukończył swoją pierwszą pracę na ten temat, zajmując się w ramach teorii Bohra-Sommerfelda wpływem oddziaływania elektronów na pewne cechy widm metali alkalicznych. Szczególnie interesujące było dla niego wprowadzenie rozważań relatywistycznych do teorii kwantowej. Jesienią 1922 roku przeanalizował orbity elektronowe w atomie z geometrycznego punktu widzenia, wykorzystując metody słynnego matematyka Hermanna Weyla. Praca ta, w której wykazano, że orbity kwantowe można porównać z pewnymi właściwościami geometrycznymi, była ważnym krokiem, który przewidywał pewne cechy mechaniki falowej. Wcześniej w tym samym roku Schrödinger uzyskał wzór na relatywistyczny efekt Dopplera dla linii widmowych, oparty na hipotezie kwantów światła i rozważaniach dotyczących zachowania energii i pędu. Miał jednak duże wątpliwości co do ważności tych ostatnich rozważań w mikrokosmosie. Był bliski idei swojego nauczyciela Exnera o statystycznym charakterze praw zachowania, więc entuzjastycznie przyjął pojawienie się wiosną 1924 roku artykułu Bohra, Kramersa i Slatera, który sugerował możliwość łamania tych praw w poszczególnych procesach atomowych (na przykład w procesach emisji z atomów).

Bezpośrednim impulsem do rozpoczęcia prac nad mechaniką falową było zapoznanie się przez Schrödingera na początku listopada 1925 roku z rozprawą Louisa de Broglie'a zawierającą ideę falowych właściwości materii oraz z artykułem Einsteina na temat kwantowej teorii gazów, w którym cytowano pracę francuskiego naukowca. Sukces prac Schrödingera w tej dziedzinie wynikał z opanowania przez niego odpowiedniego aparatu matematycznego, w szczególności metod rozwiązywania problemów wartości własnych. Schrödinger próbował uogólnić fale de Broglie'a na przypadek oddziałujących cząstek, biorąc pod uwagę efekty relatywistyczne, podobnie jak francuski naukowiec. Po pewnym czasie udało mu się przedstawić poziomy energii jako wartości własne operatora. Jednak sprawdzenie przypadku najprostszego atomu, atomu wodoru, było rozczarowujące: wyniki obliczeń nie pokrywały się z danymi eksperymentalnymi. Powodem było to, że w rzeczywistości Schrödinger uzyskał równanie relatywistyczne, znane obecnie jako równanie Kleina-Gordona, które jest ważne tylko dla cząstek o zerowym spinie (spin w tym czasie nie był jeszcze znany). Po tym niepowodzeniu naukowiec porzucił tę pracę i powrócił do niej dopiero po pewnym czasie, przekonawszy się, że jego podejście daje zadowalające wyniki w przybliżeniu nierelatywistycznym.

W pierwszej połowie 1926 roku redakcja Annalen der Physik otrzymała cztery części słynnej pracy Schrödingera "Quantization as an eigenvalue problem". W pierwszej części (otrzymanej przez redakcję 27 stycznia 1926 r.), wychodząc od optyczno-mechanicznej analogii Hamiltona, autor wyprowadził równanie falowe, znane obecnie jako niezależne od czasu (stacjonarne) równanie Schrödingera, i zastosował je do znalezienia dyskretnych poziomów energetycznych atomu wodoru. Za główną zaletę swojego podejścia naukowiec uznał to, że "zasady kwantowe nie zawierają już tajemniczego "wymogu całkowalności": można je teraz prześledzić, że tak powiem, o krok głębiej i znajdują uzasadnienie w ograniczoności i wyjątkowości funkcji przestrzennej". Funkcja ta, nazwana później funkcją falową, została formalnie wprowadzona jako wielkość logarytmicznie związana z działaniem układu. W drugim komunikacie (otrzymanym 23 lutego 1926 r.) Schrödinger odniósł się do ogólnych idei leżących u podstaw jego metodologii. Rozwijając analogię opto-mechaniczną, uogólnił równanie falowe i doszedł do wniosku, że prędkość cząstki jest równa prędkości grupowej pakietu falowego. Według naukowca, w ogólnym przypadku "konieczne jest przedstawienie różnorodności możliwych procesów w oparciu o równanie falowe, a nie podstawowe równania mechaniki, które do wyjaśnienia istoty mikrostruktury ruchu mechanicznego są tak samo nieodpowiednie, jak optyka geometryczna do wyjaśnienia dyfrakcji". Schrödinger konkluduje używając

We wstępie do trzeciej części pracy (otrzymanej 10 maja 1926 r.) po raz pierwszy pojawił się termin "mechanika falowa" (Wellenmechanik) odnoszący się do podejścia opracowanego przez Schrödingera. Uogólniając metodę opracowaną przez lorda Rayleigha w teorii oscylacji akustycznych, austriacki naukowiec opracował sposób uzyskiwania przybliżonych rozwiązań złożonych problemów w ramach swojej teorii, znanej jako teoria perturbacji niezależnych od czasu. Zastosował tę metodę do opisu efektu Starka dla atomu wodoru i uzyskał dobrą zgodność z danymi eksperymentalnymi. W swoim czwartym komunikacie (otrzymanym 21 czerwca 1926 r.) sformułował równanie nazwane później niestacjonarnym (czasowym) równaniem Schrödingera i wykorzystał je do opracowania teorii perturbacji zależnych od czasu. Jako przykład rozważył problem dyspersji i omówił związane z nim kwestie, w szczególności w przypadku okresowego potencjału perturbacji wydedukował istnienie częstotliwości Ramana w promieniowaniu wtórnym. W tym samym artykule przedstawiono relatywistyczne uogólnienie podstawowego równania teorii, które zostało wyprowadzone przez Schrödingera na wczesnym etapie prac (równanie Kleina-Gordona).

Praca Schrödingera natychmiast po jej ukazaniu się przyciągnęła uwagę czołowych fizyków świata i została przyjęta z entuzjazmem przez takich naukowców jak Einstein, Planck i Sommerfeld. Wydawało się zaskakujące, że opis za pomocą ciągłych równań różniczkowych dał takie same wyniki jak mechanika macierzowa z jej niezwykłym i skomplikowanym formalizmem algebraicznym i poleganiem na dyskretności linii widmowych znanych z doświadczenia. Mechanika falowa, bliska duchem klasycznej mechanice ciągłej, wydawała się lepsza dla wielu naukowców. W szczególności sam Schrödinger był krytyczny wobec teorii macierzy Heisenberga: "Oczywiście wiedziałem o jego teorii, ale byłem zniechęcony, jeśli nie odepchnięty, wydawało mi się bardzo trudne metody transcendentalnej algebry i brak jasności. Niemniej jednak Schrödinger był przekonany o formalnej równoważności formalizmów mechaniki falowej i macierzowej. Dowód tej równoważności podał w artykule "On the relation of Heisenberg-Borne-Jordan quantum mechanics to mine", otrzymanym przez redakcję Annalen der Physik 18 marca 1926 roku. Pokazał w nim, że każde równanie mechaniki falowej można przedstawić w postaci macierzowej i odwrotnie, można przejść od danych macierzy do funkcji falowych. Niezależnie od tego, związek między tymi dwoma formami mechaniki kwantowej został ustanowiony przez Carla Eckarta i Wolfganga Pauliego.

Znaczenie mechaniki falowej Schrödingera zostało natychmiast uświadomione przez społeczność naukową i w pierwszych miesiącach po ukazaniu się podstawowych prac na różnych uniwersytetach w Europie i Ameryce rozpoczęto działania mające na celu zbadanie i zastosowanie nowej teorii do różnych prywatnych problemów. Przemówienia Schrödingera na spotkaniach Niemieckiego Towarzystwa Fizycznego w Berlinie i Monachium latem 1926 r. oraz obszerna podróż po Ameryce, którą odbył w okresie od grudnia 1926 r. do kwietnia 1927 r., pomogły w propagowaniu idei mechaniki falowej. Podczas tej podróży wygłosił 57 wykładów w różnych instytucjach naukowych w USA.

Wkrótce po ukazaniu się przełomowych prac Schrödingera, przedstawiony w nich wygodny i spójny formalizm zaczął być szeroko wykorzystywany do rozwiązywania różnorodnych problemów teorii kwantowej. Jednak sam formalizm nie był jeszcze wtedy wystarczająco jasny. Jednym z głównych pytań postawionych w przełomowej pracy Schrödingera było pytanie o to, co wibruje w atomie, czyli problem znaczenia i własności funkcji falowej. W pierwszej części swojego artykułu uważał ją za rzeczywistą, jednowartościową i wszędzie dwukrotnie różniczkowalną funkcję, jednak w ostatniej części dopuszcza możliwość istnienia dla niej wartości zespolonych. Kwadrat modułu tej funkcji traktował więc jako miarę rozkładu gęstości ładunku elektrycznego w przestrzeni konfiguracyjnej. Naukowiec uważał, że teraz cząstki mogą być reprezentowane jako pakiety falowe, odpowiednio złożone ze zbioru funkcji własnych, a tym samym można całkowicie porzucić reprezentacje korpuskularne. Niemożliwość takiego wyjaśnienia stała się jasna bardzo szybko: w ogólności pakiety falowe nieuchronnie ulegają rozmyciu, co jest sprzeczne z ewidentnie korpuskularnym zachowaniem cząstek w eksperymentach z rozpraszaniem elektronów. Rozwiązanie tego problemu zaproponował Max Born, który zaproponował probabilistyczną interpretację funkcji falowej.

Dla Schrödingera ta statystyczna interpretacja, sprzeczna z jego poglądami na temat rzeczywistych kwantowych fal mechanicznych, była całkowicie nie do przyjęcia, ponieważ pozostawiała w mocy skoki kwantowe i inne elementy nieciągłości, których chciał się pozbyć. Odrzucenie przez naukowca nowej interpretacji jego wyników zostało najwyraźniej pokazane w dyskusji z Nielsem Bohrem, która miała miejsce w październiku 1926 roku, podczas wizyty u Schrödingera w Kopenhadze. Werner Heisenberg, świadek tych wydarzeń, napisał później:

Dyskusja między Bohrem i Schrödingerem rozpoczęła się już na dworcu kolejowym w Kopenhadze i trwała codziennie od wczesnego rana do późnej nocy. Schrödinger zatrzymał się w domu Bohra, aby okoliczności zewnętrzne nie mogły zakłócić dyskusji... Po kilku dniach Schrödinger zachorował, prawdopodobnie z powodu ekstremalnego wysiłku; gorączka i przeziębienie zmusiły go do położenia się do łóżka. Frau Bohr pielęgnowała go, przynosząc mu herbatę i słodycze, ale Niels Bohr usiadł na brzegu łóżka i błagał Schrödingera: "Nadal musisz to zrozumieć..."... Nie można było wtedy osiągnąć prawdziwego porozumienia, ponieważ żadna ze stron nie mogła zaoferować pełnej i spójnej interpretacji mechaniki kwantowej.

Taka interpretacja, oparta na probabilistycznym traktowaniu funkcji falowej przez Borna, zasadzie nieoznaczoności Heisenberga i zasadzie addytywności Bohra, została sformułowana w 1927 roku i stała się znana jako interpretacja kopenhaska. Schrödinger nie mógł jej jednak zaakceptować i do końca życia bronił potrzeby wizualnej reprezentacji mechaniki falowej. Jednak podczas wizyty w Kopenhadze zauważył, że pomimo wszystkich różnic naukowych, "relacje z Bohrem, a zwłaszcza z Heisenbergiem (...) były absolutnie, jednoznacznie przyjazne i serdeczne".

Po ukończeniu formalizmu mechaniki falowej Schrödinger był w stanie wykorzystać go do uzyskania szeregu ważnych prywatnych wyników. Pod koniec 1926 roku użył już swojej metody do opisania efektu Comptona, a także próbował połączyć mechanikę kwantową i elektrodynamikę. Wychodząc od równania Kleina-Gordona, Schrödinger uzyskał wyrażenie na tensor energii-pędu i odpowiadające mu prawo zachowania dla połączonej materii i fal elektromagnetycznych. Jednak wyniki te, podobnie jak oryginalne równanie, okazały się nie mieć zastosowania do elektronu, ponieważ nie pozwalały na uwzględnienie jego spinu (zrobił to później Paul Dirac, który wyprowadził swoje słynne równanie). Dopiero wiele lat później stało się jasne, że wyniki uzyskane przez Schrödingera są ważne dla cząstek o zerowym spinie, takich jak mezony. W 1930 roku uzyskał uogólnione wyrażenie relacji nieoznaczoności Heisenberga dla dowolnej pary wielkości fizycznych (obserwabli). W tym samym roku po raz pierwszy scałkował równanie Diraca dla swobodnego elektronu, dochodząc do wniosku, że jego ruch jest opisany przez sumę prostoliniowego ruchu jednostajnego i ruchu drżącego o wysokiej częstotliwości (Zitterbewegung) o małej amplitudzie. Zjawisko to tłumaczy się interferencją dodatnich i ujemnych części energii pakietu falowego odpowiadającego elektronowi. W latach 1940-1941 Schrödinger opracował szczegółowo w ramach mechaniki falowej (tj. reprezentacji Schrödingera) metodę faktoryzacji do rozwiązywania zagadnień związanych z elektronami.

Schrödinger wielokrotnie powracał do krytyki różnych aspektów interpretacji kopenhaskiej od końca lat 20. XX wieku, omawiając te problemy z Einsteinem, z którym byli wówczas kolegami z Uniwersytetu Berlińskiego. Ich komunikacja na ten temat była kontynuowana w późniejszych latach poprzez korespondencję, która nasiliła się w 1935 roku po słynnym artykule Einsteina-Podolskiego-Rosena (EPR) na temat niekompletności mechaniki kwantowej. W liście do Einsteina (19 sierpnia 1935 r.), a także w artykule wysłanym 12 sierpnia do czasopisma Naturwissenschaften, przedstawił pierwszy eksperyment myślowy, który stał się znany jako paradoks kota Schrödingera. Istotą paradoksu, według Schrödingera, było to, że niepewność na poziomie atomowym może prowadzić do niepewności w skali makroskopowej ("mieszanka" żywego i martwego kota). Nie spełnia to wymogu definitywności stanów makroobiektów niezależnie od ich obserwacji i dlatego "uniemożliwia nam przyjęcie w ten naiwny sposób "modelu rozmycia" [tj. standardowej interpretacji]". [tj. standardowej interpretacji mechaniki kwantowej] jako obrazu rzeczywistości". Einstein postrzegał ten eksperyment myślowy jako wskazówkę, że funkcja falowa jest istotna w opisie statystycznego zespołu systemów, a nie pojedynczego mikrosystemu. Schrödinger nie zgodził się z tym, postrzegając funkcję falową jako mającą bezpośredni związek z rzeczywistością, a nie z jej statystycznym opisem. W tym samym artykule przeanalizował również inne aspekty teorii kwantowej

W 1927 roku Schrödinger zaproponował tak zwaną koncepcję rezonansową oddziaływań kwantowych, opartą na hipotezie ciągłej wymiany energii między układami kwantowymi o bliskich częstotliwościach drgań własnych. Pomysł ten, mimo wszelkich nadziei autora, nie mógł jednak zastąpić koncepcji stanów stacjonarnych i przejść kwantowych. W 1952 roku w artykule "Do quantum jumps exist?" powrócił do koncepcji rezonansu, krytykując interpretację probabilistyczną. W szczegółowej odpowiedzi na uwagi zawarte w tym artykule Max Born doszedł do następującego wniosku

...Chciałbym powiedzieć, że uważam mechanikę falową Schrödingera za jedno z najbardziej niezwykłych osiągnięć w historii fizyki teoretycznej... Daleki jestem od stwierdzenia, że znana dziś interpretacja jest doskonała i ostateczna. Z zadowoleniem przyjmuję atak Schrödingera na zadowoloną obojętność wielu fizyków, którzy akceptują współczesną interpretację tylko dlatego, że działa, nie martwiąc się o dokładność rozumowania. Nie sądzę jednak, by artykuł Schrödingera wniósł pozytywny wkład w rozwiązywanie trudności filozoficznych.

Elektromagnetyzm i ogólna teoria względności

Schrödinger zapoznał się z pracami Einsteina nad ogólną teorią względności (GR) we Włoszech, nad brzegiem Zatoki Triesteńskiej, gdzie jego jednostka wojskowa stacjonowała podczas I wojny światowej. Szczegółowo zapoznał się z formalizmem matematycznym (rachunek tensorowy) i fizycznym znaczeniem nowej teorii, a w 1918 roku opublikował dwie niewielkie prace z własnymi wynikami, w szczególności wziął udział w dyskusji na temat energii pola grawitacyjnego w ramach GR. Naukowiec powrócił do tematyki ogólnej relatywistyki dopiero na początku lat trzydziestych XX wieku, kiedy podjął próbę rozważenia zachowania fal materii w zakrzywionej czasoprzestrzeni. Najbardziej owocny okres badań Schrödingera nad grawitacją przypadł na czas jego pracy w Dublinie. W szczególności uzyskał szereg konkretnych wyników w modelu kosmologicznym de Sittera, w tym odniesienie do procesów produkcji materii w takim modelu rozszerzającego się wszechświata. W latach 50. napisał dwie książki na temat GR i kosmologii, Spacetime Structure (1950) i The Expanding Universe (1956).

Kolejnym celem pracy Schrödingera była próba stworzenia zunifikowanej teorii pola poprzez połączenie grawitacji i elektrodynamiki. Działania te zostały bezpośrednio poprzedzone, począwszy od 1935 roku, badaniami austriackiego naukowca nad nieliniowym uogólnieniem równań Maxwella. Celem tego uogólnienia, podjętego po raz pierwszy przez Gustava Mie (1912), a później przez Maxa Borna i Leopolda Infelda (1934), było ograniczenie wielkości pola elektromagnetycznego na małych odległościach, co powinno zapewnić skończoną wartość energii wewnętrznej naładowanych cząstek. Ładunek elektryczny w tym podejściu jest traktowany jako nieodłączna właściwość pola elektromagnetycznego. Od 1943 roku Schrödinger kontynuował próby Weyla, Einsteina i Arthura Eddingtona wyprowadzenia ujednoliconego równania pola z zasady najmniejszego działania poprzez poprawny wybór postaci Lagrangianu w geometrii afinicznej. Ograniczając się, podobnie jak jego poprzednicy, do czysto klasycznych rozważań, Schrödinger zaproponował wprowadzenie trzeciego pola, które miało zrekompensować trudność połączenia grawitacji i elektromagnetyzmu, reprezentowanych w formie Borna - Infelda. Skojarzył to trzecie pole z siłami jądrowymi, których nośnikiem były wówczas hipotetyczne mezony. W szczególności wprowadzenie trzeciego pola do teorii pozwoliło zachować jej niezmienniczość miernika. W 1947 roku Schrödinger podjął kolejną próbę połączenia pola elektromagnetycznego i grawitacyjnego, wybierając nową formę lagranżjanu i wyprowadzając nowe równania pola. Równania te zawierały związek między elektromagnetyzmem i grawitacją, który zdaniem naukowca mógł być odpowiedzialny za generowanie pól magnetycznych przez obracające się masy, takie jak Słońce czy Ziemia. Problem polegał jednak na tym, że równania nie pozwalały na powrót do czystego pola elektromagnetycznego, gdy grawitacja była "wyłączona". Pomimo wielu wysiłków, liczne problemy stojące przed teorią nigdy nie zostały rozwiązane. Schrödingerowi, podobnie jak Einsteinowi, nie udało się stworzyć zunifikowanej teorii pola poprzez geometryzację klasycznych pól i w połowie lat 50. wycofał się z tej działalności. Według Otto Hittmaira, jednego z dublińskich współpracowników Schrödingera, "wielkie nadzieje zostały zastąpione przez wyraźne rozczarowanie w tym okresie życia wielkiego naukowca".

"Czym jest życie?"

Stworzenie mechaniki kwantowej dostarczyło solidnych podstaw teoretycznych dla chemii, z których wywodzi się współczesne wyjaśnienie natury wiązań chemicznych. Rozwój chemii miał z kolei głęboki wpływ na kształtowanie się biologii molekularnej. Słynny naukowiec Linus Pauling napisał w tym względzie:

Moim zdaniem można powiedzieć, że Schrödinger, formułując swoje równanie falowe, jest przede wszystkim odpowiedzialny za współczesną biologię.

Bezpośrednim wkładem Schrödingera w biologię jest jego książka What is Life? (1944), oparta na wykładach wygłoszonych w Trinity College w Dublinie w lutym 1943 roku. Wykłady te i książka zostały zainspirowane artykułem Nikołaja Timofiejewa-Ressowskiego, Karla Zimmera i Maxa Delbrücka, opublikowanym w 1935 roku i przekazanym Schrödingerowi przez Paula Ewalda na początku lat czterdziestych. Praca ta była poświęcona badaniu mutacji genetycznych, które powstają pod wpływem promieniowania rentgenowskiego i gamma i dla wyjaśnienia których autorzy opracowali teorię celów. Chociaż w tamtym czasie natura genów dziedziczności nie była jeszcze znana, spojrzenie na problem mutagenezy z punktu widzenia fizyki atomowej pozwoliło zidentyfikować pewne ogólne wzorce w tym procesie. Praca Timofeeva-Zimmera-Delbrücka była podstawą książki Schrödingera, która przyciągnęła szeroką uwagę młodych fizyków. Niektórzy z nich (np. Maurice Wilkins) byli pod jej wpływem i zdecydowali się zająć biologią molekularną.

Kilka pierwszych rozdziałów "Czym jest życie?" poświęconych jest przeglądowi informacji na temat mechanizmów dziedziczności i mutacji, w tym pomysłów Timofiejewa, Zimmera i Delbrücka. Ostatnie dwa rozdziały zawierają własne przemyślenia Schrödingera na temat natury życia. W jednym z nich autor wprowadził koncepcję ujemnej entropii (prawdopodobnie sięgającą Boltzmanna), którą organizmy żywe muszą uzyskać ze świata zewnętrznego, aby zrekompensować wzrost entropii prowadzący je do równowagi termodynamicznej, a tym samym do śmierci. Według Schrödingera jest to jedna z głównych różnic między życiem a nieożywioną naturą. Według Paulinga koncepcja ujemnej entropii, sformułowana w pracy Schrödingera bez należytego rygoru i jasności, praktycznie nic nie wnosi do naszego zrozumienia fenomenu życia. Francis Simon zauważył wkrótce po opublikowaniu książki, że wolna energia musi odgrywać znacznie większą rolę dla organizmów niż entropia. W późniejszych wydaniach Schrödinger uwzględnił tę uwagę, wskazując na znaczenie energii swobodnej, ale nadal pozostawił dyskusję na temat entropii w tym, jak powiedział laureat Nagrody Nobla Max Perutz, "mylącym rozdziale" bez zmian.

W ostatnim rozdziale Schrödinger powrócił do swojego pomysłu, który przewija się przez całą książkę, że mechanizm funkcjonowania organizmów żywych (ich dokładna powtarzalność) jest niezgodny z prawami termodynamiki statystycznej (losowość na poziomie molekularnym). Zdaniem Schrödingera odkrycia genetyki sugerują, że nie ma miejsca na probabilistyczne prawa, które muszą być zgodne z zachowaniem poszczególnych cząsteczek; badanie żywej materii może zatem prowadzić do nowych nieklasycznych (ale deterministycznych) praw natury. Aby rozwiązać ten problem, Schrödinger zwrócił się do swojej słynnej hipotezy genu jako aperiodycznego jednowymiarowego kryształu, wracając do pracy Delbrücka (ten ostatni pisał o polimerach). Być może to właśnie molekularny aperiodyczny kryształ, w którym zapisany jest "program życia", pozwala uniknąć trudności związanych z ruchem termicznym i nieporządkiem statystycznym. Jednak, jak pokazał dalszy rozwój biologii molekularnej, istniejące już prawa fizyki i chemii były wystarczające dla rozwoju tej dziedziny wiedzy: trudności, o których mówił Schrödinger, zostały rozwiązane przez zasadę komplementarności i katalizę enzymatyczną, która pozwala na produkcję dużych ilości określonej substancji. Uznając rolę "What is Life?" w popularyzacji idei genetyki, Max Perutz podsumował

...Dokładne zbadanie jego książki i związanej z nią literatury pokazało mi, że to, co było poprawne w jego książce, nie było oryginalne, a wiele z tego, co było oryginalne, nie było znane jako poprawne do czasu napisania książki. Co więcej, książka ignoruje niektóre kluczowe odkrycia, które zostały opublikowane przed jej wydaniem.

W 1960 roku Schrödinger wspominał czasy po zakończeniu I wojny światowej:

Zamierzałem uczyć fizyki teoretycznej, wzorując się na doskonałych wykładach mojego ulubionego nauczyciela, Fritza Hasenörla, który zginął w czasie wojny. Co do reszty, zamierzałem studiować filozofię. W tym czasie zagłębiłem się w dzieła Spinozy, Schopenhauera, Richarda Zemona i Richarda Avenariusa. Byłem zmuszony pozostać przy fizyce teoretycznej i, ku mojemu zaskoczeniu, czasami coś z tego wychodziło.

Dopiero po przybyciu do Dublina był w stanie poświęcić wystarczającą uwagę kwestiom filozoficznym. Spod jego pióra wyszło wiele prac, nie tylko dotyczących filozoficznych problemów nauki, ale także o charakterze ogólnofilozoficznym - Science and Humanism (1952), Nature and the Greeks (1954), Reason and Matter (1958) oraz My World View, esej ukończony na krótko przed jego śmiercią. Schroedinger zwracał szczególną uwagę na filozofię starożytną, która przyciągała go swoją jednością i znaczeniem, jakie mogła odegrać w rozwiązywaniu problemów nowoczesności. W związku z tym napisał:

Dzięki poważnej próbie powrotu do intelektualnego środowiska starożytnych myślicieli, którzy mieli znacznie mniejszą wiedzę na temat rzeczywistego zachowania natury, ale także często znacznie mniej uprzedzeń, możemy odzyskać od nich wolność myśli, choćby po to, by wykorzystać ją, wraz z naszą lepszą znajomością faktów, do skorygowania ich wczesnych błędów, które wciąż mogą nas narażać.

W swoich pismach, czerpiąc także z dziedzictwa filozofii indyjskiej i chińskiej, Schrödinger starał się przyjąć jednolite spojrzenie na naukę i religię, społeczeństwo ludzkie i problemy etyczne; problem jedności stanowił jeden z głównych motywów jego pracy filozoficznej. W pracach, które można zaliczyć do filozofii nauki, wskazywał na ścisły związek nauki z rozwojem społeczeństwa i kultury w ogóle, dyskutował problemy teorii poznania, uczestniczył w debacie nad problemem przyczynowości i modyfikacją tego pojęcia w świetle nowej fizyki. Omówieniu i analizie konkretnych aspektów poglądów filozoficznych Schrödingera na różne kwestie poświęcono wiele książek i zbiorów artykułów. Chociaż Karl Popper nazwał go idealistą, w swoich pismach Schrödinger konsekwentnie bronił możliwości obiektywnego badania natury:

Panuje powszechna naukowa opinia, że obiektywny obraz świata, tak jak go wcześniej rozumiano, jest w ogóle niemożliwy do uzyskania. Tylko optymiści wśród nas (do których się zaliczam) uważają, że jest to filozoficzna egzaltacja, oznaka tchórzostwa w obliczu kryzysu.

Źródła

1. Erwin Schrödinger
2. Шрёдингер, Эрвин
3. 1 2 Архив по истории математики Мактьютор
4. Erwin Schrödinger // Brockhaus Enzyklopädie (нем.) / Hrsg.: Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus, Wissen Media Verlag
5. Шрёдингер Эрвин // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] / под ред. А. М. Прохоров — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969.
6. ^ Erwin Schrödinger at the Mathematics Genealogy Project
7. ^ "Schrödinger". Random House Webster's Unabridged Dictionary.
8. ^ Bub, Jeffrey (2023), "Quantum Entanglement and Information", in Zalta, Edward N.; Nodelman, Uri (eds.), The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Summer 2023 ed.), Metaphysics Research Lab, Stanford University, retrieved 22 October 2023
9. ^ Gribbin, John (2013). Erwin Schrodinger and the Quantum Revolution. Trade Paper Press. p. 259. ISBN 978-1118299265.
10. Moore 1994, pp. 289–290 Cita: "In one respect, however, he is not a romantic: he does not idealize the person of the beloved, his highest praise is to consider her his equal. 'When you feel your own equal in the body of a beautiful woman, just as ready to forget the world for you as you for her – oh my good Lord – who can describe what happiness then. You can live it, now and again – you cannot speak of it.' Of course, he does speak of it, and almost always with religious imagery. Yet at this time he also wrote, 'By the way, I never realized that to be nonbelieving, to be an atheist, was a thing to be proud of. It went without saying as it were.' And in another place at about this same time: 'Our creed is indeed a queer creed. You others, Christians (and similar people), consider our ethics much inferior, indeed abominable. There is that little difference. We adhere to ours in practice, you don't.'"
11. Jeremy Bernstein (18 de abril de 2017). «Erwin Schrödinger». Encyclopedia Britannica (en inglés). Consultado el 12 de julio de 2017.
12. a b D. Hoffman. Erwin Schrödinger (en inglés). pp. pág. 18—31.
13. Errol C. Friedberg: The Writing Life of James D. Watson, s. 8–9. CSHL Press, 2005. ISBN 9780879697006.