Erwin Schrödinger e l'esperimento di pensiero del gatto di Schrödinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (nato il 12 agosto 1887 a Vienna, in Austria) era un fisico che conduceva lavori rivoluzionari in meccanica quantistica, un campo che studia come l'energia e la materia si comportano su scale di lunghezza molto piccole. Nel 1926, Schrödinger sviluppò un'equazione che predisse dove un elettrone si sarebbe localizzato in un atomo. Nel 1933, ricevette un premio Nobel per questo lavoro, insieme al fisico Paul Dirac.

Fatti veloci: Erwin Schrödinger

• Nome e cognome: Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger
• Conosciuto per: Fisico che ha sviluppato l'equazione di Schrödinger, che ha rappresentato un grande passo avanti per la meccanica quantistica. Sviluppò anche l'esperimento mentale noto come "Gatto di Schrödinger".
• Nato: 12 agosto 1887 a Vienna, Austria
• Morto: 4 gennaio 1961 a Vienna, Austria
• genitori: Rudolf e Georgine Schrödinger
• Sposa: Annemarie Bertel
• Bambino: Ruth Georgie Erica (nata nel 1934)
• Formazione scolastica: Università di Vienna
• Premi: con il teorico quantistico, Paul A.M. Dirac ricevette il premio Nobel per la fisica nel 1933.
• pubblicazioni: Cos'è la vita? (1944), Natura e Greci (1954) e La mia visione del mondo (1961).

Schrödinger potrebbe essere popolarmente conosciuto per "Schrödinger's Cat", un esperimento mentale ideato nel 1935 per illustrare problemi con un'interpretazione comune della meccanica quantistica.

Primi anni e istruzione

Schrödinger era figlio unico di Rudolf Schrödinger - un operaio di linoleum e tela cerata che aveva ereditato l'attività da suo padre - e Georgine, figlia di un professore di chimica di Rudolf. L'educazione di Schrödinger ha enfatizzato l'apprezzamento e il progresso culturale sia nella scienza che nell'arte.

Schrödingerè stato educato da un tutor e da suo padre a casa. All'età di 11 anni, entrò all'Akademische Gymnasium di Vienna, una scuola focalizzata sull'istruzione classica e sulla formazione in fisica e matematica. Lì, gli piaceva imparare le lingue classiche, la poesia straniera, la fisica e la matematica, ma odiava memorizzare ciò che definiva date e fatti "casuali".

Schrödinger continuò i suoi studi all'Università di Vienna, che entrò nel 1906. Ha conseguito il dottorato in fisica nel 1910 sotto la guida di Friedrich Hasenöhrl, che Schrödinger considerava una delle sue maggiori influenze intellettuali. Hasenöhrl era uno studente del fisico Ludwig Boltzmann, un rinomato scienziato noto per il suo lavoro in meccanica statistica.

Dopo aver conseguito il dottorato di ricerca, Schrödinger ha lavorato come assistente di Franz Exner, un altro studente di Boltzmann, fino a quando non è stato redatto all'inizio della prima guerra mondiale.

Inizi di carriera

Nel 1920, Schrödinger sposò Annemarie Bertel e si trasferì con lei a Jena, in Germania, per lavorare come assistente del fisico Max Wien. Da lì, è diventato docente in diverse università in un breve periodo di tempo, prima diventando professore junior a Stoccarda, poi professore ordinario a Breslavia, prima di unirsi all'Università di Zurigo come professore nel 1921. I successivi sei anni di Schrödinger a Zurigo è stato uno dei più importanti nella sua carriera professionale.

All'Università di Zurigo, Schrödinger ha sviluppato una teoria che ha fatto avanzare significativamente la comprensione della fisica quantistica. Ha pubblicato una serie di articoli - circa uno al mese - sulla meccanica delle onde. In particolare, il primo articolo, "La quantizzazione come problema di autovalore", ha introdotto quello che sarebbe diventato noto come Equazione di Schrödinger, ora una parte centrale della meccanica quantistica. Schrödinger ricevette il premio Nobel per questa scoperta nel 1933.

L'equazione di Schrödinger

L'equazione di Schrödinger descrisse matematicamente la natura "simile a un'onda" dei sistemi governati dalla meccanica quantistica. Con questa equazione, Schrödinger ha fornito un modo non solo di studiare i comportamenti di questi sistemi, ma anche di prevederne il comportamento. Sebbene ci sia stato molto dibattito iniziale sul significato dell'equazione di Schrödinger, gli scienziati alla fine lo hanno interpretato come la probabilità di trovare un elettrone da qualche parte nello spazio.

Schrödinger's Cat

Schrödinger ha formulato questo esperimento mentale in risposta al Interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica, che afferma che una particella descritta dalla meccanica quantistica esiste in tutti gli stati possibili allo stesso tempo, fino a quando non viene osservata ed è costretta a scegliere uno stato. Ecco un esempio: considera una luce che può illuminare in rosso o verde. Quando non guardiamo la luce, assumiamo che sia entrambi rossi e verde. Tuttavia, quando la guardiamo, la luce deve forzarsi ad essere rossa o verde, e questo è il colore che vediamo.

Schrödinger non era d'accordo con questa interpretazione. Ha creato un diverso esperimento mentale, chiamato Schrödinger's Cat, per illustrare le sue preoccupazioni. Nell'esperimento Schrödinger's Cat, un gatto viene posto all'interno di una scatola sigillata con una sostanza radioattiva e un gas velenoso. Se la sostanza radioattiva decade, rilascia il gas e uccide il gatto. Altrimenti, il gatto sarebbe vivo.

Poiché non sappiamo se il gatto è vivo o morto, è considerato tutti e due vivo e morto fino a quando qualcuno apre la scatola e vede da sé quale sia lo stato del gatto. Quindi, semplicemente guardando nella scatola, qualcuno ha magicamente reso il gatto vivo o morto anche se ciò è impossibile.

Influenze sul lavoro di Schrödinger

Schrödinger non ha lasciato molte informazioni sugli scienziati e sulle teorie che hanno influenzato il suo lavoro. Tuttavia, gli storici hanno messo insieme alcune di quelle influenze, tra cui:

• Louis de Broglie, un fisico, ha introdotto il concetto di "onde di materia". Schrödinger aveva letto la tesi di de Broglie e una nota a piè di pagina scritta da Albert Einstein, che parlava positivamente del lavoro di de Broglie. A Schrödinger è stato anche chiesto di discutere del lavoro di de Broglie un seminario ospitato sia dall'Università di Zurigo che da un'altra università, l'ETH di Zurigo.
• Boltzmann. Schrödinger considerava l'approccio statistico di Boltzmann alla fisica il suo "primo amore per la scienza", e gran parte della sua educazione scientifica seguì la tradizione di Boltzmann.
• Il precedente lavoro di Schrödinger sulla teoria quantistica dei gas, che ha studiato i gas dal punto di vista della meccanica quantistica. In uno dei suoi articoli sulla teoria quantistica dei gas, "Sulla teoria dei gas di Einstein", Schrödinger ha applicato la teoria di de Broglie sulle onde della materia per aiutare a spiegare il comportamento dei gas.

Più tardi carriera e morte

Nel 1933, lo stesso anno in cui vinse il premio Nobel, Schrödinger si dimise alla sua cattedra all'Università di Berlino, alla quale si era unito nel 1927, in risposta alla conquista nazista della Germania e al licenziamento di scienziati ebrei. Successivamente si è trasferito in Inghilterra, e successivamente in Austria. Tuttavia, nel 1938, Hitler invase l'Austria, costringendo Schrödinger, ora un antinazista affermato, a fuggire a Roma.

Nel 1939, Schrödinger si trasferì a Dublino, in Irlanda, dove rimase fino al suo ritorno a Vienna nel 1956. Schrödinger morì di tubercolosi il 4 gennaio 1961 a Vienna, la città dove era nato. Aveva 73 anni.

fonti

• Fischer E. Siamo tutti aspetti di un singolo essere: un'introduzione a Erwin Schrödinger. Soc Res, 1984; 51(3): 809-835.
• Heitler W. "Erwin Schrödinger, 1887-1961." Biogr Mem Fellows Royal Soc, 1961; 7: 221-228.
• Masters B. "Il percorso di Erwin Schrödinger alla meccanica ondulatoria." Opt Photonics News, 2014; 25(2): 32-39.
• Moore W. Schrödinger: vita e pensiero. Cambridge University Press; 1989.
• Schrödinger: celebrazione centenaria di un polimero. Ed. Clive Kilmister, Pressa dell'Università di Cambridge; 1987.
• Schrödinger E. "Quantisierung als Eigenwertproblem, erste Mitteilung."Ann. Phys., 1926; 79: 361-376.
• Teresi D. Il ranger solitario della meccanica quantistica. Il sito web del New York Times. https://www.nytimes.com/1990/01/07/books/the-lone-ranger-of-quantum-mechanics.html. 1990.