زندگینامه اروین شرودینگر؛ نابغه بزرگ فیزیک

اروین شرودینگر فیزیکدان اتریشی بود که کارهایش در زمینه مکانیک کوانتومی به شکل اساسی فیزیک مدرن را شکل داد. او در ۱۲ اوت ۱۸۸۷ در وین، اتریش به دنیا آمد و از همان کودکی به علم و ریاضیات علاقه‌مند شد. مهم‌ترین دستاوردهای او شامل توسعه مکانیک موجی و معادله معروف شرودینگر است که توصیفی ریاضی از حالت کوانتومی یک سیستم ارائه می‌دهد. شرودینگر در سال ۱۹۳۳ به همراه فیزیکدان بریتانیایی پل آدریان موریس دیراک جایزه نوبل فیزیک را دریافت کرد و بعدها مدیر مؤسسه مطالعات پیشرفته ایرلند شد. او علاوه بر فیزیک، به فلسفه و زیست‌شناسی نیز علاقه‌مند بود و سوال‌هایی درباره ماهیت زندگی و آگاهی را مطرح کرد. اما به راستی شرودینگر کیست؟

13,120,000

12,857,000

تومان

اروین شرودینگر کیست؟

شرودینگر در ۱۲ اوت ۱۸۸۷ در وین، اتریش به‌عنوان تک فرزند رودولف شرودینگر، گیاه‌شناس و صاحب کارخانه پارچه و جورجین امیلیا برندا، دختر الکساندر باوئر، استاد شیمی رودولف در کالج فنی وین، به دنیا آمد. پدر اروین از خانواده‌ای بایرنی بود که نسل‌ها پیش در وین ساکن شده بودند. او مردی بسیار بااستعداد و با تحصیلات گسترده بود. پس از پایان تحصیلاتش در شیمی، سال‌ها به نقاشی ایتالیایی پرداخت و سپس به گیاه‌شناسی روی آورد که نتیجه‌اش مجموعه مقالاتی درباره تبارشناسی گیاهان شد.

زندگی اولیه و تحصیلات اروین شرودینگر

او تا ۱۱ سالگی توسط معلمان خصوصی در خانه آموزش دید و سپس وارد آکادمی وین شد. او نه تنها به رشته‌های علمی علاقه داشت، بلکه منطق سخت‌گیرانه دستور زبان باستانی و زیبایی شعر آلمانی را نیز تحسین می‌کرد. چیزی که او از آن بیزار بود، حفظ کردن اطلاعات و یادگیری از کتاب‌ها بود. بعدتر به دانشگاه وین رفت، جایی که عمدتاً بر فیزیک تمرکز کرد و تحت تأثیر فیزیکدان جوان دیگری به نام فریتز هازنورل قرار گرفت. 

از سال ۱۹۰۶ تا ۱۹۱۰، او دانشجوی دانشگاه وین بود و در این دوره تحت تأثیر شدید فریتز هازنورل، جانشین بولتزمان، قرار گرفت. در این سال‌ها بود که شرودینگر در مسائل مقادیر ویژه در فیزیک رسانه‌های پیوسته به تسلط رسید و پایه‌های کار بزرگ آینده‌اش را بنا نهاد. پس از آن، به عنوان دستیار فرانتس اکسنر، همراه با دوستش ک.و.ف. کولراوش، کارهای عملی برای دانشجویان انجام داد؛ البته به گفته خودش، هیچ‌وقت آزمایش کردن را یاد نگرفت. او در سال ۱۹۱۰ با مدرک دکتری در فیزیک فارغ‌التحصیل شد. پس از آن چند سال به‌عنوان دستیار در همان دانشگاه کار کرد، اما در سال ۱۹۱۴ برای خدمت در جنگ جهانی اول به‌عنوان افسر توپخانه در نیروهای نظامی اتریش-مجارستان در ایتالیا فراخوانده شد.

 ازدواج و فعالیت‌های آکادمیک 

پس از بازگشت به زندگی غیرنظامی، شرودینگر در سال ۱۹۲۰ با آن ماری برتل ازدواج کرد. در همین سال او یک موقعیت آکادمیک به‌عنوان دستیار در وین پذیرفت و سپس در اشتوتگارت در مقام استاد مدعو، در برسلاو در مقام استاد و در دانشگاه زوریخ به عنوان جانشین فون لاوه مشغول به کار شد و به مدت شش سال در آنجا ماند. 

در سال‌های بعد، شرودینگر با لذت بسیار به دوره زوریخ نگاه می‌کرد، اینجا بود که از ارتباط و دوستی با همکارانش، از جمله هرمان وایل و پیتر دبای، لذت می‌برد. این دوره همچنین پربارترین زمان عمر او بود و در موضوعات مختلف فیزیک نظری فعال بود. مقالاتش در آن زمان به گرمای ویژه جامدات، مسائل ترمودینامیک (او به نظریه احتمالات بولتزمان بسیار علاقه‌مند بود) و طیف‌های اتمی پرداخته بود؛ علاوه بر این، به مطالعات فیزیولوژیکی رنگ نیز مشغول شد (نتیجه تماس‌هایش با کولراوش و اکسنر و سخنرانی‌های هلمهولتز). 

کشف بزرگ شرودینگر

کشف بزرگ او، معادله موجی شرودینگر، در پایان این دوره در نیمه اول سال ۱۹۲۶ رخ داد. این کشف نتیجه نارضایتی او از شرایط کوانتومی در نظریه مدار بور و اعتقادش به این بود که طیف‌های اتمی باید با نوعی مسئله مقادیر ویژه تعیین شوند. این کشف در نهایت چیزی بود که باعث شد او جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۳۳ را با دیراک شریک شود.

در سال ۱۹۲۷، شرودینگر به دعوتی برای جانشینی ماکس پلانک، مبدع فرضیه کوانتومی، در دانشگاه برلین پاسخ داد و به هیأت علمی برجسته‌ای پیوست که آلبرت انیشتین نیز در آن حضور داشت. او تا سال ۱۹۳۳ در این دانشگاه ماند، اما با آزار و اذیت یهودیان به‌عنوان سیاست ملی، تصمیم گرفت دیگر در آلمان نماند. او سپس سفری هفت ساله را آغاز کرد که او را به اتریش، بریتانیا، بلژیک، آکادمی علوم پاپی در رم و سرانجام در سال ۱۹۴۰ به مؤسسه مطالعات پیشرفته دوبلین برد که تحت تأثیر نخست‌وزیر وقت اِمون دو والرا، که پیش‌تر ریاضی‌دان بود، تأسیس شده بود. 

ترک آلمان

در سال ۱۹۳۳، شرودینگر تصمیم گرفت که نمی‌تواند در آلمان بماند. او به انگلستان رفت و مدتی در آکسفورد بورسیه داشت. در سال ۱۹۳۴، از او دعوت شد تا در دانشگاه پرینستون سخنرانی کند و پیشنهاد موقعیت دائمی دریافت کرد، اما نپذیرفت. در سال ۱۹۳۶، پس از تأمل بسیار، پیشنهادی از دانشگاه گراتس اتریش دریافت کرد و تنها به این دلیل که دلتنگی برای کشورش بر احتیاطش غلبه کرده بود، آن را پذیرفت. 

با الحاق اتریش در سال ۱۹۳۸، او بلافاصله با مشکل مواجه شد زیرا ترک آلمان در سال ۱۹۳۳ به‌عنوان عملی غیردوستانه تلقی شد. مدت کوتاهی بعد، او توانست به ایتالیا فرار کند و از آنجا به آکسفورد و سپس دانشگاه گنت رفت. پس از اقامتی کوتاه، به مؤسسه تازه تأسیس مطالعات پیشرفته در دوبلین نقل مکان کرد و مدیر مدرسه فیزیک نظری شد. او تا زمان بازنشستگی‌اش در سال ۱۹۵۵ در دوبلین ماند.

در تمام این مدت، شرودینگر به تحقیقاتش ادامه داد و مقالات زیادی در موضوعات مختلف منتشر کرد، از جمله مسئله یکپارچه‌سازی گرانش و الکترومغناطیس، که انیشتین را هم به خود مشغول کرده بود و هنوز حل‌نشده است؛ او همچنان به مبانی فیزیک اتمی علاقه‌مند بود. شرودینگر از توصیف دوگانه پذیرفته‌شده به‌صورت امواج و ذرات، با تفسیر آماری برای امواج، خوشش نمی‌آمد و سعی کرد نظریه‌ای فقط بر اساس امواج بنا کند. این امر او را به مناقشه با دیگر فیزیکدانان برجسته کشاند.

او در این دوره در ایرلند، کتاب «زندگی چیست؟» (۱۹۴۴) را نوشت که تلاشی برای نشان دادن چگونگی استفاده از فیزیک کوانتومی برای توضیح پایداری ساختار ژنتیکی بود. اگرچه بسیاری از مطالب این کتاب با پیشرفت‌های بعدی در زیست‌شناسی مولکولی اصلاح و تکمیل شده‌اند، اما همچنان یکی از مفیدترین و عمیق‌ترین مقدمه‌ها بر این موضوع است. 

 معادله شرودینگر

شرودینگر در سال ۱۹۲۶ و در سن ۳۹ سالگی که برای کارهای بدیع فیزیکدانان نظری، سنی نسبتاً بالا محسوب می‌شود، مقالاتی تولید کرد که پایه‌های مکانیک موجی کوانتومی را بنا نهاد. او در این مقالات معادله دیفرانسیل جزئی خود را توصیف کرد که معادله اساسی مکانیک کوانتومی است و همان رابطه‌ای را با مکانیک اتم دارد که معادلات حرکت نیوتن با نجوم سیاره‌ای دارند. 

شرودینگر با پذیرش پیشنهادی از لوئی دوبروی در سال ۱۹۲۴ مبنی بر اینکه ذرات ماده دارای طبیعت دوگانه‌اند و در برخی شرایط مانند موج عمل می‌کنند، نظریه‌ای ارائه داد که رفتار چنین سیستمی را با معادله موجی توصیف می‌کند که اکنون به معادله شرودینگر معروف است. برخلاف راه‌حل‌های معادلات نیوتن، راه‌حل‌های معادله شرودینگر توابع موجی هستند که تنها به احتمال وقوع رویدادهای فیزیکی مربوط می‌شوند. توالی مشخص و قابل‌تصور رویدادهای مدارهای سیاره‌ای نیوتن در مکانیک کوانتومی با مفهوم انتزاعی‌تر احتمال جایگزین شده است.

ناراحتی از نظریه شرودینگر

این جنبه از نظریه کوانتومی شرودینگر و چند فیزیکدان دیگر را عمیقاً ناراحت کرد و او بخش زیادی از زندگی بعدی خود را صرف تدوین اعتراض‌های فلسفی به تفسیر پذیرفته‌شده نظریه‌ای کرد که خود نقش بزرگی در خلق آن داشت و به نوعی نظریه اروین شرودینگر خوانده می‌شد. معروف‌ترین اعتراض او آزمایش فکری سال ۱۹۳۵ بود که بعدها به نام گربه شرودینگر شناخته شد. نظریه گربه شرودینگر چیست ؟ در این آزمایش، گربه‌ای در جعبه‌ای فولادی با مقدار کمی ماده رادیواکتیو قرار می‌گیرد به‌گونه‌ای که پس از یک ساعت، احتمال برابر برای فروپاشی یا عدم فروپاشی یک اتم وجود دارد. اگر اتم فروپاشی کند، دستگاهی شیشه گاز سمی را می‌شکند و گربه را می‌کشد. اما تا زمانی که جعبه باز نشود و تابع موج اتم فرو نریزد، تابع موج اتم در برهم‌نهی دو حالت فروپاشی و عدم فروپاشی است. بنابراین، گربه نیز در برهم‌نهی دو حالت زنده و مرده قرار دارد. شرودینگر این نتیجه را «کاملاً مضحک» می‌دانست و زمان و چگونگی تعیین سرنوشت گربه موضوع بحث‌های زیادی میان فیزیکدانان بوده است.

نظریه گربه شرودینگر چیست؟

یکی از معروف‌ترین مشارکت‌های شرودینگر در مکانیک کوانتومی، آزمایش فکری‌ای به نام «گربه شرودینگر» است. او این پارادوکس را مطرح کرد تا جنبه‌های غیرقابل‌باور و غیرمنتظره برهم‌نهی کوانتومی و اندازه‌گیری را نشان دهد.

در این آزمایش فرضی، یک گربه در جعبه‌ای مهر و موم شده قرار می‌گیرد که حاوی یک اتم رادیواکتیو، یک شمارنده گایگر، یک سم کشنده و یک چکش است. اگر اتم رادیواکتیو فروپاشی کند، شمارنده آن را تشخیص می‌دهد و چکش را فعال می‌کند تا اهرم سم را بشکند و سم آزاد شود که گربه را می‌کشد. اگر اتم فروپاشی نکند، گربه زنده می‌ماند. بر اساس مکانیک کوانتومی، تا زمانی که جعبه باز نشود و مشاهده‌ای انجام نگیرد، گربه در حالتی از برهم‌نهی قرار دارد و به طور هم‌زمان هم زنده است و هم مرده. این پارادوکس، شهود کلاسیک را به چالش می‌کشد و طبیعت عجیب مکانیک کوانتومی، به ویژه نقش مشاهده در تعیین واقعیت فیزیکی را برجسته می‌کند.

معادله شرودینگر دقیقا چیست؟

معادله شرودینگر یک معادله بنیادی در مکانیک کوانتومی است که چگونگی تغییر حالت کوانتومی یک سیستم فیزیکی در طول زمان را توصیف می‌کند. این معادله به‌صورت زیر نوشته می‌شود:

که در آن:  

 i واحد فرضی است،  

h ثابت پلانک کاهش‌یافته (اچ بار) است،  

 Psi سای یا پسی تابع موج سیستم است،  

H عملگر هامیلتونی است که انرژی کل سیستم را نشان می‌دهد.

این معادله رفتار ذرات کوانتومی مانند الکترون‌ها را توصیف می‌کند و پایه مکانیک موجی را تشکیل می‌دهد. این معادله نشان می‌دهد که ذرات رفتار موج‌مانند دارند و تا زمان اندازه‌گیری در حالتی از برهم‌نهی قرار دارند. معادله شرودینگر در زمینه‌هایی مثل محاسبات کوانتومی، شیمی و علم مواد کاربرد دارد و تأثیر گسترده‌ای بر پیشرفت‌های علمی گذاشته است.

دوره شش‌ساله حضور شرودینگر به‌عنوان استاد در دانشگاه زوریخ یکی از مهم‌ترین مراحل حرفه فیزیک او بود. او در سال ۱۹۲۵ با مطالعه تز لوئی دوبروی در سال ۱۹۲۴، که نظریه مکانیک موجی را مطرح کرده بود، به این ایده علاقه‌مند شد که الکترون در اتم به صورت موج حرکت می‌کند. سال بعد، او مقاله‌ای انقلابی نوشت که معادله موجی شرودینگر را معرفی کرد. این معادله، برخلاف مدل اتمی نیلز بور و با الهام از دوبروی، حرکت الکترون‌ها را به‌صورت مکانیک موجی توصیف کرد و پایه‌ای مهم در نظریه کوانتومی شد.

شرودینگر برنده جایزه نوبل

در سال ۱۹۲۷، شرودینگر زوریخ را ترک کرد و به دانشگاه برلین رفت، جایی که با آلبرت انیشتین دیدار کرد. او تا سال ۱۹۳۳ در این سمت بود تا اینکه با قدرت گرفتن حزب نازی هیتلر و آزار یهودیان، تصمیم به ترک آلمان گرفت. پس از پیوستن به دانشگاه آکسفورد در انگلستان، خبر دریافت جایزه نوبل فیزیک ۱۹۳۳ را دریافت کرد که آن را با پل دیراک شریک شد.

پل دیراک و اروین شرودینگر مشترکا جایزه نوبل فیزیک را دریافت کردند.

کتاب‌هایی درباره اروین شرودینگر

کتاب‌های زیادی زندگی، نظریه‌ها و مشارکت‌های شرودینگر در فیزیک را بررسی کرده‌اند. برخی از آثار برجسته عبارتند از:   

«شرودینگر: زندگی و اندیشه» نوشته والتر مور؛ یک بیوگرافی جامع که دستاوردهای علمی و زندگی شخصی شرودینگر را پوشش می‌دهد.  

«اروین شرودینگر و انقلاب کوانتومی» نوشته جان گریبین؛ این کتاب روایتی جذاب از چگونگی تحول فیزیک به واسطه کارهای شرودینگر را ارائه می‌دهد. 

«فلسفه مکانیک کوانتومی شرودینگر» نوشته میشل بیتبول؛ کاوشی در تفسیرهای فلسفی شرودینگر از مکانیک کوانتومی. 

«گربه‌های شرودینگر و جستجوی واقعیت» نوشته جان گریبین؛ دنباله‌ای بر پارادوکس اصلی گربه شرودینگر که تأثیر آن بر فیزیک مدرن را بررسی می‌کند.

در این میان می‌توان به کتابهای اروین شرودینگر هم اشاره کرد که به قلم خود او نگاشته است؛ از آثار او می‌توان به «زندگی چیست؟»،‌ «طبیعت و یونانیان» و «دیدگاه من از جهان» اشاره کرد که به ترتیب به زیست‌شناسی، فلسفه باستانی و آگاهی یکپارچه می‌پردازند.

سخنان اروین شرودینگر

اروین شرودینگر، در مقام یک فیزیکدان برجسته و فیلسوف، سخنان جالب و تأمل‌برانگیزی از خود به جای گذاشته که اغلب ترکیبی از علم، فلسفه و دیدگاه او به زندگی است؛ برخی از سخنان اروین شرودینگر در ادامه می‌خوانید:

«وظیفه این نیست که چیزی را ببینیم که هنوز کسی ندیده است؛ بلکه این است که درباره چیزی که همه می‌بینند، به گونه‌ای فکر کنیم که هنوز کسی به آن فکر نکرده.»  

«آگاهی را نمی‌توان با اصطلاحات فیزیکی توضیح داد. چون آگاهی کاملاً بنیادین است.»  

«دانشمند فقط دو چیز را تحمیل می‌کند: حقیقت و صداقت، او این دو را هم به خود و هم به دیگران تحمیل می‌کند.»  

شرودینگر سخنرانی‌ها و درس‌گفتارهای متعددی هم ارائه داده است که بینش عمیقی در مکانیک کوانتومی و فلسفه علم ارائه می‌کنند. برخی از مهم‌ترین سخنرانی‌های او عبارتند از:  

سخنرانی جایزه نوبل (۱۹۳۳)؛ شرودینگر در این سخنرانی اکتشافاتش در مکانیک موجی و تأثیرات آن بر نظریه اتمی را شرح داد.  

سری درس‌گفتارهای زندگی چیست؟ (۱۹۴۳-۱۹۴۴)؛ ارائه‌شده در کالج ترینیتی دوبلین، این سخنرانی‌ها ارتباط بین فیزیک و زیست‌شناسی را بررسی کردند. 

ذهن و ماده (۱۹۵۸)؛ مجموعه‌ای از سخنرانی‌هایش درباره پیامدهای فلسفی مکانیک کوانتومی و آگاهی.  

درباره وضعیت کنونی مکانیک کوانتومی (۱۹۳۵)؛ این سخنرانی آزمایش فکری گربه شرودینگر را معرفی کرد.

فیلم‌هایی که درباره اروین شرودینگر ساخته شدند

زندگی و ایده‌های شرودینگر در مستندها و فیلم‌های مختلفی، اغلب در زمینه فیزیک کوانتومی و رازهای آن، بررسی شده‌اند. برخی از نمونه‌های برجسته آن شامل موارد زیر است؛

گربه شرودینگر (۲۰۰۰)؛ یک فیلم کوتاه محصول سال ۲۰۰۰ درباره مردی که پس از تصمیم‌گیری درباره بی‌معنایی زندگی‌اش، بین ابعاد مختلف جابه‌جا می‌شود.

همدوسی (۲۰۱۶)؛ فیلمی که به نظر می‌رسد به تفسیر جهان‌های چندگانه در فیزیک کوانتومی اشاره دارد و از نظریه گربه شرودینگر استفاده می‌کند.

نظریات اروین شرودینگر

شرودینگر مشارکت‌های مهمی در زمینه‌های مختلف فیزیک داشت، از جمله مکانیک موجی؛ او معادله‌ای را توسعه داد که رفتار موج‌مانند ذرات کوانتومی را توصیف می‌کند و پایه مکانیک کوانتومی را شکل می‌دهد. نظریه دیگر او نظریه برهم‌نهی کوانتومی است. او با این نظریه نشان داد که ذرات تا زمان اندازه‌گیری در حالت‌های چندگانه هم‌زمان وجود دارند.

شرودینگر همچنین در نظریه رنگ خود، به درک ادراک انسان از رنگ و نظریه سه‌رنگ کمک کرد. او همچنین نظریه میدان یکپارچه را مطرح کرد که در آن تلاش کرد نظریه‌ای برای یکپارچه‌سازی الکترومغناطیس و گرانش ارائه دهد. او در کتاب «زندگی چیست؟» نظریه‌ای در بیوفیزیک و ژنتیک پیشنهاد کرد که طبق آن اطلاعات ژنتیکی در بدن در یک کریستال فرضی ذخیره می‌شوند و همین نظریه بر کشف ساختار DNA تأثیر گذاشت.

ویژگی‌های شخصیتی منحصر به فرد شرودینگر

شرودینگر در میان فیزیکدانان هم‌نسلش، به خاطر تنوع فکری فوق‌العاده‌اش برجسته است. او در فلسفه و ادبیات تمام زبان‌های غربی احساس راحتی می‌کرد و نوشته‌های علمی عامه‌پسندش به زبان انگلیسی، که از کودکی آموخته بود، از بهترین‌های نوع خود هستند. 

مطالعه او درباره علم و فلسفه یونان باستان، که در کتاب «طبیعت و یونانیان» (۱۹۵۴) خلاصه شده، هم تحسین او را نسبت به ابداع دیدگاه علمی جهان توسط یونانیان و هم تردیدش را نسبت به اهمیت علم به عنوان ابزاری منحصربه‌فرد برای گشودن اسرار نهایی وجود انسان نشان می‌دهد. دیدگاه متافیزیکی خود شرودینگر، که در آخرین کتابش «دیدگاه من از جهان» (۱۹۶۱) بیان شده، شباهت زیادی به عرفان ودانتا دارد.

شرودینگر به دلیل استعدادهای استثنایی‌اش، در طول زندگی خود توانست مشارکت‌های قابل‌توجهی در تقریباً تمام شاخه‌های علم و فلسفه داشته باشد؛ دستاوردی تقریباً بی‌نظیر در زمانی که روند به سمت تخصص‌گرایی فنی در این رشته‌ها بود.

شرودینگر در دانشگاه دوبلین ۱۹۴۰

13,120,000

12,857,000

تومان

شرودینگر در سال ۱۹۵۶، بازنشسته شد و به‌عنوان استاد بازنشسته به دانشگاه وین بازگشت. او در ۴ ژانویه ۱۹۶۱، پس از تحمل یک دوره بیماری طولانی، درگذشت و همسر وفادارش، آن ماری برتل، که در سال ۱۹۲۰ با او ازدواج کرده بود، از او به یادگار ماند. اروین شرودینگر یک دانشمند برجسته بود که درک ما از مکانیک کوانتومی را دگرگون کرد. مشارکت‌های او در فیزیک، فلسفه و زیست‌شناسی همچنان بر تحقیقات علمی امروز تأثیر می‌گذارد. آزمایش فکری معروف او، گربه شرودینگر، به‌عنوان تصویری قدرتمند از پارادوکس‌های کوانتومی باقی مانده است. میراث شرودینگر با نوشته‌ها، سخنرانی‌ها و نظریه‌هایش، در مقام یکی از بزرگ‌ترین ذهن‌های علمی همچنان ماندگار است.

منابع: Britannica, BIOGRAPHY, The Nobel Prize