زندگینامه اروین شرودینگر و آزمایش معروف گربه اش

اواسط دهه ۱۹۲۰ فصلی در حوزهٔ نظریه کوانتومی گشوده شد و یکی از بسیار فیزیکدانان که با جهت جدید تاثیر گذاری در این زمینه دست به کار شدند، اروین شرودینگر بود. شرودینگر زادهٔ وین و در خانواده بازرگانی موفق بود و مادر بزرگی نیمه اتریشی و نیمه انگلیسی داشت؛ سمت انگلیسی خانواده از نواحی آب معدنی لیمینگتون منشاء می‌گرفت و او با صحبت کردن به هر دو زبان انگلیسی و آلمانی در خانه رشد کرد. شرودینگر تا وقتی ۱۰ ساله شد در خانه و به کمک معلم خصوصی به تحصیل پرداخت. این دانشمند اتریشی چیزی را تدوین کرد که با عنوان «مکانیک موجی» شناخته می‌شود، گرچه هم‌چون دیگران از جمله اینشتین، او نیز بعدها نسبت به جهتی که «نظریه کوانتومی» در پیش گرفت آسوده خاطر نبود و تلاش‌های بسیاری در وهله اول برای تایید آن انجام داد.

نه ذرات بلکه امواج

پیشرفت خود شرودینگر به طور عمده بر اساس پیشنهاد سال ۱۹۲۴ پایه گذار شد که توسط لویی دوبروی ارائه شده بود که ذرات می‌توانند در نظریه کوانتومی هم‌چون امواج رفتار کنند. وقتی شرودینگر اتریشی مجذوب این توضیح شده بود، به اعتبار مفاهیم خاصی از آن به دردسر افتاد. او اساساً احساس کرد که معادلات دوبروی بسیار ساده لوحانه‌اند و تحلیل مفصلی را در حد کفایت در مورد رفتار یک جسم به ویژه در سطح زیر اتمی ارائه نمی‌کنند. بنابراین، وی چیزها را یک مرحله جلوتر برد و ایده ذرات را به طور کامل حذف کرد! در این موقعیت با دلیل اثبات کرد که هر چیزی شکلی از موج است.

معادله موج

وی به نحو شگفتی طی سال‌های ۱۹۲۵ تا ۱۹۲۶ به محاسبه معادله موج توفیق یافت که از نظر ریاضیاتی این بحث را پایه گذاری کرد و علم مکانیک موجی کوانتوم زاده شد. دلیل بعدی هنگامی به وجود آمد که این نظریه در مقابل ارزش‌های شناخته شده برای اتم هیدروژن به کار برده شد و جواب‌های صحیح، مثلاً، برای محاسبه سطح انرژی در الکترون به دست آمد. این معادله به وضوح بر بسیاری از ارکان پوشالی نظریه ابتدایی کوانتومی که توسط نیلس بور تدوین شده بود غلبه کرد، و ضعف‌های آرای دوبروی را مخاطب قرار داد.

سازگاری نظریه موجی

در واقع نظریه‌ای که در پس مکانیک موجی نهفته بود. اکنون در تمام انواع موقعیت‌های دیگر با تاثیر بسیار به کار برده می‌شود. متاسفانه این نظریه نیز ضعف‌های اساسی بسیاری داشت و شرودینگر نسبت به آن‌ها بی اطلاع نبود. یکی از ضعف‌های درجه اول آن از بین بردن ذرات بود؛ ارائه توضیحی فیزیکی در مورد خواص و ماهیت ماده دشوار بود. این فیزیکدان اتریشی با مفهوم «بسته‌های موج» مطرح شد که نقش ذرات را همان‌طور که در فیزیک کلاسیک در نظر بود، ولی واقعاً موج بود، ارائه کرد. گرچه توجیه‌هایی که او ارائه کرد، معنی‌دار بود و جور در می‌آمد.

تفسیر احتمالاتی

به محض این که کار شرودینگر از طریق کارهای دیگران اصلاح شد که نظریه‌های شان پس از او ارائه شد، کار استعداد جایگزین شدن به جای آثار دیگران را یافت. کوتاه زمانی پس از آن، تفسیر احتمالاتی نظریه کوانتومی که بر اساس ایده‌های هایزنبرگ و بورن استعداد بود تداوم یافت. این مادهٔ عملاً پیشنهادی در هیچ جای خاصی به منظور حضور در هرجا، به طور همزمان تا زمانی که کسی برای اندازه‌گیری آن تلاش کند، وجود نداشت. آن برهه، این معادلات آن‌ها به طور پیشنهادی بهترین «احتمال» یافتن یک ماده را در موضع معینی پیش رو قرار دادند. وقتی این موضوع به طور گسترده‌ای در آن زمان به عنوان مناسب‌ترین توضیح پذیرفته شد، شرودینگر در اعتراض به چنین دیدگاه احتمالاتی و سستی از فیزیک، در وقتی که هیچ چیز به طور قطع قابل توضیح نبود و اساساً علت و معلولی وجود نداشت، به اینشتین و دیگران پیوست.

طنز موضع این که، پل ادرین موریس دیراک، از تأثیرگذاران مهم دیگر حوزهٔ مکانیک کوانتومی، به منظور اثبات نظریه موج شرودینگر به تلاش خود ادامه داد و تفاسیر احتمالاتی جایگزینی که او از آن‌ها نفرت داشت، دست کم از نظر ریاضیاتی مشابه یکدیگر بودند. شرودینگر و دیراک جایزه نوبل فیزیک سال ۱۹۳۳ را مشترکاً بردند.

گربه شرودینگر

این «جانور» مشهور در واقع جزئی از آزمایش ذهنی طراحی شده توسط اروین شرودینگر در دهه ۱۹۳۰ برای توضیح این مشکل بود که بر خلاف تمام دلایل، اتم‌ها می‌توانند به طور همزمان در دو حالت واپاشی و ناواپاشی وجود داشته باشند. شرودینگر از شباهت یک گربه زندانی شده در یک جعبه همراه با یک شیشه کوچکی دارویی که محتوی یک سم کشنده بود استفاده می‌کرد. سرپوش این شیشه کوچک دارویی حاوی یک اتم پرتوزا بود. اگر این اتم رو به ضعف می‌نهاد ذرات آزاد شده این شیشه کوچک دارویی را باز می‌کرد و گریه می‌مرد. این نمونه‌ای از یک سیستم کوانتومی است که در آن به نظر می‌رسد که این گربه در وضعیت مبهمی قرار دارد زیرا این اتم در هر دو شکل واپاشیده وناواپاشیده است و به این اشاره دارد که گربه مورد نظر نه مرده است و نه زنده، که آشکارا محال است.

شرودینگر به منظور رد کردن ایده ی ذرات، با دلیل اثبات کرد که هر چیز شکلی از موج است.