Эрвин Шрёдингер: Жизнь, Наука и Философия

Введение

Австрийский физик (1887–1961)

Эрвин Рудольф Йозеф Александр Шрёдингер (/UK/'/ʃ//r//əː//d//ɪ//ŋ//ə//, //'//ʃ//r//əʊ//d//ɪ//ŋ//ə/, /US/'/ʃ//r//oʊ//d//ɪ//ŋ//ər/; 12 августа 1887 – 4 января 1961), иногда записывается как или , был лауреатом Нобелевской премии, австрийским и натурализованным ирландским физиком, разработавшим фундаментальные результаты в квантовой теории. В частности, он известен тем, что сформулировал уравнение Шрёдингера – уравнение, позволяющее вычислять волновую функцию системы и её динамическое изменение во времени. Он ввёл термин «квантовая запутанность» и впервые обсудил это явление в 1932 году. Помимо этого, он написал множество работ по различным областям физики: статистической механике и термодинамике, физике диэлектриков, теории цвета, электродинамике, общей теории относительности и космологии, а также предпринял несколько попыток построить единую теорию поля. В своей книге «Что такое жизнь?» Шрёдингер обратился к проблемам генетики, рассматривая феномен жизни с точки зрения физики. Он также уделял значительное внимание философским аспектам науки, древним и восточным философским концепциям, этике и религии, а также писал о философии и теоретической биологии. В популярной культуре он наиболее известен своим мысленным экспериментом «кот Шрёдингера». Проведя большую часть жизни в академической сфере, занимая должности в различных университетах, Шрёдингер вместе с Полом Дираком получил Нобелевскую премию по физике в 1933 году за работы по квантовой механике, в том же году покинув Германию из-за несогласия с нацизмом. В личной жизни он одновременно жил с женой и любовницей, что, возможно, привело к проблемам и вынудило его покинуть пост в Оксфорде. Впоследствии, до 1938 года, он работал в Граце (Австрия), пока не пришла к власти нацистская партия, после чего бежал и, наконец, нашёл постоянную работу в Дублине (Ирландия), где оставался до выхода на пенсию в 1955 году, и где у него были сексуальные отношения с несовершеннолетними.

Ранние годы

Шрёдингер родился в Эрдберге, Вене, Австрия, 12 августа 1887 года, в семье Рудольфа Шрёдингера (производителя савана, ботаника) и Георгины Эмилии Бренды Шрёдингер (урождённой Бауэр) (дочь Александра Бауэра, профессора химии, TU Wien). Он был их единственным ребёнком. Его мать имела австрийско-английские корни; его отец был католиком, а мать – лютеранкой. Сам он был атеистом. Однако он проявлял большой интерес к восточным религиям и пантеизму, и использовал религиозную символику в своих работах. Он также полагал, что его научная работа является интеллектуальным подходом к Божественному. Он также смог выучить английский язык вне школы, поскольку его бабушка по материнской линии была британкой. В период с 1906 по 1910 год (год получения докторской степени) Шрёдингер учился в Венском университете у физиков Франца С. Экснера (1849–1926) и Фридриха Хазенёрля (1874–1915). Он получил докторскую степень в Вене под руководством Хазенёрля. Он также проводил экспериментальные работы с Карлом Вильгельмом Фридрихом "Фрицем" Кольраушем. В 1911 году Шрёдингер стал ассистентом Экснера. У него появилась возможность занять должность в Эдинбургском университете, но из-за задержки с визой он в итоге принял предложение в университете Граца в Австрии в 1936 году. Он также принял предложение занять должность заведующего кафедрой физики в Аллахабадском университете в Индии. В 1935 году, после обширной переписки с Альбертом Эйнштейном, он предложил мысленный эксперимент, известный как "кот Шрёдингера".

Поздние годы

В 1938 году, после аншлюса, у Шредингера возникли проблемы в Граце из-за его бегства из Германии в 1933 году и его известной оппозиции нацизму. Он опубликовал заявление с отказом от этой оппозиции. Однако этого оказалось недостаточно для успокоения новой власти, и университет Граца уволил его с должности за политическую неблагонадежность. Он подвергался преследованиям и получил предписание не покидать страну. Тем не менее, он с женой бежали в Италию. Оттуда он отправился в Оксфорд и Гентский университет в качестве приглашенного профессора. Он переехал в Клинтарф, Дублин, и жил скромно. Мемориальные доски установлены на его доме в Клонтарфе и по адресу его рабочего места на площади Меррион. Шредингер считал, что как австриец, он имеет особую связь с Ирландией. В октябре 1940 года журналист из Irish Press взял у Шредингера интервью, в котором он говорил о кельтском наследии австрийцев, заявив: "Я верю, что между нами, австрийцами, и кельтами существует более глубокая связь. Говорят, что названия мест в Австрийских Альпах имеют кельтское происхождение". В 1940 году он стал директором Школы теоретической физики и оставался на этом посту в течение 17 лет. В 1948 году он получил ирландское гражданство по натурализации, сохранив при этом австрийское гражданство. Он написал около 50 дополнительных публикаций на различные темы, включая исследования в области теории единого поля. В 1944 году он опубликовал книгу "Что такое жизнь?", в которой рассматриваются вопросы негентропии и концепция сложной молекулы, несущей генетический код живых организмов. Согласно мемуарам Джеймса Д. Уотсона "ДНК, тайна жизни", книга Шредингера вдохновила Уотсона на исследование гена, что привело к открытию структуры двойной спирали ДНК в 1953 году. Аналогично, Фрэнсис Крик в своей автобиографической книге "Что за безумные поиски" описал, как на него повлияли размышления Шредингера о том, как генетическая информация может храниться в молекулах. Шредингер оставался в Дублине до выхода на пенсию в 1955 году. Недавно в школе-интернате The King's Hospital в Дублине вновь обнаружилась рукопись "Фрагмент из неопубликованного диалога Галилея", написанная для 1955 года выпуска их "Голубого мундира" в честь его отъезда из Дублина для занятия должности профессора физики в Венском университете. В 1956 году он вернулся в Вену (на должность ad personam). На важной лекции во время Всемирной энергетической конференции он отказался говорить об атомной энергии из-за своего скептицизма и вместо этого прочитал философскую лекцию. В этот период Шредингер отошел от общепринятого в квантовой механике определения волново-частичного дуализма и стал продвигать только волновую теорию, что вызвало много споров.

In 1938, after the Anschluss, Schrödinger had problems in Graz because of his flight from Germany in 1933 and his known opposition to Nazism. He issued a statement recanting this opposition. However, this did not fully appease the new dispensation and the University of Graz dismissed him from his post for political unreliability. He suffered harassment and was instructed not to leave the country. He and his wife, however, fled to Italy. From there, he went to visiting positions in Oxford and Ghent University. He moved to Kincora Road, Clontarf, Dublin, and lived modestly. A plaque has been erected at his Clontarf residence and at the address of his workplace in Merrion Square. Schrödinger believed that as an Austrian he had a unique relationship to Ireland. In October 1940, a writer from the Irish Press interviewed Schrödinger who spoke of Celtic heritage of Austrians, saying: "I believe there is a deeper connection between us Austrians and the Celts. Names of places in the Austrian Alps are said to be of Celtic origin." He became the Director of the School for Theoretical Physics in 1940 and remained there for 17 years. He became a naturalized Irish citizen in 1948, but also retained his Austrian citizenship. He wrote around 50 further publications on various topics, including his explorations of unified field theory. In 1944, he wrote What Is Life?, which contains a discussion of negentropy and the concept of a complex molecule with the genetic code for living organisms. According to James D. Watson's memoir, DNA, the Secret of Life, Schrödinger's book gave Watson the inspiration to research the gene, which led to the discovery of the DNA double helix structure in 1953. Similarly, Francis Crick, in his autobiographical book What Mad Pursuit, described how he was influenced by Schrödinger's speculations about how genetic information might be stored in molecules. Schrödinger stayed in Dublin until retiring in 1955. A manuscript "Fragment from an unpublished dialogue of Galileo" from this time recently resurfaced at The King's Hospital boarding school, Dublin after it was written for the School's 1955 edition of their Blue Coat to celebrate his leaving of Dublin to take up his appointment as Chair of Physics at the University of Vienna. In 1956, he returned to Vienna (chair ad personam). At an important lecture during the World Energy Conference he refused to speak on nuclear energy because of his scepticism about it and gave a philosophical lecture instead. During this period, Schrödinger turned from mainstream quantum mechanics' definition of wave–particle duality and promoted the wave idea alone, causing much controversy.

Туберкулез и смерть

Шредингер страдал от туберкулеза и несколько раз в 1920-х годах находился на лечении в санатории в Арозе, Швейцария. Именно там он сформулировал свое волновое уравнение. 4 января 1961 года Шредингер скончался от туберкулеза в возрасте 73 лет в Вене. Он оставил Анни вдовой и был похоронен в Альпбахе, Австрия, на католическом кладбище. Несмотря на то, что он не был католиком, священник, ответственный за кладбище, разрешил похороны, узнав, что Шредингер являлся членом Папской академии наук.

Личная жизнь

6 апреля 1920 года Шредингер женился на Аннемари (Энни) Бертель. Когда он эмигрировал в Ирландию в 1938 году, он получил визы для себя, своей жены и еще одной женщины, Хильды Марч. Марч была женой австрийского коллеги, и в 1934 году у Шредингера родилась дочь от Хильды. Шредингер лично написал премьер-министру Эамону де Валере, чтобы получить визу для Марч. В октябре 1939 года эта троица поселилась в Дублине.

Обвинения в сексуальных домогательствах

В возрасте 39 лет Шредингер обучал 14-летнюю девочку по имени "Ити" Юнгер. В своей биографии Шредингера 1989 года Уолтер Мур рассказывает, что уроки "включали 'достаточное количество ласканий и объятий, и Шредингер "влюбился в своего ученика". Мур далее рассказывает, что "недолго после ее семнадцатилетия они стали любовниками". Отношения продолжались, и в 1932 году она забеременела (тогда ей было 20 лет). "Эрвин пытался убедить ее родить ребенка; он сказал, что позаботится о нем, но он не предложил развестись с [жена] Энни в отчаянии, Ити устроила аборт". Мур описывает Шредингера как имеющего "комплекс Лолиты". Он цитирует из дневника Шредингера, где он говорит, что "мужчин сильной, подлинной интеллектуальности чрезвычайно привлекают только женщины, которые, образуя самое начало интеллектуальной серии, так же близко связаны с предпочтительными источниками природы, как они". В статье 2021 года в Irish Times это было обобщено как "предпочтение к девочкам-подросткам" и осуждено Шредингера как "серийного насильника, поведение которого соответствовало профилю педофила в широко понятном смысле этого термина". Внук Шредингера и его мать были недовольны обвинением, выдвинутым Муром, и как только биография была опубликована, их семья разорвала с ним контакт. В статье в Der Standard он был идентифицирован как 26-летний женатый политический активист неизвестного возраста. В книге Мура описаны оба этих эпизода, назвав имя Кейт Нолан псевдонимом для первого и назвав другого Шейлой Мэй, хотя оба были студентами. В книге также описывается эпизод, когда Шредингер "влюбляется" в двенадцатилетнюю девочку Барбару МакЭнти, находясь в Ирландии. Он отказался от внимания после "серьезного слова" от кого-то, а позже "перечислил ее среди неразделенных любовных отношений в своей жизни". Этот эпизод из книги был подчеркнут в статье Irish Times и других. Отдел физики Дублинского колледжа Троицы объявил в январе 2022 года, что они рекомендуют переименовать лекционный зал, названный в честь Шредингера с 1990-х годов, в свете его истории сексуального насилия, в то время как фотография ученого будет удалена, и будет рассмотрено переименование одноименной серии лекций.

At the age of 39, Schrödinger tutored a 14 year old girl named "Ithi" Junger. Walter Moore relates in his 1989 biography of Schrödinger that the lessons "included 'a fair amount of petting and cuddling and Schrödinger "had fallen in love with his pupil". Moore further relates that "not long after her seventeenth birthday, they became lovers". The relationship continued and in 1932 she became pregnant (then aged 20). "Erwin tried to persuade her to have the child; he said he would take care of it, but he did not offer to divorce [wife] Anny in desperation, Ithi arranged for an abortion." Moore describes Schrödinger having a 'Lolita complex'. He quotes from Schrödinger's diary from the time where he said that "men of strong, genuine intellectuality are immensely attracted only by women who, forming the very beginning of the intellectual series, are as nearly connected to the preferred springs of nature as they". A 2021 Irish Times article summarized this as a "predilection for teenage girls", and denounced Schrödinger as "a serial abuser whose behaviour fitted the profile of a paedophile in the widely understood sense of that term" Schrödinger's grandson and his mother were unhappy with the accusation made by Moore, and once the biography was published, their family broke off contact with him. identified in a Der Standard article as being a 26 year old and a married political activist of unknown age. Moore's book described both of these episodes, giving the name Kate Nolan as a pseudonym for the first and naming the other as Sheila May, though neither were students. The book also described an episode of Schrödinger being "infatuated" with a twelve year old girl, Barbara MacEntee, while in Ireland. He desisted from attentions after a "serious word" from someone, and later "listed her among the unrequited loves of his life." This episode from the book was highlighted by the Irish Times article and others. The physics department of Trinity College Dublin announced in January 2022 that they would recommend a lecture theatre that had been named for Schrödinger since the 1990s be renamed in light of his history of sexual abuse, while a picture of the scientist would be removed, and the renaming of an eponymous lecture series would be considered.

Академические интересы и жизнь разума

В начале своей жизни Шрёдингер занимался экспериментами в области электротехники, атмосферного электричества и атмосферной радиоактивности, но обычно работал под руководством своего бывшего учителя Франца Экснера. Он также изучал теорию колебаний, теорию броуновского движения и математическую статистику. В 1912 году по просьбе редакторов "Справочника по электричеству и магнетизму" Шрёдингер написал статью под названием "Диэлектризм". В том же году он представил теоретическую оценку вероятного высотного распределения радиоактивных веществ, необходимую для объяснения наблюдаемой радиоактивности атмосферы, а в августе 1913 года провёл серию экспериментов в Зеехеме, которые подтвердили его теоретические расчёты и результаты Виктора Франца Гесса. За эту работу в 1920 году Шрёдингер был удостоен премии Хайтингера (Haitinger Preis) Австрийской академии наук. Другие экспериментальные исследования, проведённые молодым учёным в 1914 году, включали проверку формул для капиллярного давления в газовых пузырях и изучение свойств мягкого бета-излучения, возникающего при воздействии гамма-лучей на металлическую поверхность. Эту последнюю работу он выполнил совместно со своим другом Фрицем Кольраушем. В 1919 году Шрёдингер провёл свой последний физический эксперимент с когерентным светом, после чего полностью переключился на теоретические исследования.

Новая квантовая теория

В первые годы своей карьеры Шрёдингер познакомился с идеями старой квантовой теории, разработанной в работах Эйнштейна, Макса Планка, Нильса Бора, Арнольда Зоммерфельда и других. Эти знания помогли ему в работе над некоторыми проблемами теоретической физики, но австрийский ученый в то время еще не был готов отказаться от традиционных методов классической физики. Первые публикации Шрёдингера об атомной теории и теории спектров начали появляться только с начала 1920-х годов, после его личного знакомства с Зоммерфельдом и Вольфгангом Паули и переезда в Германию. В январе 1921 года Шрёдингер завершил свою первую статью на эту тему, посвященную применению квантования Бора-Зоммерфельда к взаимодействию электронов и некоторым особенностям спектров щелочных металлов. Особый интерес для него представляло введение релятивистских соображений в квантовую теорию. Осенью 1922 года он проанализировал электронные орбиты в атоме с геометрической точки зрения, используя методы, разработанные его другом Германом Вейлем. Эта работа, в которой было показано, что квантовые орбиты связаны с определенными геометрическими свойствами, стала важным шагом в предсказании некоторых особенностей волновой механики. Ранее в том же году он вывел уравнение Шрёдингера для релятивистского эффекта Доплера для спектральных линий, основываясь на гипотезе о квантах света и рассмотрении энергии и импульса. Ему импонировала идея его учителя Экснера о статистической природе законов сохранения, поэтому он с энтузиазмом воспринял теорию БКС Бора, Ганса Крамерса и Джона Слейтера, которая предполагала возможность нарушения этих законов в отдельных атомных процессах (например, в процессе излучения). Хотя эксперимент Ботэ — Гейгера по совпадениям вскоре поставил это под сомнение, идея энергии как статистической концепции оставалась постоянным интересом для Шрёдингера на протяжении всей жизни, и он обсуждал её в своих докладах и публикациях.

Создание волновой механики

В январе 1926 года Шрёдингер опубликовал в Annalen der Physik статью "Quantisierung als Eigenwertproblem" (Квантизация как задача на собственные значения) по волновой механике и представил то, что теперь известно как уравнение Шрёдингера. В этой статье он привел "вывод" волнового уравнения для систем, не зависящих от времени, и показал, что оно дает правильные собственные значения энергии для атома, подобного водороду. Эта статья получила всеобщее признание как одно из важнейших достижений двадцатого века и произвела революцию в большинстве областей квантовой механики, а также во всей физике и химии. Вторая статья была представлена всего через четыре недели, в которой были решены задачи квантового гармонического осциллятора, жесткого ротора и двухатомной молекулы, а также был предложен новый вывод уравнения Шрёдингера. Третья статья, опубликованная в мае, показала эквивалентность его подхода матричной механике Вернера Гейзенберга и представила описание эффекта Старка. В четвертой статье этой серии показано, как решать задачи, в которых система изменяется со временем, например, в задачах рассеяния. В этой статье он ввел комплексное решение волнового уравнения, чтобы избежать появления дифференциальных уравнений четвертого и шестого порядка. Шрёдингеру в конечном итоге удалось понизить порядок уравнения до первого. Шрёдингер не был полностью согласен с последствиями квантовой теории, называя свою теорию "волновой механикой". Он писал о вероятностной интерпретации квантовой механики, говоря: "Мне это не нравится, и я сожалею, что когда-либо имел к этому отношение". (Чтобы высмеять копенгагенскую интерпретацию квантовой механики, он придумал знаменитый мысленный эксперимент, известный как парадокс кота Шрёдингера, и, как говорят, гневно жаловался своим студентам, что "теперь проклятые гёттингенские физики используют мою прекрасную волновую механику для вычисления их отвратительных матричных элементов".)

Работа над единой теорией поля

После работы над квантовой механикой Шрёдингер приложил значительные усилия к разработке единой теории поля, которая объединила бы гравитацию, электромагнетизм и ядерные силы в рамках общей теории относительности, выполняя эту работу в тесной переписке с Альбертом Эйнштейном. В 1947 году он представил результат, получивший название "Теория аффинных полей", в докладе, прочитанном в Королевской ирландской академии, однако Эйнштейн оценил это представление как "предварительное", и оно не привело к созданию желаемой единой теории. Это повторение первых слов основного труда Шопенгауэра. Работы Шопенгауэра также познакомили его с индийской философией, в частности с Упанишадами и интерпретацией Адвайты Веданты. Однажды он размышлял следующим образом: "Если мир действительно создается нашим актом наблюдения, то должно существовать миллиарды таких миров, по одному для каждого из нас. Почему же наш мир и мой мир одинаковы? Если что-то происходит в моем мире, происходит ли это и в вашем? Что заставляет все эти миры синхронизироваться друг с другом?". "Очевидно, существует только один выход – объединение умов или сознаний. Их множественность лишь кажущаяся, в действительности существует лишь один разум. Таково учение Упанишад". Шрёдингер в своих лекциях и трудах обсуждал такие темы, как сознание, проблема соотношения разума и тела, чувственное восприятие, свобода воли и объективная реальность. Его отношение к взаимосвязи между восточной и западной мыслью отличалось осторожностью: он выражал признательность восточной философии, но признавал, что некоторые её идеи не согласуются с эмпирическими подходами к естествознанию. Некоторые исследователи полагают, что Шрёдингер был настолько глубоко погружен в недуалистическое мировоззрение, близкое к Веданте, что оно могло служить широкой основой или подсознательным источником вдохновения для большей части его работы, включая теоретическую физику. Шрёдингер утверждал, что "сознание нельзя объяснить физическими терминами, поскольку оно является абсолютно фундаментальным. Его нельзя вывести из чего-либо другого".

Following his work on quantum mechanics, Schrödinger devoted considerable effort to working on a unified field theory that would unite gravity, electromagnetism, and nuclear forces within the basic framework of general relativity, doing the work with an extended correspondence with Albert Einstein. In 1947, he announced a result, "Affine Field Theory", in a talk at the Royal Irish Academy, but the announcement was criticized by Einstein as "preliminary" and failed to lead to the desired unified theory. This is a repetition of the first words of Schopenhauer's main work. Schopenhauer's works also introduced him to Indian philosophy, more specifically to the Upanishads and Advaita Vedanta’s interpretation. He once took on a particular line of thought: "If the world is indeed created by our act of observation, there should be billions of such worlds, one for each of us. How come your world and my world are the same? If something happens in my world, does it happen in your world, too? What causes all these worlds to synchronize with each other?". "There is obviously only one alternative, namely the unification of minds or consciousnesses. Their multiplicity is only apparent, in truth there is only one mind. This is the doctrine of the Upanishads. "Schrödinger discussed topics such as consciousness, the mind–body problem, sense perception, free will, and objective reality in his lectures and writings. Schrödinger’s attitude with respect to the relations between Eastern and Western thought was one of prudence, expressing appreciation for Eastern philosophy while also admitting that some of the ideas did not fit with empirical approaches to natural philosophy. Some commentators have suggested that Schrödinger was so deeply immersed in a non dualist Vedântic like view that it may have served as a broad framework or subliminal inspiration for much of his work including that in theoretical physics. Schrödinger said that "Consciousness cannot be accounted for in physical terms. For consciousness is absolutely fundamental. It cannot be accounted for in terms of anything else."

Наследие

Философские вопросы, поднятые кошкой Шрёдингера, до сих пор остаются предметом дискуссий и являются его самым значительным наследием в научно-популярной литературе, в то время как уравнение Шрёдингера – его самым значительным наследием на более техническом уровне. Шрёдингер – один из многих ученых, которых называют "отцами квантовой механики". Большой кратер Шрёдингера на обратной стороне Луны назван в его честь. Международный институт математической физики имени Эрвина Шрёдингера был основан в Вене в 1992 году. Портрет Шрёдингера был центральным элементом дизайна австрийской банкноты номиналом в 1000 шиллингов образца 1983–1997 годов, второго по величине номинала. В его честь названо здание в Университете Лимерика (Лимерик, Ирландия), а также "Erwin Schrödinger Zentrum" в Адлерсхофе (Берлин) и Route Schrödinger в CERN (Превесин, Франция). 126-я годовщина со дня рождения Шрёдингера в 2013 году была отмечена Google Doodle.