Erwin Schrödinger et l'expérience de pensée de chat de Schrödinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (né le 12 août 1887 à Vienne, en Autriche) était un physicien qui a mené des travaux révolutionnaires dans mécanique quantique, un champ qui étudie comment l'énergie et la matière se comportent à de très petites échelles de longueur. En 1926, Schrödinger a développé une équation qui prédit où un électron serait situé dans un atome. En 1933, il reçoit un prix Nobel pour ce travail, avec le physicien Paul Dirac.

Faits en bref: Erwin Schrödinger

• Nom complet: Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger
• Connu pour: Physicien qui a développé l'équation de Schrödinger, qui a marqué un grand pas pour la mécanique quantique. A également développé l'expérience de pensée connue sous le nom de «Chat de Schrödinger».
• Née: 12 août 1887 à Vienne, Autriche
• Décédés: 4 janvier 1961 à Vienne, Autriche
• Parents: Rudolf et Georgine Schrödinger
• Époux: Annemarie Bertel
• Enfant: Ruth Georgie Erica (née en 1934)
• Éducation: Université de Vienne
• Prix: avec le théoricien quantique, Paul A.M. Dirac reçoit le prix Nobel de physique 1933.
• Les publications: Qu'est ce que la vie? (1944), La nature et les Grecs (1954), et Ma vision du monde (1961).

Schrödinger est peut-être plus connu pour «le chat de Schrödinger», une expérience de pensée qu'il a conçue en 1935 pour illustrer des problèmes avec une interprétation commune de la mécanique quantique..

Petite enfance et éducation

Schrödinger était le seul enfant de Rudolf Schrödinger - un ouvrier d'usine de linoléum et de toile cirée qui avait hérité de l'entreprise de son père - et de Georgine, la fille d'un professeur de chimie de Rudolf. L'éducation de Schrödinger a mis l'accent sur l'appréciation culturelle et le progrès de la science et de l'art.

Schrödingera été éduqué par un tuteur et par son père à la maison. À l'âge de 11 ans, il entre au Akademische Gymnasium de Vienne, une école spécialisée dans l'enseignement et la formation classiques en physique et mathématiques. Là, il aimait apprendre les langues classiques, la poésie étrangère, la physique et les mathématiques, mais détestait mémoriser ce qu'il appelait des dates et des faits «accessoires»..

Schrödinger a poursuivi ses études à l'Université de Vienne, où il est entré en 1906. Il a obtenu son doctorat en physique en 1910 sous la direction de Friedrich Hasenöhrl, que Schrödinger considérait comme l'une de ses plus grandes influences intellectuelles. Hasenöhrl était un étudiant du physicien Ludwig Boltzmann, un scientifique renommé connu pour son travail en mécanique statistique.

Après avoir obtenu son doctorat, Schrödinger a travaillé comme assistant de Franz Exner, un autre étudiant de Boltzmann, jusqu'à sa rédaction au début de la Première Guerre mondiale..

Début de carrière

En 1920, Schrödinger a épousé Annemarie Bertel et a déménagé avec elle à Jena, en Allemagne, pour travailler comme assistant du physicien Max Wien. De là, il est devenu professeur dans un certain nombre d'universités sur une courte période, devenant d'abord professeur junior à Stuttgart, puis professeur titulaire à Breslau, avant de rejoindre l'Université de Zurich en tant que professeur en 1921. Schrödinger a ensuite passé six ans à Zurich a été parmi les plus importants de sa carrière professionnelle.

À l'Université de Zurich, Schrödinger a développé une théorie qui a considérablement amélioré la compréhension de la physique quantique. Il a publié une série d'articles - environ un par mois - sur la mécanique des vagues. En particulier, le premier article, «La quantification en tant que problème de valeur propre», a présenté ce qui allait devenir Équation de Schrödinger, maintenant un élément central de la mécanique quantique. Schrödinger a reçu le prix Nobel pour cette découverte en 1933.

Équation de Schrödinger

L'équation de Schrödinger décrit mathématiquement la nature "ondulatoire" des systèmes régis par la mécanique quantique. Avec cette équation, Schrödinger a fourni un moyen non seulement d'étudier les comportements de ces systèmes, mais aussi de prédire comment ils se comportent. Bien qu'il y ait eu beaucoup de débats initiaux sur la signification de l'équation de Schrödinger, les scientifiques l'ont finalement interprétée comme la probabilité de trouver un électron quelque part dans l'espace.

Le chat de Schrödinger

Schrödinger a formulé cette expérience de pensée en réponse à la Interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, qui stipule qu'une particule décrite par la mécanique quantique existe dans tous les états possibles en même temps, jusqu'à ce qu'elle soit observée et obligée de choisir un état. Voici un exemple: considérez une lumière qui peut s'allumer en rouge ou en vert. Lorsque nous ne regardons pas la lumière, nous supposons qu'elle est à la fois rouge et vert. Cependant, quand nous le regardons, la lumière doit se forcer à être rouge ou verte, et c'est la couleur que nous voyons.

Schrödinger n'était pas d'accord avec cette interprétation. Il a créé une expérience de pensée différente, appelée Chat de Schrödinger, pour illustrer ses préoccupations. Dans l'expérience du chat de Schrödinger, un chat est placé à l'intérieur d'une boîte scellée avec une substance radioactive et un gaz toxique. Si la substance radioactive se décomposait, elle libérerait le gaz et tuerait le chat. Sinon, le chat serait vivant.

Parce que nous ne savons pas si le chat est vivant ou mort, il est considéré tous les deux vivant et mort jusqu'à ce que quelqu'un ouvre la boîte et voit par lui-même quel est l'état du chat. Ainsi, simplement en regardant dans la boîte, quelqu'un a magiquement rendu le chat vivant ou mort même si cela est impossible.

Influences sur le travail de Schrödinger

Schrödinger n'a pas laissé beaucoup d'informations sur les scientifiques et les théories qui ont influencé son propre travail. Cependant, les historiens ont reconstitué certaines de ces influences, notamment:

• Louis de Broglie, un physicien, a introduit le concept des «ondes de matière». Schrödinger avait lu la thèse de Broglie ainsi qu'une note de bas de page écrite par Albert Einstein, qui parlait positivement du travail de de Broglie. Schrödinger a également été invité à discuter du travail de Broglie à un séminaire organisé à la fois par l'Université de Zurich et une autre université, ETH Zurich.
• Boltzmann. Schrödinger considérait l'approche statistique de Boltzmann à la physique comme son «premier amour des sciences», et une grande partie de son éducation scientifique suivait la tradition de Boltzmann..
• Les travaux antérieurs de Schrödinger sur la théorie quantique des gaz, qui ont étudié les gaz du point de vue de la mécanique quantique. Dans l'un de ses articles sur la théorie quantique des gaz, «Sur la théorie des gaz d'Einstein», Schrödinger a appliqué la théorie de Broglie sur les ondes de matière pour aider à expliquer le comportement des gaz.

Carrière plus tard et décès

En 1933, la même année où il remporte le prix Nobel, Schrödinger démissionne de son poste de professeur à l'Université de Berlin, qu'il avait rejoint en 1927, en réponse à la prise de contrôle nazie de l'Allemagne et au licenciement de scientifiques juifs. Il a ensuite déménagé en Angleterre, puis en Autriche. Cependant, en 1938, Hitler envahit l'Autriche, forçant Schrödinger, maintenant un antinazi établi, à fuir à Rome.

En 1939, Schrödinger a déménagé à Dublin, en Irlande, où il est resté jusqu'à son retour à Vienne en 1956. Schrödinger est décédé de la tuberculose le 4 janvier 1961 à Vienne, la ville où il est né. Il avait 73 ans.

Sources

• Fischer E. Nous sommes tous les aspects d'un seul être: une introduction à Erwin Schrödinger. Soc Res, 1984; 51(3): 809-835.
• Heitler W. «Erwin Schrödinger, 1887-1961». Biogr Mem Fellows Royal Soc, 1961; sept: 221-228.
• Masters B. «La voie d'Erwin Schrödinger vers la mécanique des vagues.» Opt Photonics News, 2014; 25(2): 32-39.
• Moore W. Schrödinger: vie et pensée. La presse de l'Universite de Cambridge; 1989.
• Schrödinger: Célébration du centenaire d'un polymathe. Ed. Clive Kilmister, Cambridge University Press; 1987.
• Schrödinger E. «Quantisierung als Eigenwertproblem, erste Mitteilung».Ann. Phys., 1926; 79: 361-376.
• Teresi D. Le seul garde forestier de la mécanique quantique. Le site Web du New York Times. https://www.nytimes.com/1990/01/07/books/the-lone-ranger-of-quantum-mechanics.html. 1990.