È probabile che tu ricordi Erwin Schrödinger (che è nato in questo giorno 128 anni fa) per il suo famoso gatto, ma il punto più alto della carriera del celebre fisico era in realtà estraneo agli esperimenti di pensiero felino. Tra gli scienziati, è più famoso per averci dato gli strumenti fondamentali per descrivere il comportamento quantistico.,

Creare un linguaggio per studiare il mondo Quantistico

Gli anni venti, che videro la nascita della meccanica quantistica—il funzionamento dei costituenti più piccoli e fondamentali di tutta la materia—furono un momento emozionante per essere un fisico. Le più grandi menti viventi si affrettavano a trovare il modo di descrivere questo nuovo mondo che era stato aperto. Werner Heisenberg si avvicinò con la sua formulazione della meccanica quantistica utilizzando matrici, un sistema che richiedeva solo algebra. Ma Schrödinger pensò a un modello diverso usando le onde invece delle matrici.,

Le funzioni d’onda del modello di Schrödinger, afferma il fisico Sean Carroll, “sono più difficili da risolvere, ma più intuitive.”

Il modello di Schrödinger si basa sulla sua equazione omonima, che descrive l’evoluzione della funzione d’onda di un sistema fisico nel tempo. È un po ‘ come una versione quantistica della seconda legge del moto di Newton (forza = massa x accelerazione). Quando si descrive il comportamento delle particelle, le regole di Newton non funzionano altrettanto bene, quindi la matematica deve diventare un po ‘ più complessa., Ecco la forma più generale dell’equazione:

In questa formula, i è l’unità immaginaria (la radice quadrata di -1); ħ si distingue per la costante di Planck divisa per 2π; ∂/∂t è un derivato parziale modifica nel corso del tempo; Ψ è il sistema della funzione d’onda; e Ĥ è l’operatore Hamiltoniano, che rappresenta l’energia del sistema. L’operatore hamiltoniano è la parte fondamentale: descrive il tipo di sistema che stiamo guardando.,

“L’equazione di Schrodinger si trova al centro della fisica teorica”, afferma Brian Greene, co-fondatore del World Science Festival e fisico della Columbia University. L’equazione “non è una singola affermazione matematica. È una relazione generale che, per quanto ne sappiamo, tiene sempre. In ogni situazione, devi sapere come applicare quella relazione e i dettagli di tale applicazione variano da situazione a situazione. Ma la legge, per quanto ne sappiamo, è una legge.,”

Torna alle specifiche della formula: Metti tutto insieme e, se hai un’istantanea dell ‘” onda ” a un certo punto nel tempo, usando l’equazione di Schrödinger ti permette di parlare di come sarà in futuro.

“Penso a tutte le equazioni che attualmente conosciamo, è più probabile che reggerà 1.000 anni da oggi”, dice Carroll.

Un’equazione rivoluzionaria che ha portato a un premio Nobel

Questa formula è stata una rivelazione al momento., Spiega il fatto che le particelle di solito non si comportano come piccole palle da biliardo che scivolano su un tavolo; a volte, sono meglio pensate come onde. Mentre il fisico francese Louis de Broglie aveva già ipotizzato che esistesse la dualità onda-particella, Schrödinger permise agli scienziati di descrivere le particelle—e le loro onde associate—in azione. Questo è stato un risultato abbastanza impressionante per gli scienziati seduti nel comitato del premio Nobel che hanno assegnato a Schrödinger un premio Nobel per la fisica nel 1933 (condiviso con il collega investigatore di meccanica delle onde Paul Dirac).,

” Attraverso uno studio delle proprietà ondulatorie della materia, è riuscito a stabilire un nuovo sistema di meccanica che tiene bene anche per il movimento all’interno degli atomi e delle molecole”, H. Pleijel, allora presidente del Comitato Nobel per la fisica, ha detto in un discorso del 1933 presentando i premi di quell’anno. “L’equazione delle onde di Schrödinger ha fornito un metodo conveniente e semplice per gestire i problemi relativi agli spettri di luce ed è diventata uno strumento indispensabile per il fisico attuale.”

Torna al gatto

E come coda (che è, ovviamente, latino per coda), torniamo rapidamente al gatto., Anche se non è uno strumento indispensabile come l’equazione di Schrödinger, l’esperimento mentale “Gatto di Schrödinger” risuona ancora come una potente illustrazione della natura mercuriale della meccanica quantistica. Per un aggiornamento su ciò che significa, guarda questo video da Brian Greene.