są szanse, że pamiętasz Erwina Schrödingera (który urodził się tego dnia 128 lat temu) dla swojego słynnego kota, ale szczyt kariery sławnego fizyka był w rzeczywistości niezwiązany z koci eksperymenty myślowe. Wśród naukowców jest bardziej znany z tego, że daje nam podstawowe narzędzia do opisywania kwantowych zachowań.,

Tworzenie języka do studiowania świata kwantowego

lata 20., w których narodziła się mechanika kwantowa—działanie najmniejszych, najbardziej podstawowych składników całej materii—były ekscytującym okresem bycia fizykiem. Największe żywe umysły spieszyły się, by znaleźć sposoby opisania tego nowego świata, który został otwarty. Werner Heisenberg wymyślił sformułowanie mechaniki kwantowej za pomocą macierzy, systemu, który wymagał tylko algebry. Ale Schrödinger myślał o innym modelu za pomocą fal zamiast matryc.,

funkcje falowe modelu Schrödingera są trudniejsze do rozwiązania, ale bardziej intuicyjne.”

model Schrödingera opiera się na jego tytułowym równaniu, które opisuje ewolucję funkcji falowej układu fizycznego w czasie. To coś w rodzaju kwantowej wersji drugiego prawa ruchu Newtona (Siła = masa x przyspieszenie). Przy opisywaniu zachowania cząstek Zasady Newtona nie działają tak dobrze, więc matematyka musi być nieco bardziej złożona., Oto najbardziej ogólna postać równania:

w tym wzorze i jest jednostką urojoną (pierwiastek kwadratowy z -1); ħ oznacza stałą Plancka podzieloną przez 2π; ħ / ∂t jest pochodną cząstkową zmieniającą się w czasie; Ψ Jest funkcją falową układu; a Ĥ jest operatorem Hamiltona, który reprezentuje energię układu. Operator Hamiltona jest kluczowym elementem: opisuje rodzaj układu, na który patrzymy.,

„równanie Schrodingera leży w samym sercu fizyki teoretycznej”-mówi współzałożyciel World Science Festival i fizyk Uniwersytetu Columbia Brian Greene. Równanie ” nie jest pojedynczym twierdzeniem matematycznym. Jest to ogólny związek, który, o ile wiemy, zawsze trwa. W każdej sytuacji musisz wiedzieć, jak zastosować tę relację, a szczegóły tej aplikacji różnią się w zależności od sytuacji. Ale prawo, o ile wiemy, jest prawem.,”

Wracając do specyfiki wzoru: Złóż to wszystko razem i, jeśli masz migawkę „fali” w pewnym momencie, za pomocą równania Schrödingera możesz porozmawiać o tym, jak będzie ona wyglądać w przyszłości.

„myślę, że wszystkie równania, które obecnie znamy, najprawdopodobniej utrzymają się za 1000 lat”, mówi Carroll.

przełomowe równanie, które doprowadziło do Nagrody Nobla

Ten wzór był wtedy rewelacją., Wynika to z faktu, że cząstki zwykle nie zachowują się jak małe kulki bilardowe skittering po stole; czasami, są one lepiej traktowane jako fale. Podczas gdy francuski fizyk Louis de Broglie już przypuszczał, że istnieje dualność falowo-cząsteczkowa, Schrödinger pozwolił naukowcom opisać cząstki-i związane z nimi fale—w działaniu. Było to wystarczająco imponujące osiągnięcie dla naukowców zasiadających w Komitecie Nagrody Nobla, którzy przyznali Schrödingerowi Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1933 roku (wspólnie z innym badaczem mechaniki fal Paulem Diracem).,

„dzięki badaniom właściwości falowych materii udało się stworzyć nowy system mechaniki, który również jest dobry dla ruchu w atomach i cząsteczkach”, powiedział H. Pleijel, ówczesny przewodniczący Komitetu Nobla w dziedzinie fizyki, w przemówieniu z 1933 roku, prezentując tegoroczne nagrody. „Równanie falowe Schrödingera dostarczyło wygodnej i prostej metody rozwiązywania problemów związanych z widmami świetlnymi i stało się niezbędnym narzędziem dla współczesnego fizyka.”

powrót do Kota

i jako koda (czyli oczywiście po łacinie ogon) wróćmy szybko do kota., Chociaż nie jest tak niezbędnym narzędziem jak równanie Schrödingera, eksperyment myślowy „kot Schrödingera” wciąż rezonuje jako potężna ilustracja merkurialnej natury mechaniki kwantowej. Aby dowiedzieć się więcej o tym, co to znaczy, obejrzyj wideo Briana Greene ' a.