chanserna är, du kommer ihåg Erwin Schrödinger (som föddes den här dagen 128 år sedan) för sin berömda katt, men den höga punkten i den berömda fysikerns karriär var faktiskt orelaterad med feline tankeexperiment. Bland forskare är han mer känd för att ge oss de grundläggande verktygen för att beskriva kvantbeteende.,

att skapa ett språk för att studera kvantvärlden

1920—talet, som såg kvantmekanikens födelse—arbetet hos de minsta, mest grundläggande beståndsdelarna i all materia-var en spännande tid att vara fysiker. De största hjärnorna vid liv rusade för att hitta sätt att beskriva denna nya värld som hade blivit knäckt öppen. Werner Heisenberg kom med sin formulering av kvantmekanik med matriser, ett system som krävde bara algebra. Men Schrödinger tänkte på en annan modell med vågor istället för matriser.,

vågfunktionerna i Schrödingers modell säger fysikern Sean Carroll, ”är svårare att lösa, men mer intuitivt.”

Schrödingers modell vilar på hans eponymous ekvation, som beskriver utvecklingen av vågfunktionen hos ett fysiskt system över tiden. Det är ungefär som en kvantversion av Newtons andra rörelselag (kraft = mass X acceleration). När man beskriver partiklarnas beteende fungerar Newtons regler inte lika bra, så matematiken behöver bli lite mer komplex., Här är den mest allmänna formen av ekvationen:

I denna formel är jag den imaginära enheten (kvadratroten av -1); står för Planck-konstanten dividerad med 2π; / / t är ett partiellt derivat som förändras över tiden; är systemets vågfunktion; och är Hamiltonian-operatören, som representerar systemets energi. Hamiltonian operator är den viktigaste delen: den beskriver vilken typ av system vi tittar på.,

”Schrodingers ekvation ligger i hjärtat av teoretisk fysik”, säger World Science Festival medgrundare och Columbia University fysiker Brian Greene. Ekvationen ” är inte ett enda matematiskt uttalande. Det är en allmän relation som så vitt vi vet alltid håller. I varje given situation, du måste veta hur man tillämpar detta förhållande, och detaljerna i den ansökan varierar från situation till situation. Men lagen, så vitt vi vet, är en lag.,”

tillbaka till formelns detaljer: sätt ihop allt och, om du har en ögonblicksbild av ”våg” vid en tidpunkt, med hjälp av Schrödingers ekvation kan du prata om hur det kommer att se ut i framtiden.

”Jag tänker på alla ekvationer vi för närvarande vet, kommer sannolikt att hålla upp 1 000 år från och med nu”, säger Carroll.

en banbrytande ekvation som ledde till ett Nobelpris

denna formel var en uppenbarelse vid den tiden., Det står för det faktum att partiklar vanligtvis inte beter sig som små biljardbollar skittering över ett bord; ibland är de bättre tänkt som vågor. Medan den franska fysikern Louis de Broglie redan hade gissat att våg-partikel dualitet existerade, Schrödinger tillät forskare att beskriva partiklar—och deras tillhörande vågor-i aktion. Det var en imponerande prestation för de forskare som satt på Nobelpriskommittén som tilldelade Schrödinger ett Nobelpris i fysik 1933 (delas med andra vågmekanik utredare Paul Dirac).,

”genom en studie av materiens vågegenskaper lyckades man skapa ett nytt mekaniksystem som också håller bra för rörelse inom atomer och molekyler”, säger H. Pleijel, då ordförande i Nobelkommittén för fysik, i ett 1933-tal som presenterar årets priser. ”Schrödingers vågekvation har gett en bekväm och enkel metod för att hantera problem med ljusspektra och har blivit ett oumbärligt verktyg för dagens fysiker.”

tillbaka till katten

och som coda (vilket naturligtvis är Latin för svans), låt oss återvända snabbt till katten., Även om det inte är lika oumbärligt ett verktyg som Schrödingers ekvation, resonerar ”Schrödingers katt” – tankeexperimentet fortfarande som en kraftfull illustration av kvantmekanikens mercuriala natur. För en repetition på precis vad det betyder, kolla in den här videon från Brian Greene.