Какво друго е правил Ервин Шрьодингер, освен мисловни експерименти с котки

Първата световна война заварва Шрьодингер в самото начало на научната му кариера: през 1910 г. той завършва Виенския университет, след това няколко години работи като експериментатор в групата на своя наставник Франц Екснер, а през 1914 г. получава само поста частен доцент в университета. Шрьодингер имаше късмет: той беше назначен в артилерията и изпратен в сравнително спокоен участък от Югозападния фронт на Австро-Унгария, където физикът дори успя да се занимава с наука.

В пълна несигурност

След войната животът на австрийския физик не става много по-спокоен. Първо, преместването и смяната на работата е нещо обичайно за много учени, но все още необичайно често в случая на Шрьодингер. Виена, Йена, Щутгарт, Бреслау, Цюрих, Берлин, Оксфорд, Грац, Гент, Дъблин и накрая отново Виена - ето списък с основните локации. На някои места Шрьодингер прекарва само няколко месеца, на други – няколко години, след което се разпада и продължава напред.

Втората несигурност е на личния фронт. Нито Ервин Шрьодингер, нито съпругата му Анемари Бертел никога не са говорили открито за това, но те са били полиаморни, а не са изграждали традиционни моногамни връзки. Всеки от тях имаше много открити любовници, а Ервин дори имаше няколко извънбрачни деца. Изглежда, че и двамата съпрузи възприемат такъв брак като абсолютно естествен - във всеки случай те остават женени до смъртта на Шрьодингер.

Други го харесаха много по-малко. Например от Оксфорд (където между другото австрийският физик прикрепи колегата си Артър Мах, чиято съпруга беше любовница на Шрьодингер), Ервин в крайна сметка напусна под натиска на Клайв Стейпълс Луис и други местни учени, които бяха възмутени от личния му живот.

И накрая, третата несигурност, обща за всички европейци от онова време - предчувствието за следващата война. Шрьодингер също е засегнат от това: през 1927 г. той получава изключително престижна професорска длъжност в Берлинския университет, където вероятно би могъл да работи през целия си живот, но още през 1933 г. - малко след идването на Хитлер на власт - Шрьодингер, който не иска да сътрудничи на режима, емигрира в Оксфорд.

Няколко години по-късно историята се повтори в огледален образ. През 1936 г. Шрьодингер напуска Оксфорд за австрийския Грац, две години по-късно Австрия става част от нацистка Германия и Ервин сключва сделка. Той публикува публично писмо за покаяние, което обаче не му помага да запази ново място - след няколко месеца Шрьодингер е уволнен.

Вълна след вълна

Шрьодингер търсеше постоянство и хармония в науката и затова не е изненадващо, че квантовата физика от началото на 20-те години на миналия век силно го обърка. Тогава всичко беше много неясно: стана ясно, че на микроскопично ниво материята се описва от напълно различни, непознати закони на физиката, но никой не можеше да обясни категорично кои.

Типичен пример е водородният атом. Експерименталните данни показват, че електронът в него може да бъде само в строго определени състояния, тоест да има строго определени енергии, и различни учени обясняват тази дискретност по различни начини. Някои излязоха от законите на класическата механика - въведоха изкуствени ограничения, например върху импулсите на микрочастиците, други използваха сложния математически апарат на матричните изчисления, а Шрьодингер избра третия път.

През 1923 г. френският физик Луи дьо Бройл показа, че всички частици могат да бъдат вълни едновременно, а вълните, напротив, могат да бъдат частици, и Ервин беше закачен.за тази идея, но, ако мога така да се изразя, само отчасти. От най-ключовото, тоест от дуализма, той просто искаше да се отърве в своята теория. Шрьодингер вярва, че цялата материя е вълни, които, от една страна, когато взаимодействат помежду си, „кондензират“ в отделни частици, а от друга страна, осцилират по такъв начин, че тези движения автоматично водят до дискретния характер на състоянията на микрочастиците.

В търсене на математическото запълване на такъв хармоничен свят (в края на краищата колко красиво и хармонично е всичко: без двойственост на материята или изкуствени ограничения върху свойствата на частиците), Шрьодингер първо се оттегля в швейцарската Ароза, а след завръщането си в Цюрих прекарва дълги часове в баните на Цюрихското езеро. Идилията на вълните на материята и вълните на езерото проработи: през 1926 г. Шрьодингер избухна в поредица от статии, в които формулира своята вълнова квантова механика.

Основните резултати от тази теория са вълновите уравнения (сега известни като стационарни и нестационарни уравнения на Шрьодингер). По форма те наподобяваха уравненията на хидродинамиката или други вълнови процеси, но от тях беше възможно да се получат например същите енергийни нива на електрони във водороден атом с относително прости изчисления. А самите уравнения описват как вълновата функция се променя във времето и пространството - определена величина, която описва състоянието на микроскопична система.

И въпреки че самият Шрьодингер не намира ясна физическа интерпретация за вълновата функция, с тези си трудове той става истинска звезда на квантовия свят. Новият математически апарат беше много по-удобен от матричните изчисления (по-късно Шрьодингер щеше да покаже, че тези описания са идентични) и даде толкова точни резултати, че още през 1933 г. австрийският физик получи Нобелова награда по физика и уравнениятаШрьодингер за квантовата механика са станали толкова важни, колкото законите на Нютон за класическата механика.

Квантов Леонардо

От тази идея нищо не излезе: физиката остана с австриеца за цял живот, но дори и тук се отразиха неговата непостоянство, вълнообразни колебания на интереси и любови. В допълнение към квантовата теория, Шрьодингер инвестира в много различни области: той се занимава с въпроси на общата теория на относителността, гравитацията, космологията и изпитва дълбока любов към статистическата физика. „Групата от тези идеи“, спомня си Шрьодингер за обучението си във Виенския университет, „се превърна за мен, така да се каже, в моята първа любов в науката, нищо друго не ме е пленило толкова много и може би никога няма да го улови отново.“

С такава колекция от интереси той мечтае да изгради „теория на всичко“ – единна теория на полето, която да описва всички известни тогава физически взаимодействия в едни и същи уравнения и да включва общата теория на относителността като специален случай.

Шрьодингер работи върху тази идея в Дъблин, но няколко години работа са неуспешни. Не е изненадващо, че такава теория все още не е създадена. Вместо това дъблинският период на Шрьодингер е украсен с една малка, но много важна за много следващи учени книга с почти научнопопулярно съдържание - "Какво е животът от гледна точка на физиката".

По това време биолозите вече имаха много информация за наследствеността, но генетиката беше в начален стадий. Имаше строги закони на Мендел, които описваха как се наследяват гените, а с тях и фенотипа. Има експериментални проучвания, които показват, че мутациите в гените могат да бъдат предизвикани от рентгенови или гама лъчи. И накрая, имаше разбиране, че гените са сглобени в хромозоми - някои структури в ядрата на клетките, но какво точно съхранява наследствената информация и изгражда тези гени и какпредава се от организъм на организъм, никой не знаеше.

За много биолози гените бяха такива априорни обекти, че изглеждаше абсолютно безполезно да се гледа вътре - нещо като неделими електрони за физиците. Шрьодингер се заинтересува много от тази област, фино подобна на квантовия свят (например, същата дискретност: грахът в експериментите на Мендел имаше само бели или лилави цветя и без междинни състояния) и обобщи всички налични данни в книгата си и след това направи смело предположение. Генетичната информация, според него, трябваше да се съхранява в молекулярен апериодичен кристал - вид материална структура, която не е обект на топлинни колебания (и следователно способна да предава генетична информация от поколение на поколение), в която едни и същи части се повтарят в пространството.

Да, формулировката е доста дълга и неясна - почти на нивото на същата вълнова функция и някои критици казват, че дори тогава тази идея не е нова. Но има и други гласове: Джеймс Уотсън и Франсис Крик, откривателите на структурата на ДНК, припомнят, че малката книга на Шрьодингер е била важна отправна точка за тях. Една вълна от света на физиката, кондензирана в нещо съвсем ново – молекулярната биология.