Student World

Mezi devíti laureáty Nobelovy ceny, jimiž se chlubí vídeňská univerzita, je také Erwin Schrödinger, který na ní vystudoval, obhájil doktorskou i habilitační práci a pak ji proslavil jako hvězda první velikosti na fyzikálním nebi.
Narodil se 12. srpna 1887 ve Vídni, byl jediným dítětem majitele továrny na linoleum a voskované plátno, vedle toho však také nadšeného amatérského botanika a milovníka italského umění. Protože matka pocházela z Anglie a někteří příbuzní tam za Schrödingerova dětství ještě žili, byla mateřštinou jednoho z největších rakouských fyziků zároveň němčina i angličtina.

Až do deseti let ho vzdělávali rodiče a soukromý učitel, v letech 1898–1906 studoval na humanitním vídeňském Akademickém gymnáziu. Byl výborný nejen v matematice a fyzice, ale i latinské a řecké gramatice nebo německé poezii; v dospělosti ovládal šest jazyků.
Po maturitě studoval na filozofické fakultě vídeňské univerzity matematiku a fyziku, v roce 1910 obhájil doktorskou disertaci a za další čtyři roky se habilitoval.

První světovou válku přečkal na rozdíl od mnoha svých kolegů v relativní pohodě při strážní službě. Protože nebyl nasazen do bojových akcí, měl prý dost času, aby se seznámil s Einsteinovou obecnou teorií relativity.
Když válka skončila, pokračoval v práci na univerzitě: zabýval se teorií barev, radioaktivitou (statistickým charakterem rozpadu atomových jader) a dynamikou krystalové mřížky. Za originální výsledky, kterých dosáhl, mu bylo nabídnuto místo placeného docenta. Možná by je přijal, kdyby právě v té době nepotřeboval vydělávat víc, než mu škola mohla dát – v roce 1919 se totiž zasnoubil a zjara 1920 oženil s Annemarií Bertelovou. Aby jeho žena nemusela pracovat, rozhodl se jít přednášet teoretickou fyziku tam, kde mu slíbili vyšší plat.

Další dvě desítky let Schrödingerova životopisu jsou itinerářem putování po evropských univerzitách. Nejdéle působil v Curychu, kde se během šesti let seznámil s teorií Louise de Broglieho, sestavil slavnou vlnovou rovnici a v šesti článcích o vlnové mechanice uveřejněných na jaře 1926 v Annalen der Physik vytvořil druhou formulaci (vedle Heisenbergovy maticové) kvantové mechaniky. Význam Schrödingerovy rovnice pro atomovou fyziku je srovnáván s úlohou Newtonových rovnic v klasické fyzice nebo Maxwellových rovnic v klasické elektrodynamice.

Od podzimu 1927 se stal (po Planckovi) profesorem teoretické fyziky berlínské univerzity (Friedrich-Wilhelms-Universität); v letech, která následovala, až do převzetí moci Hitlerem, byl jeho kolegou Albert Einstein.
Rok 1933 se zapsal do Schrödingerova života dvěma významnými událostmi:

• V jarních měsících Německo navštívil představitel fyziky na univerzitě v Oxfordu profesor Frederick Alexander Lindemann s nabídkou několika míst asistentů pro německé židovské vědecké pracovníky ohrožené nacistickými antisemitskými zákony. Když svůj návrh předložil Schrödingerovi, dozvěděl se, že opustit Německo má v úmyslu i on, a to dokonce se svým spolupracovníkem, rakouským teoretickým fyzikem Arthurem Marchem. Důvod, proč chtěl vzít s sebou do Oxfordu právě jeho, nebyl jen pracovní: Schrödingerovi šlo především o Marchovu manželku Hildu, s níž měl v té době milostný poměr.

• Za pět dnů po příjezdu do Oxfordu, při uvítacím ceremoniálu 9. listopadu, dostal zprávu, že má 10. prosince společně s Paulem Diracem převzít Nobelovou cenu za fyziku za objev nových forem atomové teorie.
Počátkem roku 1934 byl Schödinger na přednáškovém pobytu v Princetonu. U posluchačů si získal takovou oblibu, že mu vedení univerzity dokonce navrhlo trvalou smlouvu. Důvodem, proč z ní sešlo, prý nebyla výše nabízeného platu nebo pozdějšího důchodu, ale Schrödingerův – pro hostitele nepřijatelný – požadavek, aby mohl žít v jednom domě společně s manželkou i milenkou.

Po návratu do Anglie přišla 30. května v oxfordské nemocnici na svět Ruth, první ze tří Schrödingerových nemanželských dcer. Na rodném listě byl ovšem jako otec uveden Arthur March. Koncem roku 1936 prostředky, z nichž byl Schrödingerův i Marchův pobyt v Oxfordu hrazen, došly. March se s Hildou a dcerou Ruth vrátil do Rakouska, Schrödinger dostal nabídku vést katedru v Edinburghu. Vyřizování pracovního povolení však bylo tak zdlouhavé, že žadateli došla trpělivost, a když se dozvěděl o možnosti přednášet od 1. října 1936 na univerzitě v Grazu, rád ji využil.

Po připojení Rakouska k Německé říši v březnu 1938 se Karl-Franzens-Universität Graz změnila na Univerzitu Adolfa Hitlera. Schrödinger si byl vědom, že mu nacisté jeho odchod z Německa v roce 1933 nezapomenou, doufal ale, že postačí, když se za své tehdejší jednání omluví. Když potom na radu nového rektora Hanse Reichelta napsal Senátu univerzity dopis, ve kterém vyjádřil změněným poměrům svoji loajalitu, dostal se kajícný text do rukou novinářů a ti ho uveřejnili v deníku Graz Tagespost pod názvem Zpověď Vůdci. Ani toto veřejné pokání, kterého Schrödinger později litoval, však nepomohlo: 26. srpna 1938 musel z univerzity odejít. Naštěstí měl kam, díky doporučení irského matematika a politika Éamona de Valery nastoupil 6. října 1939 ve funkci ředitele Školy teoretické fyziky do nového Ústavu pro pokročilá studia v Dublinu.

Kromě několika desítek vědeckých prací z teorie elektromagnetického pole, teorie relativity a jednotné teorie pole Schrödinger během dublinského období napsal také řadu odborných knih, mezi nimi pozoruhodné dílo What is Life?, které vzniklo z jeho přednášek pro širší veřejnost.

Myšlenky z této knihy ovlivnily životní osudy amerického biochemika Jamese Watsona a britského molekulárního biologa a fyzika Francise Cricka, objevitelů struktury kyseliny deoxyribonukleové
(DNA), a měly tak významný podíl na vzniku moderní teoretické biologie. „Chromozomy nebo pravděpodobně jen axiální skeletová vlákna toho, co jako chromozom pod mikroskopem skutečně vidíme, mají v sobě nějak uložen kód celého vzorce budoucího vývoje jedince a jeho fungování v dospělosti.“ Schrödinger vytušil podobnost genetického kódu s běžnými způsoby zápisu informace a na základě úvahy, kolik různých kombinací lze v morseovce získat s pouhými dvěma znaky, tečkou a čárkou, došel k závěru, že zápis informace nemusí být ani pro složité organismy příliš komplikovaný a mohl by se provést lineárním řazením jednotlivých, třeba i nepočetných znaků.

V roce 1946 dostal Schrödinger z Vídně nabídku, aby na své alma mater převzal výuku teoretické fyziky, de Valera mu to však rozmluvil. Na jeho doporučení tedy do Vídně napsal, že nechce přerušit rozdělanou práci a že pozvání na univerzitu rád přijme, jakmile nastanou normálnější poměry. Definitivně se do Rakouska vrátil až zjara 1956. Dlouho však nepřednášel: ve dvaasedmdesáti letech odešel z Vídně do svého domu v tyrolském Alpbachu, na vyléčení tuberkulózy bylo ale už pozdě. Zemřel 4. ledna 1961.

Schrödingerova vlnová rovnice
K odvození jednoho z nejpoužívanějších fyzikálních vzorců 20. století vedla Erwina Schrödingera snaha zobecnit de Broglieho hypotézu, odvozenou pro případ volného hmotného objektu s určitou hybností, také na objekty vystavené silovému působení. Základní veličinou, kterou Schrödinger každému mikroobjektu přiřadil, je tzv. vlnová funkce Ψ. Její hodnota Ψ(x, y, z, t) v bodě o souřadnicích x, y, z a čase t souvisí s pravděpodobností, že se daný objekt v tomto bodě a čase bude nacházet. Vlny popisované funkcí Ψ nejsou žádnou fyzikální realitou v tom smyslu, že by se vlnilo nějaké prostředí, ale jsou vlnami pravděpodobnosti. Jelikož výchylka každé vlny může být kladná i záporná, kdežto pravděpodobnost se mění jen v rozmezí od 0 do 1, je mírou pravděpodobnosti výskytu mikroobjektu v daném místě a čase hodnota |Ψ(x, y, z, t)| na 2, nazývaná hustota pravděpodobnosti. Vlnové funkce jsou řešením rovnice, kterou Erwin Schrödinger formuloval za svého pobytu v Curychu v roce 1926.

Schrödingerova kočka
Legendární paradox byl Schrödingerem poprvé zmíněn roku 1935 v časopise Die Naturwissenschaften. Aby ukázal na problémy s popisem reálného světa pomocí vlnových funkcí, navrhl v článku nazvaném Současná situace v kvantové mechanice následující myšlenkový experiment.

Představme si uzavřený prostor, v něm kočku, radioaktivní atomové jádro, které se během určitého časového intervalu s jistou pravděpodobností rozpadne, a ampuli s jedovatým plynem. Dojde-li k rozpadu, jedovatý plyn z ampule unikne a kočku usmrtí.

Podle kvantové mechaniky bude po uplynutí zmíněného intervalu atomové jádro s určitou pravděpodobností (danou poločasem rozpadu) rozpadlé i dosud nerozpadlé. To ale znamená, že v superpozici dvou stavů, tj. živá i mrtvá, by měla být také kočka.

Tím, že Schrödinger přešel od aplikace kvantové teorie pro popis jevů na mikroskopické úrovni (radioaktivní rozpad) k popisu jevů makrosvěta (živá či mrtvá kočka), vyjádřil skeptický postoj (nejen svůj) k pravděpodobnostní interpretaci kvantové mechaniky.

Tento text je úryvkem z knihy:

Ivo Kraus: Století fyzikálních objevů

Academia, Praha 2014
O knize na stránkách vydavatele

autor