Erwin Schrödinger et l’expérience du chat de Schrödinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger (né le 12 août 1887 à Vienne, en Autriche) était un physicien qui a mené des travaux novateurs à mécanique quantiqueun domaine qui étudie comment l’énergie et la matière se comportent à de très petites échelles de longueur. En 1926, Schrödinger a mis au point une équation qui permettait de prédire où un électron serait situé dans un atome. En 1933, il a reçu le prix Nobel pour ce travail, en compagnie du physicien Paul Dirac.

Faits en bref : Erwin Schrödinger

• Nom complet : Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger
• Connu pour : Physicien qui a mis au point l’équation de Schrödinger, ce qui représente un grand pas en avant pour la mécanique quantique. A également développé l’expérience de pensée connue sous le nom de « Chat de Schrödinger ».
• Né : Le 12 août 1887 à Vienne, Autriche
• Décédé : Le 4 janvier 1961 à Vienne, Autriche
• Les parents : Rudolf et Georgine Schrödinger
• Conjoint : Annemarie Bertel
• Enfant: Ruth Georgie Erica (née en 1934)
• Éducation: Université de Vienne
• Prixavec le théoricien des quanta, Paul A.M. Dirac a reçu le prix Nobel de physique en 1933.
• Publications: Qu’est-ce que la vie ? (1944), La nature et les Grecs (1954), et Ma vision du monde (1961).

Schrödinger est peut-être plus connu pour « le chat de Schrödinger », une expérience de pensée qu’il a conçue en 1935 pour illustrer les problèmes liés à une interprétation commune de la mécanique quantique.

Petite enfance et éducation

Schrödinger était le seul enfant de Rudolf Schrödinger – un ouvrier de l’usine de linoléum et de toile cirée qui avait hérité de l’entreprise de son père – et de Georgine, la fille d’un professeur de chimie de Rudolf. L’éducation de Rudolf Schrödinger a mis l’accent sur l’appréciation culturelle et l’avancement des sciences et des arts.

Schrödinger a été éduqué par un tuteur et par son père à la maison. À l’âge de 11 ans, il entre au Akademische Gymnasium de Vienne, une école axée sur l’enseignement classique et la formation en physique et en mathématiques. Là, il aime apprendre les langues classiques, la poésie étrangère, la physique et les mathématiques, mais déteste mémoriser ce qu’il appelle des dates et des faits « fortuits ».

Schrödinger poursuit ses études à l’université de Vienne, où il entre en 1906. Il obtient son doctorat en physique en 1910 sous la direction de Friedrich Hasenöhrl, que Schrödinger considère comme l’une de ses plus grandes influences intellectuelles. Hasenöhrl a été l’élève du physicien Ludwig Boltzmann, un scientifique renommé connu pour ses travaux en mécanique statistique.

Après avoir obtenu son doctorat, Schrödinger a travaillé comme assistant de Franz Exner, un autre étudiant de Boltzmann, jusqu’à son incorporation au début de la Première Guerre mondiale.

Début de carrière

En 1920, Schrödinger épouse Annemarie Bertel et s’installe avec elle à Iéna, en Allemagne, pour travailler comme assistant du physicien Max Wien. De là, il devient rapidement professeur dans plusieurs universités, d’abord comme professeur adjoint à Stuttgart, puis comme professeur titulaire à Breslau, avant de rejoindre l’université de Zurich comme professeur en 1921. Les six années que Schrödinger passe ensuite à Zurich sont parmi les plus importantes de sa carrière professionnelle.

À l’université de Zurich, Schrödinger a développé une théorie qui a fait progresser de manière significative la compréhension de la physique quantique. Il a publié une série d’articles – environ un par mois – sur la mécanique des ondes. En particulier, le premier article, « Quantization as an Eigenvalue Problem », présentait ce qui allait devenir le Équation de Schrödingerqui est aujourd’hui un élément central de la mécanique quantique. Schrödinger a reçu le prix Nobel pour cette découverte en 1933.

L’équation de Schrödinger

L’équation de Schrödinger décrit mathématiquement la nature « ondulatoire » des systèmes régis par la mécanique quantique. Avec cette équation, Schrödinger a fourni un moyen non seulement d’étudier les comportements de ces systèmes, mais aussi de prédire comment ils se comportent. Bien que le sens de l’équation de Schrödinger ait fait l’objet de nombreux débats au départ, les scientifiques ont fini par l’interpréter comme la probabilité de trouver un électron quelque part dans l’espace.

Le chat de Schrödinger

Schrödinger a formulé cette expérience de pensée en réponse à la Interprétation de Copenhague de la mécanique quantique, qui stipule qu’une particule décrite par la mécanique quantique existe dans tous les états possibles en même temps, jusqu’à ce qu’elle soit observée et soit forcée de choisir un état. Voici un exemple : considérez une lumière qui peut s’allumer soit en rouge, soit en vert. Lorsque nous ne regardons pas la lumière, nous supposons qu’elle est à la fois rouge et verte. Cependant, lorsque nous la regardons, la lumière doit se forcer à être soit rouge soit verte, et c’est la couleur que nous voyons.

M. Schrödinger n’était pas d’accord avec cette interprétation. Il a créé une expérience de pensée différente, appelée « Le chat de Schrödinger », pour illustrer ses préoccupations. Dans l’expérience du chat de Schrödinger, un chat est placé à l’intérieur d’une boîte scellée avec une substance radioactive et un gaz toxique. Si la substance radioactive se décomposait, elle libèrerait le gaz et tuerait le chat. Sinon, le chat serait en vie.

Parce que nous ne savons pas si le chat est vivant ou mort, il est considéré à la fois vivant et mort jusqu’à ce que quelqu’un ouvre la boîte et voie par lui-même dans quel état se trouve le chat. Ainsi, en regardant simplement dans la boîte, quelqu’un a magiquement rendu le chat vivant ou mort, même si cela est impossible.

Influences sur le travail de Schrödinger

Schrödinger n’a pas laissé beaucoup d’informations sur les scientifiques et les théories qui ont influencé ses propres travaux. Cependant, les historiens ont rassemblé certaines de ces influences, dont

• Le physicien Louis de Broglie a introduit le concept d' »ondes de matière ». Schrödinger avait lu la thèse de de Broglie ainsi qu’une note de bas de page écrite par Albert Einstein, qui parlait positivement des travaux de de Broglie. Schrödinger a également été invité à discuter des travaux de de Broglie lors d’un séminaire organisé par l’Université de Zurich et une autre université, l’ETH Zurich.
• Boltzmann. Schrödinger considérait l’approche statistique de la physique de Boltzmann comme son « premier amour dans la science », et une grande partie de son éducation scientifique s’est inscrite dans la tradition de Boltzmann.
• Les précédents travaux de Schrödinger sur la théorie quantique des gaz, qui étudiait les gaz du point de vue de la mécanique quantique. Dans l’un de ses articles sur la théorie quantique des gaz, « Sur la théorie des gaz d’Einstein », Schrödinger a appliqué la théorie de Broglie sur les ondes de matière pour aider à expliquer le comportement des gaz.

Fin de carrière et décès

En 1933, l’année même où il a reçu le prix Nobel, Schrödinger a démissionné de sa chaire à l’université de Berlin, qu’il avait rejointe en 1927, en réponse à la prise de contrôle de l’Allemagne par les nazis et au licenciement de scientifiques juifs. Il s’est ensuite installé en Angleterre, puis en Autriche. Cependant, en 1938, Hitler envahit l’Autriche, forçant Schrödinger, aujourd’hui un anti-nazi établi, à fuir à Rome.

En 1939, Schrödinger s’installe à Dublin, en Irlande, où il reste jusqu’à son retour à Vienne en 1956. Schrödinger meurt de la tuberculose le 4 janvier 1961 à Vienne, sa ville natale. Il avait 73 ans.

Sources