Teraz prechádzame k jednej z najvýznamnejších rovníc vo fyzike. Ak dokážeme túto rovnicu vyriešiť, vieme o systéme všetko, tvrdí nápis, sprevádzajúci Schrödingerovu rovnicu na webových stranách jednej z amerických univerzít. Známy fyzik Richard Feynman na margo tejto rovnice povedal: "Odkiaľ ju máme? Odnikiaľ. Nie je možné odvodiť ju z ničoho, čo poznáte. Zrodila sa zo Schrödingerovej mysle". FOTO - ARCHÍV
S výročiami zázračných rokov v živote velikánov fyziky sa v poslednom období priam roztrhlo vrece. V uplynulom roku sme si pripomenuli štyri prelomové články, ktoré publikoval v rýchlom slede za sebou v roku 1905 Albert Einstein. V tomto roku slávime menej okrúhle (iba osemdesiate) výročie tiež štyroch, o nič menej významných článkov, ktoré viedli k vzniku modernej kvantovej mechaniky. Ich autorom je rakúsky fyzik Erwin Schrödinger (1887-1961).
Úžitok z jedinej rovnice
Schrödingerova rovnica v prvom, januárovom čísle Annalen der Physik z roku 1926 umožnila prakticky úplne opísať svet atómov, molekúl a z nich pozostávajúcich látok. Aj keď pre drvivú väčšinu ľudí zostáva nepochopiteľná dodnes, jej praktický výsledok je takmer neuveriteľný. Bez nej by neexistovala dnešná chémia a moderná tomografia, ale ani počítače, mobily či televízory.
Schrödinger počas svojho zázračného roku napísal dokonca viac odborných článkov ako Einstein. Dal ľudstvu do rúk nástroj, pomocou ktorého bolo možné vypočítať v princípe všetky vlastnosti látok: elektrické, magnetické, optické, tepelné, mechanické a ich interakciu s najrôznejšími druhmi žiarenia.
Treba však pripomenúť, že tak ako Einstein v roku 1905, aj Schrödinger o 21 rokov neskôr staval na prácach iných vedcov, a ich objavy boli už viac-menej "na spadnutie".
Einstein a Schrödinger
Albert Einstein v istom zmysle v roku 1905 nevytvoril novú fyzikálnu teóriu. Nesformuloval totiž také matematické rovnice, ktoré by predpovedali správanie sa materiálneho sveta, a to ani v špeciálnej teórii relativity. Tá však poskytla kritériá, ktoré musí každá takáto teória nevyhnutne spĺňať: Pozorovateľ by mal opísať fyzikálny systém, ktorý sa voči nemu pohybuje ľubovoľnou rýchlosťou, vždy tými istými rovnicami. A to v situácii, keď pri prechode k pohybujúcemu sa systému nenastáva iba zmena priestorových súradníc, ako sa dovtedy myslelo, ale aj času.
Einstein hneď aj ukázal, že Maxwellove rovnice, opisujúce elektrické a magnetické polia, sa v takýchto prípadoch nemenia a môžu byť teda správne (neskôr sa ukázalo, že sú dobré aj preto, že opisujú polia, a nie častice). Newtonove rovnice predpovedajúce pohyb hmotných telies však menia svoj tvar, sú teda nesprávne.
V ďalšom článku Einstein ukázal, že dovtedajšie fyzikálne teórie nevysvetľujú ani fotoelektrický jav (vyrážanie elektrónov z látky pomocou svetla) a načrtol smer riešenia tohto problému, za čo získal Nobelovu cenu.
Tieto predstavy sa podarilo priviesť do podoby matematických rovníc práve v roku 1926. Schrödinger publikoval rovnicu nie pre súradnice častíc, ale pre pole, ktoré sa nazýva vlnová funkcia. Jeho rovnica, podľa vyššie uvedených Einsteinových kritérií síce nesprávna (neskôr ju upravil britský fyzik P. A. M. Dirac), predpovedá pravdepodobnosť, s akou nájdeme časticu na mieste s danými súradnicami, ako aj pravdepodobnosť, s akou nameriame nejakú hodnotu ľubovoľnej inej fyzikálnej veličiny. Nepredpovedá teda výskyt určitej udalosti, ale "iba" jej pravdepodobnosť.
Nový pohľad
Schrödingerove články zmenili pohľad fyzikov na svet a metodiku ich výpočtov. Ukázali, že systém sa môže súčasne nachádzať vo viacerých stavoch, nielen v tom, v ktorom ho nakoniec meraním nájdeme. S takouto situáciou sa v makrosvete nestretávame, preto odporuje našej logike.
Kvantová mechanika umožňuje vypočítať javy v mikrosvete v systémoch zložených z atómových jadier a elektrónov a mnohých ďalších elementárnych častíc interagujúcich s elektromagnetickými, prípadne inými silami. Medzi fyzikmi sa však nenájde nik, kto by o sebe tvrdil, že jej úplne rozumie.
Je preto zaujímavé, že amatérski bojovníci proti oficiálnej fyzike napádajú hlavne Einsteinovu teóriu relativity, ktorá je logicky úplne konzistentná a doteraz ju potvrdili všetky experimenty. Na druhej strane, hoci kvantová mechanika je na kordy s bežnou logikou veľmi často, laickým kritikom to takmer vôbec nevadí.
Schrödinger a ženy
Rok 1926 bol určite najplodnejším, zázračným, rokom Schrödingerovho života. Jeho neskoršie práce už neboli také prevratné, hoci sa zaoberal nielen fyzikou, ale napríklad aj biológiou.
Oslavy stého výročia Schrödingerovej rovnice o dvadsať rokov prebehnú pravdepodobne za väčšieho záujmu, najmä bulvárnej tlače, ako to bolo pri oslavách Einsteinových úspechov. Rodinný život nemeckého génia nebol síce najvzornejší a jeho vzťah k vlastným deťom prinajmenšom podivný, Schrödingerova fascinácia sexom sa však vymykala vtedajším predstavám o morálke oveľa viac. Na svoju slávnu rovnicu prišiel, keď Vianoce 1925 trávil mimo rodinného krbu so svojou milenkou v Alpách.
Jeho vzťah k ženám mu pripravil aj mnohé nepríjemné okamihy. Počas pobytu vo Veľkej Británii stále bojoval s odsudzovaním akademických kruhov kvôli svojim pokusom o neoficiálnu bigamiu. Ich postoj ho nakoniec donútil k prechodu na univerzitu v Grazi, kde po anšluse Rakúska aj tak padol do rúk hitlerovcov, pred ktorými pôvodne ušiel do Anglicka.
Šťastné chvíle našiel až na sklonku života v katolíckom Írsku, kde ako riaditeľ Ústavu pokročilých štúdií sa okrem vedeckej práce úspešne venoval aj zvádzaniu študentiek.
Schrödingerova mačka
Je zaujímavé, že v poslednom období života sa rakúsky fyzik ocitol na jednej lodi s Einsteinom, ktorý sa nikdy netajil zásadnými výhradami ku kvantovej mechanike. Nakoniec sa k nemu pridal aj jej spolutvorca a aby ho podporil, vymyslel svoj známy paradox, Schrödingerovu mačku. Tú by malo zabiť zariadenie, ktoré spúšťa rozpad jedného rádioaktívneho jadra. Podľa kvantovej mechaniky by mala byť v čase, keď ju nepozorujeme, súčasne živá i mŕtva, čo obaja veľkí fyzici považovali za zjavný nezmysel.
Ich kolegovia sa však našťastie takýmito konštrukciami nedali zviesť k pochybnostiam o správnosti kvantovej mechaniky. Už osemdesiat rokov s pomocou Schrödingerovej rovnice úspešne opisujú a predpovedajú vlastnosti mikro- i makrosveta.
Argo a Dokořán vydali v uplynulom roku knihu Tonyho Heya a Patricka Waltersa Nový kvantový vesmír. Okrem iných zaujímavostí, spojených aj so vznikom kvantovej mechaniky, sa v nej dočítame, aké problémy stretli Schrödingera po príchode do katolíckeho Írska. Vtedajší prezident Eamon de Valear považoval za jednoduchšie pre svetoznámeho fyzika založiť v Dubline nový ústav, než presvedčiť jeho kolegov z Trinity College, aby z neho urobili profesora.
Autor: ANTON ŠURDA(autor pracuje vo Fyzikálnom ústave SAV)
