Erwin Schrödinger

Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger [] (12. elokuuta 1887 Wien, Itävalta-Unkari – 4. tammikuuta 1961 Wien) oli itävaltalainen fyysikko. Hän oli kuuluisa työstään kvanttimekaniikan kehittämisessä, varsinkin Schrödingerin yhtälöstä, josta hänelle myönnettiin Nobelin fysiikanpalkinto vuonna 1933. Hän esitti myös niin kutsutun Schrödingerin kissa -ajatuskokeen, joka pyrkii tuomaan esiin kvanttimekaniikan teorian vajavaisuuden todellisuuden kuvaamisessa.
Elämäkerta.
Nuoruusvuodet.
Schrödingerin vanhemmat olivat kasvitieteilijä, vahakangasta valmistavan yhtiön omistaja Rudolf Schrödinger ja Georgine Emilia Brenda Bauer, joka oli Kuninkaallisen ja keisarillisen Wienin teknillisen korkeakoulun kemian professorin Alexander Bauerin tytär. Schrödinger oli Wienin kolmannessa kaupunginosassa Erdbergissä asuneen perheen ainoa lapsi. Schrödingerin äiti oli puoliksi britti – tämä sukuhaara oli kotoisin Leamington Spasta – ja puoliksi itävaltalainen – tämä haara oli kotoisin Wienistä. Osaksi äidin taustojen takia perheessä puhuttiin sekä englantia että saksaa, minkä ansiosta Schrödinger oppi kummankin kielen.
Schrödinger opiskeli muutamia viikkoja innsbruckilaisessa koulussa; suurimman osan alkeisopetuksestaan hän sai kuitenkin yksityisopetuksena ja omilta vanhemmiltaan. Schrödinger aloitti opinnot wieniläisessä k.u.k. Akademisches Gymnasium -lukiossa syksyllä 1898. Hän oli etevä kaikissa aineissa, mutta erityisesti häntä kiinnostivat klassiset kielet, matematiikka ja fysiikka ja myös saksalainen runous. Schrödingerin kerrotaan kyenneen omaksumaan kaiken matematiikan ja fysiikan tunneilla tai luennoilla opetetun asian suoraan, ilman läksyjen tai muun kertaavan materiaalin tekoa.
Opiskeluvuodet.
Akademisches Gymnasiumista hän valmistui 11. heinäkuuta 1906 kiitettävin arvosanoin. Vielä samana vuonna hän aloitti opinnot Wienin yliopiston fysiikan laitoksella, missä hänen opettajinaan olivat itävaltalaisen fysiikan pioneeri Franz S. Exner ja Friedrich Hasenöhrl, joka oli myös Schrödingerin sähkönjohtavuutta käsitelleen väitöstyön "Über die Leitung der Elektrizität auf der Oberfläche von Isolatoren an feuchter Luft" ohjaaja. Schrödinger tutki Wienin yliopistossa analyyttistä mekaniikkaa, osittaisdifferentiaaliyhtälöiden sovelluksia dynamiikkaan, ominaisarvoon liittyviä ongelmia, Maxwellin yhtälöitä ja sähkömagneettista teoriaa, optiikkaa, termodynamiikkaa ja tilastollista mekaniikkaa. Teoreettisessa fysiikassa häneen eniten vaikutti hänen väitöstyön ohjaajansa Hasenöhrl. Schrödingeriä opetti algebrassa ja differentiaalilaskennassa Franz Mertens, tilastollista matematiikkaa ja funktioteoriaa taas Wilhelm Wirtinger. Gustav Kohn piti Schrödingerille luentoja muun muassa projektiivisesta geometriasta.
Schrödinger väitteli tohtoriksi 20. toukokuuta 1910. Väitöksen jälkeen hän liittyi vapaaehtoisena armeijaan, ja hänet sijoitettiin tykistöön. Asepalveluksensa jälkeen, vuonna 1911 hän sai paikan Wienin yliopistosta Exnerin assistenttina.
Schrödinger oli opiskellut teoreettista fysiikkaa, mutta assistentin paikan takia hän joutui nyt työskentelemään kokeellisen fysiikan parissa. Myöhemmin Schrödinger arvosti kokeellisesta fysiikasta saamaansa kokemusta, sillä hän katsoi saaneensa sen kautta kokeellisemman viitekehyksen ajatella teoreettisia ongelmia. Toisaalta hän arvioi, ettei hänestä tulisi koskaan kunnollista kokeellista fyysikkoa.
Habilitaatio-tutkintonsa Schrödinger sai päätökseen syyskuun ensimmäisenä päivänä 1914. Samana vuonna hän myös julkaisi ensimmäiset tieteelliset tutkimuksensa, jotka käsittelivät Ludwig Boltzmannin aiemmin pohtimia aiheita. Hän kuitenkin viimeisteli työnsä sotarintamalla, sillä ensimmäinen maailmansota oli syttynyt Itävalta-Unkarin julistettua sodan Serbialle 28. heinäkuuta 1914. Schrödinger kutsuttiin armeijaan kolme päivää myöhemmin, ja hänen yksikkönsä sijoitettiin Italian vastaiselle rintamalle Görziin, jossa Isonzon toinen taistelu oli pikkuhiljaa päättymäisillään. Pian Schrödinger siirrettiin taistelemaan Proseccon lähellä sijainneeseen väijytyspaikkaan. Alue oli melko hiljainen, mikä mahdollisti Schrödingerin paneutumisen syvemmin omiin töihinsä ja niiden lähettämiseen julkaistaviksi. Proseccossa hän tutustui myös Einsteinin tuoreeseen yleiseen suhteellisuusteoriaan. Schrödinger palveli myös muun muassa Duinossa ja Sistianassa. Palattuaan Italian vastaiselta rintamalta Schrödinger sai kiitosta toimistaan tykistön komentajana. Tilanne kotona ei kuitenkaan ollut lohdullinen, sillä Schrödingerin vanhemmat kärsivät kroonisista vaivoista ja taloudellinen tilanne oli kiristynyt.
Sotien välinen aika.
Sodan vielä jatkuessa vuonna 1917 Schrödinger meni Wienin yliopistoon opettamaan meteorologian kurssia. Hän kykeni nyt keskittymään paremmin fysiikkaan ja julkaisi ensimmäisen kvanttimekaniikkaa käsitelleen julkaisun vuoden 1917 tienoilla. Vielä sodan päättymisen jälkeenkin hän jatkoi töitään Wienissä. Vuosina 1918–1920 hän antoi merkittävän panoksen värinäön tutkimukselle.
Radioaktiivisuutta tutkiessaan Schrödinger havaitsi, että radioaktiivisella hajoamisella on tilastollinen luonne. Hän tutki myös hilarakenteen dynamiikkaa ja kiinteän aineen fysiikkaa. Wienin yliopisto tarjosi 20. tammikuuta 1920 Schrödingerille jaettua professuuria. Se olisi ollut Schrödingerin ensimmäinen professorin virka. Tilanne ei kuitenkaan ollut sopiva, sillä jaetusta professuurista hän ei olisi ansainnut riittävästi, ja hän halusi vihdoin avioitua Annemarie Bertelin kanssa – he olivat kihlautuneet jo vuonna 1919. Wienin yliopiston tarjoama palkka ei tyydyttänyt Schrödingeriä, ja hän kieltäytyi virasta. Jenan yliopistosta tarjotun viran hän sen sijaan otti vastaan ja pääsi Max Wienin apulaiseksi. Hän ei kuitenkaan viihtynyt Jenan yliopistossa pitkään, sillä hän sai professuurin Stuttgartista. Tällä välin hän oli solminut avioliiton Bertelin kanssa 20. maaliskuuta 1920.
Stuttgartissa Schrödinger ystävystyi tieteenfilosofin ja Berliinin piiriin kuuluneen Hans Reichenbachin kanssa. Pian hän sai uuden professuurin Breslausta. Tämä oli jo kolmas professuuri puolentoista vuoden aikana. Loppuvuodesta 1921 hän vaihtoi jälleen yliopistoa. Tällä kertaa hän sai teoreettisen fysiikan professuurin Zürichistä. Lyhytaikaisten virkojen vuosinaan Schrödinger tutki paljon fysiologista optiikkaa, ja erityisesti hän jatkoi värinäköön liittyvän teoriansa parissa.
Hermann Weyl oli Schrödingerin lähimpiä kollegoja tämän ensimmäisinä Zürichin-vuosina. Weylin matemaattiset taidot osoittautuivat Schrödingerille erittäin hyödyllisiksi. Zürichin ilmapiiri sopi Schrödingerille mainiosti, ja siellä hän tekikin merkittävimmät saavutuksensa. Vuodesta 1921 lähtien hän tutki pääosin atomiteoriaa ja atomin rakennetta; kolme vuotta myöhemmin hänen tutkimustensa pääpaino siirtyi kvanttimekaniikkaan. Louis de Broglien vuonna 1924 julkaisemalla hypoteesilla hiukkasten aaltoluonteesta lienee ollut suurin vaikutus Schrödingerin kiinnostuksen heräämiseen kvanttimekaniikkaa kohtaan.
Schrödinger piti vuonna 1925 seminaaria de Broglien työstä. Seminaarissa yksi Sommerfeldin oppilaista ehdotti Schrödingerille, että hiukkasten aaltomaista luonnetta on voitava kuvata aaltoyhtälöllä. Muutama viikko myöhemmin Schrödinger julkaisi yhtälön, joka tunnetaan nykyään Schrödingerin yhtälönä. Tästä tuli toinen tunnettu tapa kvanttimekaniikan kuvaamiseen – aiemmin Werner Heisenberg, Max Born ja Pascual Jordan olivat muotoilleet kvanttimekaniikan matriisien avulla. Schrödinger esitteli tuloksensa 1926 kuusiosaisena julkaisuna. Schrödingerin työn merkitystä kvanttimekaniikassa pidetään olennaisena.
Schrödinger kutsuttiin lyhyeksi aikaa Wisconsinin yliopistoon luennoimaan. Hän saapui Yhdysvaltoihin joulukuussa 1926 ja piti luennot tammikuussa ja helmikuussa 1927. Ennen lähtöään Yhdysvalloista hän kuuli olevansa yksi ehdokas Max Planckin seuraajaksi Humboldt-yliopistoon Berliiniin. Schrödingeriä pyydettiin professoriksi Yhdysvaltoihin, mutta hän kieltäytyi vedoten mahdolliseen virkaan Berliinissä. Planckin seuraajiksi oli valittavana kolme merkittävää fyysikkoa: Sommerfeld oli ennakkosuosikki, Schrödingeriä pidettiin toiseksi ja Max Bornia kolmanneksi pätevimpänä tehtävään. Sommerfeld kuitenkin päätti olla jättämättä virkaansa Münchenissä. Näin ollen virkaa tarjottiin Schrödingerille, joka otti sen vastaan 1. lokakuuta 1927. Samalla hänestä tuli Albert Einsteinin kollega.
Natsihallinnon ja toisen maailmansodan aika.
Kun kansallissosialistit nousivat vuonna 1933 valtaan, Schrödinger totesi, ettei hän voisi asua maassa, jossa juutalaisten järjestelmällisestä vainoamisesta oli tullut osa politiikkaa, vaikka hän itse olikin katolilainen, eivätkä vainot kohdistuneet häneen.
Oxfordin yliopiston fysiikan professori Alexander Lindemann saapui Saksaan keväällä 1933. Hänen tarkoituksenaan oli järjestää juutalaisille tutkijoille töitä Britanniasta, mihin muuttikin Yhdysvaltain ohella eniten juutalaisia tieteentekijöitä. Lindemann keskusteli Schrödingerin kanssa erään hänen apulaisensa viran järjestämisestä Britanniaan. Lindemann kuuli yllätyksekseen, että Schrödinger itsekin olisi halukas lähtemään.
Schrödinger pyysi, että hänen kollegalleen Arthur Marchille järjestettäisiin paikka hänen apulaisenaan, jotta tämäkin voisi muuttaa pois Saksasta. Tarjouksessa ei kuitenkaan ollut kyse ystävällisestä eleestä kollegan turvallisuuden varmistamiseksi. Vaikka Schrödingerin avioliitto Bertelin kanssa oli onnellinen, hänellä oli vaimonsa tieten ollut useita rakastajattaria. Myös Bertelillä oli ollut useita vuosia oma rakastajansa, Schrödingerin ystävä Hermann Weyl. Schrödinger halusi Marchin mukaansa, koska hänellä oli tuolloin suhde Marchin vaimon Hilden kanssa.
Monet Saksasta lähteneet tieteilijät viettivät kesän 1933 Etelä-Tirolin maakunnassa, niin myös Schrödingerit ja heidän mukanaan matkanneet Marchit. Etelä-Tirolissa Hilde March tuli raskaaksi Schrödingerille. Oxfordiin seurue saapui 4. marraskuuta 1933. Schrödinger valittiin siellä Magdalen Collegen jäseneksi. Pian Oxfordiin saapumisen jälkeen Schrödinger sai hyviä uutisia, sillä hänet oli valittu vuoden 1933 Nobelin fysiikanpalkinnon saajaksi. Hän jakoi rahapalkinnon myös kvanttimekaniikkaa tutkineen Paul Diracin kanssa.
Keväällä 1934 Schrödinger kutsuttiin luennoimaan Princetoniin. Siellä ollessaan hänelle tarjottiin pysyvää virkaa. Palattuaan Oxfordiin hän neuvotteli vielä palkasta ja eläkkeestä, mutta päätti lopulta olla ottamatta virkaa vastaan; Schrödinger nimittäin halusi elää sekä Annemarien että Hilden kanssa – kumpikin oli tuolloin hänelle raskaana. Schrödingerin ensimmäinen lapsi Ruth Georgie Erica syntyi Oxfordissa 30. toukokuuta 1934.
Edinburghin yliopisto tarjosi Schrödingerille fysiikan professuuria vuonna 1936. Hän ehkä hyväksyi sen, mutta viivytysten takia virkaan pyydettiin Max Born, joka otti viran vastaan heti. Schrödinger sai kuitenkin viran Grazin yliopistosta Itävallasta. Hän matkusti takaisin synnyinmaahansa, missä vietti vuodet 1936–1938.
Itävalta liitettiin vuonna 1938 Saksaan, ja Schrödinger oli jälleen kansallissosialistien hallitsemassa maassa. Grazin yliopisto nimettiin Adolf Hitler -yliopistoksi. Natsit eivät olleet unohtaneet Schrödingerin pakoa maasta, ja 26. elokuuta 1938 hänet erotettiin tehtävästään ”poliittisen epäluotettavuuden” takia. Natsit tarkastivat hänen asuntonsa muutamia kertoja. Schrödinger kiiruhti etsimään työpaikkaa työnvälitystoimistosta. Siellä hänelle kerrottiin, ettei hän voisi matkustaa ulkomaille ja että hänen tulisi etsiä töitä teollisuudesta. Pian tämän kuultuaan hän lensi vaimonsa kanssa turistiksi pukeutuneena Roomaan. Roomassa Schrödinger kirjoitti Irlannin pääministerille Eamon de Valeralle. Tämä lupasi tarjota työpaikan Dubliniin perusteilla olleesta Institute for Advanced Studiesista. Schrödingerit jatkoivat Roomasta Oxfordiin, ja siellä oleskellessaan Schrödinger sai vuoden kestävän viran Gentin yliopistosta Belgiasta.
Schrödingerin matka kohti Dublinia alkoi syksyllä 1939. Dublinissa hän tutki sähkömagnetismia, suhteellisuutta ja yhtenäiskenttäteoriaa (). Ensimmäisen julkaisun viimeksi mainitusta aiheesta hän kirjoitti vuonna 1943. Tammikuussa 1947 hän uskoi tehneensä läpimurron, mistä kertoi Einsteinille. Schrödinger arveli, että tästä voisi saada jopa toisen Nobelin. Einstein oli kuitenkin sitä mieltä, ettei mitään läpimurtoa ollut tapahtunut.
Fysiikka ei ollut ainoa aihe, jota Schrödinger Dublinissa tutki. Irlannissa hän kirjoitti muun muassa "What is Life?" -nimisen teoksen (1944). James D. Watsonin muistelmien "DNA, The Secret of Life" mukaan, Schrödingerin "What is Life?" -teos antoi Watsonille herätteen tutkia geeniä, joka johti DNA:n kaksoiskierrerakenteen löytämiseen. Antiikin Kreikan tiede ja filosofia kiinnostivat Schrödingeriä hyvin paljon. Hän kirjoitti aiheesta kirjan "Nature and the Greeks" (1954). Schrödinger pysyi Dublinissa aina eläkkeelle jäämiseensä vuoteen 1955 asti.
Dublinissa ollessaan Schrödinger syyllistyi alaikäisten seksuaaliseen hyväksikäyttöön, mikä nousi uudelleen esille 2020-luvun alussa.
Myöhemmät vuodet.
Schrödinger palasi Itävaltaan jäätyään eläkkeelle vuonna 1956. Hän kirjoitti "Meine Weltansicht" -nimisen teoksen, joka julkaistiin hänen kuolinvuonnaan. Kirjassa hän selvittää omaa metafysikaalista ajatusmaailmaansa. Kirjan teksti on saanut paljon vaikutteita Vedantasta. Viimeisinä vuosinaan Schrödinger jatkoi työskentelyä yleisen suhteellisuusteorian, yhtenäiskenttäteorian ja mesonien parissa.
Toukokuussa 1960 Schrödinger alkoi kärsiä keuhkojen vajaatoiminnasta. Hän kävi tutkimuksissa Innsbruckissa ja Wienissä. Lääkärien diagnoosin mukaan hän sairasti tuberkuloosia. Schrödinger yritti hoitaa itseään lepäämällä Alpbachissa. Hän ei kuitenkaan toipunut, vaan kuoli 73-vuotiaana Wienissä keskiviikkona 4. tammikuuta 1961 vaimonsa Annemarien vieressä noin kello seitsemän aikaan illalla. Hänet haudattiin Alpbachiin 9. tammikuuta.