Erwin Schrödinger

A) Biographie

Erwin Schrödinger (1887-1961). est un des pères de la physique quantique. Il passe son enfance à Vienne, et fait ses études à l'Université de Vienne. Quand en 1910, il obtient son doctorat en physique théorique à l'Université de Vienne, la guerre menace et il est contraint d'y participer comme officier d'artillerie. Plus tard, en 1933, le physicien quitte l'Allemagne à cause de l'antisémitisme et s'installe en Angleterre, à Oxford où il obtient le prix Nobel de physique, aux côtés de Paul Dirac pour la découverte de l'équation d'onde appelée équation de Schrödinger, après s'être intéressé à la dualité onde-corpuscule introduite par De Broglie.

Les premiers succès de cette équation sont de prédire les niveaux d'énergie d'Hydrogène décrits par Balmer et Bohr (qui n'avaient alors pas de support théorique). L'équation de Schrödinger décrit ainsi l'évolution dans le temps d'une particule massive non relativiste et s'écrit (ih/2 π) d l Ψ>/dt = Hl Ψ > ; elle tient compte aussi de de la quantification et de l'énergie non relativiste.

INSTITUTIONS

RECHERCHES ET PUBLICATIONS

Equation de Schrödinger

Reçoit le Prix Nobel en 1933 aux côtés de Paul Dirac

1898 - 1906

Akademisches Gymnasium

Paradoxe du chat

En 1935, Schrödinger imagine son expérience de pensée

Qu'est ce que la vie ?

Oeuvre publiée en 1944

Physique quantique et représentation du monde

Rédigé en 1935

1906 - 1910

Université de Vienne

Obtient son doctorat en physique théorique

1927 - 1933

Friedrich-Wilhelms-Universität

1933 -1934

Université d'Oxford

1940 - 1957

Institut d'études avancées de Dublin

Directeur de l'école de physique théorique

Grâce à cette découverte, il a permis le développement du formalisme et de la mécanique quantique et elle s'avère rapidement être l'élément central de la physique quantique. Sa recherche comprit ainsi un travail important sur les spectres atomiques, la thermodynamique statistique et la mécanique ondulatoire. Ainsi, il enseigna la physique dans les universités de Suggart, en Allemagne, de Breslau, en Pologne, de Zurich, de Berlin, d'Oxford et de Graz, en Autriche avant de diriger l'école de physique théorique de l'institut des études avancées de Dublin de 1940 ; jusqu'à son départ en retraite en 1955. Il convient aussi de noter que l'éminente Physique quantique qu'il développe a été un abondant sujet de disputes avec Einstein, qui ne pensait pas que "Dieu puisse jouer aux dés...". Le 4 Janvier 1961, Erwin Schrödinger meurt de la tuberculose après avoir fréquenté un sanatorium à Arosa, plusieurs fois, dans l'espoir, peut-être, malgré la fatalité de la maladie de guérir et de survivre aux symptômes qui accablent le théoricien.

B) Qu'est-ce qui l'a amené à imaginer cette expérience ?

L'expérience de pensée du chat de Schrödinger fut imaginée en 1935. Le but de Schrödinger en l'élaborant était de prouver que les lois de la physique quantique ne sont pas applicables à notre échelle. C'est sa correspondance avec Albert Einstein, dans laquelle les deux physiciens discutent de la théorie quantique, qui le met sur la voie de la découverte de "l'équation de Schrödinger", puis il imagine sa fameuse expérience du chat. Les premières lettres échangées entre ces deux illustres physiciens datent de 1925. Leurs courriers s'intensifient durant l'été 1935, lorsqu'ils partagent leur avis sur les interprétations de la mécanique quantique de l'école de Copenhague et cherchent à la réfuter.

L'école, ou l'interprétation de Copenhague est un courant de pensée du XXe siècle, animé principalement par Niels Bohr et Werner Heisenberg.

Ses origines remontent à l'époque où Bohr dirige l'institut de physique de Copenhague. Les fondateurs de la mécanique quantique y discutent des théories quantiques, ce qui donne naissance par la suite à l'interprétation de Copenhague.

Elle donne une interprétation dite "standard", cohérente de la mécanique quantique :

elle considère que la mécanique quantique ne décrit que ce l'on connaît de la réalité, c'est-à-dire que ce que l'on peut observer. La mécanique quantique reste alors purement une formule mathématique, et n'a pas de signification physique, réelle. Même si Bohr et Heisenberg ne se considéraient pas comme des positivistes à part entière, leurs théories se rapprochaient du positivisme.

L’École de Copenhague cherche à donner une réponse intellectuelle aux questionnements sur phénomènes quantiques, par exemple "A quoi correspond un objet quantique dans deux états à la fois ?" L'expérience du chat de Schrödinger permet de démontrer qu'il est facile de dire que cette façon de penser manque de sens, et présente des complications. Donc, la superposition quantique ne peut pas être illustrée, modélisée, et n'a une existence que dans les formules mathématiques ; elle ne peut pas être interprétée physiquement, comme Schrödinger le fait avec son paradoxe du chat.

S'opposent alors le positivisme (représentée par l'interprétation de Copenhague) et le déterminisme (représentés par des physiciens tels que Schrödinger).

Le positivisme désigne un ensemble de courants qui considèrent que seules l'analyse et la connaissance des faits, vérifiés par l'expérience, peuvent expliquer les phénomènes du monde. Le positivisme est associé à une foi parfois presque religieuse dans le progrès scientifique et la formalisation mathématique du réel.

Le déterminisme est une notion philosophique selon laquelle la succession de chaque événement est déterminée grâce au principe de causalité et des lois de la physique. Le principe de causalité, ou principe de cause à effet, consiste en ceci : si un phénomène (la cause) produit un autre phénomène (l'effet), l'effet ne peut pas précéder la cause.

Le principe d'Heisenberg, énoncé en 1927, fait partie des principes les plus importants de la physique moderne. C'est une théorie énoncée par Werner Heisenberg, physicien positiviste allemand et l'un des fondateurs de la physique quantique, selon laquelle "il est impossible de connaître simultanément la position exacte et la vitesse exacte d'une particule". Cette improbabilité n'est pas due au manque de précision des appareils de mesure, comme la montre ou le chronomètre, mais à la nature des phénomènes mesurés, donc la position et la vitesse.

Si l'on reformule l'énoncé de ce principe, il signifie que plus on connaît avec précision la position d'une particule, moins l'on a de précision sur sa vitesse, et inversement.

Le physicien utilise des instruments de mesure dits classiques, donc les mesures correspondantes le seront tout autant. Elles seront interprétées dans le langage des ondes et des particules. Seulement, il n'y a en réalité ni ondes ni particules. Des contradictions apparaissent alors entre la supposée nature ondulatoire et corpusculaire de la lumière et de la matière et leurs interactions. C'est ici que la théorie des quanta, à l'origine de la mécanique quantique, intervient, initiée par Max Planck en 1900. Selon celle-ci, l'énergie rayonnante est quantifiée et discontinue, elle ne peut prendre que certaines valeurs. Un quantum représente la plus petite quantité d'une grandeur pouvant être échangée (masse, quantité de mouvement, énergie), et les quanta constituent cette énergie rayonnante. Les quanta ne sont pas considérés comme des objets dits classiques dans l'espace-temps.

Les équations de la mécanique quantique ne permettront jamais de mesurer ou de décrire un phénomène quantique avec des concepts classiques car les particules ou les ondes n'existeraient pas.

En résumé, l'école de Copenhague ne considère pas vraiment l'existence réelle des entités fondamentales de la physique atomique (les corps dits classiques) comme les électrons ou les photons. Et s'ils existent, il est impossible de comprendre la structure et l'évolution de ces corps atomiques et des processus atomiques. On ne peut également pas formuler les lois physiques de telle manière qu'une ou plusieurs causes puissent être attribuées aux effets observés. Les physiciens tels que Schrödinger, Einstein, Planck et De Broglie étaient en désaccord avec l'interprétation de Copenhague, et ont tenté pendant plusieurs années de la réfuter avec de multiples expériences de pensée comme le chat de Schrödinger ou le paradoxe EPR.

Aucune interprétation ne fait aujourd’hui l’unanimité des physiciens.