แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์ นักฟิสิกส์ผู้ปฏิวัติกลศาสตร์ควอนตัมด้วยสมการคลื่น

แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์ (Erwin Schrödinger) เป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีผู้พัฒนาทฤษฎีควอนตัมโดยใช้ทฤษฎีคลื่นของสสาร เขาเสนอบทความและสมการคลื่นที่ต่อมาเรียกว่า สมการชเรอดิงเงอร์ (Schrödinger equation) ซึ่งได้ปฏิวัติกลศาสตร์ควอนตัมเป็นอย่างมาก รวมทั้งได้ปฏิวัติฟิสิกส์และเคมีทั้งหมดอีกด้วย นับเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางฟิสิกส์ที่สำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 20 เขายังเป็นผู้เสนอการตีความปัญหาเรื่องแมวในกล่องที่เรียกกันว่าแมวของชเรอดิงเงอร์ (Schrödinger’s Cat) ซึ่งเป็นประเด็นเกี่ยวกับหลักการซ้อนทับของควอนตัม การทดลองทางความคิดเรื่องนี้มักถูกหยิบยกขึ้นมาในการตีความกลศาสตร์ควอนตัมอยู่เสมอจนถึงปัจจุบัน เขาเป็นหนึ่งในนักฟิสิกส์ที่ได้รับการยกย่องเป็นบิดาแห่งกลศาสตร์ควอนตัม

 
เด็กพรสวรรค์เก่งทั้งคำนวณและภาษา

erwin-schrödinger-02

แอร์วิน ชเรอดิงเงอร์ เป็นชาวออสเตรีย เกิดเมื่อปี 1887 ที่กรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย เป็นลูกชายคนเดียวของครอบครัวนักวิทยาศาสตร์ พ่อเป็นนักพฤกษศาสตร์ส่วนแม่เป็นลูกสาวของศาสตราจารย์ด้านเคมี แม้เขาเติบโตในครอบครัวที่เคร่งศาสนาแต่พอโตขึ้นเขากลับเป็นคนที่ไม่เชื่อในพระเจ้า ชเรอดิงเงอร์เป็นเด็กที่มีพรสวรรค์สูงเป็นนักเรียนที่โดดเด่นในโรงเรียนมัธยม Akademisches Gymnasium ในกรุงเวียนนา ไม่เพียงเก่งกาจเฉพาะในวิชาคณิตศาสตร์และฟิสิกส์เท่านั้นแต่เขายังให้ความสนใจอย่างมากเกี่ยวกับศาสนาตะวันออก ภาษาโบราณ ภาษาสมัยใหม่ รวมไปถึงบทกวีอีกด้วย

ปี 1906 ชเรอดิงเงอร์เข้าเรียนวิชาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเวียนนาภายใต้การดูแลของอาจารย์ Franz S. Exner และ Friedrich Hasenöhrl ได้รับปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์ในปี 1910 โดยมี Friedrich Hasenöhrl เป็นอาจารย์ที่ปรึกษา ในช่วงวัยรุ่นชเรอดิงเงอร์ได้รับอิทธิพลอย่างมากจาก Arthur Schopenhauer นักปรัชญาคนดังชาวเยอรมันผ่านการอ่านผลงานของเขาอย่างกว้างขวางอันส่งผลให้เขาสนใจในทฤษฎีสีและปรัชญาไปตลอดชีวิต หลังเรียนจบชเรอดิงเงอร์ทำงานเป็นผู้ช่วยของ Exner ที่มหาวิทยาลัยเวียนนาจนถึงปี 1914 จึงทำวิทยานิพนธ์ Habilitation สำเร็จสามารถเป็นอาจารย์สอนหนังสือในมหาวิทยาลัยได้ แต่ก่อนเป็นอาจารย์แบบเต็มตัวเขาถูกเรียกตัวไปเป็นทหารประจำอยู่ที่ป้อมปืนใหญ่ของออสเตรียในกรุงเวียนนาช่วงสงครามโลกครั้งที่ 1 ระหว่างปี 1914 – 1918

 
ปฏิวัติกลศาสตร์ควอนตัมด้วยสมการคลื่น

erwin-schrödinger-03

ปี 1920 ชเรอดิงเงอร์ไปเป็นผู้ช่วยของ Max Wien ผู้อำนวยการสถาบันฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเยนา ประเทศเยอรมันก่อนได้รับการแต่งตั้งเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยสตุตการ์ตปลายปีเดียวกัน ปีถัดมาเขาย้ายไปรับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัยเบรสเลา ประเทศโปแลนด์ แล้วย้ายไปประจำอยู่ที่มหาวิทยาลัยซูริค ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ในปีเดียวกัน ที่ซูริคเขาได้ศึกษาวิจัยเกี่ยวกับโครงสร้างอะตอมจากนั้นในปี 1924 จึงเริ่มทำวิจัยเรื่องกลศาสตร์ควอนตัมอย่างต่อเนื่องนานหลายปี จนมีช่วงหนึ่งที่เขาป่วยเป็นวัณโรคและในระหว่างที่เขาพักฟื้นอยู่ในสถานพยาบาลเขาได้เขียนผลงานสำคัญที่สุดในชีวิตของตัวเองซึ่งส่งผลให้เกิดความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในวงการวิทยาศาสตร์

erwin-schrödinger-04

ชเรอดิงเงอร์ตีพิมพ์เผยแพร่ผลงานชิ้นสำคัญของเขาในปี 1926 เป็นบทความหลายชิ้นเกี่ยวกับกลศาสตร์คลื่นและนำเสนอสมการสำคัญที่ต่อมาเรียกว่า สมการชเรอดิงเงอร์ (Schrödinger equation) ซึ่งเป็นสมการที่อธิบายว่าสถานะควอนตัมของระบบทางกายภาพเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป และให้ค่าลักษณะเฉพาะของพลังงานที่ถูกต้องสำหรับอะตอมที่มีลักษณะคล้ายไฮโดรเจน บทความนี้ได้รับการยกย่องว่าเป็นหนึ่งในความสำเร็จทางฟิสิกส์ที่สำคัญที่สุดของศตวรรษที่ 20 และก่อให้เกิดการปฏิวัติกลศาสตร์ควอนตัมเป็นอย่างมาก รวมถึงได้ปฏิวัติฟิสิกส์และเคมีทั้งหมดอีกด้วย สำหรับนักฟิสิกส์ในยุคควอนตัมสมการชเรอดิงเงอร์มีความสำคัญเทียบเท่ากับสมการการเคลื่อนที่ของ Isaac Newton (F = ma) ในกลศาสตร์แบบดั้งเดิม ด้วยผลงานสำคัญนี้ทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ร่วมกับ Paul Dirac ในปี 1933

 
ท้าทายความคิดกับปริศนาแมวในกล่อง

erwin-schrödinger-05

ปี 1927 ชเรอดิงเงอร์ย้ายไปรับตำแหน่งศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Friedrich Wilhelms University ในกรุงเบอร์ลิน ประเทศเยอรมันแทนที่ Max Planck นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่ที่เกษียณอายุไป ชีวิตการทำงานของเขาที่กรุงเบอร์ลินดำเนินไปด้วยดีจนกระทั่งอดอล์ฟ ฮิตเลอร์ขึ้นมาครองอำนาจในปี 1933 เขาตัดสินใจออกจากเยอรมนีเพื่อประท้วงการต่อต้านชาวยิวของพรรคนาซี ชเรอดิงเงอร์ย้ายไปทำงานวิจัยที่มหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ด ประเทศอังกฤษ หลังจากไปถึงอังกฤษได้ไม่นานเขาก็ถูกประกาศเป็นหนึ่งในผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปีนั้น ชเรอดิงเงอร์คบหาเป็นเพื่อนและติดต่อกับ Albert Einstein ผู้ซึ่งเชี่ยวชาญในเรื่องการทดลองทางความคิด ในปี 1935 ระหว่างการหารือกับ Einstein เขาได้เสนอการทดลองทางความคิดอันโด่งดังที่เรียกว่าแมวของชเรอดิงเงอร์ (Schrödinger’s Cat)

erwin-schrödinger-06

ชเรอดิงเงอร์แสดงให้เห็นถึงปัญหาของการตีความกลศาสตร์ควอนตัมของโคเปนเฮเกน (Copenhagen interpretation) ผ่านสถานการณ์สมมุติว่านำแมวตัวหนึ่งใส่ไว้ในกล่องปิดสนิท ภายในกล่องมีสารกัมมันตภาพรังสีซึ่งในระยะเวลาหนึ่งมีโอกาสปลดปล่อยรังสีออกมา 50% และในกล่องยังมีเครื่องตรวจจับรังสีซึ่งมีกลไกเชื่อมต่อกับขวดยาพิษ หากตรวจพบรังสีกลไกจะทำงานปล่อยยาพิษออกมาซึ่งจะทำให้แมวตาย คำถามคือเราจะรู้ได้อย่างไรว่าแมวมีชีวิตอยู่หรือตายหากเราไม่เปิดกล่องดู การตีความกลศาสตร์ควอนตัมของโคเปนเฮเกนบอกเป็นนัยว่าหลังจากผ่านไประยะเวลาหนึ่งแมวจะยังอยู่และตายในเวลาเดียวกัน เป็นสถานะที่เรียกว่าหลักการซ้อนทับควอนตัม (quantum superposition) แต่ถ้าดูในกล่องจริงๆจะพบว่าแมวยังมีชีวิตอยู่หรือตายอย่างใดอย่างหนึ่งเท่านั้น การทดลองทางความคิดเรื่องนี้มักถูกหยิบยกขึ้นมาในการตีความกลศาสตร์ควอนตัมอยู่เสมอจนถึงปัจจุบัน

 
สร้างแรงบันดาลใจในการค้นหา DNA

erwin-schrödinger-07

ปี 1938 เยอรมันที่นำโดยอดอล์ฟ ฮิตเลอร์ได้ครอบครองประเทศออสเตรียและผนวกเข้ากับเยอรมัน เรื่องนี้สร้างปัญหาให้กับชเรอดิงเงอร์อย่างหนักเพราะเขาเป็นหนึ่งในผู้ต่อต้านลัทธินาซี เขาถูกคุกคามและได้รับคำสั่งไม่ให้เดินทางออกนอกประเทศแต่เขาหลบหนีไปอิตาลีและเปลี่ยนที่ทำงานหลายแห่งหลายประเทศ สุดท้ายได้ไปปักหลักเป็นผู้อำนวยการสถาบันฟิสิกส์ในกรุงดับลิน ประเทศไอร์แลนด์อย่างยาวนานถึง 17 ปีพร้อมกับตีพิมพ์ผลงานวิจัยมากกว่า 50 ชิ้นในหลากหลายหัวข้อ รวมถึงความพยายามในการสร้างทฤษฎีสนามรวม (Unified field theory) แม้จะไม่สำเร็จเช่นเดียวกับ Einstein

ในปี 1944 ชเรอดิงเงอร์ได้เขียนหนังสือชื่อ What Is Life? เสนอแนวคิดของสารพันธุกรรมที่เขาเรียกว่า “aperiodic crystal” ซึ่งเป็นโมเลกุลที่ซับซ้อนที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตบรรจุอยู่ในพันธะเคมีโควาเลนต์ ความคิดนี้ไปกระตุ้นความพยายามในการค้นหาโมเลกุลทางพันธุกรรมของนักวิทยาศาสตร์หลายคน โดยเฉพาะ James Watson และ Francis Crick ซึ่งในที่สุดทั้งสองคนนี้ได้ร่วมกันค้นหาโครงสร้างของ DNA จนเป็นผลสำเร็จในปี 1953 และได้รับรางวัลโนเบลในเวลาต่อมา ทั้ง Watson และ Crick ต่างให้เครดิตและยอมรับว่าหนังสือ What Is Life? เป็นแรงบันดาลใจของพวกเขาสำหรับการวิจัยในเรื่องนี้

 
นักฟิสิกส์จอมเจ้าชู้ผู้อยู่กับเมียสองคน

erwin-schrödinger-08

ชเรอดิงเงอร์ไม่เพียงเป็นนักฟิสิกส์ชั้นยอดที่ประสบความสำเร็จอย่างสูงเท่านั้น เขายังเป็นนักรักจอมเจ้าชู้มีชีวิตครอบครัวที่แปลกประหลาดและไม่น่าเป็นไปได้ เขาแต่งงานกับ Annemarie (Anny) Bertel เมื่อปี 1920 ทั้งคู่ไม่มีลูกด้วยกัน ปี 1933 ชเรอดิงเงอร์ไปหลงรัก Hilde March ที่เป็นภรรยาของเพื่อนนักฟิสิกส์ของเขาเอง ทั้งสองมีความสัมพันธ์ลึกซึ้งจนมีลูกสาวด้วยกันในปี 1934 ในช่วงที่เขาต้องหนีภัยการเมืองไปอยู่ต่างประเทศเขาได้พา Hilde March ไปอยู่ด้วยกันในบ้านเดียวกันกับภรรยาของเขาอย่างเปิดเผยทั้งที่อังกฤษและไอร์แลนด์อย่างยาวนาน แต่ความเจ้าชู้ของชเรอดิงเงอร์ยังไม่หยุดเพียงแค่นี้เพราะที่ไอร์แลนด์เขายังมีลูกสาวอีกสองคนกับชู้รักอื่นอีกสองคน นอกจากนี้เขายังเก็บบันทึกรายชื่อผู้หญิงจำนวนมากที่เขาลักลอบได้เสียหนึ่งในนั้นเป็นสาววัยรุ่นที่เขาเป็นครูสอนคณิตศาสตร์ของเธอ

 
บิดากลศาสตร์ควอนตัมผู้เชื่อในปรัชญา

erwin-schrödinger-09

แม้ว่าชเรอดิงเงอร์เป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับกลศาสตร์ควอนตัมอันเป็นฟิสิกส์สมัยใหม่มาก แต่เขากลับมีความสนใจเชื่อมั่นและศรัทธาในปรัชญาตะวันออกมาตลอดชีวิต โดยเฉพาะลัทธิเวทานตะ (Vedanta) แห่งศาสนาฮินดู เชื่อกันว่าแนวคิดและการคาดเดาบางอย่างในหนังสือ What Is Life? ของเขาได้รับอิทธิพลมาจากปรัชญาเวทานตะนี่เอง ชเรอดิงเงอร์ทำงานอยู่ที่กรุงดับลินจนเกษียณอายุในปี 1955 จากนั้นจึงกลับบ้านเกิดมาเป็นศาสตราจารย์ฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยเวียนนาจนกระทั่งเสียชีวิตด้วยวัณโรคที่กรุงเวียนนาในปี 1961 มีอายุ 73 ปี จากผลงานการปฏิวัติกลศาสตร์ควอนตัมด้วยสมการชเรอดิงเงอร์อันยิ่งใหญ่ทำให้เขาได้รับการยกย่องเป็นหนึ่งในบิดาแห่งกลศาสตร์ควอนตัม

erwin-schrödinger-10

 

ข้อมูลและภาพจาก wikipedia, famousscientists, physicsoftheuniverse

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *