Morgunblaðið - 01.11.1987, Side 6
6 B
MORGUNBLAÐIÐ, SUNNUDAGUR 1. NÓVEMBER 1987
Skammtafræðin og
Erwin Schrödinger
Vísindi
Sverrir Ólafsson
Um þessar mundir eru 100 ár
liðin frá fæðingu Erwin Schröd-
inger (12.8. 1987-4.1. 1961),
eins af frumkvöðlum skammta-
fræðinnar, sem er áhrifamesta
kenning eðlisfræðinnar á þessari
öld. Það er því vel viðeigandi að
fara nokkrum orðum um ævistarf
þessa mikla vísindamanns hér á
vísindasíðunni.
Schrödinger var austurrískur
að uppruna, fæddur í Vínarborg,
þar sem hann hlaut menntun sína
og fyrstu starfsþjálfun sem eðlis-
fræðingur. Eftir herþjónustu í
fyrri heimsstyrjöldinni hlaut hann
tímabundnar stöður við háskólana
í Czemowicz, Jena, Stuttgart og
Breslau, en árið 1921 var hann
gerður að prófessor við háskólann
í Zurich. Þar starfaði hann í sex
ár, nær eingöngu á sviði atómeðl-
isfræði, en hann fékkst einnig við
rannsóknir á sviði almennu af-
stæðiskenningarinnar og líkinda-
fræði. Árið 1926 uppgötvaði hann
diffuijöfnu þá sem við hann er
kennd og notaði hana á árang-
ursríkan hátt til að skýra ýmsa
eiginleika atóma, sem þangað til
höfðu einungis verið teknir sem
gefnar staðreyndir.
í upphafi þriðja áratugarins
voru helstu rannsóknarstofnanir
á sviði atómeðlisfræði í Kaup-
mannahöfn, Göttingen, Cam-
bridge og Munchen. Við háskóla
þessara borga störfuðu heims-
frægir vísindamenn, sem allir
höfðu lagt sitt af mörkum til auk-
ins skilnings á uppbyggingu
atómsins. Nægir hér að nefna
Níels Bohr í Kaupmannahöfn og
Amold Sommerfeld í Miinchen.
Niels Bohr hafði árið 1913 sett
fram atómlíkan sem ætlað var að
skýra tilkomu þeirra litrófslína
sem einkenna hveija atómgerð.
Hann hugsaði sér að rafeindir
atóma gætu einungis ferðast eftir
ákveðnum, „útvöldum" hringferl-
um. Á hringferlum þessum hafa
rafeindimar ákveðna orku, en lit-
rófslinur. atómanna myndast
þegar rafeindimar „stökkva" á
milli einstakra hringferla. Líkan
Bohrs var „handsmíðað", ein-
vörðungis í þeim tilgangi að skýra
tilvist litrófslínanna. Það gat hins
vegar ekki gefið fræðileg rök fyr-
ir tilkomu hinna útvöldu hring-
ferla rafeindanna umhverfis
atómkjamann.
Schríidinger var nokkuð ein-
angraður í Ziirich og því munu
fæstir hafa vænst mikilla verka
af hans hálfu. Um sama leyti
starfaði eðlisfræðingurinn Louis
de Broglie í París og bjó hann þar
við ámóta vísindalega einangrun
og Schrödinger í Zurich. Engu að
síður voru það hugmyndir de
Broglie sem urðu kveikjan að ár-
angursríku starfi Scrödinger, sem
leiddi til hinnar frægu „Schrödin-
ger-jöfnu“.
Á fyrsta ári þessarar aldar hjó
þýski eðlisfraeðingurinn Max
Planck að stoðum gamalgróinna
hugmynda hefðbundinnar eðlis-
fræði og leysti þar með úr læðingi
fæðingarhríðir skammtakenning-
arinnar. Megininnihald hugmynd-
ar Plancks var að rafsegulgeislun
af ákveðinni tíðni getur ekki búið
yfír samfellt breytanlegri orku,
heldur getur hún einungis tekið
ákveðin staksett gildi. Nokkrum
ámm síðar skýrði Albert Einstein
þessa „orkuskömmtun" rafsegul-
geislunarinnar með tilvist einda,
sem hann nefndi ljóseindir. Ljós,
eða rafsegulgeislun almennt, býr
því ekki einungis yfir eiginleikum
bylgna, heldur samanstendur það
af miklum fjölda ljóseinda og er
því_„komótt“ í eðli sínu.
Árið 1923 gekk de Broglie einu
skrefi framar og gerði ráð fyrir
því að á sama hátt og bylgjur búa
jrfir eiginleikum einda, þá búi
eindir yfir eiginleikum bylgna.
Hugmynd þessi var mjög róttæk
á sínum tíma og átti lengi vel
ekki upp á pallborðið hjá frammá-
mönnum atómeðlisfræðinnar.
Það sem vakti fyrir de Broglie
var að finna skýringu á orku-
skömmtun atómsins, en til hlið-
sjónar hafði hann vel þekktan
eiginleika bylgna, sem er eftirfar-
andi. Ef bylgjur geta einungis
sveiflast innan gefíns svæðis, sem
setur þeim sérstök randskilyrði,
þá er möguleg sveiflutíðni þeirra
takmörkuð við ákveðin gildi, sem
eru heil margfeldi að gjunntíðni
bylgjunnar. Hugmynd de Broglie
var sú að rafeindabylgjur, neydd-
ar til að hreyfast innan einstakra
atóma, gætu einungis búið yfir
ákveðnum ósamfelldum tíðnigild-
um. Þar sem hver tíðni er tengd
ákveðinn orku, væri þar með feng-
in skýring á orkuskömmtun
atómsins.
Hugmynd de Broglie var vissu-
lega tegræns eðlis (qualitative)
og það kom í hlut Schrödingers,
sem var manna fyrstur til að hug-
leiða hana, að koma henni í
magnræna (quantitative) eða
stærðfræðilega mynd. Ef rafeind-
ir eru bylgjur, er nauðsynlegt að
fínna bylgjujöfnu sem lýsir hátt-
emi þeirra. Schrödinger fann
þessa jöfnu sem, eins og áður
sagði, gengur undir nafninu
Schrödinger-jafna og hann kynnti
hana fyrst í seminari sem haldið
var af eðlisefnafræðingnum Peter
Debye (1884-1966) við Tækni-
háskólann í Ziirich.
Jafna Schrödinger lýsir hátt-
emi rafeindabylgjunnar í tíma og
Hvorki uppbygging ískristalla,
tölvur né DNA-sameindin verða
skilin án skammtakenningar-
innar og jöfnu Schrödingers.
rúmi og með henni reyndist mögu-
legt að reikna út orku og fleiri
stærðir sem notaðar eru til að
lýsa atómum. Eðlisfræðingar vom
vissulega yfir sig hrifnir með ár-
angurinn, því í einu vetfangi var
fengin skýring á tilkomu orku-
skömmtunar og litrófs atóma.
Jafna Schrödinger gaf einnig eðli-
lega skýringu á stöðugleika atóma
svo og þeirri staðreynd að þau
búa yfir ákveðinni lágmarksorku.
Uppgötvun Schrödinger-jöfnu
verður að teljast eitt merkilegasta
augnablik í sögu nútíma vísinda.
Hún hefur orðið grundvöllur
fræðilegrar efnafræði, eðlisfræði
fastra efna og raunar allra
vísindagreina sem fjalla á ein-
hvem hátt um uppbyggingu og
eiginleika efnisins. An þeirrar
þekkingar sem Schrödinger-jafn-
an héfur veitt okkur, hefðum við
ekki leysi, rafsmára, ofurleiðara
eða kjamorku. Hún er lykillinn
að þekkingu sem hefur gjörbreytt
tæknigmndvelli samfélagsins,
jafnvel þó hagnýt sjónarmið hafi
ekki verið í huga Schrödinger
þegar hann útleiddi jöfnuna árið
1926.
Jafnvel þó Schrödinger hafi
orðið þekktastur fyrir störf sín á
Erwin Schrödinger . . . .
. ... og jafnan hans.
Francis Crick og James Watson með líkan þeirra af DNA- sam-
eindinni.
sviði skammtafræðinnar em
vísindaleg viðfangsefni hans ekki
þar með upptalin. Hann hafði sér-
stakan áhuga á lífefna- og
erfðafræði og þá ekki síst þeim
möguleika sem skammtafræðin
og tölfræðileg eðlisfræði bjóða til
aukins skilnings á lífínu og eðli
þess. Almennir fyrirlestrar sem
hann hélt um þessi hugðarefni sín
í febrúar 1943 við Trinity College
í Dublin hafa orðið víðfrægir, en
þeir vom gefnir út árið eftir af
Cambrigde University Press undir
titlinum „What is Live?“ Þeir em
til í margfaldri endurútgáfu sama
forlags, seinna ásamt öðmm opin-
bemm fyrirlestri, sem nefnist
„Mind and Matter".
Ekki ber öllum saman um það
hvort Schrödinger hafi í raun lagt
eitthvað af mörkum til aukins
skilnings á eðli lífsins, jafnvel þó
allir séu sammála um að með-
höndlun hans á efninu sé frumleg
og ein sú fyrsta sem nýtir gmnd-
vallarhugtök úr varmafræði og
tölfræðilegri eðlisfræði. Vitað er
að lestur bókarinnar hefur haft
mikil áhrif á ýmsa fræga eðlis-
fræðinga og beint rannsóknar-
stefnu þeirra að líffræði. Einn
þessara er Francis Crick, sem
ásamt James Watson uppgötvaði
rúmfræðilega lögun og efnasam-
setningu DNA-eindarinnar árið
1952.
Schrödinger vann einnig að
frekari þróun almennu afstæðis-
kenningarinnar, en árið 1943 setti
hann fram „sameinaða sviðskenn-
ingu“ sem ætlað var að lýsa
eiginleikum þriggja sviða sem þá
vom þekkt, þyngdarsviðsins, raf-
segulsviðsins og sk. mesónusviðs,
en því síðastnefnda var ætlað að
lýsa eiginleikum kjamakraftsins.
Stærðfræði þessarar kenningar
er gífurlega flókin, en hún hefur
þrátt fyrir innri fegurð ekki getað
sagt fyrir um mælanleg hrif í
náttúmnni auk þess sem hún er
ekki í fullu samræmi við sk. jöfn-
ur Maxwells sem talið er að lýsi
rétt eiginleikum rafsegulsviðsins.
En Schrödinger var ekki ein-
ungis einn af mestu vísindamönn-
um aldarinnar heldur hafði hann
áhuga á flestu því sem viðkemur
manninum, lífi hans, menningu
og sögu. Þekking hans á heim-
speki og bókmenntum, svo og
grískri menningu var frábær.
Hann hafði sérstaklega góð tök á
rituðu máli eins og bækur hans
um almenn vísindaleg efni bera
vitni um.
Schrödinger var því einstakur
á meðal raunvísindalegra sam-
ferðamanna sinna sem, eins og
því miður flestir kollegar þeirra í
dag, takmörkuðu allt of oft sjón-
arsvið sitt við þau þröngu mörk
sem sérhæfni vfsindanna setti
þeim. Schrödinger var vísinda-
maður í besta skilningi þess orðs.
Ég vil ljúka þessari grein með
því að geta til viðbótar tveggja
bóka Schrödingers, „Nature and
the Greeks" (1954) og „My View
of the World" (1964).
Skátahreyfíngiinni
berast stórgjafir
í TILEFNI 75 ára afmælis skátastarfs á Islandi 2. nóvem-
ber afhenti stjórn minningarsjóðs Guðrúnar Bergsveins-
dóttur skátahreyfingunni nýtt píanó, 100 bólstraða stóla
og 20 borð, samtals að verðmæti rúmlega einni milljón
króna í Skátahúsið við Snorrabraut í Reykjavík.
Sjóðurinn var stofnaður árið Bergsveinsdóttur skátaforingja
1945 til minningar um Guðrúnu af Guðrúnu Jóhannsdóttur og
Bergsveini Jónssyni, foreldrum
Guðrúnar, og Jóni Halldórssyni,
eiginmanni hennar.
Tilgangur sjóðsins var að gefa
innbú fyrir stofu kvenskáta í
væntanlegri skátahöll og skyldi
stofan bera nafn Guðrúnar.
í stofnskrá sjóðsins segir að
íslenskir húsmunir, hljóðfæri og
fleira sem til gagns megi vera
fyrir skátastúlkur skuli prýða
stofuna og skuli hún notuð til
fundarhalda og vinnufunda.
Sjóðsstjómin hefur aflað
tekna með sölu minningarkorta
og árlegum fjáröflunum á árun-
um 1945 til 1978. Við fram-
kvæmd fjáraflananna á þessu
tímabili hefur stjómin notið að-
stoðar margra eldri skáta.
Þessi höfðinglega gjöf er ekki
sú fyrsta sem sjóðurinn afhendir
skátahreyfingunni þvi á ámnum
1956 til 1981 hafa 9 skátaheimil-
um í Reykjavík verið afhentir
stólar í fundarsali sína.
Stjóm sjóðsins í upphafí skip-
uðu Guðrún Jóhannsdóttir,
Áslaug Friðriksdóttir, Borghild-
ur Strange, Soffía Stefánsdóttir
og Vigdís Blöndal. Elsa Strange
tók síðar sætir Borghildar. Syst-
ur Guðrúnar Bergsveinsdóttur,
þær Guðbjörg og Ingibjörg, hafa
starfað með sjóðsstjóminni frá
upphafi og tóku sæti móður
sinnar og Vigdísar Blöndal þegar
þær féllu frá.
(Frétlatilkynning)