Erwin Schrödinger

gigatos | mars 20, 2022

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Résumé

Erwin Rudolf Joseph Alexander Schrödinger (12 août 1887 – 4 janvier 1961, Vienne) est un physicien théoricien autrichien et l »un des inventeurs de la mécanique quantique. Prix Nobel de physique (1933). Membre de l »Académie des sciences autrichienne (1956) et de plusieurs académies des sciences dans le monde, notamment membre étranger de l »Académie des sciences de l »URSS (1934).

Schrödinger a obtenu un certain nombre de résultats fondamentaux dans la théorie quantique, qui ont constitué la base de la mécanique ondulatoire : il a formulé les équations d »onde (équation de Schrödinger stationnaire et dépendante du temps), montré l »identité du formalisme qu »il a développé et de la mécanique matricielle, élaboré la théorie de la mécanique ondulatoire des perturbations, obtenu des solutions pour certains problèmes spécifiques. Schrödinger a proposé un traitement original de la signification physique de la fonction d »onde ; plus tard, il a critiqué à plusieurs reprises l »interprétation de Copenhague, généralement acceptée, de la mécanique quantique (paradoxe du chat de Schrödinger, etc.). Il est également l »auteur de nombreux ouvrages dans divers domaines de la physique : mécanique statistique et thermodynamique, physique diélectrique, théorie des couleurs, électrodynamique, relativité générale et cosmologie ; il a fait plusieurs tentatives pour construire une théorie des champs unifiée. Dans « Qu »est-ce que la vie ? » Schrödinger s »est attaqué aux problèmes de la génétique, en examinant le phénomène de la vie du point de vue de la physique. Il a accordé une grande attention aux aspects philosophiques de la science, aux philosophies anciennes et orientales, à l »éthique et à la religion.

Origines et formation (1887-1910)

Erwin Schrödinger était le seul enfant d »une famille viennoise aisée et cultivée. Son père, Rudolf Schrödinger, propriétaire prospère d »une usine de linoléum et de toile cirée, s »intéressait aux sciences et a longtemps été vice-président de la Société botanique et zoologique de Vienne. La mère d »Erwin, Georgina Emilie Brenda, était la fille du chimiste Alexander Bauer, dont Rudolf Schrödinger suivait les cours pendant ses études à l »université impériale et royale de technologie de Vienne. L »environnement familial et la compagnie de parents très instruits ont contribué à la diversité des intérêts du jeune Erwin. Jusqu »à l »âge de onze ans, il reçoit une éducation à domicile et, en 1898, il s »inscrit au prestigieux Öffentliches Academisches Gymnasium (lycée académique), où il étudie principalement les sciences humaines. Schrödinger a bien fait ses études, devenant le meilleur élève de chaque classe. Beaucoup de temps était consacré à la lecture et à l »apprentissage des langues étrangères. Sa grand-mère maternelle était anglaise, il a donc maîtrisé cette langue dès son plus jeune âge. Il aimait aller au théâtre ; il appréciait particulièrement les pièces de Franz Grilparzer qui étaient jouées au Burgtheater.

Après avoir brillamment réussi les examens de fin d »études, Erwin s »inscrit à l »université de Vienne à l »automne 1906, où il choisit d »étudier les mathématiques et la physique. Franz Exner a eu une influence majeure sur la formation de Schrödinger en tant que scientifique, en donnant des cours de physique et en mettant l »accent sur les questions méthodologiques et philosophiques de la science. Erwin s »est intéressé aux problèmes théoriques de la physique après avoir rencontré Friedrich Hasenörl, le successeur de Ludwig Boltzmann au département de physique théorique. C »est auprès de Hasenöhrl que le futur scientifique a appris les problèmes scientifiques actuels et les difficultés de la physique classique pour les résoudre. Au cours de ses études universitaires, Schrödinger a acquis une grande maîtrise des méthodes mathématiques de la physique, mais son travail de thèse était expérimental. Elle était consacrée à l »influence de l »humidité de l »air sur les propriétés électriques d »un certain nombre de matériaux isolants (verre, ébonite et ambre), et a été réalisée sous la supervision d »Egon Schweidler dans le laboratoire d »Exner. Le 20 mai 1910, après avoir soutenu sa thèse et passé ses examens oraux, Schrödinger reçoit le titre de docteur en philosophie.

Début de la carrière universitaire (1911-1921)

En octobre 1911, après un an de service dans l »armée autrichienne, Schrödinger retourne au deuxième institut de physique de l »université de Vienne en tant qu »assistant d »Exner. Il a enseigné un atelier de physique et a également participé aux recherches expérimentales menées dans le laboratoire d »Exner. En 1913, Schrödinger a demandé le titre de professeur associé privé et, après avoir suivi les procédures appropriées (soumission d »un article scientifique, présentation d »une « conférence d »essai », etc.), le ministère lui a accordé son grade (habilitations) au début de 1914. La Première Guerre mondiale a retardé de quelques années le début des activités d »enseignement de Schrödinger. Le jeune physicien est enrôlé dans l »armée et sert dans l »artillerie sur les sections relativement calmes du front sud-ouest autrichien : à Raibl, Komarom, puis Prosecco et autour de Trieste. En 1917, il est nommé professeur de météorologie à l »école des officiers de Wiener Neustadt. Ce mode de service lui laissait suffisamment de temps pour lire des ouvrages spécialisés et travailler sur des problèmes scientifiques.

En novembre 1918, Schrödinger retourne à Vienne et, à peu près au même moment, on lui propose le poste de professeur extraordinaire de physique théorique à l »université de Tchernivtsi. Cependant, après l »effondrement de l »Empire austro-hongrois, cette ville se trouvait dans un autre pays, et l »occasion était donc perdue. La situation économique difficile du pays, les bas salaires et la faillite de l »entreprise familiale l »obligent à chercher un nouvel emploi, y compris à l »étranger. Une occasion propice se présente à l »automne 1919, lorsque Max Wien, qui dirige l »Institut de physique de l »université d »Iéna, invite Schrödinger à occuper le poste de son assistant et professeur associé en physique théorique. L »Autrichien accepte volontiers l »offre et, en avril 1920, il s »installe à Iéna (juste après son mariage). Schrödinger ne reste à Iéna que quatre mois et s »installe rapidement à Stuttgart en tant que professeur honoraire du collège technique local (aujourd »hui l »université de Stuttgart). L »augmentation substantielle des salaires a été un facteur important dans le contexte de la hausse de l »inflation. Très vite, cependant, d »autres institutions – les universités de Breslau, Kiel, Hambourg et Vienne – ont commencé à offrir des conditions encore meilleures et des emplois de professeur de physique théorique. Schrödinger choisit la première solution et quitte Stuttgart après seulement un semestre. Il enseigne à Breslau pendant le semestre d »été, puis change à nouveau de poste à la fin de ce semestre, en prenant la prestigieuse chaire de physique théorique de l »université de Zurich.

De Zurich à Berlin (1921-1933)

Schrödinger s »installe à Zurich durant l »été 1921. La vie y était plus stable sur le plan matériel, les montagnes voisines offraient au scientifique, qui aimait l »alpinisme et le ski, de confortables possibilités de détente, et la compagnie de célèbres collègues, Peter Debye, Paul Scherrer et Hermann Weil, qui travaillaient à l »école polytechnique de Zurich toute proche, créait l »atmosphère nécessaire à la créativité scientifique. Son séjour à Zurich est entaché en 1921-1922 par une grave maladie ; Schroedinger est atteint de tuberculose pulmonaire et séjourne pendant neuf mois dans la ville thermale d »Arosa, dans les Alpes suisses. En termes de créativité, les années zurichoises ont été les plus fructueuses pour Schrödinger, qui y a écrit ses travaux classiques sur la mécanique des ondes. Weil est connu pour avoir été d »une grande aide pour surmonter ses difficultés mathématiques.

La renommée qu »apportent les travaux pionniers de Schrödinger fait de lui l »un des principaux candidats au prestigieux poste de professeur de physique théorique à l »université de Berlin, vacant après la démission de Max Planck. Après le refus d »Arnold Sommerfeld et après avoir surmonté ses doutes quant à l »opportunité de quitter sa chère Zurich, Schrödinger accepte l »offre et prend ses nouvelles fonctions le 1er octobre 1927. À Berlin, le physicien autrichien trouve des amis et des associés en la personne de Max Planck, Albert Einstein et Max von Laue, qui partagent ses vues conservatrices sur la mécanique quantique et ne reconnaissent pas son interprétation de Copenhague. À l »université, Schrödinger donne des cours sur diverses branches de la physique, anime des séminaires, dirige le colloque de physique, participe à l »organisation d »événements, mais en général, il se tient à l »écart, comme en témoigne le manque d »étudiants. Comme l »a fait remarquer Viktor Weisskopf, qui avait un jour travaillé comme assistant de Schrödinger, ce dernier « jouait le rôle d »un étranger à l »université ».

Oxford-Graz-Gand (1933-1939)

Le temps passé à Berlin a été décrit par Schrödinger comme « les belles années où j »ai étudié et appris ». Cette époque a pris fin en 1933, après l »arrivée au pouvoir d »Hitler. Au cours de l »été de cette année-là, le scientifique déjà d »âge moyen, ne souhaitant plus rester sous la coupe du nouveau régime, décide de changer à nouveau d »air. Il convient de noter que, malgré son attitude négative à l »égard du nazisme, il ne l »a jamais exprimée ouvertement et ne souhaitait pas s »immiscer dans la politique. Maintenir son caractère apolitique dans l »Allemagne de l »époque était presque impossible. Schroedinger lui-même, expliquant les raisons de son départ, a déclaré : « Je ne supporte pas d »être harcelé par la politique. Le physicien britannique Frederick Lindeman (futur Lord Cherwell), alors en visite en Allemagne, invite Schrödinger à l »université d »Oxford. Parti pour des vacances d »été dans le Tyrol du Sud, le scientifique ne retourne pas à Berlin et en octobre 1933, il arrive à Oxford avec sa femme. Peu après son arrivée, il apprend qu »il a reçu le prix Nobel de physique (conjointement avec Paul Dirac) « pour la découverte de formes nouvelles et fructueuses de la théorie atomique ». Dans une autobiographie écrite à cette occasion, Schrödinger a donné l »évaluation suivante de son style de pensée :

Dans mon travail scientifique, comme dans la vie en général, je n »ai jamais suivi une ligne générale, ni un programme directeur pendant longtemps. Bien que je sois très mauvais dans le travail d »équipe, y compris, malheureusement, avec les étudiants, mon travail n »a jamais été entièrement indépendant, car mon intérêt pour un sujet dépend toujours de l »intérêt manifesté par les autres pour ce même sujet. Je dis rarement le premier mot, mais souvent le second, car l »impulsion vient généralement d »un désir d »objecter ou de corriger…

À Oxford, Schrödinger devient membre du Magdalen College, sans charge d »enseignement et recevant, comme d »autres émigrés, des fonds de l »Imperial Chemical Industry. Cependant, il n »a jamais réussi à s »habituer à l »environnement spécifique de l »une des plus anciennes universités d »Angleterre. L »une des raisons était le manque d »intérêt pour la physique théorique moderne à Oxford, qui se concentrait principalement sur l »enseignement des humanités traditionnelles et de la théologie, ce qui donnait au scientifique le sentiment de bénéficier d »une position élevée et d »un salaire important non mérités, qu »il appelait parfois une sorte d »aumône. Un autre aspect du malaise de Schroedinger à Oxford était les particularités de la vie sociale, pleine de conventions et de formalités qui, de son propre aveu, entravaient sa liberté. À cela s »ajoute la nature inhabituelle de sa vie privée et familiale, qui a fait scandale dans les milieux cléricaux d »Oxford. Schroedinger est notamment entré en conflit avec Clive Lewis, professeur de langue et de littérature anglaises. Tous ces problèmes, ainsi que la fin du programme de bourses pour émigrants au début de 1936, amènent Schroedinger à envisager des options pour poursuivre une carrière en dehors d »Oxford. Après une visite à Édimbourg à l »automne 1936, il accepte l »offre de rentrer au pays et d »occuper un poste de professeur de physique théorique à l »université de Graz.

Le séjour de Schrödinger en Autriche ne dure pas longtemps : en mars 1938, le pays est annexé à l »Allemagne nazie. Sur les conseils du président de l »université, Schrödinger rédige une lettre de réconciliation avec le nouveau gouvernement, qui est publiée le 30 mars dans le journal Tagespost de Graz et suscite une réaction négative de ses collègues émigrés. Ces mesures n »ont cependant rien donné : le scientifique a été démis de ses fonctions pour cause de « non-fiabilité » politique, ce qui lui a été notifié officiellement en août 1938. Sachant qu »il lui sera bientôt impossible de quitter le pays, Schrödinger quitte précipitamment l »Autriche pour Rome (l »Italie fasciste est le seul pays qui n »exige pas de visa à l »époque). À cette époque, il avait noué des relations avec le Premier ministre irlandais Eamon de Valera, mathématicien de formation, qui envisageait de créer à Dublin un équivalent du Princeton Institute for Higher Studies. De Valera, alors président de l »Assemblée de la Société des Nations à Genève, obtient un visa de transit pour que Schroedinger et sa femme puissent traverser l »Europe. À l »automne 1938, après une brève escale en Suisse, ils arrivent à Oxford. Pendant la mise en place de l »institut de Dublin, le scientifique a accepté d »occuper un poste temporaire à Gand, en Belgique, financé par la Fondation Francqui. C »est là que le déclenchement de la Seconde Guerre mondiale l »a rattrapé. Grâce à l »intervention de de Valera, Schrödinger, qui après l »Anschluss était considéré comme un citoyen allemand (et donc un État ennemi), a pu traverser l »Angleterre et est arrivé dans la capitale irlandaise le 7 octobre 1939.

De Dublin à Vienne (1939-1961)

La législation relative à l »Institut des hautes études de Dublin a été adoptée par le Parlement irlandais en juin 1940. Schrödinger, qui devient le premier professeur de l »une des deux divisions initiales de l »institut, l »école de physique théorique, est également nommé son premier président. Les membres fondateurs ultérieurs de l »institut, qui comprenaient les physiciens bien connus Walter Geitler, Lajos Janosz et Cornelius Lanzos, ainsi que de nombreux jeunes physiciens, ont pu se consacrer pleinement à la recherche. Schrödinger organise un séminaire permanent, donne des conférences à l »université de Dublin et lance des cours d »été annuels à l »Institut, auxquels participent les principaux physiciens européens. Pendant ses années en Irlande, ses principaux intérêts de recherche étaient la théorie de la gravitation et les questions à l »interface entre la physique et la biologie. Il a été directeur du département de physique théorique de 1940 à 1945 et de 1949 à 1956, date à laquelle il a décidé de rentrer chez lui.

Bien que Schrödinger ait reçu plusieurs offres pour s »installer en Autriche ou en Allemagne après la guerre, il les a déclinées, ne souhaitant pas quitter sa patrie. Ce n »est qu »après la signature du traité d »État autrichien et le retrait des forces alliées qu »il accepte de retourner dans sa patrie. Au début de 1956, le président autrichien signe un décret lui accordant une chaire de professeur de physique théorique à l »université de Vienne. En avril de la même année, Schrödinger revient à Vienne et prend cérémonieusement ses fonctions, donnant une conférence en présence de nombreuses personnalités, dont le président de la république. Il était reconnaissant au gouvernement autrichien, qui avait fait en sorte qu »il puisse retourner à l »endroit où sa carrière avait commencé. Deux ans plus tard, l »érudit souvent malade a finalement quitté l »université, prenant sa retraite. Il a passé les dernières années de sa vie principalement dans le village tyrolien d »Alpbach. Schrödinger meurt des suites d »une exacerbation de la tuberculose dans un hôpital viennois le 4 janvier 1961 et est enterré à Alpbach.

Vie personnelle et loisirs

À partir du printemps 1920, Schrödinger est marié à Annemarie Bertel de Salzbourg, qu »il a rencontrée durant l »été 1913 à Seecham alors qu »il menait des expériences sur l »électricité atmosphérique. Ce mariage a duré jusqu »à la fin de la vie du scientifique, malgré les liaisons régulières du couple « à côté ». Parmi les amants d »Annemarie figurent les collègues de son mari, Paul Ewald et Hermann Weil. Schroedinger, quant à lui, eut de nombreuses liaisons avec des jeunes femmes, dont deux étaient encore adolescentes (avec l »une d »elles, il passa l »hiver 1925 en vacances à Arosa, pendant lequel il travailla intensivement à la création de la mécanique ondulatoire). Bien qu »Erwin et Annemarie n »aient pas eu d »enfants, Schrödinger est connu pour avoir eu plusieurs enfants hors mariage. La mère de l »une d »entre elles, Hilde March, épouse d »Arthur March, l »un des amis autrichiens de Schrödinger, devient la » seconde épouse » de Schrödinger. En 1933, lorsqu »il quitte l »Allemagne, il est en mesure de faire financer Oxford non seulement pour lui-même mais aussi pour les March ; au printemps 1934, Hilde donne naissance à une fille, Ruth Georgine March, de Schrödinger. L »année suivante, les Marches reviennent à Innsbruck. Un tel style de vie libéral choque les habitants puritains d »Oxford, ce qui explique en partie le malaise de Schroedinger dans cette ville. Deux autres enfants hors mariage lui sont nés pendant son séjour à Dublin. À partir des années 1940, Annemarie est régulièrement hospitalisée pour des crises de dépression.

Les biographes et les contemporains ont souvent noté la polyvalence des intérêts de Schrödinger, sa connaissance approfondie de la philosophie et de l »histoire. Il parlait six langues étrangères (anglais, français, espagnol et italien, en plus du grec et du latin du « gymnase »), lisait les classiques dans leur version originale et les traduisait, écrivait des poèmes (un recueil a été publié en 1949) et aimait la sculpture.

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Travaux précoces et expérimentaux

Au début de sa carrière scientifique, Schrödinger a effectué de nombreuses recherches théoriques et expérimentales, qui correspondaient aux intérêts de son professeur Franz Exner – électrotechnique, électricité atmosphérique et radioactivité, étude des propriétés des diélectriques. Parallèlement, le jeune scientifique étudie activement les questions purement théoriques de la mécanique classique, la théorie des oscillations, la théorie du mouvement brownien et les statistiques mathématiques. En 1912, à la demande des auteurs du « Handbook of Electricity and Magnetism » (Handbuch der Elektrizität und des Magnetismus), il rédige un important article de synthèse sur les « diélectriques », signe de la reconnaissance de ses travaux dans le monde scientifique. La même année, Schrödinger donne une estimation théorique de la distribution probable en altitude des substances radioactives, nécessaire pour expliquer la radioactivité observée de l »atmosphère, et en août 1913, il effectue à Seeham les mesures expérimentales correspondantes, confirmant certaines conclusions de Victor Franz Hess sur la valeur insuffisante de la concentration des produits de désintégration pour expliquer l »ionisation mesurée de l »atmosphère. Schrödinger a reçu le prix Haitinger de l »Académie autrichienne des sciences en 1920 pour ces travaux. D »autres recherches expérimentales menées par le jeune scientifique en 1914 consistaient à vérifier la formule de la pression capillaire dans les bulles de gaz et à étudier les propriétés des rayons bêta mous produits par les rayons gamma tombant sur des surfaces métalliques. Il a réalisé ce dernier travail en collaboration avec son ami expérimentateur Karl Wilhelm Friedrich Kohlrausch. En 1919, Schrödinger réalise sa dernière expérience physique (étude de la cohérence de rayons émis à un grand angle l »un par rapport à l »autre) et se concentre ensuite sur la recherche théorique.

La doctrine de la couleur

Le laboratoire d »Exner accorde une attention particulière à la science de la couleur, poursuivant et développant les travaux de Thomas Jung, James Clerk Maxwell et Hermann Helmholtz dans ce domaine. Schrödinger s »est occupé de l »aspect théorique de la question, apportant d »importantes contributions à la théorie des couleurs. Les résultats de ses travaux ont été présentés dans un long article publié dans Annalen der Physik en 1920. Le scientifique s »est basé non pas sur un triangle de couleur plat, mais sur un espace chromatique tridimensionnel dont les vecteurs de base sont les trois couleurs primaires. Les couleurs spectrales pures se déposent sur une surface d »une certaine figure (cône de couleur), tandis que son volume est occupé par des couleurs mélangées (par exemple, le blanc). A chaque couleur concrète correspond le vecteur-rayon dans cet espace couleur. L »étape suivante dans la direction de ce qu »on appelle la chromométrie supérieure a été une définition stricte de certaines caractéristiques quantitatives (comme la luminosité) afin de pouvoir comparer objectivement leurs valeurs relatives pour différentes couleurs. À cette fin, Schrödinger, suivant l »idée de Helmholtz, a introduit dans l »espace coloré tridimensionnel les lois de la géométrie riemannienne, de sorte que la plus courte distance entre deux points donnés de cet espace (sur une ligne géodésique) devrait servir de valeur quantitative de la différence entre deux couleurs. Il a également proposé des mesures concrètes de l »espace colorimétrique qui permettaient de calculer la luminosité des couleurs conformément à la loi de Weber-Fechner.

Au cours des années suivantes, Schrödinger consacre plusieurs articles aux caractéristiques physiologiques de la vision (notamment la couleur des étoiles observées la nuit) et rédige également une grande étude sur la perception visuelle pour la prochaine édition du populaire Müller-Pouillet Lehrbuch der Physik (manuel Müller-Pouillet). Dans un autre article, il s »est penché sur l »évolution de la vision des couleurs, en essayant de relier la sensibilité de l »œil à la lumière de différentes longueurs d »onde à la composition spectrale du rayonnement solaire. Il pensait cependant que les bâtonnets insensibles aux couleurs (récepteurs rétiniens responsables de la vision nocturne) avaient évolué bien plus tôt dans l »évolution (peut-être chez d »anciennes créatures vivant sous l »eau) que les cônes. Ces changements évolutifs, affirme-t-il, peuvent être retracés jusqu »à la structure de l »œil. Grâce à ses travaux, au milieu des années 1920, Schrödinger avait acquis la réputation d »être l »un des principaux spécialistes de la théorie des couleurs, mais à partir de ce moment-là, son attention a été entièrement absorbée par des problèmes tout à fait différents et il n »est plus revenu sur ce sujet dans les années suivantes.

Physique statistique

Schrödinger, formé à l »université de Vienne, a été très influencé par son célèbre compatriote Ludwig Boltzmann, ses travaux et ses méthodes. Déjà dans l »un de ses premiers articles (1912), il appliquait les méthodes de la théorie cinétique pour décrire les propriétés diamagnétiques des métaux. Bien que ces résultats n »aient eu qu »un succès limité et qu »ils ne pouvaient en général pas être corrects en l »absence de statistiques quantiques correctes pour les électrons, Schrödinger a rapidement décidé d »appliquer l »approche de Boltzmann à un problème plus complexe : la construction de la théorie cinétique des solides et, en particulier, la description de la cristallisation et de la fusion. Partant des récents résultats de Peter Debye, le physicien autrichien a généralisé l »équation d »état des liquides et interprété son paramètre (température critique) comme la température de fusion. Après la découverte de la diffraction des rayons X en 1912, le problème s »est posé de la description théorique du phénomène, et en particulier de l »influence du mouvement thermique des atomes sur la structure des figures d »interférence observées. Dans un article publié en 1914, Schrödinger (indépendamment de Debye) a considéré le problème dans le cadre du modèle de réseau dynamique de Born-Von Karman et a obtenu la dépendance de la température pour la distribution de l »intensité angulaire des rayons X. Cette dépendance a rapidement été confirmée expérimentalement. Ces travaux et d »autres travaux antérieurs de Schrödinger l »intéressaient également du point de vue de la structure atomique de la matière et du développement de la théorie cinétique, qui, selon lui, devrait à l »avenir remplacer définitivement les modèles à milieu continu.

Pendant son service en temps de guerre, Schrödinger a étudié le problème des fluctuations thermodynamiques et des phénomènes connexes, en accordant une attention particulière aux travaux de Marian Smoluchowski. Après la guerre, la physique statistique devient un thème majeur dans le travail de Schrödinger, qui y consacre la plupart de ses écrits dans la première moitié des années 1920. En 1921, par exemple, il a soutenu qu »il existait une différence entre les isotopes d »un même élément sur le plan thermodynamique (ce que l »on appelle le paradoxe de Gibbs), bien qu »ils puissent être pratiquement indiscernables sur le plan chimique. Dans un certain nombre d »articles, Schrödinger a clarifié ou élaboré des résultats spécifiques obtenus par ses collègues dans diverses questions de physique statistique (capacité thermique spécifique des solides, équilibre thermique entre la lumière et les ondes sonores, etc.) Certains de ces articles ont utilisé des considérations de nature quantique, comme l »article sur la capacité thermique spécifique de l »hydrogène moléculaire ou les publications sur la théorie quantique des gaz idéaux (dégénérés). Ces travaux ont précédé, à l »été 1924, l »apparition des travaux de Chateau Bose et d »Albert Einstein, qui ont jeté les bases d »une nouvelle statistique quantique (la statistique de Bose-Einstein) et l »ont appliquée au développement de la théorie quantique du gaz atomique idéal. Schrödinger se joint à l »étude des détails de cette nouvelle théorie, discutant à sa lumière la question de la détermination de l »entropie du gaz. À l »automne 1925, en utilisant la nouvelle définition de l »entropie de Max Planck, il a dérivé des expressions pour les niveaux d »énergie quantifiés du gaz dans son ensemble, plutôt que pour ses molécules individuelles. Le travail sur ce sujet, la communication avec Planck et Einstein, et l »introduction à la nouvelle idée de Louis de Broglie sur les propriétés ondulatoires de la matière ont été les conditions préalables à la poursuite des recherches, qui ont abouti à la création de la mécanique ondulatoire. Dans l »article immédiatement précédent « Towards an Einstein Theory of Gas », Schrödinger a montré l »importance du concept de de Broglie pour comprendre les statistiques de Bose-Einstein.

Plus tard, Schrödinger revient régulièrement dans ses écrits sur la mécanique statistique et la thermodynamique. Dans la période de Dublin de sa vie, il a écrit plusieurs articles sur les fondements de la théorie des probabilités, l »algèbre de Boole, et l »application des méthodes statistiques à l »analyse des lectures des détecteurs de rayons cosmiques. Dans Statistical Thermodynamics (1946), écrit sur la base d »un cours magistral qu »il a donné, le scientifique a examiné en détail certains problèmes fondamentaux auxquels les manuels ordinaires n »accordent souvent qu »une attention insuffisante (difficultés à déterminer l »entropie, condensation de Bose et dégénérescence, énergie du point zéro dans les cristaux et les rayonnements électromagnétiques, etc.) Schrödinger a consacré plusieurs articles à la nature du second principe de la thermodynamique, la réversibilité des lois physiques dans le temps, dont il associait le sens à une augmentation de l »entropie (dans ses écrits philosophiques, il soulignait que le sens du temps est peut-être dû au fait même de l »existence de la conscience humaine).

Mécanique quantique

Dès les premières années de sa carrière scientifique, Schrödinger a été initié aux idées de la théorie quantique développée dans les travaux de Max Planck, Albert Einstein, Niels Bohr, Arnold Sommerfeld et d »autres scientifiques. Cette connaissance a été facilitée par son travail sur certains problèmes de physique statistique, mais le scientifique autrichien n »était alors pas encore prêt à se séparer des méthodes traditionnelles de la physique classique. Bien que Schrödinger reconnaisse le succès de la théorie quantique, son attitude à son égard était ambiguë, et il essayait d »éviter autant que possible d »utiliser les nouvelles approches avec toutes leurs incertitudes. Bien plus tard, après la création de la mécanique quantique, il a dit, en se souvenant de cette époque :

L »ancien institut viennois de Ludwig Boltzmann … m »a donné l »occasion d »être pénétré par les idées de ce puissant esprit. Le cercle de ces idées est devenu mon premier amour de la science ; rien d »autre ne m »a autant captivé, et ce ne sera probablement plus jamais le cas. J »ai abordé la théorie moderne de l »atome très lentement. Ses contradictions internes ressemblent à des dissonances stridentes comparées à la cohérence pure et inexorablement claire de la pensée de Boltzmann. Il fut un temps où j »étais sur le point de fuir, mais, poussé par Exner et Kohlrausch, j »ai trouvé mon salut dans la doctrine de la couleur.

Les premières publications de Schrödinger sur la théorie atomique et spectrale ne sont pas parues avant le début des années 1920, suite à sa rencontre personnelle avec Arnold Sommerfeld et Wolfgang Pauli et à son déménagement pour travailler en Allemagne, qui était le centre du développement de la nouvelle physique. En janvier 1921, Schrödinger achève son premier article sur le sujet, traitant, dans le cadre de la théorie de Bohr-Sommerfeld, de l »influence de l »interaction des électrons sur certaines caractéristiques des spectres des métaux alcalins. Il s »est particulièrement intéressé à l »introduction de considérations relativistes dans la théorie quantique. À l »automne 1922, il analyse les orbites des électrons dans l »atome d »un point de vue géométrique, en utilisant les méthodes du célèbre mathématicien Hermann Weyl. Ce travail, dans lequel il a été démontré que les orbites quantiques peuvent être comparées à certaines propriétés géométriques, a constitué une étape importante qui a anticipé certaines caractéristiques de la mécanique ondulatoire. Plus tôt dans la même année, Schrödinger avait obtenu une formule pour l »effet Doppler relativiste pour les raies spectrales, basée sur l »hypothèse des quanta de lumière et la conservation de l »énergie et de la quantité de mouvement. Cependant, il avait de grands doutes sur la validité de ces dernières considérations dans le microcosme. Proche de l »idée de son professeur Exner sur la nature statistique des lois de conservation, il accepte avec enthousiasme la parution au printemps 1924 d »un article de Bohr, Kramers et Slater, qui suggère la possibilité de briser ces lois dans des processus atomiques individuels (par exemple, dans les processus d »émission de rayonnement). Bien que les expériences de Hans Geiger et de Walter Bothe aient rapidement montré l »incompatibilité de cette hypothèse avec l »expérience, l »idée de l »énergie en tant que concept statistique a attiré Schrödinger tout au long de sa vie et il en a parlé dans plusieurs rapports et publications.

L »impulsion immédiate pour le début du développement de la mécanique ondulatoire fut la connaissance par Schrödinger, début novembre 1925, de la thèse de Louis de Broglie contenant l »idée des propriétés ondulatoires de la matière et de l »article d »Einstein sur la théorie quantique des gaz, qui citait le travail du scientifique français. Le succès des travaux de Schrödinger dans ce domaine est dû à sa maîtrise de l »appareil mathématique approprié, notamment des méthodes de résolution des problèmes de valeurs propres. Schrödinger a tenté de généraliser les ondes de de Broglie au cas des particules en interaction, en tenant compte des effets relativistes, comme le scientifique français. Après un certain temps, il a réussi à représenter les niveaux d »énergie comme des valeurs propres d »un opérateur. Cependant, la vérification pour le cas de l »atome le plus simple, l »atome d »hydrogène, a été décevante : les résultats des calculs ne coïncident pas avec les données expérimentales. La raison en est qu »en fait Schrödinger a reçu l »équation relativiste, connue aujourd »hui sous le nom d »équation de Klein-Gordon, qui n »est valable que pour les particules à spin nul (à l »époque, le spin n »était pas encore connu). Après cet échec, le scientifique a abandonné ce travail et n »y est revenu que quelque temps plus tard, après avoir découvert que son approche donnait des résultats satisfaisants dans l »approximation non relativiste.

Au cours du premier semestre de 1926, le comité de rédaction des Annalen der Physik reçoit quatre parties du célèbre article de Schrödinger intitulé « Quantization as an eigenvalue problem ». Dans la première partie (reçue par le comité de rédaction le 27 janvier 1926), à partir de l »analogie optique-mécanique de Hamilton, l »auteur a dérivé une équation d »onde, maintenant connue sous le nom d »équation de Schrödinger indépendante du temps (stationnaire), et l »a appliquée à la découverte de niveaux d »énergie discrets de l »atome d »hydrogène. Le principal avantage de son approche, selon le scientifique, est que « les règles quantiques ne contiennent plus la mystérieuse « exigence d »intégrabilité » : elle est maintenant traçable, pour ainsi dire, un pas plus loin et trouve sa justification dans la délimitation et l »unicité d »une fonction spatiale ». Cette fonction, appelée plus tard fonction d »onde, a été présentée formellement comme une quantité liée logarithmiquement à l »action du système. Dans une deuxième communication (reçue le 23 février 1926), Schrödinger aborde les idées générales qui sous-tendent sa méthodologie. Développant l »analogie opto-mécanique, il a généralisé l »équation d »onde et est arrivé à la conclusion que la vitesse d »une particule est égale à la vitesse de groupe du paquet d »ondes. Selon le scientifique, dans le cas général, « il est nécessaire de représenter la variété des processus possibles, en se basant sur l »équation des ondes, plutôt que sur les équations de base de la mécanique, qui, pour expliquer l »essence de la microstructure du mouvement mécanique, est aussi inadaptée que l »optique géométrique pour expliquer la diffraction. Enfin, Schrödinger a utilisé sa théorie pour résoudre certains problèmes particuliers, notamment celui de l »oscillateur harmonique, obtenant une solution cohérente avec les résultats de la mécanique matricielle de Heisenberg.

Dans l »introduction de la troisième partie de l »article (reçue le 10 mai 1926), le terme « mécanique ondulatoire » (Wellenmechanik) apparaît pour la première fois pour désigner l »approche développée par Schrödinger. Généralisant la méthode développée par Lord Rayleigh dans la théorie des oscillations acoustiques, le scientifique autrichien a mis au point un moyen d »obtenir des solutions approximatives de problèmes complexes dans le cadre de sa théorie, connue sous le nom de théorie des perturbations indépendantes du temps. Il a appliqué cette méthode pour décrire l »effet Stark pour l »atome d »hydrogène et a obtenu un bon accord avec les données expérimentales. Dans sa quatrième communication (reçue le 21 juin 1926), il a formulé l »équation appelée plus tard équation de Schrödinger non stationnaire (temporelle) et l »a utilisée pour développer une théorie des perturbations dépendant du temps. A titre d »exemple, il a considéré le problème de la dispersion et a discuté des questions connexes, en particulier dans le cas d »un potentiel de perturbation périodique dans le temps ; il a déduit l »existence de fréquences Raman dans le rayonnement secondaire. Dans le même article, une généralisation relativiste de l »équation de base de la théorie, qui avait été dérivée par Schrödinger à un stade précoce de ses travaux (l »équation de Klein-Gordon), a été présentée.

Dès leur apparition, les travaux de Schrödinger ont attiré l »attention des plus grands physiciens du monde et ont été accueillis avec enthousiasme par des scientifiques tels qu »Einstein, Planck et Sommerfeld. Il semblait surprenant que la description au moyen d »équations différentielles continues donne les mêmes résultats que la mécanique matricielle avec son formalisme algébrique inhabituel et compliqué et son recours à la discrétisation des lignes spectrales connues par expérience. La mécanique ondulatoire, proche dans son esprit de la mécanique classique du continuum, semblait préférable à de nombreux scientifiques. En particulier, Schrödinger lui-même était critique à l »égard de la théorie matricielle d »Heisenberg : « Bien sûr, je connaissais sa théorie, mais j »étais découragé, sinon repoussé, par les méthodes très difficiles de l »algèbre transcendantale et le manque de clarté. Néanmoins, Schrödinger était convaincu de l »équivalence formelle des formalismes de la mécanique ondulatoire et matricielle. La preuve de cette équivalence a été donnée par lui dans un article « On the relation of Heisenberg-Borne-Jordan quantum mechanics to mine », reçu par les éditeurs des Annalen der Physik le 18 mars 1926. Il a montré que toute équation de la mécanique ondulatoire peut être représentée sous forme de matrice et, inversement, que l »on peut passer de matrices données à des fonctions d »onde. Indépendamment, le lien entre les deux formes de mécanique quantique a été établi par Carl Eckart et Wolfgang Pauli.

La communauté scientifique a immédiatement pris conscience de l »importance de la mécanique ondulatoire de Schrödinger et, dès les premiers mois qui ont suivi la parution des travaux de base dans diverses universités d »Europe et d »Amérique, des activités ont été lancées pour étudier et appliquer la nouvelle théorie à divers problèmes privés. Les discours de Schrödinger lors des réunions de la Société allemande de physique à Berlin et à Munich au cours de l »été 1926, ainsi qu »une vaste tournée en Amérique qu »il entreprend de décembre 1926 à avril 1927, contribuent à propager les idées de la mécanique ondulatoire. Au cours de ce voyage, il a donné 57 conférences dans diverses institutions scientifiques des États-Unis.

Peu après la parution des articles séminaux de Schrödinger, le formalisme pratique et cohérent qui y est décrit a commencé à être largement utilisé pour résoudre une grande variété de problèmes en théorie quantique. Toutefois, le formalisme lui-même n »était pas encore suffisamment clair à l »époque. L »une des principales questions posées par les travaux précurseurs de Schrödinger était de savoir ce qui vibre dans l »atome, c »est-à-dire le problème de la signification et des propriétés de la fonction d »onde. Dans la première partie de son article, il la considère comme une fonction réelle, à valeur unique et partout deux fois différentiable, mais dans la dernière partie, il admet la possibilité de valeurs complexes pour elle. Le carré du module de cette fonction est considéré comme une mesure de la distribution de la densité de charge électrique dans l »espace de configuration. Le scientifique pensait que les particules pouvaient maintenant être représentées comme des paquets d »ondes, proprement composés d »un ensemble de fonctions propres, et que l »on pouvait donc abandonner complètement les représentations corpusculaires. L »impossibilité d »une telle explication est apparue très vite : en général, les paquets d »ondes deviennent inévitablement flous, ce qui est en contradiction avec le comportement manifestement corpusculaire des particules dans les expériences de diffusion d »électrons. La solution au problème a été donnée par Max Born, qui a proposé une interprétation probabiliste de la fonction d »onde.

Pour Schrödinger, cette interprétation statistique, qui contredisait ses idées sur les ondes réelles de la mécanique quantique, était totalement inacceptable, car elle laissait en vigueur les sauts quantiques et autres éléments de discontinuité, dont il voulait se débarrasser. Le rejet par le scientifique de la nouvelle interprétation de ses résultats s »est manifesté le plus clairement lors d »une discussion avec Niels Bohr, qui a eu lieu en octobre 1926, lors d »une visite à Schrödinger à Copenhague. Werner Heisenberg, témoin de ces événements, a écrit plus tard :

La discussion entre Bohr et Schrödinger a commencé dès la gare de Copenhague et s »est poursuivie quotidiennement, du matin au soir. Schrödinger est resté chez Bohr, de sorte que, par des circonstances purement extérieures, la discussion ne pouvait pas être interrompue… Après quelques jours, Schrödinger est tombé malade, probablement à cause d »un effort extrême ; la fièvre et un rhume l »ont obligé à rester au lit. Frau Bohr l »a soigné, lui apportant du thé et des bonbons, mais Niels Bohr s »est assis sur le bord du lit et a imploré Schrödinger : « Vous devez encore comprendre que… »… Aucune véritable compréhension ne pouvait alors être atteinte, car aucune des deux parties ne pouvait offrir une interprétation complète et cohérente de la mécanique quantique.

Cette interprétation, fondée sur le traitement probabiliste de Born de la fonction d »onde, le principe d »incertitude d »Heisenberg et le principe d »additionnalité de Bohr, a été formulée en 1927 et est connue sous le nom d »interprétation de Copenhague. Cependant, Schrödinger ne pouvait pas l »accepter, et jusqu »à la fin de sa vie, il a défendu la nécessité d »une représentation visuelle de la mécanique ondulatoire. Cependant, lors d »une visite à Copenhague, il note qu »en dépit de toutes les différences scientifiques, « les relations avec Bohr et surtout avec Heisenberg … étaient absolument et résolument amicales et cordiales ».

Après avoir complété le formalisme de la mécanique ondulatoire, Schrödinger a pu l »utiliser pour obtenir un certain nombre de résultats privés importants. À la fin de 1926, il avait déjà utilisé sa méthode pour décrire l »effet Compton et avait également tenté de combiner la mécanique quantique et l »électrodynamique. À partir de l »équation de Klein-Gordon, Schrödinger a obtenu une expression pour le tenseur énergie-momentum et la loi de conservation correspondante pour la matière et les ondes électromagnétiques combinées. Cependant, ces résultats, tout comme l »équation originale, se sont avérés inapplicables à l »électron, car ils ne permettaient pas de prendre en compte son spin (ce qui fut fait plus tard par Paul Dirac, qui en a tiré sa célèbre équation). Ce n »est que de nombreuses années plus tard qu »il est apparu que les résultats obtenus par Schrödinger étaient valables pour les particules à spin nul, comme les mésons. En 1930, il a obtenu une expression généralisée de la relation d »incertitude d »Heisenberg pour toute paire de quantités physiques (observables). La même année, il a intégré pour la première fois l »équation de Dirac pour l »électron libre, arrivant à la conclusion que son mouvement est décrit par la somme d »un mouvement uniforme rectiligne et d »un mouvement de tremblement à haute fréquence (Zitterbewegung) de faible amplitude. Ce phénomène s »explique par l »interférence des parties à énergie positive et négative du paquet d »ondes correspondant à l »électron. En 1940-1941, dans le cadre de la mécanique ondulatoire (c »est-à-dire la représentation de Schrödinger), Schrödinger a développé en détail une méthode de factorisation pour résoudre les problèmes sur les valeurs propres. L »essence de cette approche consiste à représenter l »hamiltonien du système comme un produit de deux opérateurs.

Schrödinger est revenu à de nombreuses reprises sur la critique de divers aspects de l »interprétation de Copenhague à partir de la fin des années 1920, discutant de ces problèmes avec Einstein, avec qui ils étaient alors collègues à l »université de Berlin. Leur communication sur le sujet s »est poursuivie les années suivantes par correspondance, qui s »est intensifiée en 1935 après le célèbre article d »Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) sur l »incomplétude de la mécanique quantique. Dans une lettre à Einstein (19 août 1935), ainsi que dans un article envoyé le 12 août dans la revue Naturwissenschaften, il présente la première expérience mentale, qui est devenue connue sous le nom de paradoxe du chat de Schrödinger. L »essence du paradoxe, selon Schrödinger, était que l »incertitude au niveau atomique pouvait conduire à une incertitude à l »échelle macroscopique (un « mélange » d »un chat vivant et d »un chat mort). Cela ne satisfait pas à l »exigence de définition des états des macroobjets indépendamment de leur observation et, par conséquent, « nous empêche d »accepter de cette manière naïve le « modèle flou » [c »est-à-dire l »interprétation standard de la mécanique quantique] comme l »image de la réalité ». Einstein a vu dans cette expérience mentale une indication que la fonction d »onde est pertinente pour décrire un ensemble statistique de systèmes plutôt qu »un seul microsystème. Schrödinger n »était pas d »accord, considérant que la fonction d »onde avait une relation directe avec la réalité et non avec sa description statistique. Dans le même article, il analyse d »autres aspects de la théorie quantique (comme le problème de la mesure) et arrive à la conclusion que la mécanique quantique « n »est encore qu »une astuce commode, qui a cependant acquis… une influence extrêmement grande sur nos vues fondamentales de la nature ». D »autres réflexions sur le paradoxe EPR ont conduit Schrödinger au difficile problème de l »intrication quantique. Il a réussi à prouver le théorème mathématique général selon lequel, après avoir divisé un système en plusieurs parties, leur fonction d »onde totale n »est pas un simple produit des fonctions des sous-systèmes individuels. Selon Schrödinger, ce comportement des systèmes quantiques est un inconvénient essentiel de la théorie et une raison de l »améliorer. Bien que les arguments d »Einstein et de Schrödinger n »aient pas pu ébranler la position des partisans de l »interprétation standard de la mécanique quantique, représentés surtout par Bohr et Heisenberg, ils ont stimulé la clarification de certains aspects fondamentalement importants de celle-ci et ont même conduit à une discussion sur le problème philosophique de la réalité physique.

En 1927, Schrödinger a proposé le concept dit de résonance des interactions quantiques, basé sur l »hypothèse d »un échange continu d »énergie entre des systèmes quantiques ayant des fréquences naturelles proches. Cependant, cette idée, malgré tous les espoirs de l »auteur, ne pouvait pas remplacer le concept d »états stationnaires et de transitions quantiques. En 1952, dans l »article « Do quantum jumps exist ? », il revient sur le concept de résonance, critiquant l »interprétation probabiliste. Dans une réponse détaillée aux remarques contenues dans ce document, Max Born est arrivé à la conclusion suivante

…Je tiens à dire que je considère la mécanique ondulatoire de Schrödinger comme l »une des réalisations les plus remarquables de l »histoire de la physique théorique… Je suis loin de dire que l »interprétation connue aujourd »hui est parfaite et définitive. Je salue l »attaque de Schrödinger contre l »indifférence satisfaite de nombreux physiciens qui acceptent l »interprétation moderne simplement parce qu »elle fonctionne, sans se soucier de l »exactitude du raisonnement. Cependant, je ne pense pas que l »article de Schrödinger ait apporté une contribution positive à la résolution des difficultés philosophiques.

Electromagnétisme et relativité générale

Schrödinger a découvert les travaux d »Einstein sur la relativité générale (RG) en Italie, sur les rives du golfe de Trieste, où son unité militaire était stationnée pendant la Première Guerre mondiale. Il a détaillé le formalisme mathématique (calcul tensoriel) et la signification physique de la nouvelle théorie et en 1918 il a publié deux petits articles avec ses propres résultats, en particulier il a pris part aux discussions sur l »énergie du champ gravitationnel dans le cadre de la GR. Le scientifique n »est revenu aux sujets relativistes généraux qu »au début des années 1930, lorsqu »il a tenté de considérer le comportement des ondes de matière dans un espace-temps courbé. La période la plus fructueuse de l »étude de la gravitation par Schrödinger se situe pendant son travail à Dublin. Il a notamment obtenu un certain nombre de résultats spécifiques au modèle cosmologique de Sitter, y compris une référence aux processus de production de matière dans un tel modèle d »univers en expansion. Dans les années 1950, il a écrit deux livres sur la théorie de la gravité et la cosmologie, Spacetime Structure (1950) et The Expanding Universe (1956).

Un autre axe de travail de Schrödinger était la tentative de créer une théorie unifiée des champs en combinant la théorie de la gravitation et l »électrodynamique. Cette activité a été immédiatement précédée, à partir de 1935, par l »étude par le scientifique autrichien d »une généralisation non linéaire des équations de Maxwell. Le but de cette généralisation, entreprise d »abord par Gustav Mie (1912) puis par Max Born et Leopold Infeld (1934), était de limiter la magnitude du champ électromagnétique à de petites distances, ce qui devait fournir une valeur finie pour l »énergie intrinsèque des particules chargées. Dans cette approche, la charge électrique est traitée comme une propriété intrinsèque du champ électromagnétique. Depuis 1943, Schrödinger poursuit les tentatives de Weyl, Einstein et Arthur Eddington de dériver une équation de champ unifiée à partir du principe de moindre action en choisissant correctement la forme du lagrangien dans le cadre de la géométrie affine. Se limitant, comme ses prédécesseurs, à une considération purement classique, Schrödinger propose l »introduction d »un troisième champ qui doit compenser la difficulté de combiner gravitation et électromagnétisme, représenté sous la forme Born – Infeld. Il a associé ce troisième champ aux forces nucléaires, dont on pensait à l »époque que le support était d »hypothétiques mésons. En particulier, l »introduction d »un troisième champ dans la théorie a permis de conserver son invariance de jauge. En 1947, Schrödinger tente à nouveau d »unifier les champs électromagnétique et gravitationnel en choisissant une nouvelle forme du lagrangien et en dérivant de nouvelles équations de champ. Ces équations contenaient une relation entre l »électromagnétisme et la gravitation, dont le scientifique pensait qu »elle pouvait être responsable de la génération de champs magnétiques par des masses en rotation, comme le Soleil ou la Terre. Le problème, cependant, était que les équations ne permettaient pas de revenir à un champ électromagnétique pur lorsque la gravitation était « désactivée ». Malgré de nombreux efforts, les nombreux problèmes auxquels se heurte la théorie n »ont jamais été résolus. Schrödinger, comme Einstein, n »a pas réussi à créer une théorie des champs unifiée en géométrisant les champs classiques, et au milieu des années 1950, il s »est retiré de cette activité. Selon Otto Hittmair, l »un des collaborateurs de Schrödinger à Dublin, « les grands espoirs ont été remplacés par une nette déception pendant cette période de la vie du grand scientifique ».

« Qu »est-ce que la vie ? »

La création de la mécanique quantique a fourni une base théorique solide pour la chimie, avec laquelle l »explication moderne de la nature de la liaison chimique a été dérivée. Le développement de la chimie, à son tour, a eu une profonde influence sur la formation de la biologie moléculaire. Le célèbre scientifique Linus Pauling a écrit à ce sujet :

À mon avis, il est juste de dire que Schrödinger, en formulant son équation d »onde, est le principal responsable de la biologie moderne.

La contribution immédiate de Schrödinger à la biologie est son livre What is Life ? (1944), basé sur des conférences données au Trinity College de Dublin en février 1943. Ces conférences et ce livre ont été inspirés par un article de Nikolai Timofeev-Ressovsky, Karl Zimmer et Max Delbrück, publié en 1935 et remis à Schrödinger par Paul Ewald au début des années 1940. Cet article était consacré à l »étude des mutations génétiques qui se produisent sous l »influence des rayons X et gamma et pour l »explication desquelles les auteurs avaient développé la théorie des cibles. Bien qu »à cette époque la nature des gènes de l »hérédité ne soit pas encore connue, une vision du problème de la mutagenèse du point de vue de la physique atomique a permis d »identifier certains schémas généraux dans le processus. Les travaux de Timofeev-Zimmer-Delbrück ont servi de base au livre de Schrödinger, qui a attiré l »attention des jeunes physiciens. Certains d »entre eux (par exemple Maurice Wilkins) ont été influencés par ce projet et ont décidé de se lancer dans la biologie moléculaire.

Les premiers chapitres de « Qu »est-ce que la vie ? » sont consacrés à un aperçu des informations sur les mécanismes de l »hérédité et des mutations, notamment les idées de Timofeyev, Zimmer et Delbrück. Les deux derniers chapitres contiennent les réflexions de Schrödinger lui-même sur la nature de la vie. Dans l »un d »eux, l »auteur a introduit le concept d »entropie négative (remontant peut-être à Boltzmann), que les organismes vivants doivent obtenir du monde extérieur afin de compenser l »augmentation de l »entropie qui les conduit à l »équilibre thermodynamique et donc à la mort. C »est, selon Schrödinger, l »une des principales différences entre la vie et la nature non vivante. Selon Pauling, le concept d »entropie négative, formulé dans les travaux de Schrödinger sans la rigueur et la clarté voulues, n »apporte pratiquement rien à notre compréhension du phénomène de la vie. Francis Simon a fait remarquer peu après la publication du livre que l »énergie libre doit jouer un rôle beaucoup plus important pour les organismes que l »entropie. Dans les éditions ultérieures, Schrödinger a tenu compte de cette remarque, en soulignant l »importance de l »énergie libre, mais a laissé inchangée la discussion sur l »entropie dans ce « chapitre trompeur », selon les termes du lauréat du prix Nobel Max Perutz.

Dans le dernier chapitre, Schrödinger revient sur son idée, qui traverse tout le livre, que le mécanisme de fonctionnement des organismes vivants (leur reproductibilité exacte) est incompatible avec les lois de la thermodynamique statistique (caractère aléatoire au niveau moléculaire). Selon Schrödinger, les découvertes de la génétique suggèrent qu »il n »y a pas de place pour les lois probabilistes qui doivent obéir au comportement des molécules individuelles ; l »étude de la matière vivante peut donc conduire à de nouvelles lois non classiques (mais déterministes) de la nature. Pour résoudre ce problème, Schrödinger s »est tourné vers sa célèbre hypothèse du gène comme un cristal unidimensionnel apériodique, remontant aux travaux de Delbrück (ce dernier a écrit sur les polymères). C »est peut-être le cristal moléculaire apériodique dans lequel est écrit le « programme de la vie » qui permet d »éviter les difficultés liées au mouvement thermique et au désordre statistique. Toutefois, comme l »a montré le développement ultérieur de la biologie moléculaire, les lois existantes de la physique et de la chimie étaient suffisantes pour le développement de ce domaine de connaissances : les difficultés évoquées par Schrödinger sont résolues par le principe de complémentarité et la catalyse enzymatique, qui permet de produire de grandes quantités d »une substance particulière. Tout en reconnaissant le rôle de « Qu »est-ce que la vie ? » dans la popularisation des idées de la génétique, Max Perutz conclut

…Un examen attentif de son livre et de la littérature connexe m »a montré que ce qui était correct dans son livre n »était pas original, et qu »une grande partie de ce qui était original n »était pas connu pour être correct au moment où le livre a été écrit. En outre, le livre ignore certaines découvertes cruciales qui ont été publiées avant sa parution.

En 1960, Schrödinger s »est souvenu de l »époque qui a suivi la fin de la Première Guerre mondiale :

J »avais l »intention d »enseigner la physique théorique, en prenant pour modèle les excellents cours de mon professeur préféré, Fritz Hasenörl, qui est mort pendant la guerre. Pour le reste, j »avais l »intention d »étudier la philosophie. À cette époque, j »ai approfondi les œuvres de Spinoza, Schopenhauer, Richard Zemon et Richard Avenarius. J »ai été obligé de rester dans le domaine de la physique théorique et, à ma grande surprise, il en est parfois ressorti quelque chose.

Ce n »est qu »après son arrivée à Dublin qu »il a pu consacrer une attention suffisante aux questions philosophiques. De sa plume sont sortis de nombreux ouvrages, non seulement sur les problèmes philosophiques de la science, mais aussi de nature philosophique générale – Science et humanisme (1952), La nature et les Grecs (1954), L »esprit et la matière (1958) et Ma vision du monde, un essai qu »il a achevé peu avant sa mort. Schrödinger porte une attention particulière à la philosophie antique, qui l »attire par son unité et l »importance qu »elle peut jouer dans la résolution des problèmes de la modernité. Il a écrit à ce sujet :

En essayant sérieusement de revenir au milieu intellectuel des penseurs de l »Antiquité, qui connaissaient beaucoup moins bien le comportement réel de la nature, mais qui avaient aussi souvent beaucoup moins de préjugés, nous pouvons retrouver leur liberté de pensée, ne serait-ce que pour l »utiliser, avec notre meilleure connaissance des faits, pour corriger leurs premières erreurs, qui peuvent encore nous mettre sur la sellette.

Dans ses écrits, s »inspirant également de l »héritage de la philosophie indienne et chinoise, Schrödinger a tenté d »adopter une vision unifiée de la science et de la religion, de la société humaine et des problèmes éthiques ; le problème de l »unité représentait l »un des principaux motifs de son travail philosophique. Dans des travaux que l »on peut classer dans la catégorie de la philosophie des sciences, il a souligné le lien étroit entre la science et le développement de la société et de la culture en général, a discuté des problèmes de la théorie de la cognition, a participé au débat sur le problème de la causalité et la modification de ce concept à la lumière de la nouvelle physique. Un certain nombre de livres et de recueils d »articles ont été consacrés à la discussion et à l »analyse d »aspects spécifiques des opinions philosophiques de Schrödinger sur diverses questions. Bien que Karl Popper l »ait qualifié d »idéaliste, Schrödinger a toujours défendu dans ses écrits la possibilité d »étudier la nature de manière objective :

Il existe une opinion savante répandue selon laquelle il est impossible d »obtenir une image objective du monde, telle qu »elle était comprise auparavant. Seuls les optimistes parmi nous (dont je fais partie) pensent qu »il s »agit d »une exaltation philosophique, signe de lâcheté face à la crise.

Quelques travaux de traduction en russe

Sources