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Erwin Schrödinger
Erwin Schrödinger (1887-1961), physicien autrichien, a formulé en 1926 l’équation fondamentale de la mécanique quantique et imaginé en 1935 le paradoxe du chat. Il a reçu le prix Nobel de physique 1933 avec Paul Dirac.
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L’équation de Schrödinger est à la mécanique quantique ce que les lois de Newton sont à la mécanique classique : elle décrit comment évolue l’état d’un système. Son auteur, pourtant, n’a jamais accepté l’interprétation probabiliste de sa propre théorie, et son célèbre chat devait en montrer l’absurdité. Il a aussi influencé la naissance de la biologie moléculaire.
Repères chronologiques
| Date | Événement |
|---|---|
| 12 août 1887 | naissance à Vienne |
| 1906-1910 | études de physique à l’université de Vienne ; thèse en 1910 |
| 1914-1918 | officier d’artillerie sur le front italien |
| 1921 | professeur à l’université de Zurich |
| janvier-juin 1926 | publie la mécanique ondulatoire en quatre articles |
| 1927 | succède à Max Planck à l’université de Berlin |
| 1933 | quitte l’Allemagne après l’arrivée de Hitler au pouvoir ; à Oxford ; prix Nobel de physique |
| 1935 | expérience de pensée du chat ; introduit le terme d’intrication |
| 1936 | professeur à Graz (Autriche) |
| 1938 | après l’Anschluss, renvoyé ; fuit l’Autriche |
| 1939 | à l’Institut d’études avancées de Dublin, à l’invitation d’Éamon de Valera |
| 1943 | conférences Qu’est-ce que la vie ?, publiées en 1944 |
| 1956 | retour à Vienne |
| 4 janvier 1961 | mort de la tuberculose à Vienne |
L’équation de Schrödinger (1926)
En 1924, Louis de Broglie propose que les particules matérielles, comme l’électron, sont aussi associées à une onde. Schrödinger cherche l’équation de cette onde et la publie en 1926, après des vacances de fin d’année 1925 à Arosa, en Suisse.
Appliquée à l’atome d’hydrogène, elle retrouve les niveaux d’énergie du modèle de Bohr, mais sans postulats arbitraires : la quantification découle naturellement des conditions sur l’onde, comme les fréquences d’une corde vibrante. Schrödinger démontre la même année que sa mécanique ondulatoire est équivalente à la mécanique des matrices de Heisenberg. L’équation est la base de la chimie quantique, de la physique des solides et de l’électronique.
Que représente la fonction d’onde ?
Schrödinger imaginait l’électron comme une onde de matière réelle, étalée dans l’espace. Max Born propose en 1926 une interprétation différente, qui s’impose : le carré de l’amplitude de la fonction d’onde donne la probabilité de trouver la particule à un endroit. Schrödinger refuse cette lecture et les « sauts quantiques », qu’il juge inacceptables. Comme Einstein, il reste critique de l’interprétation de Copenhague. Voir la mécanique quantique.
Le chat de Schrödinger (1935)
Pour montrer l’étrangeté de l’interprétation dominante, Schrödinger imagine une expérience de pensée :
- un chat est enfermé dans une boîte avec un atome radioactif, un compteur Geiger et une fiole de poison ;
- si l’atome se désintègre, le compteur déclenche un marteau qui brise la fiole et le chat meurt ;
- au bout d’une heure, l’atome a une chance sur deux de s’être désintégré.
Selon la mécanique quantique, tant que personne n’a ouvert la boîte, l’atome est dans une superposition d’états « désintégré » et « non désintégré ». Faudrait-il dire que le chat est à la fois mort et vivant ? Schrödinger jugeait cette conclusion ridicule. La question de savoir comment le monde quantique devient le monde classique, dit problème de la mesure, est toujours étudiée ; la décohérence explique pourquoi les superpositions disparaissent très vite pour les objets macroscopiques.
La même année, dans sa correspondance avec Einstein, il crée le mot Verschränkung, traduit par intrication, pour désigner la corrélation entre deux particules quantiques.
Qu’est-ce que la vie ?
Dans ces conférences de Dublin (1943), Schrödinger se demande comment l’hérédité peut être stable à l’échelle moléculaire. Il suggère que le matériel génétique est un « cristal apériodique » contenant un code qui détermine le développement de l’organisme. Francis Crick et James Watson ont tous deux déclaré que ce livre avait orienté leur vocation vers l’étude du gène, qui aboutit à la structure de l'ADN en 1953. Voir Watson et Crick.
Le prix Nobel 1933
Le prix Nobel de physique 1933 est partagé entre Erwin Schrödinger et Paul Dirac « pour la découverte de formes nouvelles et fécondes de la théorie atomique ».
Une vie peu conventionnelle
Schrödinger vivait ouvertement avec son épouse et des compagnes, ce qui lui ferma notamment un poste à Princeton. Des écrits biographiques récents ont aussi mis en lumière des relations avec des adolescentes, qui ternissent son image. Il s’intéressait à la philosophie védantique, dont il pensait trouver un écho dans la physique.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que l’équation de Schrödinger ?
L’équation fondamentale de la mécanique quantique non relativiste. Elle décrit comment évolue la fonction d’onde d’un système et permet de calculer les niveaux d’énergie des atomes et des molécules.
Que veut dire le chat de Schrödinger ?
C’est une expérience de pensée de 1935 qui pousse à l’absurde la superposition quantique : un chat dont la vie dépend d’un atome radioactif serait, selon une lecture naïve de la théorie, à la fois mort et vivant tant qu’on n’a pas regardé.
Pourquoi Schrödinger a-t-il eu le prix Nobel ?
Pour sa mécanique ondulatoire, l’une des « formes nouvelles et fécondes de la théorie atomique ». Il a reçu le prix Nobel de physique 1933 avec Paul Dirac.