SKĄD SIĘ WZIĄŁ

KOT SCHRÖDINGERa

Przełożył

Sebastian Szymański

JOHN GRIBBIN

SKĄD SIĘ WZIĄŁ

KOT SCHRÖDINGERa

GENIUSZ Z WIEDNIa I KWaNTOWa REWOLUCJa

Tytuł oryginału
ERWIN SCHRÖDINGER aND THE QUaNTUM REVOLUTION

Copyright © John and Mary Gribbin 2012
all rights reserved

Zdjęcie na okładce
Fot. NaSa

Projekt okładki
Prószyński Media

Redaktor serii
adrian Markowski

Redakcja
anna Kaniewska

Korekta
anna Kapuścińska

Łamanie
alicja Rudnik

ISBN 978-83-7839-703-8

Warszawa 2014

Wydawca
Prószyński Media Sp. z o.o.
02-697 Warszawa, ul. Rzymowskiego 28
www.proszynski.pl

Druk i oprawa
OPOLGRaF Spółka akcyjna
45-085 Opole, ul. Niedziałkowskiego 8-12
www.opolgraf.com.pl

Terry’emu Rudolphowi

Nawet jeśli nigdy tego nie przeczyta

Nie wolno nam zapominać, że obrazy i modele nie mają w ostatecznym

rozrachunku żadnego innego celu poza tym, iż mają służyć jako rama

odniesienia dla wszystkich obserwacji, które są w zasadzie możliwe.

Erwin Schrödinger, Frankfurt, grudzień 1928 roku

Jego życie prywatne wydawało się dziwne mieszczanom takim jak

my. Nie ma to jednak większego znaczenia. Był najbardziej uroczą,

niezależną, zabawną, obdarzoną temperamentem, uprzejmą i hojną

osobą ze znanych mi ludzi, a do tego odznaczał się najbystrzejszym

umysłem.

Max Born, My Life (1978)

Spis treści

Przedmowa 11

Podziękowania 12

Wprowadzenie: To nie jest nauka o rakietach

13

1. Chłopiec z XIX wieku

17

Przodkowie – Dzieciństwo – Ostatni akord imperium
– Dziedzictwo nauki – Od ucznia do studenta

2. Fizyka przed Schrödingerem

30

Newton i świat cząstek – Maxwell i świat fal
– Boltzmann i świat statystyki

3. Mężczyzna z XX wieku

49

Życie studenckie – Życie poza laboratorium
– Służba wojskowa na froncie włoskim
– Z powrotem w Wiedniu – Po wojnie – Wędrowny profesor

4. Pierwsza rewolucja kwantowa

68

Gdy ciała doskonale czarne świecą – Pojawia się kwant
– Kwant staje się realny – We wnętrzu atomu
– Wyzwolić świetlną fantazję – Einstein raz jeszcze

9

spis treści

5. Solidne szwajcarskie poważanie

89

Uniwersytet i Eidgenössische Technische Hochschule

w Zurychu – Problemy osobiste i rozwój naukowy

– Fizyka i filozofia – Życie i miłość – Mój światopogląd

– Statystyka kwantowa

6. Mechanika macierzowa

107

Półprawdy – Tylko to, co widać – Macierze nie są przemienne

– Sprawiedliwości nie zawsze staje się zadość

7. Schrödinger i druga rewolucja kwantowa

117

Nauka i romanse – Ujeżdżanie fali – Kwant niepewności

– Interpretacja kopenhaska

8. Wielki sukces w Berlinie

138

Tworzenie fal w Ameryce – Berlin i Bruksela – Wspaniałe lata

– Powrót do przyszłości – Ludzie i polityka

9. Kwantowy kot

158

Z powrotem w USA – Oksford i dalej

– Szybciej niż światło? – Kot w pudełku – Amory

w Oksfordzie

10. Tam i z powrotem

171

Pogwizdywanie w ciemnościach – Bolesna rzeczywistość

– Nieszczęśliwy powrót – Belgijskie interludium

11. „Najszczęśliwsze lata mojego życia”

183

Dev – Początki w Dublinie – Pierwsze dni w DIAS

– Życie „rodzinne” w Dublinie – Lata powojenne

– Wiele światów

12. Czym jest życie?

202

Samo życie – Chemia kwantowa – „Zielona broszurka”

– Schrödingerowskie wariacje na temat – Podwójna helisa

skąd się wziął kot schrÖdingera

10

13. Z powrotem w Wiedniu

218

Pożegnanie z Dublinem – Bohater wraca do domu

– Ostatnie lata – Tryumf entropii

14. Spuścizna naukowa Schrödingera

232

Ukryta rzeczywistość i błąd matematyka

– Eksperymenty Bella i Aspecta – Kryptografia kwantowa

i twierdzenie o zakazie klonowania – Teleportacja kwantowa

i klasyczna informacja – Komputer kwantowy i Wieloświat

– Fizyka kwantowa i rzeczywistość

Postscriptum: Kwantowe pokolenia

255

Bibliografia i dalsze lektury

260

Indeks 266

Przedmowa

Gdy pisałem moją książkę W poszukiwaniu Multiświata, natknąłem się

na proroczą, ale mało znaną pracę pioniera fizyki kwantowej, Erwina

Schrödingera, która wytyczyła drogę – choć w tym czasie nikt tego nie

zauważył – do nowoczesnej idei wielości światów, oddzielonych od sie-

bie nie w przestrzeni, lecz w pewnym innym sensie – „wszechświatów

równoległych”, jak określa się je w książkach i filmach science fiction.

W żaden zręczny sposób nie udało się wcisnąć tego historycznego

ślepego zaułka do książki, którą pisałem, ale przypomniało mi to, że

Schrödinger był człowiekiem obdarzonym wieloma talentami, który

powinien mieć swoją popularną biografię – biografię, która dałaby mi

szansę na odkurzenie tej zapomnianej pracy i przywrócenie jej uzna-

nia, na jakie zasługuje, dzięki przedstawieniu jej na tle życia i dzieła

Schrödingera. Im dogłębniej studiowałem jego życie, tym bardziej

godne podziwu mi się ono wydawało. Mam nadzieję, że zgodzicie

się, iż jest to historia naprawdę warta opowiedzenia.

Podziękowania

Mimo że jej imię nie pojawia się na okładce tej książki, Mary Gribbin

odegrała nieocenioną rolę jako researcherka, odgrzebując szczegóły

z życia Schrödingera i współpracując z bibliotekami i instytucjami

badawczymi. Jak zawsze oboje jesteśmy wdzięczni Fundacji Alfreda

C. Mungera za wsparcie finansowe. Nasze specjalne podziękowania

kierujemy do następujących osób i instytucji, które w ciągu lat po-

mogły nam w naszych poszukiwaniach związanych ze Schrödinge-

rem: Michel Bitbol, Dominic Byrne, John Cramer, Dublin Institute

for Advanced Studies, Einstein Archive z Princeton, Johns Hopkins

University Archive, sir William McCrea, Oxford University Archi-

ve, Rudolf Peierls, Terry Rudolph, Schrödinger Archiv w Alpbach,

Schrödinger Archiv w Wiedniu, Christine Sutton, Archiv der Hum-

boldt-Universität w Berlinie, University of Wisconsin Archive oraz

Archiv der Universität Wien.

Wprowadzenie: To nie jest nauka o rakietach

Nauka o rakietach jest najczystszym wyrazem praw fizyki sformuło-

wanych przez Izaaka Newtona ponad trzysta lat temu, które często

nazywa się „klasyczną” nauką. Newton wyjaśnił, że każdy obiekt pozo-

staje nieruchomy albo porusza się po linii prostej ze stałą prędkością,

jeśli nie podlega działaniu zewnętrznej siły, takiej jak grawitacja.

Nauczał, że jeśli wywrze się na coś nacisk, to coś również wywrze na-

cisk – akcja i reakcja są równe i przeciwstawne jak wtedy, gdy karabin

kopie w ramię, podczas gdy kula wylatuje w przeciwnym kierunku.

Dał nam także proste prawo grawitacji, wyjaśniające, jak siła gra-

witacji zależy od masy i odległości. „Akcja i reakcja” to sedno nauki

o rakietach. Rakieta wyrzuca coś (zazwyczaj gaz, choć w zasadzie

kule z karabinu maszynowego też mogłyby być) w jednym kierunku,

a reakcja sprawia, że przyspiesza ona w kierunku przeciwnym. Kiedy

silniki nie pracują, próbnik kosmiczny dryfowałby po linii prostej,

gdyby nie wpływ grawitacji. Cała rozsądna fizyka newtonowska nie

jest bardzo trudna do zrozumienia.

Klasyczna nauka opisuje całkowicie przewidywalny świat. Można

na przykład obliczyć dokładnie, jaka wartość ciągu rakietowego jest

potrzebna i w jakim kierunku należy ją zwrócić, żeby umieścić prób-

nik kosmiczny na trajektorii, po której będzie spadał w przestrzeni

kosmicznej pod wpływem grawitacji i dotrze na Marsa określonego

dnia miesiąca w przyszłości. Jeśli ich silniki będą działać prawidłowo,

próbniki kosmiczne tylko wtedy nie trafią do celu, kiedy ktoś źle

przeprowadzi obliczenia, czyli gdy wystąpi błąd człowieka.

Przez stulecia po czasach Newtona klasyczna nauka stanowiła

prawdziwy problem dla każdego, kto wierzył w wolną wolę. W zasadzie,

jeśli znało się położenie i prędkość każdej cząstki we Wszechświecie,

w tym atomów, z których się składamy, w dowolnym wybranym mo-

mencie, można było przewidzieć nie tylko całą przyszłość Wszechświa-

ta, lecz także zrekonstruować całą jego historię w najdrobniejszych

szczegółach. Jeśli odsunąć na bok praktyczne problemy z faktycznym

przeprowadzeniem takich obliczeń, wydawało się, że wynika z te-

go, iż wszystko, w tym ludzkie zachowanie, zostało ustalone z góry.

Wówczas pojawiła się fizyka kwantowa.

Fizyka kwantowa nie jest podobna do fizyki klasycznej. Zdecydo-

wanie nie jest to nauka o rakietach – znacznie trudniej ją zrozumieć.

Wielu czołowym naukowcom pracującym w pierwszym trzydziesto-

leciu XX wieku mnóstwo czasu zajęło zrozumienie, czym jest fizyka

kwantowa, a kiedy dowiedzieli się o niej trochę więcej, między innymi

tego, o czym opowiada moja książka, wcale im się to nie podobało.

Fizyka kwantowa opisuje przede wszystkim świat bardzo małych

wielkości – w przybliżeniu rzeczy wielkości atomu i jeszcze mniej-

sze. W pierwszych trzech dekadach XX wieku fizycy skrupulatnie

(i żmudnie) odkrywali, że cząstki mogą zachowywać się jak fale, a fale

jak cząstki; że obiekty kwantowe mogą znajdować się przynajmniej

w dwóch miejscach naraz; że mogą przenosić się z jednego miejsca

w drugie, nie przemierzając przestrzeni znajdującej się między tymi

miejscami; że w świecie kwantowym nie ma pewności, a wszystko

zależy w nim od prawdopodobieństwa. To tak, jak gdyby wysłać w po-

dróż próbnik kosmiczny, wiedząc, że jest 50 procent szans, iż dotrze

na Marsa, i 50 procent szans, iż doleci na Wenus, ale nie sposób

przewidzieć z góry, gdzie się znajdzie. To wspaniała wiadomość, jeśli

chodzi o przywrócenie wiary w wolną wolę, ale wcale nie wpływa ona

na zwiększenie pewności w innych kwestiach. A jednak to zbijające

z tropu zachowanie świata kwantowego zostało sprawdzone i po-

twierdzone w niezliczonych eksperymentach.

Arcydzieło Erwina Schrödingera, praca, za którą otrzymał Nagrodę

Nobla, próbuje przywrócić zdrowy rozsądek klasycznej fizyki świa-

towi kwantowemu. Nie wyjawimy zbyt wiele z naszej historii, jeśli

skąd się wziął kot schrÖdingera

14

powiemy, że mu się to nie udało i że jego dzieło stało się integralną

częścią rewolucyjnej nowej fizyki.

Jednak Schrödinger to ktoś więcej niż tylko przegrany rewolu-

cjonista fizyki kwantowej. Jedną z najbardziej intrygujących cech

Schrödingera fizyka, stanowiącą główną przyczynę jego niechęci do re-

wolucji, w jakiej brał udział, jest to, że choć wniósł ważny wkład w nową

naukę XX wieku, został wychowany w tradycji naukowej XIX wieku.

Ukończył szkołę i rozpoczął studia na uniwersytecie w 1906 roku, rok

po opublikowaniu przez Alberta Einsteina jego klasycznego artykułu

o szczególnej teorii względności i fizyce kwantowej. Jednak Einstein

był, oczywiście, wyjątkiem – zwłaszcza jego idei dotyczących fizyki

kwantowej nie traktowano serio przez co najmniej kolejnych dziesięć

lat, a prawdziwej rewolucji kwantowej dokonali młodzi wywrotowcy,

tacy jak Werner Heisenberg (urodzony w 1901 roku) i Paul Dirac

(urodzony w 1902 roku), którzy wraz z Nielsem Bohrem, Louisem

de Broglie i Einsteinem stanowią część opowieści o życiu i dziele

Schrödingera.

Schrödinger był nie tylko fizykiem. Uczeń Arthura Schopenhauera,

głęboko interesował się filozofią i religiami Wschodu, był zwłaszcza

zwolennikiem hinduskiej wedanty i wyznawcą idei jednej kosmicznej

świadomości, której wszyscy jesteśmy częścią. Badał widzenie kolorów

i napisał książkę Czym jest życie?, którą Francis Crick i James Watson

niezależnie od siebie wskazują jako najważniejszą inspirację w pracy

prowadzącej do odkrycia podwójnej helisy DNA. Schrödinger zajmował

się również pytaniami w rodzaju: „Czym jest prawo natury?” i tym,

czy świat jest, czy nie jest w zasadzie całkowicie deterministyczny

i przewidywalny. Pisał (złe) wiersze oraz wydał książkę o nauce i fi-

lozofii antycznej Grecji.

Prywatne życie Schrödingera było nie mniej interesujące. Wycho-

wany w komforcie ostatnich dni cesarstwa austro-węgierskiego, służył

jako oficer artylerii podczas I wojny światowej i cierpiał z powodu

konsekwencji powojennej blokady Austrii (od dawna zapomniane-

go okrucieństwa aliantów, które spowodowało masowy głód) oraz

galopującej inflacji z początku lat dwudziestych XX wieku. Po tych

doświadczeniach jednym z jego głównych celów było zabezpieczenie

15

Wprowadzenie: To nie jest nauka o rakietach

przyszłości finansowej swojej i żony – martwił się o emerytury aż

do śmierci. Pierwsza próba ucieczki z pozostającej pod wpływem na-

zistów Europy spełzła na niczym, kiedy pojawił się w Oksfordzie wraz

z żoną i kochanką, a dla tamtejszego establishmentu akademickiego

kamieniem obrazy było to, że nawet nie próbował utrzymać w tajem-

nicy tego, iż jego żona, która sama miała kochanków, była zupełnie

zadowolona z takiego układu. Możliwość pracy w Princeton obok

Alberta Einsteina przepadła z tego samego powodu. Schrödinger

w końcu wylądował w bardziej tolerancyjnym Dublinie, gdzie na wnio-

sek taoiseach (irlandzkiego premiera) Éamona de Valery stworzono

Institute for Advanced Studies, by zapewnić mu miejsce do pracy.

Schrödinger był niekonwencjonalny również pod innymi wzglę-

dami. Jako wykładowca uniwersytecki w ostatnich dniach pruskiego

formalizmu zarzucił noszenie krawata i ubierał się tak niedbale, że

często mylnie brano go za studenta, a nawet za włóczęgę. Przynajmniej

raz miał trudności z dostaniem się na ważne spotkanie naukowe,

ponieważ dotarł na miejsce pieszo, zamiast przyjechać pociągiem,

i wyglądał tak, jak wygląda się po długiej wędrówce, w stroju po-

dróżnym i z plecakiem.

Kiedy w 1956 roku odszedł na emeryturę, wrócił do Wiednia

i do śmierci w 1961 roku pełnił funkcję przedstawiciela Austrii w Mię-

dzynarodowej Agencji Energii Atomowej. Podobnie jak inni starzejący

się fizycy, w tym sam Einstein, próbował bez powodzenia odkryć zu-

nifikowaną teorię fizyki. Jednak pokolenia studentów fizyki znają go

z równania, które nosi jego imię, a niezliczeni niefizycy – z historyjki

o kocie Schrödingera. Celem tej historyjki było ukazanie absurdalności

fizyki kwantowej i mógł ją wymyślić tylko fizyk wychowany w tradycji

klasycznej. Tak zatem nasze poszukiwania dotyczące Schrödingera

zaczynają się od klasycznej fizyki.

skąd się wziął kot schrÖdingera

16

Rozdział 1

Chłopiec z XIX wieku

Erwin Schrödinger był jedynym dzieckiem zamożnej wiedeńskiej

rodziny żyjącej w ostatnich dekadach cesarstwa austro-węgier-

skiego. To wychowanie w naturalny sposób wpłynęło na jego oso-

bowość; wpłynęło również na sposób, w jaki myślał o nauce, oraz

oddziałało na jego największe idee naukowe, za które otrzymał

Nagrodę Nobla.

Przodkowie

Erwin był synem Rudolfa i Georgine (Georgie) Schrödingerów, którzy

pobrali się w 1886 roku. Na przykładzie tej rodziny widać doskonale,

jak zwyczajnym zjawiskiem była nagła śmierć nawet w najbardziej

zamożnych warstwach cywilizowanego świata XIX wieku. Matka

Rudolfa Maria w czasie, gdy wychodziła za mąż w 1853 roku, była

liczącą dziewiętnaście lat sierotą. Zaledwie pięć lat później zmarła po

poronieniu. Wcześniej wydała już na świat syna, Erwina, który zmarł

w dzieciństwie, córkę Marię i kolejnego syna, Rudolfa, urodzonego

27 stycznia 1857 roku. Jej mąż Josef, którego rodzina pochodziła

z Bawarii, ale od kilku pokoleń żyła w Wiedniu, sam wychował oca-

lałe dzieci, nie żeniąc się (jak to było w zwyczaju w tamtych czasach)

ponownie. Choć dzieciom mogło brakować matki, ich potrzeby mate-

rialne były zawsze zaspokojone. Josef był właścicielem niewielkiego,

ale zyskownego przedsiębiorstwa, fabryczki produkującej linoleum

i ceratę, która w późniejszym czasie miała zostać przekazana synowi

Rudolfowi, ojcu Erwina.

Rodzina Georgine pod względem społecznym była o niebo lepiej

sytuowana od Schrödingerów i, w rzeczy samej, miała pretensje

arystokratyczne. Byli potomkami szlachcica niższej rangi, Antona

Wittmanna-Denglassa, który przyszedł na świat w katolickiej rodzi-

nie w 1771 roku. Religijne porządki tych czasów były takie, że gdy

jego córka Josepha zakochała się w protestancie, została zmuszona

do porzucenia swojego ukochanego i poślubienia lekarza rodziny,

dobrego katolika. Miała troje dzieci, zanim – prawdopodobnie ku jej

uldze – owdowiała i mogła ponownie wyjść za mąż. Tym razem

wybrała – czy też: wybrano dla niej – Alexandra Bauera, zarządcę

fabryki należącej do jej ojca. Najstarszy syn z jej drugiego małżeń-

stwa, kolejny Alexander Bauer, urodził się w 1836 roku. Miał zostać

dziadkiem ze strony matki Erwina Schrödingera. Alexander Bauer

był pierwszą osobą w rodzinie, która wykazywała zainteresowanie

nauką, studiował matematykę i chemię w Wiedniu i postanowił

zostać chemikiem.

Babka ze strony matki Erwina, Emily, była Angielką i również

pochodziła z rodziny z koneksjami w klasach wyższych. W rodzinie

utrzymywano, że wywodzą się z normańskiego rodu Forestière’ów,

choć nazwisko już dawno przybrało angielską formę Forester. Po-

siadłość rodową stanowił Bamburgh Castle w północno-wschodniej

Anglii. Thomas Forester, urodzony w 1772 roku, był synem guber-

natora Portsmouth, a jego najstarsza córka, Anna, urodzona w 1816

roku, jedno z jego pięciorga dzieci, miała zostać prababką Erwina.

Spotkał się z nią, gdy jako dziecko odwiedził Anglię. Anna poślubiła

adwokata Williama Russella, z którym miała troje dzieci – Williama,

Emily i Annę (nazywaną Fanny).

Młodszy William Russell został chemikiem analitykiem. W la-

tach 1859–1860, gdy studiował chemię w Paryżu, poznał na uni-

wersytecie Alexandra Bauera. Zaprzyjaźnili się, a kiedy Emily

(nazywana Minnie) i jej matka odwiedziły Williama we Francji,

Alex poznał Minnie, która miała wówczas zaledwie dziewiętna-

ście lat, i zakochali się w sobie ze wzajemnością. Gdy Alexander

skąd się wziął kot schrÖdingera

18

ukończył studia i uzyskał (bardzo wcześnie) swoją pierwszą posadę

akademicką, mógł zawrzeć małżeństwo. Po ślubie, który odbył się

w Leamington Spa 21 grudnia 1862 roku, zamieszkali w Wiedniu,

gdzie w 1864 roku urodziła się ich pierwsza córka Rhoda, po której

w 1867 roku przyszła na świat Georgie, a wkrótce po urodzeniu

trzeciej córki, kolejnej Emily/Minnie, w 1874 roku Emily zmarła

na zapalenie płuc.

Kariera Alexandra Bauera rozwijała się pomyślnie aż do 1866

roku, kiedy to stracił oko w eksplozji, do której doszło w laborato-

rium. Od tego czasu skoncentrował się na nauczaniu, studiach nad

historią chemii i nieuniknionych obowiązkach administracyjnych

związanych z objęciem stanowiska profesora chemii ogólnej na Poli-

technice Wiedeńskiej (późniejszym Wiedeńskim Uniwersytecie Tech-

nicznym), które zajmował aż do odejścia na emeryturę w 1904 roku.

Był również kuratorem Muzeum Sztuki i Przemysłu oraz członkiem

Komisji Teatralnej dla Dolnej Austrii, a także znajdował przyjem-

ność we wprowadzaniu swojego wnuka Erwina od najmłodszych lat

w arkana sztuki teatralnej.

Alexander poświęcił się swoim córkom – wszystkie poślubiły męż-

czyzn poznanych dzięki koneksjom ojca. Rhoda, najstarsza, wyszła

za dyrektora Wiedeńskiej Komisji Farmaceutycznej, Hansa Arzber-

gera, ale nie miała dzieci. Najmłodsza Minnie poślubiła Maxa Bam-

bergera, który później zastąpił Alexandra na stanowisku profesora

chemii ogólnej; a miała z nim córkę Helgę. Georgie wyszła za Rudolfa

Schrödingera.

Rudolf był sfrustrowanym naukowcem, który studiował pod kie-

runkiem Alexandra Bauera na Uniwersytecie Technicznym. Miał

jednak przejąć rodzinne przedsiębiorstwo, zamiast poświęcić się

karierze naukowej. Poślubił Georgie 16 sierpnia 1886 roku, kiedy

miał dwadzieścia dziewięć lat, a ona dziewiętnaście. Choć Rudolf,

jak większość Austriaków, był przynajmniej formalnie katolikiem,

ślub odbył się w kościele luterańskim (Georgie i jej siostry zosta-

ły wychowane w tradycji luterańskiej; w Austrii było to wyznanie

najbardziej zbliżone do religii anglikańskiej, którą wyznawała ich

matka), co uczyniło formalnie ich syna Erwina protestantem, choć,

19

Chłopiec z XIX wieku

jak zobaczymy, w praktyce nie miało to zbyt wielkiego znaczenia.

Rodzina była w zasadzie niereligijna, a w kościele bywała tylko z okazji

ślubów i pogrzebów. Kiedy Erwin Rudolf Josef Alexander Schrödinger,

noszący imiona po zmarłym bracie swojego ojca, ojcu i dwóch dziad-

kach, przyszedł na świat w Wiedniu 12 sierpnia 1887 roku i został

po pięciu dniach ochrzczony, nawet ta ceremonia odbyła się w domu

Schrödingerów, a nie w kościele.

Dzieciństwo

Choć angielska babka Erwina zmarła trzynaście lat przed jego na-

rodzeniem, jej wpływ na rodzinę Schrödingerów pozostawał silny.

Jego ciotka Rhoda dorastała, słysząc w domu tylko język angielski,

i spędziła kilka lat ze swoimi dziadkami w Leamington Spa. Młod-

sza siostra jego matki, Minnie, która również płynnie posługiwała

się angielskim, była tylko czternaście lat starsza od Erwina i bawiła

się z nim, gdy był dzieckiem. Tak więc Erwin dorastał, słysząc, jak

w domu rozmawiano po angielsku i niemiecku – wedle niektórych

świadectw, mówił dobrze po angielsku, zanim nauczył się „porządnie”

mówić po niemiecku.

Erwin był jedynym dzieckiem, miał dwie kochające ciotki, kuzynkę

(Dorę, córkę siostry ojca) i cały szereg nianiek i pokojówek, spełnia-

jących niemal każdą jego zachciankę. Istnieje pokusa, by dopatrywać

się w tym źródeł wzorców związków Erwina z kobietami w okresie

dorosłości. Dorastał w oczekiwaniu, że kobiety będą tańczyć wokół

niego, podczas gdy sam był nieco nieczuły na ich potrzeby. Według

psychiatry Dennisa Friedmana, chłopiec wychowywany zarówno

przez matkę, jak i nianię ma skłonność do bycia kobieciarzem w póź-

niejszym życiu: doświadczenie to

tworzy w jego umyśle rozdział między kobietą, o której wie, że jest
jego naturalną matką, i tą, z którą ma naprawdę praktyczne stosunki:
która go kąpie i zabiera do parku, z którą odczuwa pełną jedność
[…], dorasta w przekonaniu, że choć pewnego dnia przejdzie przez

skąd się wziął kot schrÖdingera

20

wszystkie społeczne i seksualne formalności małżeństwa, gdzieś
w tyle głowy pozostanie mu wyobrażenie tej innej kobiety, która nie
tylko zna, ale również zaspokaja wszystkie jego potrzeby

1

.

Choć ta sugestia została zakwestionowana (na przykład przez

psycholożkę dziecięcą Lindę Blair), Friedman mógł wykorzystać

Schrödingera jako przypadek potwierdzający jego hipotezę. Wszyst-

kie tego rodzaju konsekwencje miały się jednak ujawnić w odległej

przyszłości, kiedy Erwin jako chłopiec dorastał w Wiedniu.

Gdy Erwin się urodził, jego ojciec był właścicielem nowego domu

w centrum Wiednia. Pięciopiętrowy budynek był podzielony na pięć

oddzielnych mieszkań, a w 1890 roku rodzina przyszłego fizyka wpro-

wadziła się do przestronnego pięciopokojowego apartamentu z oknami

wychodzącymi na katedrę św. Szczepana.

Większość informacji, jakie posiadamy na temat dzieciństwa Erwina,

pochodzi ze wspomnień jego ciotki Minnie, które należy traktować

z takim samym przysłowiowym przymrużeniem oka jak podobne

opowieści (ze znacznie późniejszego okresu życia) krewnych Alberta

Einsteina dotyczące tego podobno nad wiek rozwiniętego dziecka.

Jednak w obu przypadkach wspomnienia z pewnością zawierają ziar-

no prawdy. Od najmłodszych lat Erwin interesował się astronomią:

potrafił przekonać Minnie, żeby stała, udając Ziemię, podczas gdy on

biegał wokół niej jako Księżyc, a następnie zmuszał ją do chodzenia

po okręgu wokół lampy przedstawiającej Słońce, podczas gdy sam

nadal biegał wokół niej. Prowadził również coś w rodzaju dziennika,

dyktując ciotce swoje spostrzeżenia. Zachowany zapisek z 1891 roku

brzmi: „Wieczorem Ciocia Emmy [Minnie] zrobiła dobrą kolację, a po-

tem rozmawialiśmy o wszystkim”. Zapisywanie swoich myśli i działań

na papierze stało się nawykiem, który kultywował przez całe życie

2

.

1

D. Friedman, An Unsolicited Gift, Arcadia, London 2010.

2

Jeśli nie zaznaczono inaczej, wypowiedzi dotyczące początkowego okresu życia Schrödingera

pochodzą z niepublikowanych rękopisów Minnie i samego Schrödingera znajdujących

się w Schrödinger Archiv w Alpbach; zob. też W. Moore, Schrödinger: Life and Thought,

Cambridge University Press, Cambridge 1989.

21

Chłopiec z XIX wieku

Erwin nie musiał opuszczać swojego ciepłego kręgu rodzinnego,

nawet po to, żeby pójść do szkoły, dopóki nie ukończył dziesięciu lat,

ponieważ aż do tego czasu pobierał prywatne lekcje w domu przez

dwa ranki w tygodniu. Według Minnie, zaczął czytać niemal równie

szybko, jak mówić, dzięki niani, która wyjaśniała mu tablice z nazwami

ulic; jednak poza opanowaniem podstawowych umiejętności celem

jego wczesnego kształcenia było przygotowanie go do przystąpienia

do egzaminu wstępnego do Gymnasium (odpowiednika dzisiejszej

szkoły średniej), w którym miała się zacząć prawdziwa edukacja.

Tymczasem mimo że Schrödingerowie cieszyli się typowym życiem

wyższych klas średnich w Wiedniu, cesarstwo wykazywało już oznaki

osłabienia, które wkrótce miało niemal zrujnować im życie, w tym

życie samego Erwina.

Ostatni akord imperium

Wiedeń przez stulecia był stolicą wielkiego imperium, rządzonego

od 1276 roku przez ród Habsburgów. Geograficzny zakres tego im-

perium zmieniał się znacznie w czasie. W XVI i XVII stuleciu jego

losy doznawały wzlotów i upadków, a w 1683 roku rozszerzające

się imperium otomańskie sięgnęło aż do Wiednia, zanim udało się

powstrzymać jego ekspansję. Jednak nawet po interludium wojen

napoleońskich cesarz (wówczas Franciszek I) panował nie tylko

nad znacznymi obszarami świata niemieckojęzycznego, ale też nad

Węgrami, znaczną częścią Polski, terenami, które później stały się

Czechosłowacją, fragmentem Włoch i – co miało zasadnicze zna-

czenie dla historii Europy – słowiańskimi państwami w bałkańskiej

Dalmacji.

Pod koniec XVIII wieku rewolucja francuska roznieciła pożar, który

miał powoli rozprzestrzeniać się po Europie i zakończyć epokę wiel-

kich imperiów europejskich. W 1848 roku kontynentem wstrząsnęła

seria powstań politycznych, tak rozległych i znaczących, że zaczęto

go nazywać „rokiem rewolucji”. W imperium austriackim powstania

we Włoszech, w Czechach, na Węgrzech i w Wiedniu zostały stłumione

skąd się wziął kot schrÖdingera

22

siłą, ale trzeba było poczynić pewne ustępstwa: cesarz Ferdynand I (któ-

ry zastąpił w 1835 roku Franciszka I) został zmuszony do abdykacji.

Nowym cesarzem został bratanek Ferdynanda, Franciszek Józef,

który urodził się w 1830 roku, ale pomimo swojego młodego wieku

spoglądał raczej wstecz niż w przód, marząc o przywróceniu monar-

chii absolutnej panującej nad silnym, rozszerzającym się imperium

austriackim. Trudne realia porażek militarnych i politycznych, w tym

wojny krymskiej oraz utraty Lombardii i Wenecji, zmusiły go do zmia-

ny podejścia; od połowy lat sześćdziesiątych XIX wieku Franciszek

Józef rządził mniej autokratycznie i dał swoim ludom więcej swobody.

W 1867 roku Węgry uzyskały (przynajmniej formalnie) równą pozycję

z Austrią w cesarstwie austro-węgierskim. Choć cesarstwo utraciło

pewne terytoria, zyskało jednak inne obszary. W 1878 roku objęło

administrację nad bałkańskimi państwami Bośnią i Hercegowiną, ale

pozostawały one nominalnie częścią imperium tureckiego, dopóki

Austria nie anektowała ich w 1908 roku.

Tak więc Wiedeń, w którym dorastał Schrödinger, był stolicą im-

perium wyraźnie kruszącego się na obrzeżach. Zamieszkiwały je ludy

o bardzo zróżnicowanym składzie narodowym i tradycjach politycz-

nych, z których wiele marzyło o niepodległości i aktywnie działało

na rzecz jej uzyskania. Był to również, oczywiście, czas wielkich zmian

społecznych, wraz z uprzemysłowieniem, rozwojem komunikacji i bę-

dącym ich konsekwencją napływem ludności do miast. Starzejący

się Franciszek Józef w coraz większym stopniu stawał się reliktem

dawno minionych czasów, tracąc władzę i wpływy na rzecz systemu

biurokratycznego, który funkcjonował w dużej mierze dzięki swojej

inercji.

Wiedeń pozostawał do pewnego stopnia odrębną wyspą w tej

rzeczywistości, będąc nadal wspaniałym miastem słynącym z rozwoju

sztuki. Wiedeńczycy kochali operę i muzykę, a w XIX wieku tradycję

Haydna, Mozarta i Beethovena kontynuowali tu Schubert, Liszt,

Brahms i Bruckner. Oraz, oczywiście, rodzina Straussów. Jednak

ludzie, którzy teraz cieszyli się tymi osiągnięciami kultury, w coraz

większej mierze, tak jak Rudolf Schrödinger, należeli raczej do nowej

burżuazji niż starej arystokracji. Jedną z najważniejszych wśród

23

Chłopiec z XIX wieku

awansujących grup stanowili Żydzi. Podobnie jak wszyscy niekato-

licy przed 1848 rokiem mieli bardzo niewiele praw (nie wspomina-

jąc o przywilejach), ale w miarę rozluźniania się autokratycznych

kleszczy Żydzi z całego cesarstwa coraz liczniej włączali się w życie

gospodarcze. Ich wpływ ekonomiczny i społeczny stał się niepro-

porcjonalnie duży w stosunku do ich liczebności w społeczeństwie,

w którym antysemityzm był czymś powszechnym, a Żydów często

obwiniano za całe istniejące zło. Nie był to jednak przesąd, na którym

miał zostać wychowany Erwin.

Dziedzictwo nauki

Słynąca już ze sztuk Austria, a w szczególności Wiedeń, w dru-

giej połowie XIX wieku umacniała również swoją pozycję w nauce.

Do zmian, które nastąpiły po 1848 roku, należało utworzenie in-

stytutu fizyki na Uniwersytecie Wiedeńskim; jego dyrektor, Jo-

hann Christian Doppler, został również pierwszym profesorem

fizyki doświadczalnej na uniwersytecie. Urodzony w Salzburgu

i wykształcony w Wiedniu Doppler obejmował różne stanowiska

akademickie w całym cesarstwie austriackim, zanim został miano-

wany szefem nowego instytutu. Choć ma na swoim koncie również

ważne prace z matematyki i dotyczące badań nad elektrycznością,

jest dziś pamiętany z uwagi na badania nad sposobem, w jaki na wy-

sokość dźwięku albo kolor światła wpływa względny ruch źródła

i obserwatora. Jego obliczenia zostały potwierdzone przez słynne

obserwacje przeprowadzone w 1845 roku przez holenderskiego

meteorologa Christopha Buysa Ballota. Ballot mianowicie ustawił

w otwartym wagonie trębaczy grających jedną nutę ze wszystkich

sił, tak aby przejeżdżający pociąg minął muzyków obdarzonych

słuchem absolutnym stojących obok torów, którzy przysłuchiwali

się, jak zmieni się ton, gdy pociąg, a wraz z nim trębacze, będzie ich

mijać. To właśnie „efekt Dopplera” wyjaśnia zmianę wysokości tonu

syreny karetki pogotowia ratunkowego, gdy przejeżdża w pobliżu

z dużą prędkością, a jego optyczny odpowiednik wykorzystywany

skąd się wziął kot schrÖdingera

24

jest do mierzenia prędkości, z jaką gwiazdy poruszają się w naszym

kierunku lub oddalają od nas.

Doppler zmarł w 1853 roku w wieku czterdziestu dziewięciu lat

i na stanowisku dyrektora instytutu fizyki zastąpił go Andreas von

Ettinghausen. Kiedy von Ettinghausen, niewyróżniający się nauko-

wiec, zachorował w 1862 roku, trzeba było wyznaczyć pełniącego

obowiązki dyrektora; wybrano wschodzącą gwiazdę wiedeńskiej fi-

zyki, dwudziestosiedmioletniego Josefa Stefana, wówczas młodsze-

go pracownika uniwersytetu (pracującego jako Privatdozent, co było

pierwszym szczeblem drabiny kariery akademickiej). Stefan został

pełnym profesorem rok później, a w 1866 roku oficjalnie mianowano

go dyrektorem instytutu. Stefan, pionier badań nad termodynamiką

(o czym będzie mowa w rozdziale 2), badał sposób, w jaki energia elek-

tromagnetyczna (ciepło i światło) promieniuje z gorących obiektów.

Jego odkrycia, udoskonalone przez jego ucznia Ludwiga Boltzmanna

(też wiedeńczyka), stały się znane jako prawo promieniowania ciała

doskonale czarnego Stefana–Boltzmanna i wyznaczyły zasadniczy

krok na drodze do tego, co stało się pierwszą wersją fizyki kwantowej.

Poza tym, że był pierwszej klasy naukowcem, Stefan był również

pierwszej klasy wykładowcą, a jeden z jego uczniów, Fritz Hasenöhrl,

miał wywrzeć dogłębny wpływ na Erwina Schrödingera, tak że w sensie

genealogii akademickiej Stefan był „dziadkiem” Schrödingera. Innym

naukowym „dziadkiem” Schrödingera był współpracownik Stefana

Josef Loschmidt, którego szczególnym tytułem do sławy jest obli-

czenie, jak cząsteczki odbijają się od ścian pojemnika, wytwarzając

ciśnienie, czym przekonał swoich współczesnych o realności cząsteczek.

Miał też poważne osiągnięcia w rodzącej się właśnie termodynamice.

Jego uczeń Franz Exner, który zastąpił go na katedrze profesorskiej

na uniwersytecie (i odegrał również zasadniczą rolę w przekonaniu

władz Wiednia do podarowania Marii i Piotrowi Curie blendy smolistej,

w której odkryli oni rad), był nauczycielem Schrödingera w zakresie

fizyki eksperymentalnej, podczas gdy Hasenöhrl był jego mentorem

w kwestiach teoretycznych.

Pod koniec XIX wieku fizyka rozkwitała w Wiedniu. Jednak mimo

że austriackich fizyków honorowano we własnym kraju, ich renoma

25

Chłopiec z XIX wieku

za granicą była znacznie mniejsza – czego nie najmniej ważną przyczyną

było to, że Stefan, a w szczególności Loschmidt, nigdy nie podróżo-

wali, by rozpowszechniać w świecie wiedzę o swoich osiągnięciach.

Jak skomentował w 1905 roku Boltzmann:

Wedle mojej wiedzy ani Stefan, ani Loschmidt nie wyjechali poza
granice swojej ojczystej Austrii. W każdym razie nigdy nie byli [na kon-
ferencji naukowej] i nie nawiązali bliższych kontaktów osobistych
z zagranicznymi naukowcami. Nie mogę tego pochwalać, ponieważ
jestem przekonany, że mogliby osiągnąć jeszcze więcej, jeśli mniej
by się zamykali. Przynajmniej sprawiliby, że ich osiągnięcia poznano
by szybciej

3

.

Sam Boltzmann nie popełnił tego błędu. Przetarł on drogę w pro-

mowaniu austriackich – a przynajmniej własnych – osiągnięć w szerszej

społeczności naukowej. Boltzmann uznał, że pod koniec XIX wieku

nauka była przedsięwzięciem międzynarodowym, w którym zasadnicze

znaczenie ma utrzymywanie kontaktów z kolegami z innych krajów.

Nikt nie mógł lepiej uosabiać międzynarodowego charakteru fizyki

w XX wieku niż Erwin Schrödinger, który wstąpił na uniwersytet

zaledwie rok po poczynieniu tego spostrzeżenia przez Boltzmanna.

Od ucznia do studenta

Na uniwersytet mógł wstąpić w 1905 roku, ale formalne wykształcenie

Erwina zostało opóźnione o rok, ponieważ do egzaminu wstępnego

do Gymnasium przystąpił później, niż to zazwyczaj bywało. Spędził

bowiem wcześniej długie wakacje w Anglii z matką i jej siostrą Min-

nie wiosną 1898 roku, gdy miał dziesięć lat. To właśnie podczas tej

podróży poznał swoją prababkę Ann, która urodziła się rok po osta-

tecznej klęsce Napoleona w bitwie pod Waterloo. Minnie wspominała

3

Cyt. za: J. Mehra i H. Rechenberg, The Historical Development of Quantum Theory, Springer,

New York 1982–2001.

skąd się wziął kot schrÖdingera

26

później, że nauczył się również jeździć na rowerze, dosiadał osiołka

na piaszczystej plaży w Ramsgate i odwiedził swoją cioteczną babkę,

która hodowała sześć angorskich kotów.

Wakacje nie zakończyły się, gdy towarzystwo opuściło Anglię

parostatkiem odpływającym z  Dover. Z Ostendy udali się do Brugii

i Kolonii, a następnie łodzią w górę Renu aż do Frankfurtu nad Me-

nem, zanim ukończyli podróż do domu pociągiem. W celu przygoto-

wania się do egzaminów (które zdał bez trudu) Erwin przez krótki

czas uczęszczał do szkoły św. Mikołaja, co było jego pierwszym do-

świadczeniem z formalną edukacją. Do Gymnasium wstąpił jesienią

1898 roku, kilka tygodni po swoich jedenastych urodzinach. Szkoła

była najbardziej świecką spośród tego rodzaju placówek w Wiedniu,

a wśród jej wychowanków znalazł się Boltzmann. Prawdopodobnie

jednak nie odegrało to roli w wyborze podjętym przez Schrödingerów

– ważniejsze było to, że szkoła znajdowała się przy Beethoven Platz,

zaledwie dziesięć minut drogi pieszo od rodzinnego domu. Erwin

miał być jej uczniem przez następne osiem lat.

Gymnasium oferowało klasyczne wykształcenie zdominowane

przez naukę łaciny i greki oraz kultury klasycznej. Lekcje zaczynały

się o ósmej rano i trwały do pierwszej po południu, sześć dni w ty-

godniu, z dodatkowymi dwoma popołudniami w tygodniu poświęco-

nymi na naukę religii luterańskiej. „Nauczyłem się z niej – twierdzi

Schrödinger – wielu rzeczy, ale nie religii”. Jego ulubione pytanie

brzmiało: „Panie profesorze, czy pan naprawdę w to wierzy?”.

W pierwszych trzech latach nauki w szkole przewidziano osiem

godzin łaciny tygodniowo, zredukowanych do pięciu, gdy uczniowie

zaczęli uczyć się również greki. Był również kurs języka niemieckie-

go i literatury niemieckiej, geografia, muzyka i historia. Na matematykę

i nauki ścisłe pozostawały tylko trzy godziny tygodniowo. Nie dziwi

więc, że kurs matematyki nigdy nie doszedł do rachunku całkowego

i różniczkowego, ale obejmował matematyczny odpowiednik edukacji

klasycznej: geometrię i algebrę. Większość fizyki powinna być dobrze

znana Newtonowi, a choć biologii (w większości botaniki) uczono tylko

przez trzy lata, darwinowską teorię ewolucji przez dobór naturalny

wspominano jedynie na lekcjach religii, gdzie była potępiana. Młody

27

Chłopiec z XIX wieku

Schrödinger nauczył się dużo o świecie przyrody od swojego ojca,

zapalonego miłośnika botaniki, który publikował artykuły w cza-

sopismach naukowych (i który zawsze żałował, że porzucił karierę

akademicką dla rodzinnej fabryki); ale również on był bardzo ostrożny,

jeśli chodzi o przyjęcie idei Darwina. Jeden z przyjaciół Rudolfa był

jednak zoologiem w Muzeum Historii Naturalnej i znacznie większym

entuzjastą doboru naturalnego. Pod jego wpływem Erwin również

wkrótce stał się zapalonym darwinistą.

To właśnie podczas nauki w Gymnasium pierwsze oznaki wybitnej

inteligencji Erwina zostały zauważone poza jego kręgiem rodzinnym.

Był dobrym uczniem, uwielbiał matematykę i fizykę, ale również

sprawiała mu przyjemność logika gramatyki i filologii; kochał poezję,

ale nienawidził „pedantycznej sekcji” przeprowadzanej na literaturze.

Był zawsze najlepszy w klasie z każdego przedmiotu, a koledzy szkolni

wspominali później ogromne wrażenie, jakie na uczniach zrobił jedyny

raz, gdy Erwin nie odpowiedział na pytanie nauczyciela – brzmiało

ono: „Jaka jest stolica Czarnogóry?”

4

. Popołudniami (gdy nie musiał

uczęszczać na naukę religii) Erwin uczył się angielskiego i francuskiego.

Prawdopodobnie dzięki temu, że wychowywał się w dwujęzycznym

domu, stał się znakomitym lingwistą, który potrafił wykładać po

niemiecku, francusku, angielsku i hiszpańsku, przeskakując z jed-

nego języka na drugi, by odpowiedzieć na pytania wielojęzycznego

audytorium; jako dorosły tłumaczył również Homera na angielski

i dawną poezję prowansalską na współczesną niemczyznę.

Drugie miejsce w klasie za Erwinem przez całe osiem lat nauki

w Gymnasium zajmował Tonio Rella, bardzo sfrustrowany taką sytu-

acją. Mimo to (albo może właśnie z tego powodu) zostali przyjaciółmi

na długie lata. Jego rodzina miała domek w górskiej okolicy i Erwin

często spędzał w nim wakacje; z tamtych czasów pozostała mu później

miłość do górskich wędrówek i ruchu na świeżym powietrzu. Prze-

żył również pierwsze młodzieńcze zakochanie, w siostrze Toniego

– Lotcie, choć w ówczesnych warunkach nie mogło ono wyjść daleko

poza trzymanie się za ręce. Tonio został profesorem matematyki

4

Cyt. za: W. Moore, op. cit.

skąd się wziął kot schrÖdingera

28

na Wiedeńskim Uniwersytecie Technicznym i do śmierci przyjaźnił

się z Erwinem; zabił go odłamek, gdy oddziały radzieckie zbliżały się

do Wiednia pod koniec II wojny światowej.

Wielką młodzieńczą miłością Erwina był teatr, jeden z najwspanial-

szych elementów wiedeńskiego życia na początku XX wieku. Zazwyczaj

chadzał do teatru przynajmniej raz w tygodniu, często uczestniczył

w przedstawieniach wystawianych w niedzielne popołudnia dla uczniów

i robotników. Największą sławą cieszył się wspaniały Hofburg przy

Ringstrasse, jeden z najważniejszych niemieckojęzycznych teatrów

na świecie; ale nawet w mniejszym Volkstheater mogło zasiąść 1900

osób, podczas gdy pomniejsze teatry wystawiały operetki, farsy, a na-

wet węgierskie wodewile. Erwin, który zawsze obsesyjnie wszystko

notował, prowadził nawet zapiski z minirecenzjami ze swoich wizyt

w teatrze. O jednym z czołowych aktorów napisał: „Znacznie lepiej,

niż się spodziewałem, nie tyle z uwagi na to, co zagrał, jak na to, co

pozostawił niezagrane”.

Również malarstwo przeżywało rozkwit w Wiedniu z przełomu

wieków, choć nie zawsze było należycie doceniane. Gustav Klimt,

wówczas w pełni sił twórczych, wywołał burzę kontrowersji swoimi

obrazami postrzeganymi jako nazbyt seksualne, a nawet porno-

graficzne. W 1906 roku, gdy Erwin Schrödinger i jego przyjaciel

Tonio Rella wstąpili na uniwersytet, Egon Schiele, jeden z przyjaciół

Klimta, trafił na dwadzieścia dni do aresztu za namalowanie „lu-

bieżnego” obrazu. Jeśli jednak Wiedeń w 1906 roku królował, jeśli

chodzi o teatr i sztukę, to z pewnością nie był na czele stawki, jeśli

chodzi o fizykę. Mimo że Stefan i Boltzmann zaczęli dokonywać

interesujących postępów w swoich badaniach, nauczanie fizyki było

znacznie zapóźnione. Większość tego, czego Schrödinger miał się

nauczyć na uniwersytecie jako student, było w 1906 roku zdecy-

dowanie staromodne.

29

Chłopiec z XIX wieku