ארווין שרדינגר

• ביוגרפיה
• תורת הקוונטים
• 5 דקות קריאה

האיש שתיאר את האלקטרון כגל, והמציא את החתול המפורסם ביותר בפיזיקה — ציר זמן של חייו, מה אומרת המשוואה שלו, ומה הוא באמת רצה להראות.

התשובה בקצרה

ארווין שרדינגר היה פיזיקאי אוסטרי שחי בין 1887 ל־1961. ב־1926 כתב משוואה שמתארת את האלקטרון כגל, והיא עד היום אחד מיסודות תורת הקוונטים.

1. משוואת שרדינגר: מחשבת איך מתנהגים חלקיקים זעירים כמו אלקטרונים.
2. פרס נובל בפיזיקה: הוענק לו ב־1933, יחד עם הפיזיקאי פול דיראק.
3. החתול של שרדינגר: ניסוי מחשבתי מ־1935, שנועד להראות עד כמה תורת הקוונטים מוזרה.

למי זה מיועד: תורת הקוונטים נלמדת בתיכון במגמת פיזיקה, אבל ההסבר כאן לא דורש שום רקע. אם הגעתם בגלל החתול — הוא בסעיף השלישי.

מי היה ארווין שרדינגר

שרדינגר גדל בווינה, בירת אוסטריה, ולמד פיזיקה באוניברסיטה של העיר. הוא התעניין גם בפילוסופיה, בשירה ובביולוגיה, ולא הסתפק אף פעם בתחום אחד. את התגלית הגדולה שלו עשה בגיל 38, כשהיה פרופסור בציריך שבשווייץ.

שנה	מה קרה
1887	נולד בווינה, אוסטריה.
1910	מסיים דוקטורט בפיזיקה באוניברסיטת וינה.
1914	משרת כקצין בצבא אוסטריה במלחמת העולם הראשונה.
1921	מתמנה לפרופסור בציריך, שווייץ.
1926	מפרסם את המשוואה שלו.
1927	עובר לברלין, למשרה של הפיזיקאי מקס פלאנק.
1933	עוזב את גרמניה אחרי עליית הנאצים לשלטון, וזוכה בפרס נובל.
1935	מציג את ניסוי המחשבה על החתול.
1938–1939	בורח מאוסטריה ב־1938, ובסוף 1939 משתקע בדבלין, אירלנד.
1956	חוזר לווינה.
1961	נפטר בווינה.

המשוואה של שרדינגר

בשנות העשרים גילו הפיזיקאים שלאלקטרון יש גם תכונות של גל, כמו גלים במים או גלי קול. שרדינגר שאל שאלה פשוטה: אם האלקטרון מתנהג כמו גל, איזו משוואה מתארת את הגל הזה?

המשוואה שכתב מקבלת את הכוחות שפועלים על האלקטרון, ומחזירה את צורת הגל שלו ואת האנרגיה שלו. כשפתר אותה עבור אטום מימן, יצאו בדיוק רמות האנרגיה שנילס בוהר מצא 13 שנה קודם — אבל בלי להניח שהאלקטרון נע במסלול מעגלי. זו הייתה הוכחה שהגישה נכונה.

נשארה שאלה אחת: מה בדיוק “גלי” בגל של אלקטרון? התשובה שהתקבלה, מהפיזיקאי מקס בורן, היא שהגל מתאר סיכוי. במקום שבו הגל חזק, יש סיכוי גבוה למצוא את האלקטרון. במקום שבו הגל חלש, הסיכוי נמוך. שרדינגר עצמו לא אהב את הפירוש הזה, וגם אלברט איינשטיין לא.

החתול של שרדינגר

לפי תורת הקוונטים, לפני שמודדים חלקיק הוא יכול להיות בכמה מצבים בבת אחת. אטום רדיואקטיבי, למשל, נמצא בו זמנית במצב של “התפרק” ובמצב של “לא התפרק” — עד שמישהו בודק. שרדינגר רצה להראות כמה הרעיון הזה נשמע מופרך, כשמנסים להחיל אותו על דברים גדולים.

הוא דמיין חתול בקופסה סגורה, יחד עם אטום רדיואקטיבי, גלאי קרינה ובקבוקון רעל. אם האטום מתפרק, הגלאי שובר את הבקבוקון והחתול מת. אם האטום נמצא בשני המצבים יחד, אז גם החתול — חי ומת בבת אחת, עד שפותחים את הקופסה.

איפה רואים את זה בחיים

• הטלפון שלכם

  המעבד בנוי ממיליארדי רכיבים זעירים מסיליקון. את ההתנהגות של האלקטרונים בתוכם מחשבים בעזרת תורת הקוונטים.

• נורות לד

  הצבע של כל נורת לד נקבע לפי הפרש האנרגיה בין רמות של אלקטרונים בחומר. חומר אחר — צבע אחר.

• דיסק און קי

  כדי לשמור מידע, אלקטרונים עוברים דרך שכבה דקה שלפי הפיזיקה הרגילה הם לא אמורים לעבור. זו תופעה קוונטית שנקראת מנהור.

שאלות נפוצות

מה אומרת משוואת שרדינגר במילים פשוטות?

היא מתארת את האלקטרון כגל, ומחשבת איך הגל הזה נראה ואיך הוא משתנה עם הזמן. מתוך הגל אפשר לדעת מה הסיכוי למצוא את האלקטרון בכל מקום, ואילו ערכי אנרגיה מותרים לו.

האם שרדינגר באמת שם חתול בקופסה?

לא. זה ניסוי מחשבתי, כלומר תרחיש שמדמיינים כדי לבחון רעיון. אף חתול לא נפגע, ושום ניסוי כזה לא בוצע.

מה הקשר בין שרדינגר לבוהר?

בוהר הציע ב־1913 שלאלקטרון מותרות רק רמות אנרגיה מסוימות, אבל לא הסביר למה. המשוואה של שרדינגר נתנה את ההסבר: רמות האנרגיה יוצאות מעצמן מתוך תיאור האלקטרון כגל.

לפני הקוונטים — המכניקה

בקורס המכניקה כל נושא מוסבר בסרטון, ולכל תרגיל בחוברת יש פתרון וידאו מלא. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס המכניקה

או מתחילים בחינם: חוברת התרגילים במכניקה, להורדה