Шрёдингер, Эрвин: биография
Первые публикации Шрёдингера по атомной теории и теории спектров начали появляться лишь с начала 1920-х годов, после его личного знакомства с Зоммерфельдом и Вольфгангом Паули и переезда на работу в Германию, которая была центром развития новой физики. В январе 1921 года Шрёдингер закончил свою первую статью по этой тематике, рассмотрев в рамках теории Бора — Зоммерфельда влияние взаимодействия электронов на некоторые особенности спектров щелочных металлов. Особый интерес для него представляло введение релятивистских соображений в квантовую теорию. Осенью 1922 года он проанализировал электронные орбиты в атоме с геометрической точки зрения, воспользовавшись методами известного математика Германа Вейля. Эта работа, в которой было показано, что квантовым орбитам можно сопоставить определённые геометрические свойства, стала важным шагом, предугадавшим некоторые особенности волновой механики. Ранее в том же году Шрёдингер получил формулу релятивистского эффекта Доплера для спектральных линий, исходя из гипотезы световых квантов и соображений сохранения энергии и импульса. Впрочем, он испытывал большие сомнения в справедливости последних соображений в микромире. Ему была близка идея его учителя Экснера о статистическом характере законов сохранения, поэтому он с энтузиазмом воспринял появление весной 1924 года статьи Бора, Крамерса и Слэтера, в которой предполагалась возможность нарушения этих законов в индивидуальных атомных процессах (например, в процессах испускания излучения). Несмотря на то, что вскоре эксперименты Ганса Гейгера и Вальтера Боте показали несовместимость этого предположения с опытом, идея энергии как статистической концепции привлекала Шрёдингера на протяжении всей жизни и обсуждалась им в некоторых докладах и публикациях.
Создание волновой механики
Непосредственным толчком к началу разработки волновой механики стало знакомство Шрёдингера в начале ноября 1925 года с диссертацией Луи де Бройля, содержащей идею о волновых свойствах вещества, а также со статьёй Эйнштейна по квантовой теории газов, в которой цитировалась работа французского учёного. Успех деятельности Шрёдингера в этом направлении был обеспечен владением соответствующим математическим аппаратом, в частности методикой решения задач на собственные значения. Шрёдингер предпринял попытку обобщить волны де Бройля на случай взаимодействующих частиц, учитывая, как и французский учёный, релятивистские эффекты. Через некоторое время ему удалось представить энергетические уровни в качестве собственных значений некоторого оператора. Однако проверка для случая простейшего атома — атома водорода — оказалась разочаровывающей: результаты расчёта не совпадали с экспериментальными данными. Объяснялось это тем, что фактически Шрёдингер получил релятивистское уравнение, известное ныне как уравнение Клейна — Гордона, которое справедливо лишь для частиц с нулевым спином (спин в то время ещё не был известен). После этой неудачи учёный оставил эту работу и вернулся к ней лишь через некоторое время, обнаружив, что его подход даёт удовлетворительные результаты в нерелятивистском приближении.
В первой половине 1926 года редакция журнала Annalen der Physik получила четыре части знаменитой работы Шрёдингера «Квантование как задача о собственных значениях». В первой части (получена редакцией 27 января 1926 года), отталкиваясь от оптико-механической аналогии Гамильтона, автор вывел волновое уравнение, известное ныне как не зависящее от времени (стационарное) уравнение Шрёдингера, и применил его к нахождению дискретных энергетических уровней атома водорода. Основным преимуществом своего подхода учёный считал то, что «квантовые правила уже не содержат загадочного „требования целочисленности“: оно теперь прослеживается, так сказать, на шаг глубже и находит обоснование в ограниченности и однозначности некоторой пространственной функции». Эта функция, получившая впоследствии название волновой функции, была формально введена как величина, логарифмически связанная с действием системы. Во втором сообщении (получено 23 февраля 1926 года) Шрёдингер обратился к общим идеям, лежащим в основе его методики. Развивая оптико-механическую аналогию, он обобщил волновое уравнение и пришёл к выводу о равенстве скорости частицы групповой скорости волнового пакета. По мнению учёного, в общем случае «следует изображать многообразие возможных процессов, исходя из волнового уравнения, а не из основных уравнений механики, которые для объяснения сущности микроструктуры механического движения столь же непригодны, как и геометрическая оптика для объяснения дифракции». В заключение Шрёдингер использовал свою теорию для решения некоторых конкретных задач, в частности задачи о гармоническом осцилляторе, получив решение, согласующееся с результатами матричной механики Гейзенберга.
