Natuurkunde en de katparadox

Erwin Schrödinger, een razend interessante wetenschapper en een rokkenjager, zette in de jaren twintig de quantummechanica rigoureus op zijn kop.

Fysicus Erwin Schrödinger Foto ANP

Als het met zijn liefdesleven goed zat, was Erwin Schrödinger (1887-1961) op zijn best en deed hij zijn grootste ontdekkingen. De man die de meeste natuurkundigen kennen van zijn vergelijking (Nobelprijs, 1933), en de meeste anderen van zijn kat, legde de basis voor de succesvolste, wonderlijkste, maar ook minst begrepen theorie in de natuurkunde tijdens een skivakantie in de Zwitserse Alpen met een van zijn vele minnaressen. Hoewel hij in zijn dagboeken alles bijhield over zijn veroveringen, veelal jonge meisjes, weten we niet wie de betreffende vrouw was, omdat uitgerekend dat deel is verdwenen.

Feit is dat hij begin 1926 in een creatieve uitbarsting zes artikelen publiceert, waarmee hij in één klap helderheid brengt in de theoretische wanorde die de natuurkunde tot dan toe kenmerkt. Hij is alleen niet de enige die daarin slaagt: bijna tegelijkertijd doet de Duitser Werner Heisenberg hetzelfde, zij het op een totaal andere manier. In de jaren daarna zullen beide theorieën volledig equivalent blijken te zijn.

Onder leiding van de grote Niels Bohr ontstaat er dan een beeld van de subatomaire wereld, waarin materie zich soms als deeltjes en dan weer als golven kan voordoen, waarin je alleen de kans kunt uitrekenen dat een deeltje zich ergens bevindt, en metingen de werkelijkheid beïnvloeden.

Radioactief

In navolging van Einstein (‘God dobbelt niet’) moet Schrödinger daar niets van hebben. ‘Als al dat verdoemde quantumspringen blijvend is, dan heb ik er spijt van ooit bij die quantumtheorie te zijn betrokken.’ Om de belachelijkheid ervan te illustreren verzint hij zijn katparadox: een kat opgesloten in een doos, met daarin een radioactief atoom. Als dat vervalt, wordt via een ingenieus mechanisme een gifgas verspreid in de doos, waardoor de kat komt te overlijden.

Maar zolang we niet in de doos kijken (‘geen meting doen’), weten we niet of het atoom vervallen is of niet, en weten we dus ook niet of de kat dood is of leeft: de kat bevindt zich dus in een soort tussentoestand. Schrödinger was dat een gruwel: de kat is óf dood óf levend.

In de voorbije bijna honderd jaar is echter vast komen te staan dat die tussentoestanden reëel zijn en dat de quantummechanica in al zijn rare verschijningsvormen, écht klopt en dat zij zelfs tot nuttige toepassingen leidt, zoals onbreekbare codes die in de toekomst ons financiële dataverkeer kunnen gaan beschermen.

In een net verschenen biografie zet de Engelse auteur John Gribbin mooi uiteen hoe Schrödinger worstelde met wat in feite zijn eigen geesteskind was. Hij schetst ook een mooi beeld van zijn leven, met al zijn extremiteiten: zo was hij nergens echt thuis en trok hij als een nomade door Europa, deels gedreven door zijn wens om zijn naasten een financieel stabiele toekomst te bieden.

Nadat hij in 1927 als Oostenrijker (!) de grote Max Planck was opgevolgd in Berlijn, besloot hij na de machtsovername van de nationaal-socialisten in 1933 terug te keren naar zijn vaderland – hij had een hartgrondige hekel aan het wijdverbreide antisemitisme. Dat bracht hem in problemen toen de Duitse autoriteiten na de Anschluss van Oostenrijk zijn overhaaste vertrek een paar jaar daarvoor opvatten als een onvriendelijke daad.

Gelukkig slaagde hij er al snel in om met zijn vrouw naar Italië te vluchten, van waar hij doorreisde naar Oxford en later naar de universiteit van Gent. Uiteindelijk vond hij een wat meer stabiele positie in Dublin, waar hij aan het nieuwe Institute of Advanced Studies naar eigen zeggen ‘de mooiste jaren van mijn leven’ beleefde.

Daar zullen ongetwijfeld ook de vele buitenechtelijke relaties een rol in hebben gespeeld – hij kreeg uiteindelijk drie kinderen bij drie verschillende minnaressen. Aan de andere kant hadden hij en zijn echtgenote geregeld zware depressies, die bij beiden zelfs leidden tot een zelfmoordpoging. Nee, een kamergeleerde kun je hem niet noemen.

Naast dit smeuïge beeld van Schrödingers leven geeft Gribbin een overzicht van de wording en ontwikkeling van de quantummechanica vanaf de jaren twintig, toen jongelieden de natuurkunde op zijn kop zetten, en de gevestigde orde wat denigrerend sprak van Knabenphysik.

Wolken

Hoewel aan het eind van de 19de eeuw de natuurkunde ‘af’ leek te zijn en slechts twee wolken het zicht op de ultieme theorie van licht en materie verduisterden, bleken achter die twee wolken volkomen nieuwe en totaal onverwachte vergezichten schuil te gaan. Juist de jongere generatie stond daarvoor open: Schrödinger, die eigenlijk al van een eerdere generatie was, had hier veel meer moeite mee.

Je kunt het Gribbin wel toevertrouwen om al die ontwikkelingen op een smakelijke manier te boek te stellen: al meer dan dertig jaar schrijft hij populair-wetenschappelijke boeken en zijn trilogie over Schrödingers kat en de quantummechanica uit de jaren tachtig behoort tot het beste wat er over de quantummechanica is geschreven. Ook in zijn ogen was dat blijkbaar zó goed, dat hij er in dit nieuwe boek uitgebreid uit citeert.

Helaas doet hij iets soortgelijks waar het Schrödingers levensbeschrijving betreft. Walter Moore schreef in 1989 diens ‘definitieve’ biografie en Gribbin kan eigenlijk niet veel meer dan daar voortdurend naar verwijzen. Daarom stelt deze ‘biografie’ uiteindelijk toch wat teleur. Aan de andere kant kan zij voor velen misschien juist een opstapje betekenen om meer te weten te komen over deze razend interessante wetenschapper, die leefde in misschien wel de meest revolutionaire periode van de natuurkunde.