”Hele vores moderne samfund kan føres tilbage til denne ene ligning”

Sprætter du din telefon op, ligner den en plade med lakridskonfekt. Millioner og atter millioner af små klodser. 

De små klodser er transistorer, og det er dem, der gør, at du kan bruge din telefon til for eksempel at læse denne artikel.

Dem har vi kun lært at forstå ved hjælp af Schrödingers ligning, som har gjort os klogere på, hvordan nogle af de allermindste dele i verden - elektroner - opfører sig. 

Men det er ikke kun din telefons evne til at sende information, der fungerer på grund af vores forståelse af Schrödingers ligning. Det gælder også selve internettet, hukommelseskort, fibernet, muligheden for at blive scannet på hospitalet, og listen kunne blive ved. 

“Hele vores moderne samfund kan føres tilbage til den ene ligning,” siger Kim Splittorff, som er lektor på Niels Bohr Institutet, hvor han arbejder med kvantefysik.

I Akademikerbladets nye podcast '10 formler, der forandrede verden', der er støttet af Carlsbergfondet og produceret af MonoMono, forklarer han, hvad det er, der gør Schrödingers ligning så vigtig. 

Opmærksom studerende førte til ligningens fødsel 

Schrödingers ligning kom til verden i mellemkrigstidens Europa. 

Det var på denne tid, at videnskabsfolk som Niels Bohr og Albert Einstein lavede om på vores forståelse af verden ved at genfortolke atomet og selve tyngdekraften. 

Med andre ord blomstrede videnskaben, da den østrigske fysiker Erwin Schrödinger i 1924 holdt en forelæsning på Det Tekniske Universitet i Zürich. 

Her fremlagde han sin teori om, at elektroner slet ikke opfører sig, som man hidtil havde forestillet sig.

Schrödinger gør op med det billede af et atom og dets bestanddele, som vi kender fra Niels Bohrs atommodel, hvor elektroner er afbildet som små partikler, der suser rundt om atomkernen. 

Faktisk opfører elektronerne sig nærmere som bølger, argumenterer han.

En af de studerende var skeptisk og rakte hånden op. For hvis Schrödinger havde tænkt sig at tale om partikler som bølger, så måtte han kunne vise en formel, der kan beskrive den bølge.

Den tanke tager Schrödinger med tilbage til sit skrivebord, for den studerende har helt ret. 

I et år knoklede han hårdt for at finde en formel, der passer, og i 1925 var han tilbage i forelæsningssalen. Det er lykkedes ham at udarbejde en ligning, som den studerende efterspurgte. Den ligning, vi i dag kender som Schrödingers ligning. 

Hverken bølge eller partikel 

Når du løser Schrödingers ligning, får du en bølgefunktion - en matematisk beskrivelse af sandsynligheden for at finde en kvantepartikel, for eksempel en elektron, i en given tilstand.

Det betyder, at ligningens løsning ikke giver en elektrons præcise placering, men et godt skøn for, hvor vi sandsynligvis vil finde den. Og det er den viden om elektronernes adfærd, der gør, at vi kan udvikle avanceret teknologi.   

Men det er også her, det bliver det indviklet.

For elektroner er hverken partikler eller bølger. De er kvanter, og de opfører sig ikke på en måde, der matcher vores normale forestilling om verden. Derfor forsøger vi ofte at tænke på dem enten som partikler eller som bølger, fordi det er lettere at forstå. 

“Noget af det, der fascinerer mig mest ved at arbejde med kvantefysik, er, at det virker nærmest naturstridigt, at det fungerer sådan," siger lektor Kim Splittorff. 

Hans anbefaling er, at man har et åbent sind, når man skal forstå, hvordan kvantefysik og -teknologi fungerer.

Nøglen til den største teknologiske udvikling i moderne tid 

I dag er det omtrent en tredjedel af hele verdens samlede økonomi, der kan føres tilbage til den type teknologi, som vi har lært at kende gennem Schrödingers ligning, og i fremtiden kan den andel blive endnu større. 

Det er i hvert fald det, Kim Splitorff arbejder for. Han er tilknyttet ’The Novo Nordisk Foundation Quantum Computing Program’ på Niels Bohr Instituttet. Her bruger de kvantemekaniske principper, som Schrödingers-ligning har lært os, til at udvikle en helt ny teknologi: kvantecomputeren. 

“Det er en fuldstændig banebrydende teknologi, der potentielt er langt hurtigere og meget mere kraftfuld end de computere, vi har i dag,” siger Kim Splittorff. 

Teknologien bag kvantecomputeren har potentiale til at revolutionere sundhedssektoren og adressere globale udfordringer. Samtidig rejser den også sikkerhedstrusler for de lande, der ikke følger med i udviklingen. Derfor fik Danmark i 2023 sin egen nationale kvantestrategi.

“Forskningsfeltet er ikke kun interessant for os kvantefysikere. Udvikling af kvanteteknologi har en enorm global interesse og er et af de få steder i teknologiens udvikling, hvor grundforskning, industrielle interesser og global politik smelter sammen,” siger han og spår at, det det er et spørgsmål om 10-20 år, før kvantecomputere bliver generelt anvendelige og en integreret del af vores samfund.