قسمت ششم: از گسستگی انرژی تا موج‌های ایستاده
مفاهیم کوانتوم با طرح گسستگی انرژی توسط پلانک آغاز شد. انیشتین با ایده‌گیری از این مفهوم، اثر فوتوالکتریک را توجیه کرد و مدل اتمی بور نظم تازه‌ای به رفتار الکترون‌ها بخشید. ظهور دوگانگی موج-ذره دوبروی، مسیری جدید گشود که در نهایت به شرودینگر و معادله معروفش رسید.
معادله‌ای برای موج‌های کوانتومی
شرودینگر معادله‌ای ارائه داد که رفتار موجی الکترون‌ها را با استفاده از امواج ایستاده توصیف می‌کرد؛ به عبارتی او فرض کرد همان‌طور که طول تار ویولن فرکانس صدای آن را تعیین می‌کند، طول مداری که الکترون بر روی آن می‌چرخد نیز طول موج آن‌ها را مشخص می‌کند. از آنجایی که الکترون‌ها تنها می‌توانند مقادیر مشخصی از انرژی‌های گسسته داشته باشند، شرودینگر با معادله موج، که امروزه به‌عنوان یکی از پایه‌های مکانیک کوانتومی شناخته می‌شود، به کمک تفسیر ماکس بورن، مفهوم احتمال را وارد کرد؛ بورن تابع موج شرودینگر را نه به‌عنوان مکان دقیق الکترون، بلکه به‌عنوان احتمال حضور آن در یک مکان مشخص تفسیر کرد، تغییری اساسی که فیزیک کوانتومی را از دنیای قطعیت نیوتنی جدا کرد.
پارادوکس گربه شرودینگر: آزمایشی برای برهم‌نهی
در سال ۱۹۳۵، شرودینگر با طرح آزمایش گربه معروفش، مفاهیم برهم‌نهی کوانتومی را به جهان ماکروسکوپیک کشاند. آزمایشی را تصویر کنید که یک گربه را در جعبه‌ای فرضی همراه با یک ماده پرتوزا، شمارشگر گایگر و ظرف سم قرار داده شده؛ اگر یک اتم واپاشی کند، شمارشگر فعال و سمی آزاد می‌شود که گربه را می‌کشد. اما اگر واپاشی رخ ندهد، گربه زنده می‌ماند و تا زمانی که جعبه باز نشود، حالت گربه برهم‌نهمی زنده و مرده است. این پارادوکس نشان داد که اگر در سطح میکروسکوپیک می‌توان برهم‌نهی حالاتی مانند واپاشی و عدم واپاشی را پذیرفت، در سطح ماکروسکوپیک نیز باید حالت‌های هم‌زمانی مانند زنده و مرده بودن گربه پذیرفته شوند. شرودینگر با این مثال، چالش‌های فلسفی نظریه کوانتوم را برجسته کرد.
پایان و آغاز
معادله شرودینگر و مدل بور، هرچند از مسیرهای متفاوتی می‌آمدند، سازگاری نسبت به هم نشان دادند که اعتماد به مکانیک کوانتومی را افزایش داد. با این‌حال، سوالات بنیادی درباره دوگانگی موج-ذره و تفسیرهای دقیق‌تر از مکانیک کوانتومی همچنان باقی ماند. این پایان داستان نبود؛ بلکه آغاز ماجراجویی‌ای جذاب‌تر در دنیای کوانتوم بود.