WERNER HEISENBERG: BIOGRAFIJA, ODKRITJE, PRISPEVKI, DELA - ZNANOST - 2026

Werner Heisenberg (1901 - 1976) je bil nemški fizik in filozof, znan po tem, da je bil človek, ki mu je uspelo oblikovati kvantno mehaniko v smislu matric, poleg tega, da je ustvaril načelo negotovosti. Zahvaljujoč tem odkritjem mu je leta 1932 uspelo dobiti Nobelovo nagrado za fiziko.

Poleg tega je med drugimi raziskavami prispeval k teorijam hidrodinamike turbulentnih tekočin, atomskega jedra, feromagnetizma, kozmičnih žarkov in subatomskih delcev.

Bundesarchiv, Bild 183-R57262 / Neznano Neznani avtor / CC-BY-SA 3.0, prek Wikimedia Commons

Bil je eden izmed znanstvenikov, ki je med drugo svetovno vojno posredoval pri nacističnem nemškem jedrskem orožju. Ko se je vojna končala, je bil imenovan za direktorja Inštituta za fiziko Kaiser Willhelm.

Kot direktor je deloval, dokler se institucija ni preselila v München, kjer se je razširila in se preimenovala v Inštitut Maxa Plancka za fiziko in astrofiziko.

Heisenberg je bil predsednik nemškega raziskovalnega sveta, komisije za atomsko fiziko, delovne skupine za jedrsko fiziko in predsednik fundacije Alexander von Humboldt.

Življenjepis

Zgodnja leta in študij

Werner Karl Heisenberg se je rodil 5. decembra 1901 v Würzburgu v Nemčiji. Bil je sin Kaspar Ernsta August Heisenberga, srednješolskega učitelja klasičnih jezikov, ki je postal edini nemški srednjeveški in sodobni grški študij v univerzitetnem sistemu. Njegova mati je bila ženska po imenu Annie Wecklein.

Študij fizike in matematike je začel na univerzi Ludwig Maximilian v Münchnu in univerzi Georg-August v Göttingenu med letoma 1920 in 1923.

Profesor in fizik Arnold Sommerfeld je opazoval svoje najboljše študente in poznal zanimanje Heisenberga za teorije anatomske fizike Dane Nielsa Bohra; profesor ga je junija 1922 odpeljal na festival v Bohr.

Nazadnje je leta 1923 v Münchnu pod Sommerfeldom doktoriral in naslednje leto končal habilitacijo.

Tema Heisenbergove doktorske naloge je predlagal Sommerfeld sam. Želel je obravnavati idejo o turbulenci, ki jo je videl vzorec gibanja tekočine, za katerega so značilne nenadne spremembe tlaka in hitrosti pretoka.

Natančneje, Heisenberg je k problemu stabilnosti pristopil z uporabo več specifičnih enačb. V mladosti je bil član združenja nemških skavtov in del nemškega mladinskega gibanja.

Začetek njegove kariere

Med letoma 1924 in 1927 je bil Heisenberg v Göttingenu znan kot privatdozent (univerzitetni profesor naslova).

Od 17. septembra 1924 do 1. maja naslednjega leta je skupaj z danskim fizikom Nielsom Bohrom izvajal raziskave po zaslugi nepovratnih sredstev odbora za mednarodno izobraževanje Rockefellerjeve fundacije.

Leta 1925 je v obdobju šestih mesecev razvil formulacijo kvantne mehanike; dokaj popolna matematična izvedba, ki sta jo spremljala nemška fizika Max Born in Pascual Jordan.

Medtem ko je bil v Kopenhagnu leta 1927, je Heisenbergu uspelo razviti svoje načelo negotovosti, medtem ko je delal na matematičnih temeljih kvantne mehanike.

Po končanem raziskovanju je 23. februarja napisal pismo avstrijskemu fiziku Wolfgangu Pauliju, v katerem je takšen princip opisal prvič.

Nato je leta 1928 ponudil članek, objavljen v Leipzigu, kjer je uporabil načelo izključitve Paulija za razrešitev skrivnosti feromagnetizma; fizični pojav, ki proizvaja magnetno razporeditev v isti smeri in smislu.

V začetku leta 1929 sta Heisenberg in Pauli predstavila dva prispevka, ki sta služila za postavitev temeljev relativistične teorije kvantnega polja.

Nobelova nagrada

Werner Heisenberg ni le razvil raziskovalni program za ustvarjanje teorije kvantnega polja skupaj z nekaterimi kolegi, ampak je tudi po odkritju nevtrona leta 1932 deloval na teoriji atomskega jedra.

V takem projektu mu je v zgodnjem opisu uspelo razviti model interakcije protonov-nevtronov, ki je pozneje postal znan kot močna sila.

Leta 1928 je Albert Einstein nominiral Wernerja Heisenberga, Maxa Borna in Pascuala Jordana za Nobelovo nagrado za fiziko. Razglasitev nagrade za leto 1932 je bila preložena do novembra 1933.

V tem času je bilo objavljeno, da je Heisenberg leta 1932 prejel nagrado za ustvarjanje kvantne mehanike. Iz Heisenbergovega prispevka so bile odkrite alotropne oblike vodika: to so različne atomske strukture snovi, ki so preproste.

Nacistični napadi

Istega leta, ko je leta 1933 prejel Nobelovo nagrado za mir, je videl vzpon nacistične stranke. Nacistična politika je izključevala "nearijce", kar je pomenilo odpuščanje številnih profesorjev, med njimi: rojenih, Einsteina in drugih Heisenbergovih kolegov v Leipzigu.

Heisenbergov odziv na tovrstna dejanja je bil miren, stran od strahu javnosti, ker je menil, da bo nacistični režim kratkotrajen. Heisenberg je hitro postal lahka tarča.

Skupina radikalnih nacističnih fizikov je promovirala idejo o "arijski fiziki" v nasprotju z "judovsko fiziko", ki je bila povezana s teorijami relativnosti in kvantnimi teorijami; v resnici je Heisenberga močno napadel nacistični tisk in ga označil za "belega Žida."

Sommerfeld je razmišljal o odhodu iz Heisenberga kot njegovega naslednika pri pouku na univerzi v Münchnu; vendar njegova ponudba za imenovanje ni uspela zaradi nasprotovanja nacističnega gibanja. Po samovoljnih odločitvah nacistov je Heisenberg ostal grenkega okusa.

Heisenberg v drugi svetovni vojni

1. septembra 1939 je bil ustanovljen nemški program jedrskega orožja, isti dan, ko se je začela druga svetovna vojna. Po več sestankih je bil Heisenberg vključen in postavljen na mesto generalnega direktorja.

Od 26. do 28. februarja 1942 je Heisenberg uradnikom Reicha predaval znanstveno predavanje o pridobivanju energije iz jedrske cepitve.

Poleg tega je pojasnil o ogromnem energijskem potencialu, ki ga zagotavlja ta vrsta energije. Trdil je, da se lahko s cepljenjem atomskega jedra sprosti 250 milijonov voltov elektronov, zato so se namenili raziskati.

Odkritje jedrske cepitve se je pokazalo v središču nemške pozornosti. Vendar Heisenbergova raziskovalna skupina ni bila uspešna pri izdelavi reaktorja ali atomske bombe.

Nekatere reference so Heisenberg predstavile kot nesposobnega. Drugi, nasprotno, trdijo, da je bilo zamuda namenoma ali da je bil napor sabotiran. Jasno je, da je bilo na različnih točkah preiskave značilnih napak.

Po različnih navedbah prepisi iz nemščine v angleščino razkrivajo, da so bili Heisenberg in drugi kolegi navdušeni nad zmago zaveznikov v drugi svetovni vojni.

Povojna leta in smrt

Nazadnje leta 1946 je znova nadel položaj na Inštitutu Kaiser Wilhelm, ki se je kmalu preimenoval v Inštitut Maxa Plancka za fiziko. V povojnih letih je Heisenberg prevzel vlogo skrbnika in predstavnika nemške znanosti v Zahodni Nemčiji, pri čemer je ohranil apolitično držo.

Leta 1949 je postal prvi predsednik nemškega raziskovalnega sveta z namenom mednarodne promocije znanosti svoje države.

Kasneje, leta 1953, je postal ustanovni predsednik fundacije Humboldt; vladna organizacija, ki je podeljevala štipendije tujim učenjakom za izvajanje raziskav v Nemčiji.

V poznih šestdesetih letih je Heisenbergu uspelo napisati svojo avtobiografijo. Knjiga je izšla v Nemčiji, leta kasneje pa je bila prevedena v angleščino, nato pa v druge jezike.

1. februarja 1976 je Heisenberg umrl za rakom ledvic in žolčnika. Naslednji dan so se njegovi kolegi sprehodili od Inštituta za fiziko do njegovega doma in na vhodna vrata postavili sveče, da bi se poklonili legendarnemu znanstveniku.

Odkritja in prispevki

Matrična mehanika

Prve modele kvantne mehanike so ustanovili Albert Einstein, Niels Bohr in drugi vodilni znanstveniki. Kasneje je skupina mladih fizikov razvila v nasprotju s klasičnimi teorijami, ki temeljijo na eksperimentih in ne na intuiciji, pri čemer so uporabljali veliko bolj natančne jezike.

Leta 1925 je prvi v Heisenbergu naredil eno najcelovitejših matematičnih formulacij kvantne mehanike. Heisenbergova ideja je bila, da bi s to enačbo lahko predvideli intenzivnost fotonov v različnih pasovih vodikovega spektra.

Ta formulacija temelji na dejstvu, da se kateri koli sistem lahko opiše in izmeri z opazovanji in znanstvenimi meritvami v skladu s teorijo matric. V tem smislu so matrice matematični izrazi za povezavo podatkov iz pojava.

Načelo negotovosti

Kvantna fizika je pogosto zmedena, saj je definitivno nadomeščeno z verjetnostmi. Delček je lahko na primer na enem ali drugem mestu ali celo v obeh hkrati; njegovo lokacijo je mogoče oceniti le na podlagi verjetnosti.

To kvantno zmedo bi lahko pojasnili zahvaljujoč Heisenbergovemu načelu negotovosti. Leta 1927 je nemški fizik razložil svoj princip z merjenjem položaja in gibanja delca. Na primer, zagon predmeta je njegova masa, pomnožena s hitrostjo.

Glede na to dejstvo načelo negotovosti kaže, da položaja in gibanja delca ne moremo vedeti z absolutno gotovostjo. Heisenberg je trdil, da obstaja omejitev, kako dobro je mogoče poznati položaj in zagon delca, tudi ob uporabi njegove teorije.

Če Heisenberg pozicijo natančno poznaš, imaš lahko le omejene podatke o njenem zagonu.

Neutron-protonski model

Model protonov-elektronov je predstavljal določene težave. Čeprav je bilo sprejeto, da atomsko jedro sestavljajo protoni in nevtroni, narava nevtrona ni bila jasna.

Po odkritju nevtrona sta Werner Heisenberg in sovjetsko-ukrajinski fizik Dmitri Ivanenko leta 1932 predlagala protonski in nevtronski model za jedro.

Heisenbergovi dokumenti obravnavajo podroben opis protonov in nevtronov v jedru s pomočjo kvantne mehanike. Predvidevalo je tudi prisotnost jedrskih elektronov razen nevtronov in protonov.

Natančneje, domneval je, da je nevton protonska elektronska spojina, za katero ni kvantne mehanske razlage.

Medtem ko je nevtro-protonski model reševal številne težave in odgovarjal na določena vprašanja, je dokazal težavo pri razlagi, kako lahko elektroni izhajajo iz jedra. Kljub temu se je po zaslugi teh odkritij podoba atoma spremenila in bistveno pospešila odkritja atomske fizike.

Predvaja

Fizikalna načela kvantne teorije

Fizična načela kvantne teorije je knjiga Werner Heisenberg, ki je bila prvič objavljena leta 1930 po zaslugi univerze v Chicagu. Kasneje, leta 1949, je bila za uspeh ponatisnjena nova različica.

Nemški fizik je to knjigo napisal z namenom, da bi kvantno mehaniko razpravljali na enostaven način, z malo tehničnega jezika, da bi zagotovili hitro razumevanje te znanosti.

Knjiga je bila v pomembnih uradnih referencah in virih citirana več kot 1200 krat. Struktura dela v osnovi temelji na hitri in enostavni razpravi o kvantni teoriji in njenem načelu negotovosti.

Fizika in filozofija

Fizika in filozofija je bila sestavljena iz seminarskega dela, ki ga je Werner Heisenberg natančno napisal leta 1958. V tem delu Heisenberg razloži dogodke revolucije v sodobni fiziki na podlagi svojih izjemnih člankov in prispevkov.

Za Heisenberga je bilo značilno, da je v svoji znanstveni karieri vodil nešteto predavanj in pogovorov o fiziki. V tem smislu je to delo kompilacija vseh pogovorov, povezanih z odkritji nemškega znanstvenika: načelo negotovosti in atomski model.

Fizika in širše

Physics and Beyond je knjiga, ki jo je leta 1969 napisal Werner Heisenberg, ki pripoveduje zgodovino raziskovanja atomov in kvantno mehaniko iz njegovih izkušenj.

V knjigi so predstavljeni pogovori o razpravah med Heisenbergom in drugimi tedanjimi kolegi o različnih znanstvenih temah. To besedilo vključuje pogovore z Albertom Einsteinom.

Namen Heisenberga je bil, da bi imel bralec izkušnjo osebnega poslušanja različnih priznanih fizikov, kot sta Niels Bohr ali Max Planck, ne le o fiziki, ampak tudi o drugih temah, povezanih s filozofijo in politiko; od tod tudi naslov knjige.

Poleg tega delo navaja nastanek kvantne fizike in opis okolja, v katerem so živeli, s podrobnimi opisi pokrajin in njihovo izobrazbo v naravi, značilni za čas.

Reference

1. Werner Heisenberg, Richard Beyler, (drugo). Vzeta s strani Britannica.com
2. Weiner Heisenberg, portal znanih znanstvenikov, (drugi). Vzeti s famousscientists.org
3. Werner Karl Heisenberg, Portal University of St Andrews, Škotska, (drugo). Vzeti iz groups.dcs.st-and.ac.uk
4. Werner Heisenberg, Wikipedia v angleščini, (drugo). Vzeti z Wikipedia.org
5. Kvantna negotovost ni vsa v merjenju, Geoff Brumfiel, (2012). Vzeto z Nature.com