Werner Heisenberg: biographie et apports de ce physicien théoricien allemand

Werner Heisenberg est l'une des figures les plus importantes de la physique du 20e siècle. Son principe d'incertitude ainsi que ses découvertes en théorie quantique et nucléaire ont façonné cette science au cours du siècle dernier et aujourd'hui.

Né au début du 20e siècle, sa vie a été marquée par un essor remarquable grâce à ses hypothèses théoriques mais, aussi, à malheur d'avoir vécu dans une Allemagne qui allait bientôt être reprise par les nazis qui auraient de sombres projets pour leur expériences.

La vie d'Heisenberg aurait pu être celle de quelqu'un qui avait construit l'un des plus mortel dans l'histoire mais, heureusement, ce scientifique avait une morale qui l'empêchait le matérialiser. Voyons son histoire à travers cette biographie de Werner Heisenberg.

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Brève biographie de Werner Heisenberg

Werner Karl Heisenberg est né le 5 décembre 1901 à Würzburg, en Allemagne. Fils d'Annie et d'August Heisenberg, professeur d'humanités spécialisé dans l'histoire de Byzance.

Dès son plus jeune âge, Heisenberg s'est orienté vers les mathématiques, et dans une moindre mesure vers la physique.

Parcours académique

En 1920, il a essayé de commencer son doctorat en mathématiques pures avec Ferdinand von Lindemann comme tuteur, mais il l'a rejeté comme étudiant parce que le professeur était sur le point de prendre sa retraite. Lindemann lui-même vous recommande de faire vos études doctorales avec le physicien Arnold Sommerfeld en tant que superviseur, qui vous accueille.

Pendant votre thèse de doctorat, Heisenberg a pour partenaire Wolfgang Pauli, avec qui il collaborera étroitement au développement de la mécanique quantique..

Au cours de sa première année, il suit principalement des cours de mathématiques avec l'intention de travailler sur la théorie de les chiffres n'avaient guère de chance mais, au fil du temps, il s'intéressa à la physique théorique. Werner Heisenberg essaie de travailler sur la théorie de la relativité d'Albert Einstein et son partenaire Pauli le conseille se consacrer à la théorie atomique dans laquelle il y avait encore pas mal de divergences entre la théorie et l'évidence expérimental.

Durant ses études à l'université de Munich il opte pour la physique, sans pour autant renoncer à son intérêt pour les mathématiques pures.. A cette époque, la physique était essentiellement une science expérimentale. Arnold Sommerfeld a reconnu ses capacités extraordinaires pour la physique mathématique, mais il a également montré une certaine opposition à l'obtention du doctorat de Heisenberg en raison de son grand manque de compétence inexpérience en physique expérimental. Cependant, Werner Heisenberg a finalement terminé son doctorat en 1923, présentant un travail sur la turbulence des fluides.

De Munich, Heisenberg est allé à l'Université de Göttingen, où Max Born a enseigné et, En 1924, il entre à l'Institut de physique théorique de Copenhague dirigé par Niels Bohr. Là, Heisenberg rencontrera d'autres physiciens importants tels qu'Albert Einstein, et commencera ainsi sa période la plus productive, aboutissant à la création de la mécanique matricielle. Cette réalisation sera reconnue en remportant le prix Nobel de physique en 1932.

En 1927, il a été professeur à l'Université de Leipzig, enseignant la physique théorique.

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La mécanique matricielle et le principe d'incertitude

En 1925, Werner Heisenberg développa la mécanique quantique matricielle. Cette théorie se distingue par son grand pragmatisme car, au lieu de se concentrer sur l'évolution des systèmes physiques du début à la fin, elle concentre ses efforts pour obtenir des informations connaissant l'état initial et final du système, sans se soucier de savoir précisément ce qui s'est passé dans le demi.

Heisenberg évoque l'idée de regrouper les informations sous forme de tableaux à double entrée, quelque chose sur lequel Max Born a attiré son attention, car il avait déjà été étudié par des mathématiciens, ce qui n'était pas différent de la théorie des matrices. De même, l'un des résultats les plus frappants est que la multiplication matricielle n'a pas été commutative, de sorte que les associations de quantités physiques avec des matrices devraient refléter que fait mathématique. En conséquence, Heisenberg énonce le principe d'indétermination.

Le principe dit d'incertitude ou d'indétermination, également appelé principe de Heisenberg, stipule qu'il n'est pas possible de connaître, avec une précision arbitraire et lorsque la masse est constante, la position et le moment d'un particule. Il s'ensuit que le produit des incertitudes des deux grandeurs doit toujours être supérieur à celui de la constante de Planck.

L'énoncé du principe d'incertitude a fait beaucoup de bruit parmi les physiciens de l'époque, puisqu'elle supposait la disparition définitive des certitudes classiques en physique et l'introduction d'un indéterminisme qui affectait les fondements de la matière et de l'univers matériel. Ce principe suppose l'impossibilité pratique d'effectuer des mesures parfaites puisque, la simple présence du l'observateur perturbe les valeurs des autres particules qui sont considérées et influence la mesure qui est prise cap.

Werner Heisenberg a également prédit, grâce aux principes de la mécanique quantique, le double spectre de l'atome d'hydrogène et est parvenu à expliquer, également, celui de l'atome d'hélium. Ses travaux sur la théorie nucléaire lui ont également permis de prédire que la molécule d'hydrogène pourrait exister dans deux états., un comme orthohydrogène, dans lequel les noyaux de ses deux atomes tournent dans le même sens, et un autre comme parahydrogène, dans lequel leurs noyaux tournent dans des directions opposées.

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Seconde Guerre mondiale

En 1935, il tenta de remplacer Sommerfeld lorsqu'il prit sa retraite en tant qu'enseignant à Munich. Cependant, avec la montée des nazis, les souhaits d'Heisenberg sont tronqués.

Le parti nazi voulait éliminer toute théorie physique « judaïsante », et dans cette curieuse catégorie se trouvaient la mécanique quantique et la relativité, deux théories enseignées par Heisenberg dans ses cours et dont les référents étaient les juifs Max Born et Albert Einsen. En conséquence, les nazis empêchent la nomination de Heisenberg.

Cependant, son destin allait changer quand, en 1938, les nazis l'invitèrent « gentiment » à diriger leur tentative de fabrication d'une arme atomique. Pour cette raison, entre 1942 et 1945, Werner Heisenberg réussit à diriger l'Institut de physique Kaiser Wilhelm à Berlin. Pendant la Seconde Guerre mondiale, il a travaillé avec Otto Hahn, l'un des découvreurs de la fission nucléaire, en collaborant à la fabrication d'un réacteur nucléaire.

Pendant de nombreuses années, il y a eu un doute quant à savoir si ce projet a échoué parce que ses membres n'ont tout simplement pas réussi ou parce que Heisenberg et ses collaborateurs l'ont explicitement saboté en suspectant ce qu'Adolf Hitler aurait pu faire avec une bombe. atomique.

En septembre 1941, Heisenberg se rend au Danemark pour rendre visite à Niels Bohr. Dans un acte qui selon les nazis ne pouvait être qualifié que de trahison et qui l'a gravement mis en danger, Heisenberg a parlé à Bohr du projet allemand de bombe atomique et lui a même fait un dessin d'un réacteur.

Heisenberg savait que Bohr avait des contacts en dehors de l'Europe non occupée et a proposé un effort commun pour que les scientifiques de l'Axe et des alliés ont retardé la recherche nucléaire jusqu'à la fin de la guerre. En juin 1942, un autre scientifique allemand, J. Hans D. Jensen a dit à Bohr que les scientifiques allemands ne travaillaient pas sur une bombe nucléaire, mais seulement sur un réacteur.

Heisenberg et d'autres scientifiques allemands ont toujours affirmé que, pour des raisons morales, ils n'avaient pas tenté de construire la bombe atomique nazie., outre le fait que les circonstances n'étaient pas données pour le faire. Ces déclarations ont été dénoncées par des scientifiques ayant participé au projet Manhattan, affirmant qu'Heisenberg n'avait pas vraiment a fabriqué la bombe atomique allemande en se trompant dans ses calculs de la quantité d'Uranium-235 nécessaire et de la masse critique pour soutenir la réaction.

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Heisenberg face aux nouvelles technologies nucléaires

A la fin de la guerre en Europe et dans le cadre de l'opération Epsilon, Heisenberg avec d'autres scientifiques, dont Otto Hahn, Carl Friedrich von Weizsäcker et Max von Laue, a été arrêté et placé dans une maison de campagne appelée Farm Hall à Angleterre. Cette maison-prison avait des microphones cachés qui enregistraient toutes les conversations des prisonniers.

Étant dans cette maison, le 6 août, à six heures de l'après-midi, Heisenberg et ses codétenus ont entendu un reportage de la BBC sur la bombe atomique d'Hiroshima. La nuit suivante, Werner Heisenberg s'est entretenu avec ses collègues sous la forme d'un rapport qui comprenait une estimation masse critique approximativement correcte et Uranium-235 requis, en plus des caractéristiques de conception du bombe.

Ce discours est considéré comme la preuve que Heisenberg aurait vraiment pu faire ces calculs lorsqu'il travaillait pour l'Allemagne nazie, mais il n'a pas voulu, ce qui renforce l'argument selon lequel il n'a pas vraiment construit la bombe à cause des objections morale.

Peut-être que sa phrase qui résume le mieux sa position sur l'utilisation finale de la théorie atomique a fini par être la suivante :

"Les idées ne sont pas responsables de ce que les hommes en font."

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Dernières années

Après la fin définitive de la guerre, Heisenberg a finalement été libéré et autorisé à continuer à travailler en physique dans son Allemagne natale. En 1946, il a été nommé directeur de l'Institut Max Planck, et plus tard il a organisé et dirigé l'Institut de physique et d'astrophysique de Göttingen., qui a été transféré en 1958 à Munich.

Dans cette ville, Heisenberg s'est concentré sur la recherche sur la théorie des particules élémentaires, le structure du noyau atomique, l'hydrodynamique de la turbulence, les rayons cosmiques et la ferromagnétisme.

En 1970, il a reçu le prix Sigmund Freud pour la prose académique. Il mourra quelques années plus tard, le 1er février 1976 à Munich, à l'âge de 74 ans.