ורנר הייזנברג: ביוגרפיה ותרומות של הפיזיקאי התיאורטי הגרמני הזה

ורנר הייזנברג הוא אחת הדמויות החשובות ביותר בפיזיקה של המאה ה-20. עקרון אי הוודאות שלו יחד עם ממצאיו בתורת הקוונטים והגרעין עיצבו את המדע הזה לאורך המאה הקודמת ובהווה.

נולד בתחילת המאה ה-20, חייו היו בסימן פריחה יוצאת דופן הודות להנחותיו התיאורטיות, אך גם חבל שחי בגרמניה שבקרוב תשתלט על ידי הנאצים שיהיו להם תוכניות אפלות ניסויים.

חייו של הייזנברג יכלו להיות של מי שבנה את אחד מהם קטלני בהיסטוריה אבל, למרבה המזל, למדען הזה היה מוסר השכל שמנע ממנו לממש את זה. בואו נראה את הסיפור שלו דרך הביוגרפיה הזו של ורנר הייזנברג.

• מאמר קשור: "10 ענפי הפיזיקה ותחומי הידע שלהם"

ביוגרפיה קצרה של ורנר הייזנברג

ורנר קרל הייזנברג נולד ב-5 בדצמבר 1901 בווירצבורג, גרמניה. בנם של אנני ואוגוסט הייזנברג, פרופסור למדעי הרוח המתמחה בהיסטוריה של ביזנטיון.

מגיל צעיר נטה הייזנברג למתמטיקה, ובמידה פחותה לפיזיקה.

מסלול אקדמי

בשנת 1920 הוא ניסה להתחיל את הדוקטורט שלו במתמטיקה טהורה עם פרדיננד פון לינדמן כמורה, אך הוא דחה אותו כסטודנט מכיוון שהפרופסור עמד לפרוש. לינדמן עצמו ממליץ לך לעשות את לימודי הדוקטורט שלך עם הפיזיקאי ארנולד זומרפלד כמנחה, שמקבל אותך בברכה.

תוך כדי עבודת הדוקטורט שלך, להייזנברג יש שותף לוולפגנג פאולי, איתו ישתף פעולה הדוק בפיתוח מכניקת הקוונטים..

במהלך שנתו הראשונה הוא לוקח בעיקר קורסים במתמטיקה מתוך כוונה לעבוד על התיאוריה של למספרים בקושי היה סיכוי, אבל ככל שחלף הזמן, הוא החל להתעניין בפיזיקה תיאורטית. ורנר הייזנברג מנסה לעבוד על תורת היחסות של אלברט איינשטיין ובת זוגו פאולי מייעצת לו להתמסר לתורת האטום שבה עדיין היו לא מעט סתירות בין תיאוריה לראיות נִסיוֹנִי.

במהלך לימודיו באוניברסיטת מינכן הוא בחר בפיזיקה, מבלי לוותר על התעניינותו במתמטיקה טהורה. באותה תקופה פיזיקה הייתה בעצם מדע ניסיוני. ארנולד זומרפלד זיהה את יכולותיו יוצאות הדופן לפיזיקה מתמטית, אבל הוא גם הראה התנגדות לסיום הדוקטורט של הייזנברג בגלל חוסר מיומנותו הרב בחוסר ניסיון בפיזיקה נִסיוֹנִי. עם זאת, ורנר הייזנברג סיים בסופו של דבר את הדוקטורט שלו ב-1923, והציג עבודה על מערבולת נוזלים.

ממינכן המשיך הייזנברג לאוניברסיטת גטינגן, שם לימד מקס בורן ו, ב-1924 הוא הלך למכון קופנהגן לפיזיקה תיאורטית בהנחיית נילס בוהר. שם הייזנברג יפגוש פיזיקאים חשובים אחרים כמו אלברט איינשטיין, וכך יתחיל את התקופה היצרנית ביותר שלו, וכתוצאה מכך נוצרה מכניקת מטריצה. הישג זה יוכר על ידי זכייה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1932.

ב-1927 שימש כפרופסור באוניברסיטת לייפציג, לימד פיזיקה תיאורטית.

• אולי יעניין אותך: "חמשת העידנים של ההיסטוריה (והמאפיינים שלהם)"

מכניקת מטריקס ועקרון אי הוודאות

בשנת 1925 פיתח ורנר הייזנברג את מכניקת הקוונטים המטריצה. תיאוריה זו בולטת בפרגמטיות הגדולה שלה מכיוון שבמקום להתרכז באבולוציה של מערכות פיזיקליות מתחילתה ועד סופה, היא מרכזת את מאמצים להשיג מידע תוך ידיעת המצב הראשוני והסופי של המערכת, מבלי לדאוג לדעת בדיוק מה קרה ב- חֲצִי.

הייזנברג מעלה את הרעיון של קיבוץ מידע בצורה של טבלאות כניסה כפולות, דבר שמקס בורן משך את תשומת לבו, שכן הוא כבר נחקר על ידי מתמטיקאים, דבר שלא היה שונה מתורת המטריצות. באופן דומה, אחת התוצאות הבולטות ביותר היא שכפל מטריצה ​​לא היה קומוטטיבי, כך שהאסוציאציות של כמויות פיזיקליות עם מטריצות יצטרכו לשקף זאת עובדה מתמטית. כתוצאה מכך, הייזנברג מבטא את עקרון האי-קביעות.

מה שנקרא עיקרון אי-הוודאות או אי-ההכרעה, הנקרא גם עקרון הייזנברג, קובע שזה לא ניתן לדעת, בדיוק שרירותי וכאשר המסה קבועה, את המיקום והמומנט של a חֶלְקִיק. מכאן נובע שהמכפלה של אי הוודאות בשני הגדלים חייבת להיות תמיד גדולה מזו של הקבוע של פלאנק.

ההצהרה על עקרון אי הוודאות עוררה סערה רבה בקרב הפיזיקאים של אותה תקופה, שכן הוא הניח את היעלמותה המוחלטת של הוודאות הקלאסית בפיזיקה והכנסתו של אינדטרמיניזם שהשפיע על יסודות החומר והיקום החומרי. עיקרון זה מניח את חוסר האפשרות המעשית של ביצוע מדידות מושלמות שכן, הנוכחות הפשוטה של ​​ה הצופה מפריע לערכי החלקיקים האחרים הנחשבים ומשפיע על המדידה הננקטת כַּף.

ורנר הייזנברג גם חזה, הודות לעקרונות מכניקת הקוונטים, את הספקטרום הכפול של אטום המימן והצליח להסביר, גם את זה של אטום ההליום. עבודתו על תורת הגרעין גם אפשרה לו לחזות שמולקולת המימן יכולה להתקיים בשני מצבים., אחד כאורתו-מימן, שבו גרעיני שני האטומים שלו מסתובבים באותו כיוון, ואחר כפארה-מימן, שבו הגרעינים שלהם מסתובבים בכיוונים מנוגדים.

• מאמר קשור: "ארבעת סוגי המדע העיקריים (ותחומי המחקר שלהם)"

מלחמת העולם השניה

ב-1935 ניסה להחליף את זומרפלד כשפרש כמורה במינכן. אולם עם עליית הנאצים, רצונותיו של הייזנברג נקטעו.

המפלגה הנאצית רצתה לחסל את כל התיאוריות הפיזיקליות של "ייהוד"., ובקטגוריה המוזרה ההיא היו מכניקת הקוונטים ותורת היחסות, שתי התיאוריות שלימד הייזנברג בשיעוריו ואשר התייחסו אליהן היו היהודים מקס בורן ו אלברט איינסן. כתוצאה מכך, הנאצים מונעים את מינויו של הייזנברג.

עם זאת, גורלו ישתנה כאשר, בשנת 1938, הנאצים הזמינו אותו "בחביבות" להוביל את הניסיון שלהם לייצר נשק אטומי. מסיבה זו, בין 1942 ל-1945, הצליח ורנר הייזנברג לנהל את מכון קייזר וילהלם לפיזיקה בברלין. במהלך מלחמת העולם השנייה הוא עבד עם אוטו האן, ממגלי הביקוע הגרעיני, בשיתוף פעולה בייצור כור גרעיני.

במשך שנים רבות היה ספק אם הפרויקט הזה נכשל בגלל שחבריו פשוט לא הצליחו או בגלל הייזנברג ומשתפי הפעולה שלו חיבלו בו במפורש על ידי חשד במה שאדולף היטלר עלול לעשות עם פצצה. אָטוֹמִי.

בספטמבר 1941 נסע הייזנברג לדנמרק לבקר את נילס בוהר. במעשה שלפי הנאצים יכול היה להסווג רק כבגידה ושסיכן אותו קשות, הייזנברג שוחח עם בוהר על פרויקט פצצת האטום הגרמנית ואף צייר לו ציור של כור.

הייזנברג ידע שלבוהר היו מגעים מחוץ לאירופה הלא כבושה והציע מאמץ משותף לכך שמדענים מהציר וגם מבעלי ברית עיכבו את המחקר הגרעיני עד לסיום המלחמה. ביוני 1942, מדען גרמני אחר, י. הנס ד. ג'נסן אמר לבוהר שהמדענים הגרמנים לא עובדים על פצצה גרעינית, אלא רק על כור.

הייזנברג ומדענים גרמנים אחרים טענו תמיד שמטעמים מוסריים, הם לא ניסו לבנות את פצצת האטום הנאצית., בנוסף לכך שלא ניתנו הנסיבות לעשות כן. הצהרות אלו הוקעו על ידי מדענים שהשתתפו בפרויקט מנהטן, וקבעו כי הייזנברג לא באמת עשה זאת. ייצר את פצצת האטום הגרמנית על ידי טעות בחישוביה של הכמות הדרושה של אורניום-235 ושל המסה הקריטית כדי לקיים את תְגוּבָה.

• אולי יעניין אותך: "פסיכולוגיה של קונפליקט: תיאוריות המסבירות מלחמות ואלימות"

הייזנברג מול טכנולוגיה גרעינית חדשה

בתום המלחמה באירופה ובמסגרת מבצע אפסילון, הייזנברג יחד עם מדענים נוספים, ביניהם אוטו האן, קרל פרידריך פון ויזסקר ומקס פון לאו, נעצרו והונחו בבית כפרי בשם Farm Hall ב אַנְגלִיָה. בכלא הבית הזה היו מיקרופונים נסתרים שהקליטו את כל השיחות של האסירים.

להיות בבית ההוא, ב-6 באוגוסט, בשש אחר הצהריים, הייזנברג וחבריו האסירים שמעו דיווח של ה-BBC על פצצת האטום הירושימה. למחרת בלילה נשא ורנר הייזנברג הרצאה עם עמיתיו, בדרך של דו"ח, שכלל אומדן מסה קריטית נכונה ואורניום-235 נדרשים, בנוסף לתכונות העיצוב של פְּצָצָה.

הנאום הזה נחשב כהוכחה לכך שהייזנברג באמת יכול היה לעשות את החישובים האלה כשעבד לגרמניה הנאצית, אבל הוא לא רצה, מה שנותן כוח לטענה שהוא לא באמת בנה את הפצצה בגלל התנגדויות מוֹרָל.

אולי הביטוי שלו שמסכם בצורה הטובה ביותר את עמדתו לגבי השימוש הסופי שתורת האטום בסופו של דבר היה הבא:

"רעיונות אינם אחראים למה שגברים עושים מהם."

• מאמר קשור: "מארי קירי: ביוגרפיה של חוקר רדיואקטיביות חלוצי זה"

השנים האחרונות

לאחר סופה הסופי של המלחמה, שוחרר בסופו של דבר הייזנברג והורשה להמשיך לעבוד בפיזיקה במולדתו גרמניה. ב-1946 מונה למנהל מכון מקס פלאנק, ובהמשך ארגן וניהל את מכון גטינגן לפיזיקה ואסטרופיזיקה., שהועברה ב-1958 למינכן.

בעיר ההיא התרכז הייזנברג במחקר על תורת החלקיקים היסודיים, ה מבנה גרעין האטום, ההידרודינמיקה של מערבולות, קרניים קוסמיות וה פרומגנטיות.

בשנת 1970 הוענק לו פרס זיגמונד פרויד לפרוזה אקדמית. הוא ימות כמה שנים מאוחר יותר, ב-1 בפברואר 1976 במינכן, בגיל 74.