ВЕРНЕР ГЕЙЗЕНБЕРГ: БІОГРАФІЯ, ВІДКРИТТЯ, ВНЕСКИ, ПРАЦІ - НАУКА - 2025

Вернер Гейзенберг (1901 - 1976) був німецьким фізиком і філософом, відомим тим, що був людиною, яка зуміла сформулювати квантову механіку з точки зору матриць, крім створення принципу невизначеності. Завдяки цим відкриттям йому вдалося здобути Нобелівську премію з фізики в 1932 році.

Крім того, він вніс внесок у теорії гідродинаміки турбулентних рідин, атомного ядра, феромагнетизму, космічних променів і субатомних частинок, серед інших досліджень.

Bundesarchiv, Bild 183-R57262 / НевідомийНевідомий автор / CC-BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

Він був одним із учених, що втручався у проект нацистської німецької ядерної зброї під час Другої світової війни. Коли війна закінчилася, його призначили директором Інституту фізики Кайзера Вілгельма.

Він обіймав посаду директора, поки інститут не переїхав до Мюнхена, де він розширився і був перейменований в Інститут фізики та астрофізики Макса Планка.

Гейзенберг був головою Німецької ради досліджень, Комісії з атомної фізики, Робочої групи з ядерної фізики та головою фонду Олександра фон Гумбольдта.

Біографія

Ранні роки та навчання

Вернер Карл Гейзенберг народився 5 грудня 1901 року у Вюрцбурзі, Німеччина. Він був сином Каспара Ернста Августа Гейзенберга, викладача класичної мови середньої школи, який став єдиним в Німеччині середньовічним та сучасним грекознавством в університетській системі. Його матір'ю була жінка на ім'я Енні Веклейн.

Він розпочав навчання з фізики та математики в університеті Людвіга Максиміліана в Мюнхені та університеті Георга-Августа в Геттінгені між 1920 та 1923 роками.

Професор і фізик Арнольд Соммерфельд спостерігав за своїми кращими учнями і знав інтерес Гейзенберга до теорій анатомічної фізики датчанина Нільса Бор; професор відвіз його на фестиваль Бор у червні 1922 року.

Нарешті, у 1923 році він отримав докторську ступінь у Мюнхені під Соммерфельдом, а наступного року закінчив абілітацію.

Тему докторської дисертації Гейзенберга запропонував сам Соммерфельд. Він прагнув вирішити ідею турбулентності, розглянуту як закономірність руху рідини, що характеризується різкими змінами тиску та швидкості потоку.

Більш конкретно, Гейзенберг підійшов до проблеми стійкості, використовуючи кілька конкретних рівнянь. У молодості він був членом асоціації німецьких скаутів та частиною німецького молодіжного руху.

Початок його кар’єри

Між 1924 та 1927 роками Гейзенберг був відзначений тим, що в Геттінгені був приватдоцентом (університетським професором звання).

З 17 вересня 1924 року по 1 травня наступного року він проводив дослідження разом з датським фізиком Нільсом Бор, завдяки гранту Колегії Міжнародної освіти Рокфеллера.

У 1925 р. Протягом шести місяців він розробив формулювання квантової механіки; досить повна математична реалізація у супроводі німецьких фізиків Макса Борна та Паскуаля Джордана.

Перебуваючи в Копенгагені, у 1927 році Гейзенбергу вдалося розробити принцип невизначеності, працюючи над математичними основами квантової механіки.

Закінчивши свої дослідження, 23 лютого він написав лист австрійському фізику Вольфгангу Паулі, в якому вперше описав такий принцип.

Потім, у 1928 році, він запропонував статтю, опубліковану в Лейпцигу, де використовував принцип виключення Паулі, щоб розгадати таємницю феромагнетизму; фізичне явище, яке виробляє магнітне розташування в тому ж напрямку та сенсі.

На початку 1929 року Гейзенберг та Паулі представили два документи, які послужили закласти основи релятивістської квантової теорії поля.

Нобелівська премія

Вернер Гейзенберг не лише встиг розробити дослідницьку програму для створення теорії квантового поля разом з деякими колегами, але й зумів працювати над теорією атомного ядра після відкриття нейтрона в 1932 році.

У такому проекті йому вдалося розробити модель взаємодії протон-нейтрон в ранньому описі, яка згодом стала називатися сильною силою.

У 1928 році Альберт Ейнштейн висунув Вернера Гейзенберга, Макса Борна та Паскуаль Джордана на Нобелівську премію з фізики. Оголошення премії за 1932 рік було відкладено до листопада 1933 року.

Саме в цей час було оголошено, що Гейзенберг виграв премію 1932 р. За створення квантової механіки. Зі вкладу Гейзенберга були виявлені алотропні форми водню: тобто різні атомні структури речовин, які є простими.

Нацистські напади

Того ж року, коли він отримав Нобелівську премію миру в 1933 році, він побачив підйом нацистської партії. Нацистська політика виключала "неарійців", що означало звільнення багатьох професорів, серед яких: Народжені, Ейнштейн та інші колеги Гейзенберга в Лейпцигу.

Відповідь Гейзенберга на такі дії була спокійною, далеко від громадського розбещення, оскільки він вважав, що нацистський режим буде короткочасним. Гейзенберг швидко став легкою мішенню.

Група радикальних нацистських фізиків пропагувала ідею "арійської фізики" на відміну від "єврейської фізики", що стосується теорій відносності та квантових теорій; насправді Гейзенберг був сильно атакований нацистською пресою, називаючи його "білим євреєм".

Соммерфельд розглядав можливість залишити Гейзенберга своїм наступником для занять в Мюнхенському університеті; проте його заявка на призначення провалилася через опозицію нацистського руху. Гейзенберг після свавільних рішень нацистів залишився з гірким смаком.

Гейзенберг у Другій світовій війні

1 вересня 1939 р. Була сформована німецька програма ядерної зброї, того ж дня, коли розпочалася Друга світова війна. Після декількох зустрічей Гейзенберг був включений на посаду керуючого директора.

З 26 по 28 лютого 1942 року Гейзенберг читав наукову лекцію чиновникам рейху про придбання енергії в результаті ядерного поділу.

Крім того, він пояснив величезний енергетичний потенціал, який надає цей вид енергії. Він стверджував, що 250 мільйонів вольт електронів можуть бути вивільнені в результаті поділу атомного ядра, тому вони поставили собі за мету зробити дослідження.

Відкриття ядерного поділу було донесено до німецької уваги. Однак дослідницька група Гейзенберга була невдалою у виробництві реактора або атомної бомби.

Деякі посилання представляли Гейзенберга як некомпетентного. Інші, навпаки, припускають, що затримка була навмисно або що зусилля були саботовані. Ясним було те, що в різних моментах слідства були суттєві помилки.

За різними довідками, стенограми з німецької на англійську мови показують, що і Гейзенберг, і інші колеги були в захваті від того, що союзники перемогли у Другій світовій війні.

Післявоєнні роки та смерть

Нарешті, у 1946 році він відновив посаду в Інституті Кайзера Вільгельма, який незабаром був перейменований в Інститут фізики Макса Планка. У післявоєнні роки Гейзенберг взяв на себе роль адміністратора і речника німецької науки в Західній Німеччині, зберігаючи аполітичну позицію.

У 1949 році він став першим президентом Німецької дослідницької ради з наміром просувати науку своєї країни на міжнародному рівні.

Пізніше, в 1953 році, він став президентом-засновником Фонду Гумбольдта; організація, що фінансується державою, яка присуджувала стипендії іноземним вченим для проведення досліджень у Німеччині.

Наприкінці 1960-х Гейзенбергу вдалося написати свою автобіографію. Книга була видана в Німеччині, а через роки вона була перекладена на англійську, а потім на інші мови.

1 лютого 1976 року Гейзенберг помер від раку нирок та жовчного міхура. Наступного дня його колеги прогулялися від Інституту фізики до його будинку, поставивши свічки на вхідних дверях, щоб віддати свою повагу легендарному вченому.

Відкриття та внески

Матрична механіка

Перші моделі квантової механіки були встановлені Альбертом Ейнштейном, Нільсом Бор та іншими провідними вченими. Пізніше група молодих фізиків розробила всупереч класичним теоріям, спираючись на експерименти, а не на інтуїцію, використовуючи набагато більш точні мови.

У 1925 році Гейзенберг вперше зробив одну з найповніших математичних формулювань квантової механіки. Ідея Гейзенберга полягала в тому, що за допомогою цього рівняння можна передбачити інтенсивність фотонів у різних смугах водневого спектру.

Ця формулювання заснована на тому, що будь-яку систему можна описати та виміряти за допомогою спостережень та наукових вимірювань відповідно до теорії матриць. У цьому сенсі матриці - це математичні вирази для співвідношення даних із явища.

Принцип невизначеності

Квантова фізика часто плутає, оскільки певне замінюється ймовірностями. Наприклад, частинка може знаходитися в тому чи іншому місці або навіть в обох одночасно; його розташування можна оцінити лише за допомогою ймовірностей.

Цю квантову плутанину можна пояснити завдяки принципу невизначеності Гейзенберга. У 1927 р. Німецький фізик пояснив його принцип вимірюванням положення та руху частинки. Наприклад, імпульсом об'єкта є його маса, помножена на його швидкість.

Зважаючи на цей факт, принцип невизначеності вказує на те, що положення та рух частинки не можна знати з абсолютною визначеністю. Гейзенберг стверджував, що існує межа того, наскільки добре можна знати положення та імпульс частинки, навіть використовуючи його теорію.

Для Гейзенберга, якщо ви знаєте позицію дуже точно, ви можете мати лише обмежену інформацію про її імпульс.

Нейтроно-протонна модель

Протон-електронна модель представила певні проблеми. Хоча було прийнято, що атомне ядро ​​складається з протонів та нейтронів, природа нейтрона не була зрозумілою.

Після виявлення нейтрона в 1932 році Вернер Гейзенберг та радянсько-український фізик Дмитро Іваненко запропонували протонну та нейтронну модель для ядра.

Доповіді Гейзенберга стосуються детального опису протонів та нейтронів всередині ядра за допомогою квантової механіки. Також передбачалося наявність ядерних електронів крім нейтронів і протонів.

Більш конкретно, він припускав, що нейтрон - це протон-електронна сполука, для якої немає квантово-механічного пояснення.

Хоча нейтронно-протонна модель вирішила багато проблем і відповіла на певні запитання, вона виявила проблему в поясненні того, як електрони можуть виходити з ядра. І все-таки завдяки цим відкриттям образ атома змінився і значно прискорив відкриття атомної фізики.

П'єси

Фізичні засади квантової теорії

Фізичні засади квантової теорії - книга, написана Вернером Гейзенбергом, вперше опублікована в 1930 р. Завдяки Чиказькому університету. Пізніше, в 1949 році, нова версія була перевидана для успіху.

Німецький фізик написав цю книгу з наміром обговорити квантову механіку простим способом, мало технічної мови, щоб забезпечити швидке розуміння цієї науки.

Книга цитується понад 1200 разів у важливих офіційних довідниках та джерелах. Структура роботи принципово заснована на швидкому та легкому обговоренні квантової теорії та принципу її невизначеності.

Фізика та філософія

Фізика та філософія складалися з напівальної роботи, стисло написаної Вернером Гейзенбергом у 1958 р. У цій роботі Гейзенберг пояснює події революції в сучасній фізиці на основі своїх видатних статей та внесків.

Гейзенберг характеризувався тим, що протягом своєї наукової кар'єри він проводив незліченні лекції та бесіди з фізики. У цьому сенсі ця робота є компіляцією всіх розмов, пов’язаних з відкриттями німецького вченого: принцип невизначеності та атомна модель.

Фізика і за її межами

«Фізика та інше» - книга, написана Вернером Гейзенбергом у 1969 р., В якій розповідається про історію атомного дослідження та квантової механіки зі свого досвіду.

У книзі проводяться розмови дискусій між Гейзенбергом та іншими його колегами того часу на різні наукові теми. Цей текст включає розмови з Альбертом Ейнштейном.

Намір Гейзенберга полягав у тому, що читач може мати досвід особистого прослуховування різних визнаних фізиків, таких як Нільс Бор чи Макс Планк, не лише про фізику, а й про інші теми, пов'язані з філософією та політикою; звідси і назва книги.

Крім того, робота розповідає про виникнення квантової фізики та опис середовища, в якому вони жили, з детальними описами ландшафтів та їх освіченості в природі, характерній для того часу.

Список літератури

1. Вернер Гейзенберг, Річард Бейлер, (другий). Взято з Britannica.com
2. Вайнер Гейзенберг, Портал відомих вчених, (другий). Взято з famousscientists.org
3. Вернер Карл Гейзенберг, Портальний університет Сент-Ендрюс, Шотландія, (другого). Взято з groups.dcs.st-and.ac.uk
4. Вернер Гейзенберг, Вікіпедія англійською мовою, (другого). Взято з Wikipedia.org
5. Квантова невизначеність не всі в вимірюванні, Джефф Брумфіел, (2012). Взято з Nature.com