WERNER HEISENBERG: BIOGRAFIA, ODKRYCIE, WKŁAD, PRACE - NAUKA - 2025

Werner Heisenberg (1901 - 1976) był niemieckim fizykiem i filozofem znanym z tego, że był człowiekiem, któremu udało się sformułować mechanikę kwantową w kategoriach macierzy, oprócz stworzenia zasady nieoznaczoności. Dzięki tym odkryciom w 1932 roku udało mu się zdobyć Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Ponadto wniósł wkład m.in. do teorii hydrodynamiki płynów turbulentnych, jądra atomowego, ferromagnetyzmu, promieni kosmicznych i cząstek subatomowych.

Bundesarchiv, Bild 183-R57262 / Nieznany, nieznany autor / CC-BY-SA 3.0, za pośrednictwem Wikimedia Commons

Był jednym z naukowców, którzy interweniowali w nazistowskim niemieckim projekcie broni jądrowej podczas II wojny światowej. Po zakończeniu wojny został dyrektorem Instytutu Fizyki Kaiser Willhelm.

Pełnił funkcję dyrektora, dopóki instytucja nie przeniosła się do Monachium, gdzie została rozbudowana i przemianowana na Instytut Fizyki i Astrofizyki im. Maxa Plancka.

Heisenberg był przewodniczącym Niemieckiej Rady ds. Badań Naukowych, Komisji Fizyki Atomowej, Grupy Roboczej Fizyki Jądrowej oraz prezesem Fundacji Alexandra von Humboldta.

Biografia

Wczesne lata i studia

Werner Karl Heisenberg urodził się 5 grudnia 1901 roku w Würzburgu w Niemczech. Był synem Kaspara Ernsta Augusta Heisenberga, nauczyciela języków klasycznych w liceum, który został jedynym niemieckim nauczycielem greckiej szkoły średniej i nowożytnej w systemie uniwersyteckim. Jego matką była kobieta o imieniu Annie Wecklein.

W latach 1920-1923 rozpoczął studia z fizyki i matematyki na Uniwersytecie Ludwiga Maksymiliana w Monachium i Uniwersytecie im. Georga-Augusta w Getyndze.

Profesor i fizyk Arnold Sommerfeld obserwował swoich najlepszych uczniów i wiedział o zainteresowaniu Heisenberga teoriami fizyki anatomicznej Duńczyka Nielsa Bohra; profesor zabrał go na festiwal Bohra w czerwcu 1922 roku.

Ostatecznie w 1923 roku uzyskał doktorat w Monachium u Sommerfelda, a habilitację uzyskał w następnym roku.

Temat pracy doktorskiej Heisenberga został zaproponowany przez samego Sommerfelda. Starał się zająć koncepcją turbulencji postrzeganą jako wzór ruchu płynu charakteryzujący się nagłymi zmianami ciśnienia i prędkości przepływu.

Dokładniej, Heisenberg podszedł do problemu stabilności, używając kilku określonych równań. W młodości był członkiem stowarzyszenia niemieckich harcerzy i członkiem Niemieckiego Ruchu Młodzieżowego.

Początek kariery

W latach 1924-1927 Heisenberg był znany jako privatdozent (profesor uniwersytetu) w Getyndze.

Od 17 września 1924 r. Do 1 maja następnego roku prowadził badania wraz z duńskim fizykiem Nielsem Bohrem, dzięki stypendium Rady Edukacji Międzynarodowej Fundacji Rockefellera.

W 1925 r. W ciągu sześciu miesięcy opracował sformułowanie mechaniki kwantowej; dość kompletna implementacja matematyczna, której towarzyszą niemieccy fizycy Max Born i Pascual Jordan.

Podczas pobytu w Kopenhadze w 1927 r. Heisenberg zdołał rozwinąć swoją zasadę nieoznaczoności, pracując nad matematycznymi podstawami mechaniki kwantowej.

Po zakończeniu swoich badań 23 lutego napisał list do austriackiego fizyka Wolfganga Pauliego, w którym po raz pierwszy opisał taką zasadę.

Następnie, w 1928 roku, zaproponował artykuł opublikowany w Lipsku, w którym wykorzystał zasadę wykluczenia Pauliego do rozwiązania tajemnicy ferromagnetyzmu; zjawisko fizyczne, które wytwarza magnetyczny układ w tym samym kierunku i sensie.

Na początku 1929 roku Heisenberg i Pauli przedstawili dwa artykuły, które posłużyły jako podstawa relatywistycznej kwantowej teorii pola.

nagroda Nobla

Werner Heisenberg nie tylko zdołał wspólnie z niektórymi kolegami opracować program badawczy mający na celu stworzenie kwantowej teorii pola, ale także po odkryciu neutronu w 1932 r., Pracował nad teorią jądra atomowego.

W ramach takiego projektu udało mu się opracować model interakcji proton-neutron we wczesnym opisie, który później stał się znany jako siła silna.

W 1928 roku Albert Einstein nominował Wernera Heisenberga, Maxa Borna i Pascuala Jordana do Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Ogłoszenie nagrody z 1932 r. Zostało opóźnione do listopada 1933 r.

W tym czasie ogłoszono, że Heisenberg zdobył nagrodę w 1932 roku za stworzenie mechaniki kwantowej. Na podstawie wkładu Heisenberga odkryto alotropowe formy wodoru, to znaczy różne struktury atomowe substancji, które są proste.

Nazistowskie ataki

W tym samym roku, w którym otrzymał Pokojową Nagrodę Nobla w 1933 roku, był świadkiem powstania partii nazistowskiej. Polityka nazistowska wykluczała „nie-Aryjczyków”, co oznaczało zwolnienie wielu profesorów, w tym: Borna, Einsteina i innych kolegów Heisenberga w Lipsku.

Reakcja Heisenberga na takie działania była spokojna, z dala od publicznego oburzenia, ponieważ myślał, że reżim nazistowski będzie krótkotrwały. Heisenberg szybko stał się łatwym celem.

Grupa radykalnych fizyków nazistowskich promowała ideę „fizyki aryjskiej” w przeciwieństwie do „fizyki żydowskiej”, czyli tej związanej z teoriami względności i teoriami kwantowymi; w rzeczywistości Heisenberg został mocno zaatakowany przez nazistowską prasę, nazywając go „białym Żydem”.

Sommerfeld rozważał pozostawienie Heisenberga jako następcy na zajęciach na Uniwersytecie w Monachium; Jednak jego kandydatura na to stanowisko nie powiodła się z powodu sprzeciwu ruchu nazistowskiego. Heisenberg pozostał z gorzkim smakiem po arbitralnych decyzjach nazistów.

Heisenberg w czasie II wojny światowej

1 września 1939 r. Utworzono niemiecki program broni jądrowej, tego samego dnia, w którym rozpoczęła się II wojna światowa. Po kilku spotkaniach Heisenberg został włączony i objął stanowisko dyrektora zarządzającego.

Od 26 do 28 lutego 1942 r. Heisenberg wygłosił wykład naukowy dla urzędników Rzeszy na temat pozyskiwania energii z rozszczepienia jądrowego.

Ponadto wyjaśnił olbrzymi potencjał energetyczny, jaki zapewnia ten rodzaj energii. Twierdził, że poprzez rozszczepienie jądra atomowego można uwolnić 250 milionów woltów elektronów, więc postanowili przeprowadzić badania.

Odkrycie rozszczepienia jądrowego znalazło się w centrum uwagi Niemiec. Jednak grupie badawczej Heisenberga nie udało się wyprodukować reaktora ani bomby atomowej.

Niektóre odniesienia przedstawiają Heisenberga jako niekompetentnego. Inni przeciwnie, sugerowali, że opóźnienie było celowe lub że wysiłek został sabotowany. Jasne było, że na różnych etapach dochodzenia wystąpiły poważne błędy.

Według różnych odniesień, transkrypcje z niemieckiego na angielski pokazują, że zarówno Heisenberg, jak i inni koledzy byli zachwyceni zwycięstwem aliantów w II wojnie światowej.

Lata powojenne i śmierć

W końcu w 1946 roku powrócił na swoje stanowisko w Instytucie Cesarza Wilhelma, który wkrótce został przemianowany na Instytut Fizyki Maxa Plancka. W latach powojennych Heisenberg objął rolę administratora i rzecznika niemieckiej nauki w Niemczech Zachodnich, zachowując apolityczne stanowisko.

W 1949 r. Został pierwszym przewodniczącym Niemieckiej Rady ds. Badań, z zamiarem promowania nauki swojego kraju na arenie międzynarodowej.

Później, w 1953 r., Został założycielem Fundacji Humboldta; organizacja finansowana przez rząd, która przyznała stypendia zagranicznym naukowcom na prowadzenie badań w Niemczech.

Pod koniec lat 60. Heisenbergowi udało się napisać swoją autobiografię. Książka została wydana w Niemczech, a po latach została przetłumaczona na język angielski, a następnie na inne języki.

1 lutego 1976 roku Heisenberg zmarł na raka nerki i pęcherzyka żółciowego. Następnego dnia koledzy wyszli na spacer z Instytutu Fizyki do jego domu, stawiając świece na frontowych drzwiach, aby złożyć hołd legendarnemu naukowcowi.

Odkrycia i wkład

Mechanika macierzy

Pierwsze modele mechaniki kwantowej zostały stworzone przez Alberta Einsteina, Nielsa Bohra i innych czołowych naukowców. Później grupa młodych fizyków opracowała wbrew klasycznym teoriom, opierając się na eksperymentach, a nie na intuicji, używając znacznie dokładniejszych języków.

W 1925 roku Heisenberg jako pierwszy stworzył jedno z najbardziej kompletnych matematycznych sformułowań mechaniki kwantowej. Pomysł Heisenberga polegał na tym, że za pomocą tego równania można przewidzieć intensywności fotonów w różnych pasmach widma wodoru.

To sformułowanie opiera się na fakcie, że każdy system można opisać i zmierzyć za pomocą obserwacji i pomiarów naukowych zgodnie z teorią macierzy. W tym sensie macierze to wyrażenia matematyczne odnoszące się do danych ze zjawiska.

Zasada niepewności

Fizyka kwantowa jest często myląca, ponieważ to, co określone, zastępuje się prawdopodobieństwami. Na przykład cząstka może znajdować się w jednym lub drugim miejscu, a nawet w obu jednocześnie; jego położenie można oszacować jedynie za pomocą prawdopodobieństw.

To zamieszanie kwantowe można wyjaśnić dzięki zasadzie nieoznaczoności Heisenberga. W 1927 roku niemiecki fizyk wyjaśnił swoją zasadę, mierząc położenie i ruch cząstki. Na przykład pęd obiektu to jego masa pomnożona przez jego prędkość.

Biorąc pod uwagę ten fakt, zasada nieoznaczoności wskazuje, że położenie i ruch cząstki nie mogą być znane z absolutną pewnością. Heisenberg twierdził, że istnieje granica tego, jak dobrze można poznać położenie i pęd cząstki, nawet używając jego teorii.

W przypadku Heisenberga, jeśli znasz pozycję bardzo dokładnie, możesz mieć tylko ograniczone informacje o jej pędzie.

Model neutron-proton

Model proton-elektron przedstawiał pewne problemy. Chociaż przyjęto, że jądro atomowe składa się z protonów i neutronów, natura neutronu nie była jasna.

Po odkryciu neutronu, Werner Heisenberg i radziecko-ukraiński fizyk Dmitrij Iwanenko zaproponowali model protonowo-neutronowy dla jądra w 1932 roku.

Artykuły Heisenberga dotyczą szczegółowego opisu protonów i neutronów w jądrze za pomocą mechaniki kwantowej. Zakładał również obecność elektronów jądrowych oprócz neutronów i protonów.

Dokładniej, założył, że neutron jest związkiem protonowo-elektronowym, dla którego nie ma kwantowego wyjaśnienia.

Chociaż model neutron-proton rozwiązał wiele problemów i odpowiedział na niektóre pytania, okazał się problemem w wyjaśnieniu, w jaki sposób elektrony mogą emanować z jądra. Jednak dzięki tym odkryciom obraz atomu zmienił się i znacznie przyspieszył odkrycia fizyki atomowej.

Odtwarza

Fizyczne zasady teorii kwantów

Fizyczne zasady teorii kwantowej to książka napisana przez Wernera Heisenberga, opublikowana po raz pierwszy w 1930 roku dzięki University of Chicago. Później, w 1949 roku, przedrukowano nową wersję.

Niemiecki fizyk napisał tę książkę z zamiarem omówienia mechaniki kwantowej w prosty sposób, używając niewielkiej ilości języka technicznego, aby zapewnić szybkie zrozumienie tej nauki.

Książka była cytowana ponad 1200 razy w ważnych oficjalnych odnośnikach i źródłach. Struktura pracy jest zasadniczo oparta na szybkim i łatwym omówieniu teorii kwantów i jej zasady nieoznaczoności.

Fizyka i filozofia

Fizyka i filozofia to przełomowe dzieło napisane zwięźle przez Wernera Heisenberga w 1958 r. W tej pracy Heisenberg wyjaśnia wydarzenia rewolucji we współczesnej fizyce na podstawie swoich wybitnych artykułów i wkładów.

Heisenberg charakteryzował się prowadzeniem niezliczonych wykładów i rozmów na temat fizyki w całej swojej karierze naukowej. W tym sensie niniejsza praca jest kompilacją wszystkich rozmów związanych z odkryciami niemieckiego naukowca: zasadą nieoznaczoności i modelem atomowym.

Fizyka i nie tylko

Physics and Beyond to książka napisana przez Wernera Heisenberga w 1969 roku, która opowiada historię eksploracji atomów i mechaniki kwantowej na podstawie jego doświadczeń.

Książka zawiera rozmowy na temat debat między Heisenbergiem i innymi jego ówczesnymi kolegami na różne tematy naukowe. Ten tekst zawiera rozmowy z Albertem Einsteinem.

Intencją Heisenberga było, aby czytelnik mógł osobiście słuchać różnych uznanych fizyków, takich jak Niels Bohr czy Max Planck, rozmawiając nie tylko o fizyce, ale także o innych tematach związanych z filozofią i polityką; stąd tytuł książki.

Ponadto praca dotyczy powstania fizyki kwantowej i opisu środowiska, w którym żyli, ze szczegółowymi opisami krajobrazów i ich edukacji przyrodniczej charakterystycznej dla tamtych czasów.

Bibliografia

1. Werner Heisenberg, Richard Beyler, (nd). Zaczerpnięte z Britannica.com
2. Weiner Heisenberg, Portal słynnych naukowców (nd). Zaczerpnięte z Famousscientists.org
3. Werner Karl Heisenberg, Portal University of St Andrews, Szkocja, (nd). Zaczerpnięte z groups.dcs.st-and.ac.uk
4. Werner Heisenberg, Wikipedia w języku angielskim (nd). Zaczerpnięte z Wikipedia.org
5. Niepewność kwantowa to nie wszystko w pomiarze, Geoff Brumfiel, (2012). Zaczerpnięte z nature.com