Σάββατο, 5 Δεκεμβρίου 2020

Σαν σήμερα... 1901, γεννήθηκε ο Werner Heisenberg.

Werner Karl Heisenberg

Σαν σήμερα, στις 5 Δεκεμβρίου 1901, γεννήθηκε στο Wurzburg της Γερμανίας ο Werner Karl  Heisenberg (Βέρνερ Καρλ Χάιζεμπεργκ), ένας θεωρητικός φυσικός που υπήρξε από τους θεμελιωτές της Κβαντομηχανικής. 
Πατέρας του ήταν ο Kaspar Ernst August Heisenberg, καθηγητής Ελληνικών αρχικά στη Δευτεροβάθμια Εκπαίδευση και αργότερα το 1910 βοηθός καθηγητής στην έδρα της Μεσαιωνικής και της Νεώτερης Ελληνικής φιλολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου και μητέρα του η Annie Wecklein. O Βέρνερ είχε ένα μεγαλύτερο αδελφό.

Ο πατέρας Χάιζεμπεργκ με τους δυο γιους.
Δεξιά ο Βέρνερ. 

Το 1911 ο Βέρνερ γράφτηκε στο Γυμνάσιο Maximilians του Μονάχου και από πολύ νωρίς εντυπωσίασε τους καθηγητές του με την επίδοσή του στα μαθηματικά. Η ομαλή πορεία των σπουδών του εμποδίστηκε από τον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο. Εκτός από τα μαθηματικά και τη φυσική, έδειχνε πολύ ενδιαφέρον και είχε καλές επιδόσεις στο σκάκι και στο πιάνο.
Μετά τον Α' Παγκόσμιο Πόλεμο, ως έφηβος, έγινε μέλος στην ομάδα νέων "Pfadfinders" ("Ιχνηλάτες") η οποία τελικά έγινε μια Χιτλερική ομάδα νέων.

Οικογενειακή φωτογραφία των Heisenberg στο πατρικό σπίτι, στο Osnabrück.
Ο Werner διακρίνεται όρθιος, τρίτος από αριστερά. Ο πατέρας του όρθιος, 
δεύτερος από δεξιά και η μητέρα του καθιστή, δεύτερη από δεξιά (δεκαετία του '20).

Το 1920 ξεκίνησε να σπουδάζει φυσική και μαθηματικά στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου και στη συνέχεια κατά τη διάρκεια του χειμώνα του 1922-1923 πήγε στο Gottingen για να συνεχίσει τη μελέτη του στη φυσική. 
Σπούδασε κοντά στους Arnold SommerfeldWilhelm WienMax BornJames Franck και David Hilbert. Ιδιαίτερα ο Sommerfeld τον ενθάρρυνε στην ατομική φυσική και τον έφερε κοντά με το έργο του Niels Bohr στην κβαντική φυσική
Το 1923 πήρε το διδακτορικό του από το Πανεπιστήμιο του Μονάχου υπό την επίβλεψη του Sommerfeld και έγινε βοηθός του Max Born στο Πανεπιστήμιο του Gottingen. Το 1924 απόκτησε το δικαίωμα διδασκαλίας στο Gottingen. Το 1924 πήρε υποτροφία από το Ίδρυμα Rockefeller για το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, όπου δούλεψε με την επίβλεψη του Niels Bohr μέχρι το 1925.

Ο Heisenberg το 1926.

Το 1925 δημοσιεύεται στο περιοδικό Zeitschrift fur Physik η εργασία του πάνω στη κβαντομηχανική, η οποία οδήγησε στην ανακάλυψη αλλοτροπικών μορφών υδρογόνου. 
Το 1926, ο Χάιζεμπεργκ διορίστηκε καθηγητής στη θεωρητική φυσική στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, κάτω από το Niels Bohr και το 1927, όταν ήταν μόνο 26 ετών, διορίστηκε καθηγητής της θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Λειψίας.

Ο Χάιζεμπεργκ (μέσον) με τον Pauling (αρ.) και τον Fermi (δεξ.)
στη λίμνη Κόμο, το 1927. 

Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου ο Χάιζεμπεργκ ανέπτυξε τις «μήτρες μηχανικής» ("matrix mechanics") στην κβαντομηχανική σε συνεργασία με τον Max Born και τον Pascual Jordan
Στις αρχές του 1929 ο Χάιζεμπεργκ με τον Wolfgang Pauli δημοσίευσαν την πρώτη από τις δύο εργασίες που αποτέλεσαν το θεμέλιο για την σχετικιστική κβαντική θεωρία πεδίου.

Ο Χάιζεμπεργκ (άκρη δεξιά) με τον Ρώσο συγγραφέα Ivan Bunin
τον Αυστριακό φυσικό Erwin Schrodinger και τον Βρετανό φυσικό
Paul Dirac την τελετή απονομής των βραβείων Νόμπελ 1933.   

Το 1932, ο Βέρνερ Χάιζεμπεργκ πήρε το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική "για τη δημιουργία της κβαντικής μηχανικής, τις εφαρμογές που αυτή έχει και μεταξύ άλλων, οδήγησε στην ανακάλυψη των αλλοτροπικών μορφών του υδρογόνου".
Το 1937 κατέλαβε την έδρα της Θεωρητικής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου, στη θέση του Sommerfeld. 
Έκανε πολλά ταξίδια σε χώρες όπως η Ιαπωνία, η Ινδία, η Βρετανία, οι ΗΠΑ και άλλες χώρες, όπου τον καλούσαν είτε ως ομιλητή είτε ως διδάσκοντα.

(Από αρ. προς δεξ.) Η μητέρα του Χάιζεμπεργκ, η σύζυγος του Schrodinger,
η μητέρα του Dirac, ο Dirac, ο Χάιζεμπεργκ και ο 
Schrodinger
(Δεκέμβριος 1933, σιδηροδρομικός σταθμός Στοκχόλμης).

Στις 29 Απριλίου 1937 παντρεύτηκε στο Βερολίνο την Elisabeth Schumacher. Το ζευγάρι γνωρίστηκε στις 27 Ιανουαρίου 1937 σε μια συναυλία όπου ο Χάιζεμπεργκ είχε παίξει πιάνο κι έμειναν μαζί μέχρι το τέλος της ζωής του. Ο Χάιζεμπεργκ ήτανε καλός μουσικός κι εύρισκε στη μουσική την ίδια ομορφιά που έβρισκε στα μαθηματικά και τη φυσική.

Οι επίσημες σχέσεις του με το ναζιστικό καθεστώς ήταν ουδέτερες και τυπικές, αφού ποτέ δεν αντιτάχθηκε σε αυτό, αλλά απ΄ ό,τι φαίνεται, ήταν κατά βάθος εχθρικός προς την πολιτική του. Κατά τη διάρκεια του πολέμου, συνεργάστηκε με τον Οttο Hahn, ο οποίος συνδέεται με την ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης, για την ανάπτυξη ενός πυρηνικού αντιδραστήρα και υποστήριξε επιστημονικά πορίσματα που είχαν δημοσιεύσει οι «Εβραίοι» Einstein και Lise Meitner (η συνεργάτιδα του Οttο Hahn). Οι ιστορικοί βέβαια συνεχίζουν τους δημόσιους διάλογους για το ρόλο που ο Χάιζεμπεργκ έπαιξε κατά τη διάρκεια του Β' Παγκοσμίου πολέμου.

Ο Βέρνερ Χάιζεμπεργκ με την γυναίκα του 
Elisabeth Schumacher το 1937.

Έχει υπάρξει μια τεράστια συζήτηση για το αν ο Χάιζεμπεργκ εργάστηκε δραστήρια για το πυρηνικό πρόγραμμα των ναζί (άποψη της μιας πλευράς) ή αν εργαζόμενος, σαμποτάρισε την εξέλιξη της έρευνας (άποψη της άλλης πλευράς).
Ο Άγγλος συγγραφέας Michael Frayn ασχολείται με αυτό το θέμα στο θεατρικό του έργο "Κοπεγχάγη"Το 2002 έγινε κινηματογραφική μεταφορά του έργου, από τον Howard Davies ως παραγωγή του BBC και παρουσιάστηκε στο δίκτυο PBS στις Ηνωμένες Πολιτείες, με τους Daniel Craig (Heisenberg), Stephen Rea (Niels Bohr) και Francesca Annis (Margrethe Bohr) (dvd).

Στο τέλος του πολέμου, ο Χάιζεμπεργκ και άλλοι Γερμανοί φυσικοί, συνελήφθησαν από τα αμερικανικά στρατεύματα και στάλθηκαν στην Αγγλία. Το 1946 επέστρεψε στη Γερμανία και αναδιοργάνωσε, μαζί με άλλους συναδέλφους του, το ίδρυμα για τη φυσική στο Gottingen. Αυτό το ίδρυμα, το 1948, μετονομάστηκε σε Ινστιτούτο Max Planck για τη φυσική.

(Πρώτη σειρά) Christian Klein, Niels Bohr και Werner Heisenberg,
στη διάσκεψη της Κοπεγχάγης, 1930.

Ο Χάιζεμπεργκ σχεδίασε τον πρώτο μεταπολεμικό πυρηνικό αντιδραστήρα της Γερμανίας, αλλά ασχολήθηκε και με τη διατύπωση θεωριών σε σχέση με την υδροδυναμική, τη δομή των ατομικών πυρήνων, το σιδηρομαγνητισμό, την κοσμική ακτινοβολία και τα στοιχειώδη σωμάτια.

Όμως το όνομα του Χάιζεμπεργκ είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με την "αρχή της αβεβαιότητας" ή της απροσδιοριστίας. Η θεωρία του βασίστηκε μόνο σε αυτό που μπορεί να παρατηρηθεί, δηλαδή, στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από το άτομο. Υποστήριζε πως δεν μπορούμε να είμαστε βέβαιοι για την ορμή και τη θέση ενός σωματιδίου όσον αφορά την κβαντική φυσική και ο βασικός λόγος γι' αυτό είναι ότι ο ίδιος ο παρατηρητής αποτελεί μέρος του πειράματος και το επηρεάζει σε τέτοιο βαθμό, έτσι ώστε δεν μπορεί να γνωρίζει ο ίδιος αν τα διάφορα σωματίδια θα είχαν την ίδια συμπεριφορά, αν αυτός δεν ήταν εκεί: "Εάν η μέτρηση της θέσης έχει γίνει με αβεβαιότητα Δx και μια ταυτόχρονη μέτρηση ορμής έχει γίνει με αβεβαιότητα Δp, τότε το γινόμενο των δύο αβεβαιοτήτων δεν μπορεί να γίνει μικρότερο από την τάξη του μεγέθους ħ) (προφέρεται "έιτς μπαρ" - η ανηγμένη σταθερά του Planck, ħ = h/2π). Στην εργασία του αυτή ο Χάιζεμπεργκ σημείωνε προσεκτικά ότι οι αναπόφευκτες αβεβαιότητες Δx και Δp δεν προέρχονται από ατέλειες των πραγματικών συσκευών μέτρησης, αλλά από αυτήν καθ΄ αυτήν την κβαντική συμπεριφορά της ύλης.

Ο Χάιζεμπεργκ (δεξ.) με τους νομπελίστες φυσικούς John Bardeen (αρ.) 
και Isidor Isaac Rabi (κεν.), στις 2 July 1962.

Η αρχή της αβεβαιότητας αποτελεί όχι μόνο μια από τις βασικότερες αρχές της κβαντικής μηχανικής, αλλά εισήγαγε μια επανάσταση στα θεμέλια της φυσικής αποτελώντας την αρχή για μια νέα φιλοσοφική θεώρηση της δομής της ύλης, του Σύμπαντος και των δυνατοτήτων του ανθρώπου. Όπως όμως συνήθως συμβαίνει με τις μεγάλες ανακαλύψεις, έτσι κι εδώ, όταν πρωτοδιατυπώθηκε αυτή η αρχή, δεν αναγνωρίστηκε από τους συναδέλφους του Χάιζεμπεργκ και χρειάστηκαν περίπου 10 χρόνια για να γίνει πλήρως αποδεκτή. Λαθεμένα θεωρήθηκε, ότι ο Χάιζεμπεργκ αναφέρεται σε μια αδυναμία στο πείραμα για να μπορέσουμε να πάρουμε μετρήσεις ταυτόχρονα για τη θέση και την ορμή των σωματιδίων, δηλαδή μια πρόκληση για τις ικανότητες των πειραματιστών κι έτσι άρχισε προσπάθεια να επινοηθούν διάφορα πειράματα που θα αποδείκνυαν το λάθος του. Βέβαια αυτό αποτελούσε μάταιο στόχο, αφού δεν ήταν καθόλου αυτός ο ισχυρισμός του.

Η αφρόκρεμα της διανόησης της φυσικής στην 5η Διεθνή 
Διάσκεψη Solvay για "Ηλεκτρόνια και Φωτόνια", τον Οκτώβριο 1927. 
Ο Χάιζεμπεργκ διακρίνεται στην σειρά των ορθίων, τρίτος από δεξιά.

Στην πορεία του προς τη διατύπωση αυτής της αρχής, ο Χάιζεμπεργκ αντιμετώπισε διάφορα προβλήματα. Το σημαντικότερο από αυτά ήταν το πρόβλημα της γλώσσας.
Έτσι, ασχολούμενος με αυτό το πρόβλημα και ψάχνοντας για ένα τρόπο όσο το δυνατόν καλύτερο για την περιγραφή των κβαντικών φαινομένων, έφτασε στη δημιουργία  αφηρημένων μαθηματικών δομών, που τις αποκάλεσε "μήτρες" ("πίνακες").
Αυτή ήταν και η «νέα γλώσσα» που χρησιμοποίησε ως εργαλείο περιγραφής και όπως φάνηκε στη συνέχεια δεν εφαρμοζόταν μόνο στα συγκεκριμένα πειράματα. Όταν εφάρμοσε τη θεωρία του στα μόρια που αποτελούνται από δύο παρόμοια άτομα, βρήκε μεταξύ άλλων ότι το μόριο του υδρογόνου πρέπει να υπάρχει με δύο διαφορετικές μορφές που θα πρέπει να εμφανίζονται σε κάποια δεδομένη αναλογία η μία με την άλλη. Αυτή η πρόβλεψη του Heisenberg αργότερα επιβεβαιώθηκε πειραματικά.


Χάιζεμπεργκ και Μπορ το 1934.

Ο Χάιζεμπεργκ είχε επηρεαστεί σημαντικά από δύο άλλους μεγάλους φυσικούς: τον Niels Bohr και τον Albert Einstein. Από τον πρώτο υιοθέτησε τις αρχές του κοινωνικού και διαλογικού χαρακτήρα της επιστημονικής ανακάλυψης. Την αρχή της αντιστοιχίας ανάμεσα στη μακρο- και μικροφυσική, τον ενεργό ρόλο του επιστήμονα. Μαζί με τον Bohr ανέπτυξε τη φιλοσοφία της συμπληρωματικότητας  για την περιγραφή των νέων φυσικών μεταβλητών, καθώς και μια κατάλληλη μέθοδο μέτρησης για καθεμιά από αυτές. Η νέα αυτή αντίληψη της διαδικασίας μέτρησης ενισχύει τον ενεργό ρόλο του επιστήμονα, ο οποίος εκτελώντας μετρήσεις αλληλεπιδρά με το παρατηρούμενο αντικείμενο, με αποτέλεσμα το τελευταίο να αποκαλύπτεται όχι όπως πραγματικά είναι, αλλά επηρεασμένο σε κάποιο βαθμό από τη μέθοδο της μέτρησης. Από το δεύτερο, τον Albert Einstein, αποδέχθηκε την αρχή της απλότητας ως κριτηρίου για την περιγραφή της κεντρικής τάξης της Φύσης, καθώς και τη θεωρία της αξιοποίησης των επιστημονικών παρατηρήσεων.

Ο Χάιζεμπεργκ στην ομιλία του κατά την τελετή αναγόρευσής του
ως επίτιμου διδάκτορα στο ΕΜΠ (1966).

Στη διάρκεια της ζωής του τιμήθηκε με πάρα πολλά βραβεία και μετάλλια, όπως του Τάγματος Αξίας της Βαυαρίας, το βραβείο Romano Guardini, το Μεγάλο Σταυρό για Ομοσπονδιακή Υπηρεσία, το μετάλλιο Max-Planck κ.α. Εκλέχτηκε μέλος πολλών επιστημονικών ενώσεων όπως της Royal Society, των Ακαδημιών Επιστημών του Göttingen, της Σουηδίας, της Ρουμανίας, της Ισπανίας, της Ποντιφικής, της American Academy of Sciences κλπ. 
Ήταν πρόεδρος του Γερμανικού Συμβουλίου Έρευνας και του Ιδρύματος Alexander von Humboldt.

Στις 7 Μαΐου 1966 αναγορεύτηκε σε επίτιμο διδάκτορα από το Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. 

Ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ πέθανε στο σπίτι του στο Μόναχο, σε ηλικία 75 ετών, στις 1 Φεβρουαρίου 1976. Ο θάνατός του προήλθε από καρκίνο των νεφρών και της χοληδόχου κύστης. Ο τάφος του βρίσκεται στο νεκροταφείο Waldfriedhof του Μονάχου.

Ο οικογενειακός τάφος του Χάιζεμπεργκ.

  • Ένα δημοσίευμα με τίτλο "Η αληθινή δράση του Χάιζενμπεργκ" από την ΚΑΘΗΜΕΡΙΝΗ.
  • Η τελετή της αναγόρευσης του Βέρνερ Χάιζενμπεργκ σε επίτιμο διδάκτορα από ΕΜΠ. 
  • Η ομιλία του Χάιζενμπεργκ στη Στοκχόλμη για τη βράβευσή του με το Νόμπελ Φυσικής, στις 11 Δεκεμβρίου 1933.
Αναμνηστικό γραμματόσημο της Γερμανίας 
για τον Βέρνερ Χάιζεμπεργκ.

  • Ένα αφιέρωμα 6 δεκαπεντάλεπτων επεισοδίων για τη ζωή του Βέρνερ Χάιζενμπεργκ.
  • "Τι είναι η αρχή αβεβαιότητας του Χάιζενμπεργκ;" Ένα σύντομο βίντεο (4.43) του Chad Orzel με ελληνικούς υπότιτλους σε μετάφραση της Δέσποινας Μακρή.
  • Δείτε για τα προγράμματα Epsilon και Alsos προσέγγισης Γερμανών επιστημόνων μετά τον πόλεμο.
Πηγές: Today in Science History,   Το σύμπαν που αγάπησα

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου