VERNERS HEIZENBERGS: BIOGRĀFIJA, ATKLĀJUMI, IEGULDĪJUMI, DARBI - ZINĀTNE - 2025

Verners Heizenbergs (1901 - 1976) bija vācu fiziķis un filozofs, kurš pazīstams kā cilvēks, kuram papildus nenoteiktības principa radīšanai izdevās noformulēt arī kvantu mehāniku matricu izteiksmē. Pateicoties šiem atklājumiem, viņam 1932. gadā izdevās iegūt Nobela prēmiju fizikā.

Turklāt citu pētījumu starpā viņš sniedza ieguldījumu arī turbulentu šķidrumu, atoma kodola, feromagnētisma, kosmisko staru un subatomisko daļiņu hidrodinamikas teorijās.

Bundesarchiv, Bild 183-R57262 / Nezināms nepazīstams autors / CC-BY-SA 3.0, izmantojot Wikimedia Commons

Viņš bija viens no zinātniekiem, kurš Otrā pasaules kara laikā iejaucās nacistiskās Vācijas kodolieroču projektā. Kad karš beidzās, viņš tika iecelts par Ķeizara Vilhelma Fizikas institūta direktoru.

Viņš strādāja par direktoru, līdz iestāde pārcēlās uz Minheni, kur tā izvērsās un tika pārdēvēta par Maksa Planka Fizikas un astrofizikas institūtu.

Heizenbergs bija Vācijas Pētniecības padomes, Atomfizikas komisijas, Kodolfizikas darba grupas prezidents un Aleksandra fon Humboldta fonda prezidents.

Biogrāfija

Agrīnie gadi un studijas

Verners Kārlis Heisenbergs dzimis 1901. gada 5. decembrī Vircburgā, Vācijā. Viņš bija Kaspara Ernsta Augusta Heisenberga dēls, klasisko valodu vidusskolas skolotājs, kurš universitāšu sistēmā kļuva par vienīgo viduslaiku un mūsdienu grieķu valodas skolotāju Vācijā. Viņa māte bija sieviete vārdā Annija Veckleina.

Starp 1920. un 1923. gadu viņš uzsāka fizikas un matemātikas studijas Ludviga Maksimilija universitātē Minhenē un Georga-Augusta universitātē Getingenē.

Profesors un fiziķis Arnolds Sommerfelds novēroja savus labākos studentus un zināja par Heizenberga interesi par dāņa Nīla Bora anatomiskās fizikas teorijām; profesors viņu aizveda uz Bohras festivālu 1922. gada jūnijā.

Visbeidzot, 1923. gadā, viņš ieguva doktora grādu Minhenē Sommerfeldes vadībā un nākamajā gadā pabeidza savu habilitāciju.

Heizenberga promocijas darba tēmu ierosināja pats Sommerfelds. Viņš centās pievērsties idejai par turbulenci, ko uzskata par šķidruma kustības modeli, kam raksturīgas pēkšņas spiediena un plūsmas ātruma izmaiņas.

Konkrētāk, Heizenbergs pievērsās stabilitātes problēmai, izmantojot vairākus īpašus vienādojumus. Jaunības laikā viņš bija vācu skautu apvienības loceklis un vācu jaunatnes kustības sastāvdaļa.

Viņa karjeras sākums

Laikā no 1924. līdz 1927. gadam Heizenbergs tika atzīts par privātuzdevumu (universitātes nosaukuma profesors) Getingenē.

No 1924. gada 17. septembra līdz nākamā gada 1. maijam viņš veica pētījumus kopā ar dāņu fiziķi Nīlu Bohu, pateicoties Rokfellera fonda Starptautiskās izglītības padomes dotācijai.

1925. gadā sešu mēnešu laikā viņš izstrādāja kvantu mehānikas formulējumu; diezgan pilnīga matemātiska ieviešana, ko papildina vācu fiziķi Makss Borns un Pascual Jordan.

Atrodoties Kopenhāgenā, 1927. gadā Heizenbergam izdevās attīstīt savu nenoteiktības principu, strādājot pie kvantu mehānikas matemātiskajiem pamatiem.

Pēc pētījumu pabeigšanas, 23. februārī, viņš uzrakstīja vēstuli austriešu fiziķim Volfgangam Pauli, kurā viņš pirmo reizi aprakstīja šādu principu.

Tad 1928. gadā viņš piedāvāja rakstu, kas publicēts Leipcigā, kur viņš izmantoja Pauli izslēgšanas principu, lai atrisinātu feromagnētisma noslēpumu; fiziska parādība, kas rada magnētisko izkārtojumu tajā pašā virzienā un nozīmē.

1929. gada sākumā Heizenbergs un Pauli iesniedza divus dokumentus, kas kalpoja par pamatu relativistiskās kvantu lauka teorijas izveidošanai.

Nobela prēmija

Verners Heizenbergs ne tikai kopā ar dažiem saviem kolēģiem spēja izstrādāt pētījumu programmu, lai izveidotu kvantu lauka teoriju, bet arī spēja strādāt pie atomu kodola teorijas pēc neitrona atklāšanas 1932. gadā.

Šādā projektā viņam izdevās agrīnā aprakstā izstrādāt protonu-neitronu mijiedarbības modeli, kas vēlāk kļuva pazīstams kā spēcīgais spēks.

1928. gadā Alberts Einšteins Verbela Heisenberga, Maksa Borna un Pascual Jordan izvirzīja Nobela prēmijai fizikā. Paziņojums par 1932. gada balvu tika atlikts līdz 1933. gada novembrim.

Tieši šajā laikā tika paziņots, ka Heizenbergs ir ieguvis 1932. gada balvu par kvantu mehānikas izveidi. Pēc Heizenberga ieguldījuma ir atklātas ūdeņraža allotropās formas: tas ir, vienkāršās vielu dažādās atomu struktūras.

Nacistu uzbrukumi

Tajā pašā gadā, kad 1933. gadā saņēma Nobela Miera prēmiju, viņš redzēja nacistu partijas uzplaukumu. Nacistu politikā tika izslēgti "ne arijieši", kas nozīmēja daudzu profesoru, tostarp Borna, Einšteina un citu Heisenberga kolēģu Leipcigā, atlaišanu.

Heizenberga reakcija uz šādām darbībām bija mierīga, prom no sabiedrības sašutuma, jo, viņaprāt, nacistu režīms būs īslaicīgs. Heizenbergs ātri kļuva par vieglu mērķi.

Radikālo nacistu fiziķu grupa atbalstīja ideju par “āriešu fiziku” pretstatā “ebreju fizikai”, kas bija saistīta ar relativitātes teorijām un kvantu teorijām; patiesībā Heizenbergu smagi uzbruka nacistu prese, saucot viņu par “balto ebreju”.

Sommerfelds bija apsvēris iespēju atstāt Heisenbergu par viņa pēcteci Minhenes Universitātē; tomēr viņa piedāvājums par iecelšanu amatā neizdevās nacistu kustības iebildumu dēļ. Pēc nacistu patvaļīgajiem lēmumiem Heizenbergam bija palikusi rūgta garša.

Heizenbergs Otrajā pasaules karā

1939. gada 1. septembrī tajā pašā dienā, kad sākās Otrais pasaules karš, tika izveidota Vācijas kodolieroču programma. Pēc vairākām sanāksmēm Heizenbergs tika iekļauts un iecelts par rīkotājdirektoru.

No 1942. gada 26. līdz 28. februārim Heizenbergs sniedza zinātnisku lekciju Reiha amatpersonām par enerģijas iegūšanu no kodolskaldīšanas.

Turklāt viņš paskaidroja par milzīgo enerģijas potenciālu, ko nodrošina šāda veida enerģija. Viņš apgalvoja, ka, sadaloties atomu kodolam, varētu izdalīties 250 miljoni voltu elektronu, tāpēc viņi nolēma veikt pētījumu.

Vācu uzmanības centrā tika kodoldalīšanās atklāšana. Tomēr Heizenberga pētniecības grupai neveiksmīgi radās reaktors vai atombumba.

Dažas atsauces Heisenbergu ir pasludinājušas par nekompetentu. Citi, gluži pretēji, ir norādījuši, ka kavēšanās bijusi mērķtiecīga vai pūles sabotētas. Skaidrs bija tas, ka dažādos izmeklēšanas punktos bija pieļautas būtiskas kļūdas.

Pēc dažādām atsaucēm, stenogrammas no vācu valodas uz angļu valodu atklāj, ka gan Heisenbergs, gan citi kolēģi priecājās, ka sabiedrotie uzvarēja Otrajā pasaules karā.

Pēckara gadi un nāve

Visbeidzot, 1946. gadā, viņš atsāka darbu Ķeizara Vilhelma institūtā, kuru drīz pārdēvēja par Maksa Planka fizikas institūtu. Pēckara gados Heizenbergs uzņēmās vācu zinātnes administratora un runas vadītāja pienākumus Rietumvācijā, saglabājot apolītisku nostāju.

1949. gadā viņš kļuva par pirmo Vācijas Pētniecības padomes prezidentu ar nolūku popularizēt savas valsts zinātni starptautiskā mērogā.

Vēlāk, 1953. gadā, viņš kļuva par Humbolta fonda dibinātāju; valdības finansēta organizācija, kas piešķīra stipendijas ārvalstu zinātniekiem pētījumu veikšanai Vācijā.

Sešdesmito gadu beigās Heizenbergam izdevās uzrakstīt savu autobiogrāfiju. Grāmata tika izdota Vācijā, un gadus vēlāk tā tika tulkota angļu valodā, pēc tam citās valodās.

1976. gada 1. februārī Heizenbergs nomira no nieru un žultspūšļa vēža. Nākamajā dienā viņa kolēģi devās pastaigā no Fizikas institūta uz savām mājām, noliekot sveces pie ārdurvīm, lai izrādītu cieņu leģendārajam zinātniekam.

Atklājumi un ieguldījums

Matricas mehānika

Pirmos kvantu mehānikas modeļus izveidoja Alberts Einšteins, Nīls Bohrs un citi vadošie zinātnieki. Vēlāk jaunu fiziķu grupa izstrādāja teorijas, kas ir pretrunā ar klasisko, balstoties uz eksperimentiem, nevis uz intuīciju, izmantojot daudz precīzākas valodas.

1925. gadā Heisenbergs bija pirmais, kurš veica vienu no vispilnīgākajiem kvantu mehānikas matemātiskajiem formulējumiem. Heizenberga ideja bija tāda, ka ar šī vienādojuma palīdzību var paredzēt fotonu intensitāti dažādās ūdeņraža spektra joslās.

Šī formulējuma pamatā ir fakts, ka jebkuru sistēmu var aprakstīt un izmērīt ar novērojumiem un zinātniskiem mērījumiem saskaņā ar matricas teoriju. Šajā nozīmē matricas ir matemātiskas izteiksmes, lai saistītu datus no parādības.

Nenoteiktības princips

Kvantu fizika bieži ir mulsinoša, jo noteikto aizstāj ar varbūtībām. Piemēram, daļiņa var atrasties vienā vai otrā vietā vai pat abās vienlaikus; tā atrašanās vietu var noteikt tikai ar varbūtību palīdzību.

Šo kvantu neskaidrību varēja izskaidrot, pateicoties Heizenberga nenoteiktības principam. 1927. gadā vācu fiziķis izskaidroja savu principu, izmērot daļiņas stāvokli un kustību. Piemēram, objekta impulss ir tā masa, kas reizināta ar ātrumu.

Ņemot vērā šo faktu, nenoteiktības princips norāda, ka daļiņas pozīciju un kustību nevar precīzi zināt. Heizenbergs apgalvoja, ka ir ierobežots, cik labi var zināt daļiņas stāvokli un impulsu, pat izmantojot viņa teoriju.

Heizenbergam, ja jūs precīzi zināt nostāju, jums var būt tikai ierobežota informācija par tā virzību.

Neitronu-protonu modelis

Protonu-elektronu modelis radīja noteiktas problēmas. Lai arī tika pieņemts, ka atomu kodolu veido protoni un neitroni, neitrona būtība nebija skaidra.

Pēc neitrona atklāšanas Verners Heisenbergs un padomju-ukraiņu fiziķis Dmitrijs Ivanenko 1932. gadā ierosināja kodola protonu un neitronu modeli.

Heizenberga dokumentos apskatīts sīks protonu un neitronu apraksts kodolā, izmantojot kvantu mehāniku. Tā arī pieņēma, ka kodolielektroni ir neatkarīgi no neitroniem un protoniem.

Precīzāk, viņš pieņēma, ka neitrons ir protonu un elektronu savienojums, kuram nav kvantu mehāniskas izskaidrojuma.

Kaut arī neitronu-protonu modelis atrisināja daudzas problēmas un atbildēja uz noteiktiem jautājumiem, tā izrādījās problēma, izskaidrojot, kā elektroni varētu izplūst no kodola. Tomēr, pateicoties šiem atklājumiem, atoma tēls mainījās un ievērojami paātrināja atomu fizikas atklājumus.

Spēlē

Kvantu teorijas fizikālie principi

Kvantu teorijas fizikālie principi bija Vernera Heisenberga sarakstīta grāmata, kas pirmo reizi tika izdota 1930. gadā, pateicoties Čikāgas universitātei. Vēlāk, 1949. gadā, panākumiem tika pārpublicēta jauna versija.

Vācu fiziķis uzrakstīja šo grāmatu ar nolūku vienkāršā veidā apspriest kvantu mehāniku ar nelielu tehnisko valodu, lai nodrošinātu ātru izpratni par šo zinātni.

Grāmata ir citēta vairāk nekā 1200 reizes nozīmīgās oficiālajās atsaucēs un avotos. Darba struktūra pamatā ir ātra un ērta kvantu teorijas un tās nenoteiktības principa apspriešana.

Fizika un filozofija

Fizika un filozofija sastāvēja no sevišķa darba, ko kodolīgi uzrakstīja Verners Heisenbergs 1958. gadā. Šajā darbā Heisenbergs izskaidro mūsdienu fizikas revolūcijas notikumus, balstoties uz izciliem rakstiem un ieguldījumiem.

Heizenbergu raksturoja tas, ka viņa zinātniskās karjeras laikā ir vadījusi neskaitāmas lekcijas un sarunas par fiziku. Šajā ziņā šis darbs ir visu sarunu apkopojums, kas saistīts ar vācu zinātnieka atklājumiem: nenoteiktības principu un atomu modeli.

Fizika un ārpus tās

Fizika un ārpus tās bija Vernera Heisenberga 1969. gadā sarakstīta grāmata, kurā no savas pieredzes stāstīta atomu izpētes un kvantu mehānikas vēsture.

Grāmatā notiek diskusijas starp Heizenbergu un citiem tā laika kolēģiem par dažādām zinātniskām tēmām. Šajā tekstā ir sarunas ar Albertu Einšteinu.

Heizenberga nodoms bija tāds, ka lasītājam varētu būt pieredze, klausoties klātienē pie dažādiem atzītiem fiziķiem, piemēram, Nīlam Boram vai Maksam Plankam, runājot ne tikai par fiziku, bet arī par citām tēmām, kas saistītas ar filozofiju un politiku; līdz ar to grāmatas nosaukums.

Turklāt darbā ir aprakstīta kvantu fizikas parādīšanās un tās vides apraksts, kurā viņi dzīvojuši, ar detalizētiem ainavu aprakstiem un to laika izglītību dabā.

Atsauces

1. Verners Heisenbergs, Ričards Bīlers, (nd). Ņemts no Britannica.com
2. Veiners Heizenbergs, slaveno zinātnieku portāls, (nd). Paņemts no famousscientists.org
3. Verners Kārlis Heisenbergs, Sent Andrews portāla universitāte, Skotija, (nd). Paņemts no grupas.dcs.st-and.ac.uk
4. Verners Heisenbergs, Vikipēdija angļu valodā, (nd). Ņemts no Wikipedia.org
5. Kvantu nenoteiktība ne visiem mērījumiem, Geoff Brumfiel, (2012). Ņemts no dabas.com