Informacje
  Wiw.pl   Na bieżąco:  Informacje   Co nowego   Matematyka i przyroda:  Astronomia   Biologia   Fizyka   Matematyka   Modelowanie rzeczywistości   Humanistyka:  Filozofia   Historia   Kultura antyczna   Literatura   Sztuka   Czytaj:  Biblioteka   Delta   Wielcy i więksi   Przydatne:  Słowniki   Co i gdzie studiować   Wszechświat w obrazkach    
  Jesteś tutaj:  Wirtualny Wszechświat > Informacje > Nowinki 2000-2002 > Fizyka > Nowinka z dn. 01-02-2001  
 Jesteś tutaj
nowinka:
Część i całość
autor:
Jarosław Włodarczyk
z dnia:
01-02-2001





Część i całość
1 lutego 2001 r. mija ćwierć wieku od śmierci Wernera Heisenberga, należącego do najwybitniejszych fizyków XX stulecia. Jego nazwisko już na zawsze pozostanie związane z jednym z najsłynniejszych praw fizyki - zasadą nieoznaczoności. Została ona wyprowadzona przez Heisenberga bezpośrednio z matematycznych reguł mechaniki kwantowej, której był współtwórcą.

Werner Heisenberg (1901-1976) na znaczku urugwajskim.
Werner Heisenberg (1901-1976) na znaczku urugwajskim.
Werner Karl Heisenberg urodził się 5 grudnia 1901 r. w Würzburgu w Niemczech. Jego matką była Annie Wecklein, ojcem zaś - Augustus Heisenberg, filolog klasyczny, późniejszy profesor greki na Uniwersytecie Monachijskim. Werner Heisenberg tak wspominał w wieku 69 lat epizod z lat szkolnych:

"Kiedy jako mały chłopak byłem tu, w Monachium, uczniem pierwszych klas Gimnazjum im. Maksymiliana, interesowałem się liczbami. Cieszyło mnie poznawanie ich właściwości; dowiadywanie się, na przykład, czy są liczbami pierwszymi, czy nie, sprawdzanie, czy dałoby się je przedstawić jako sumy kwadratów albo wreszcie przeprowadzenie dowodu, iż liczb pierwszych musi być nieskończenie wiele. Ponieważ mój ojciec uważał, że znacznie ważniejsze od ciekawości dla liczb jest, abym znał łacinę, przyniósł mi kiedyś z Biblioteki Publicznej napisaną po łacinie rozprawę matematyka Kroneckera, w której właściwości liczb całkowitych powiązane zostały z problemem geometrycznym podziału okręgu na daną liczbę równych części. Jak mój ojciec trafił na tę akurat pracę z połowy zeszłego stulecia, tego nie wiem. Ale przestudiowana rozprawa zrobiła na mnie głębokie wrażenie; miałem zupełnie bezpośrednie poczucie, że jest to piękne, iż można się z problemu podziału okręgu, którego najprostsze przypadki były nam przecież znane ze szkoły, nauczyć czegoś o najzupełniej innego rodzaju zagadnieniach elementarnej teorii liczb". (Ponad granicami, tłum. Krzysztof Wolicki).

W 1920 r. Heisenberg wstąpił na Uniwersytet Monachijski, gdzie studiował fizykę pod kierunkiem m.in. Arnolda Sommerfelda (1868-1951) i Wilhelma Wiena (1864-1928). Tak opisał moment poznania Wolfganga Pauliego w 1920 r.:

"[...] dostrzegłem w trzecim rzędzie ciemnowłosego studenta o jakiejś nieokreślonej, zagadkowej twarzy [...] Sommerfeld poznał mnie z nim i powiedział mi potem przy pożegnaniu w drzwiach, że uważa tego studenta za jednego z najzdolniejszych swoich uczniów, od którego mógłbym się wiele nauczyć [...] Nazywał się Wolfgang Pauli, i przez całe swoje życie wobec mnie i moich prób naukowych odgrywał rolę zawsze pożądanego, choć również bardzo ostrego krytyka i przyjaciela. Usiadłem więc przy nim i poprosiłem go, żeby po wykładzie udzielił mi rad w sprawie studiów. W tej chwili wszedł do sali Sommerfeld i gdy już wygłaszał pierwsze słowa swego wykładu, Wolfgang szepnął mi jeszcze do ucha: >>Czy on nie wygląda jak stary pułkownik huzarów?<<". (Część i całość, tłum. Kazimierz Napiórkowski).

Zimą 1922/23 Heisenberg przebywał w Getyndze, gdzie spotkał Maxa Borna (1882-1970), Jamesa Francka (1882-1964) i Davida Hilberta (1862-1943). W 1923 r. uzyskał stopień doktora na Uniwersytecie Monachijskim i został asystentem Borna na Uniwersytecie w Getyndze. W latach 1924-1925 dzięki stypendium Rockefellera współpracował z Nielsem Bohrem (1885-1962) na Uniwersytecie Kopenhaskim. W 1927 r. został profesorem fizyki teoretycznej na Uniwersytecie Lipskim.

Ta tak wczesna profesura - w wieku 26 lat - była rezultatem sformułowania przez Heisenberga w 1925 r. macierzowej wersji mechaniki kwantowej (wraz z Bornem i Pascualem Jordanem). Heisenbergowi udało się wówczas opisać w postaci teorii matematycznej - wykorzystując rachunek macierzowy - znane fakty doświadczalne dotyczące widm atomów: częstości i natężenia linii widmowych. Za odkrycie to otrzymał w 1932 r. Nagrodę Nobla z fizyki. W 1926 r. Erwin Schrödinger przedstawił falowe sformułowanie mechaniki kwantowej, równoważne mechanice macierzowej, za co z kolei został uhonorowany Noblem rok po Heisenbergu.

W 1927 r. Heisenberg odkrył zasadę nieoznaczoności, która głosi, że wśród wielkości fizycznych opisujących zachowanie mikroświata istnieją pary wielkości (tak zwane zmienne sprzężone), takie że nie można jednocześnie przeprowadzić ścisłego pomiaru obu z danej pary. Nieoznaczoność jest rzędu stałej Plancka h podzielonej przez 2 (czyli tzw. kreślonej stałej Plancka). Do takich par należą na przykład położenie x i pęd p lub czas t i energia E. Zasada nieoznaczoności w postaci wzoru przyjmuje bardzo prostą postać:



Z zasady nieoznaczoności wynika, że gdybyśmy chcieli wyznaczyć precyzyjnie położenie jakiejś cząstki, stracilibyśmy jakąkolwiek informację o jej pędzie. Praca Heisenberga na ten temat ukazała się 23 marca 1927 r. w tomie 43 czasopisma "Zeitschrift für Physik".

W latach trzydziestych XX w. Heisenberg zainteresował się fizyką cząstek elementarnych. W 1932 r., wkrótce po odkryciu przez Jamesa Chadwicka (1891-1974) neutronu, zaproponował, że jądro atomowe jest zbudowane z protonów i neutronów. W późniejszych latach próbował opracować zunifikowaną teorię cząstek elementarnych, interesował się także fizyką plazmy i reakcjami termojądrowymi.

W 1937 r. Heisenberg poślubił Elisabeth Schumacher, z którą miał siedmioro dzieci.

W 1941 r. Heisenberg został profesorem fizyki na Uniwersytecie Berlińskim i dyrektorem Instytutu Fizyki im. Cesarza Wilhelma. Brał udział w niemieckim programie budowy bomby atomowej. Do dziś trwają kontrowersje co do stopnia świadomości i zaangażowania wielkiego uczonego w ten projekt. Zachowały się dokumenty, na podstawie których można wnioskować, że Heisenberg nie miał zahamowań, podejmując współpracę z nazistowską machiną wojenną, tylko poniósł, podobnie jak inni niemieccy uczeni, naukową klęskę. Sam utrzymywał po drugiej wojnie światowej, że choć zdawał sobie sprawę, iż powstanie bomby jest możliwe, wymaga olbrzymich nakładów. A co za tym idzie, nie mogło się to udać podczas lat wojny. Pisał:

"Po południu szóstego sierpnia 1945 roku przyszedł do mnie nagle Karl Wirtz z wiadomością, że radio przed chwilą oznajmiło o zrzuceniu bomby atomowej na japońskie miasto Hiroszima. W pierwszej chwili nie chciałem uwierzyć w tę wiadomość, byłem bowiem pewny, że do skonstruowania bomby atomowej potrzebny byłby kolosalny wysiłek techniczny, który kosztowałby wiele miliardów dolarów. Uważałem również za psychologicznie nieprawdopodobne to, żeby tak dobrze mi znani fizycy atomowi w Ameryce włożyli wszystkie siły w ten projekt". (Część i całość, tłum. Kazimierz Napiórkowski).

O ataku na Hirosimę Heisenberg dowiedział się w Farm Hall, niecałe 40 kilometrów pod angielskim Cambridge, gdzie znajdował się, internowany, z innymi fizykami niemieckimi: Ottonem Hahnem, Maxem von Lauem czy Carlem Friedrichem von Weizsäckerem. W 1946 r. powrócił do Niemiec, organizując na nowo Instytut Fizyki w Getyndze. Ośrodek ten został przemianowany w 1948 r. na Instytut Fizyki im. Maxa Plancka, a w 1955 r. - wraz z Heisenbergiem - przeniesiony do Monachium. Heisenberg zmarł 1 lutego 1976 r. w Monachium.

W języku polskim ukazały się trzy przekłady książek Heisenberga: Fizyka i filozofia (1965), Ponad granicami (1979) oraz Część i całość (1987).

Jarosław Włodarczyk
Polecamy także tekst o Heisenbergu Andrzeja K. Wróblewskiego Jak prosty wiejski chłopak...
[  góra strony  ]

Wiw.pl  |  Na bieżąco  |  Informacje  |  Co nowego  |  Matematyka i przyroda  |  Astronomia  |  Biologia  |  Fizyka  |  Matematyka  |  Modelowanie rzeczywistości  |  Humanistyka  |  Filozofia  |  Historia  |  Kultura antyczna  |  Literatura  |  Sztuka  |  Czytaj  |  Biblioteka  |  Delta  |  Wielcy i więksi  |  Przydatne  |  Słowniki  |  Co i gdzie studiować  |  Wszechświat w obrazkach