ЭВМHISTORY
Статьи. Обзоры. Истории
ЭВМHISTORY: инженеры, изобретатели, компьютерщики, математики, первооткрыватели, предприниматели, исследователи, программисты, дизайнеры, художники, гении, личности, персоны, люди

Персоны | Гейзенберг, Вернер



история, успех, person, персона, geisenberg, гейзенберг, вернер, werner, karl, heisenberg

Вернер Карл Гейзенберг (нем. Werner Karl Heisenberg, 5 декабря 1901, Вюрцбург — 1 февраля 1976, Мюнхен) — немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике (1932), член ряда академий и научных обществ мира.

Гейзенберг является автором ряда фундаментальных результатов в квантовой теории: он заложил основы матричной механики, сформулировал соотношение неопределённостей, применил формализм квантовой механики к проблемам ферромагнетизма, аномального эффекта Зеемана и прочим. В дальнейшем активно участвовал в развитии квантовой электродинамики (теория Гейзенберга — Паули) и квантовой теории поля (теория S-матрицы), в последние десятилетия жизни предпринимал попытки создания единой теории поля. Гейзенбергу принадлежит одна из первых квантовомеханических теорий ядерных сил; во время Второй мировой войны он был ведущим теоретиком немецкого ядерного проекта. Ряд работ посвящён также физике космических лучей, теории турбулентности, философским проблемам естествознания. Гейзенберг сыграл большую роль в организации научных исследований в послевоенной Германии.

***

Гармония естественно-научного и гуманитарного


Вернер (Карл) Гейзенберг родился 5 декабря 1901 года в Вюрцбурге. Отец Вернера, Август Гейзенберг, женатый на Анне Векляйн, дочери директора Королевской Максимилиановской гимназии в Мюнхене, преподавал классические языки и историю в старой гимназии в Вюрцбурге и одновременно занимал должность приват-доцента Вюрцбургского университета по отделению средневековой и современной греческой филологии. В 1910 году он получил в Мюнхенском университете кафедру классической филологии и византинистики (единственную тогда в Германии), и семья переехала в Мюнхен.

Вернер рос в доме, где сам воздух, казалось, был пропитан классическими гуманитарными традициями. Его отец был убежденным сторонником разностороннего образования. В 1911 году Вернер Гейзенберг, прошедший к тому времени начальное обучение, поступил в Максимилиановскую гимназию, где больше всего его привлекала математика и языки, в том числе, санскрит, и отец во всем поддерживает его. Когда через два года Вернер заинтересовался дифференциальным исчислением и попросил отца принести ему книги по математике из университетской библиотеки, тот принес ему трактат Кронекера на латинском языке. Изучение математики (эта книга очень увлекла Вернера) и языка шло параллельно.

Гимназиста Гейзенберга восхищал и поражал тот факт, что математика, в частности, геометрия находятся в соответствии с природой. Через всю жизнь Гейзенберг пронес убежденность в том, что великая европейская культура, в том числе и наука, связана корнями с античной философией и с христианством.


В университетах Мюнхена и Геттингена


После Максимилиановской гимназии В. Гейзенберг стал студентом университета в Мюнхене, где среди его учителей были такие физики, как Арнольд Зоммерфельд и Вильгельм Вин. Перейдя затем в Геттинген, он начинает работать под руководством Макса Борна, больше чем другие учителя давшего выдающемуся ученику.

В 1923 году Гейзенберг после защиты докторской диссертации, посвященной вопросу о переносе энергии, стал ассистентом Борна. Незадолго до этого он на полгода отправился в Копенгаген в институт к Нильсу Бору в качестве стипендиата-исследователя, а позже, когда освободилась вакансия — доцента теоретической физики. Работа у Бора поездка имела для Гейзенберга решающее значение.


Schturm und Drang


Поистине, это время можно назвать «Эпохой бури и натиска» в квантовой теории, а институт Бора в Копенгагене — эпицентром этой бури. Квантовая теория после блистательных успехов оказалась в полосе затруднений. «Квантование по Бору» привело к возникновению явно внутренне противоречивого образа атома. Атом рисовался маленьким подобием Солнечной системы, где роль Солнца играло ядро, в котором была сконцентрирована почти вся масса атома, а вокруг ядра, подобно планетам, двигались по орбитам электроны. Каждый из электронов представлялся материальной точкой, движущейся по законам классической механики, но хотя и несшей электрический заряд, почему-то, вопреки классической электродинамике, не излучающий электромагнитных волн, несмотря на наличие ускорения. Правда, такое движение «разрешалось» не по любым орбитам, а только по тем, которые отвечали «условиям квантования»; их приходилось постулировать. Излучение же и поглощение волн, как то также постулировал Бор, происходит лишь при «перескакивании» электронов с одной стационарной орбиты на другую.

Положение еще более осложнилось, когда французский физик-теоретик Луи де Бройль выдвинул идею о корпускулярно-волновой, двуединой природе материи. Опыты по дифракции электронов убедительно подтвердили наличие корпускулярно-волнового дуализма, что еще усложнило картину. «Я вспоминаю, — писал позднее Гейзенберг, — о многочисленных дискуссиях с Бором, которые длились до поздней ночи и которые мы заканчивали в полном отчаянии. И если после таких дискуссий один отправлялся на короткую прогулку в соседний парк, то повторял снова и снова вопрос о том, может ли природа действительно быть такой абсурдной, какой она представляется нам в этих атомных экспериментах».

Трудно представить себе более плодотворное сочетание: несравненная, почти мистическая физическая интуиция Бора и непредвзятость, гибкость и глубина мысли его гениального молодого «стажера», обладавшего, кроме всего прочего, блистательной математической подготовкой. Они идеально дополняли друг друга, и этому во многом обязано появление того, что называют современной квантовой теорией. Но чтобы это появление стало возможным, потребовалось выработать принципиально новые теоретико-познавательные концепции.


Новая концепция в физике


Не будет преувеличением сказать, что со времени своего возникновения физика всегда оперировала наглядными и по возможности простыми моделями — сначала это были системы из классических материальных точек, а потом к ним добавилось электромагнитное поле, которое, в сущности, использовало также представления из арсенала механики сплошных сред. Дискуссии между Бором и Гейзенбергом привели к осознанию необходимости подвергнуть ревизии те образы, те понятия, которыми оперирует теория, дабы выделить из них действительно лишь те, которые выступают на опыте. Что такое, например, орбита электрона, можно ли ее наблюдать? Если учесть двойственную, корпускулярно-волновую природу электрона, то можно ли говорить о его траектории вообще? Можно ли построить такую теорию, в которой рассматривались бы только действительно наблюдаемые на опыте величины?

В квантовой теории физическим величинам ставятся в соответствие «операторы», т. е. символы, обозначающие определенные математические действия («операции»). Если порядок действия пары операторов переставим, то соответствующие им физические величины можно определить одновременно, если же операторы непереставимы, то это невозможно, и чем точнее определяется одна из таких «дополнительных» величин, тем больше неопределенность в определении второй.

Соотношения неопределенностей подчеркивают принципиальное отличие описания состояния систем в классической и в квантовой теории и необходимость статистического, т.е. вероятностного описания в последней. Появление идеи дополнительности ознаменовало качественно новый шаг в теории познания.


история, успех, person, персона, geisenberg, гейзенберг, вернер, werner, karl, heisenberg

После возвращения в Германию


Осенью 1927 года Эрвин Гейзенберг получил приглашение стать профессором теоретической физики в Лейпцигском университете. Он проработал там до 1941 года. Его работы по квантовой теории приобрели мировую известность, его многократно приглашали для чтения лекций во многие страны. Многочисленные поездки не снизили, однако, его научной активности.

В 1929 году Гейзенберг совместно с английским физиком Полем Адриеном Морисом Дираком выдвинул идею специфически-квантового обменного взаимодействия, опубликовал важные работы по квантовой теории ферромагнетизма, основанную на обменном взаимодействии электронов (одновременно и независимо близкие идеи развивал и российский физик-теоретик Яков Ильич Френкель в России).

В следующим году Вернер Гейзенберг обратился к рассмотрению общей схемы квантования полей, в том числе, и электромагнитного поля. После появления релятивистской теории электронов Дирака занимался развитием теории дырок, в частности, рассматривал эффект поляризации электронно-позитронного вакуума и его возможные экспериментальные проявления.

К 1932 году относятся важные работы Вернера Гейзенберга в новой для него области — физике атомного ядра. Вопрос о том, из чего состоят ядра атомов, к тому времени приобрел особую остроту: первоначальная идея об электронно-протонном их составе была окончательно отвергнута именно благодаря соотношению неопределенностей Гейзенберга: размеры ядра (а, значит и разброс координат электрона, если он в нем находится) так малы, что квантовый разброс импульсов (и энергий, соответственно) должен быть настолько велик, что удержаться внутри ядра было бы для электрона невозможно. Поэтому когда английский физик Джеймс Чедвик в 1930 году открыл частицу, масса которой лишь немногим меньше массы протона, а электрический заряд отсутствует, почти одновременно по крайней мере в двух местах — Гейзенберг в Германии и российский физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко в России выдвинули в 1932 году протонно-нейтронную модель ядра. Гейзенберг ввел также понятие изотопического спина и идею о насыщении ядерных сил.

Позже Гейзенберг (с 1941 по 1945 годы) был назначен директором института физики кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета.

Это были трудные годы. К тому времени многие крупнейшие ученые, спасаясь от фашистского режима, бежали из Германии. Хотя Гейзенберг и понимал, что его родину толкают к неминуемой катастрофе, он не счел возможным покинуть ее.

По служебной необходимости ему пришлось возвращаться к ядерной физике. Над немецким ядерным проектом он работал вместе с немецким радиохимиком Отто Ганом. Правители рейха долго не могли понять, что значимость работ ядерщиков неизмеримо выше бредовых расовых и идеологических догм. Не последнюю роль сыграл пресловутый «приказ фюрера» не начинать никаких работ, которые не принесут практических результатов в течение полугодия. К тому же первые теоретические оценки количества урана, необходимого для цепной реакции деления, дали огромные (как полагают некоторые, намеренно завышенные) цифры, которые представляли всю программу нереальной. Есть основания полагать, что определенную (хотя и не решающую роль) играли и факты саботажа немецких исследователей. Есть даже мнение, что причина отставания Германии в том, что немецкие исследователи публиковали все свои результаты в открытой печати, тогда как остальные довольно быстро стали их засекречивать.

Гораздо правдоподобнее, однако, что, когда неминуемость скорого краха стала очевидной, когда власти спохватились, и началась лихорадочная гонка работы над «оружием возмездия», как они это называли, было уже поздно. Авиация союзников уничтожила много важных объектов, был взорван завод по производству тяжелой воды в Норвегии.

Но трудно отказаться от мысли, что позиция Вернера Гейзенберга, даже при известном его стремлении к лидерству и преданности интересам Германии, была продиктована и гуманистическими идеалами.


Основная область интересов — квантовая теория поля


После разгрома гитлеровской Германии Гейзенберг в 1946-1958 годах являлся директором физического института и профессором университета в Геттингене, а после 1958 года — директором института физики и астрофизики и профессором университета в Мюнхене. На эти годы приходятся его активные поиски универсального единого описания всех видов материи. Это была грандиозная программа, хотя и нельзя признать, что Гейзенбергу удалось ее реализовать.

С юных лет проникнутый идеями античной философии, особенно, идеями Платона, Вернер Гейзенберг пытался найти такое всеохватывающее уравнение, которое бы относилось к «праматерии», частными проявлениями которой и являются, по мысли Гейзенберга, все наблюдаемые частицы.

Одну из центральных ролей играли (опять-таки как отражение идей Платона) соображения симметрии, как они понимаются в математике. Отмеченная многочисленными национальными и международными наградами, деятельность Гейзенберга не ограничивалась одной лишь теоретической физикой, одним из крупнейших представителей которой он был. Его перу принадлежат и труды по философии, которой он всегда уделял большое внимание.

Вернер Гейзенберг скончался 1 февраля 1976 года в Мюнхене. Похоронен на кладбище Вальдфридхоф, в Мюнхене.

история, успех, person, персона, geisenberg, гейзенберг, вернер, werner, karl, heisenberg


© greenmile

Источники:
to-name.ru,
ru.wikipedia.org

В начало


Персоны | Гейзенберг, Вернер



Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика