ורנר הייזנברג: ביוגרפיה, גילוי, תרומות, יצירות - מַדָע - 2025

ורנר הייזנברג ( Werner Heisenberg ; 1901 - 1976) היה פיזיקאי ופילוסוף גרמני שנודע כמי שהצליח לנסח את מכניקת הקוונטים מבחינת מטריצות, בנוסף ליצירת עקרון הוודאות. בזכות תגליות אלה הוא הצליח לזכות בפרס נובל לפיזיקה בשנת 1932.

בנוסף, הוא תרם תרומות לתיאוריות ההידרודינמיקה של נוזלים סוערים, גרעין האטום, פרומגנטיות, קרניים קוסמיות וחלקיקים תת אטומיים, בין היתר.

Bundesarchiv, Bild 183-R57262 / לא ידוע מחבר / CC-BY-SA 3.0, באמצעות Wikimedia Commons

הוא היה אחד המדענים שהתערבו בפרויקט הנשק הגרעיני הגרמני הנאצי במלחמת העולם השנייה. עם תום המלחמה התמנה למנהל מכון הקיסר ויללהם לפיזיקה.

הוא שימש כמנהל עד שהמוסד עבר למינכן, שם הוא התרחב ושמה שונה למכון מקס פלאנק לפיזיקה ואסטרופיסיקה.

הייזנברג היה נשיא מועצת המחקר הגרמנית, הנציבות לפיזיקה אטומית, קבוצת העבודה לפיזיקה גרעינית ונשיא קרן אלכסנדר פון הומבולדט.

ביוגרפיה

שנים ראשונות ומחקרים

ורנר קרל הייזנברג נולד ב- 5 בדצמבר 1901 בוירצבורג, גרמניה. הוא היה בנו של קספר ארנסט אוגוסט הייזנברג, מורה בתיכון לשפות קלאסיות שהפך למורה היחיד בימי הביניים והמודרני בגרמניה במערכת האוניברסיטה. אמו הייתה אישה בשם אנני ווקליין.

הוא החל את לימודיו בפיזיקה ומתמטיקה באוניברסיטת לודוויג מקסימיליאן במינכן ובאוניברסיטת גאורג אוגוסט בגטינגן בין 1920 ל -1923.

הפרופסור והפיזיקאי, ארנולד זומרפלד, צפה במיטב תלמידיו וידע על התעניינותו של הייזנברג בתיאוריות הפיזיקה האנטומית של נילס בוהר הדני; הפרופסור לקח אותו לפסטיבל בוהר ביוני 1922.

לבסוף, בשנת 1923, הוא קיבל את הדוקטורט שלו במינכן תחת זומרפלד וסיים את ההביליטציה בשנה שלאחר מכן.

נושא עבודת הדוקטורט של הייזנברג הוצע על ידי זומרפלד עצמו. הוא ביקש להתייחס לרעיון הסערה הנתפס כדפוס של תנועת נוזלים המאופיין בשינויים פתאומיים בלחץ ומהירות הזרימה.

ליתר דיוק, הייזנברג ניגש לבעיית היציבות באמצעות מספר משוואות ספציפיות. בצעירותו היה חבר באגודה של צופים גרמנים וחלק מתנועת הנוער הגרמנית.

תחילת הקריירה שלו

בין 1924 ל- 1927, הייזנברג צוין כיוון שהיה פרופסור פרטי (פרופסור לתואר באוניברסיטה) בגטינגן.

מה -17 בספטמבר 1924 עד ה- 1 במאי בשנה שלאחר מכן, הוא ערך מחקר יחד עם הפיזיקאי הדני נילס בוהר, בזכות מענק מטעם מועצת החינוך הבינלאומי של קרן רוקפלר.

בשנת 1925, במשך תקופה של שישה חודשים, הוא פיתח ניסוח של מכניקת הקוונטים; יישום מתמטי שלם למדי, בליווי הפיזיקאים הגרמנים מקס בורן ופסקואל ג'ורדן.

בעוד בקופנהגן, בשנת 1927 הצליח הייזנברג לפתח את עקרון אי הוודאות שלו, תוך כדי עבודה על היסודות המתמטיים של מכניקת הקוונטים.

לאחר סיום מחקריו, ב- 23 בפברואר, כתב מכתב לפיזיקאי האוסטרי וולפגנג פאולי, בו תיאר לראשונה עיקרון כזה.

ואז, בשנת 1928, הוא הציע מאמר שפורסם בלייפציג ושם השתמש בעקרון ההדרה של פאולי כדי לפתור את תעלומת הפרומגנטיות; תופעה פיזיקלית המייצרת סידור מגנטי באותו כיוון ותחושה.

בתחילת השנה 1929 הציגו הייזנברג ופאולי שני מאמרים ששימשו ליסוד תשתית תורת השדות הקוונטיים הרלטיביסטיים.

פרס נובל

ורנר הייזנברג לא רק הצליח לפתח את תוכנית המחקר כדי ליצור תיאוריה של שדה קוונטי יחד עם כמה מעמיתיו, אלא שהוא גם הצליח לעבוד על התיאוריה של הגרעין האטומי לאחר גילוי הנויטרון בשנת 1932.

בפרויקט כזה הוא הצליח לפתח מודל אינטראקציה פרוטון-נויטרון בתיאור מוקדם שלימים התפרסם ככוח החזק.

בשנת 1928, אלברט איינשטיין מינה את ורנר הייזנברג, מקס בורן ופסקואל ג'ורדן לפרס נובל לפיזיקה. ההכרזה על פרס 1932 עוכבה עד נובמבר 1933.

ברגע זה הוכרז כי הייזנברג זכה בפרס 1932 על יצירת מכניקת הקוונטים. מתרומתו של הייזנברג התגלו הצורות האלוטרופיות של מימן: כלומר המבנים האטומיים השונים של חומרים שהם פשוטים.

פיגועים נאצים

באותה שנה שקיבל את פרס נובל לשלום בשנת 1933, הוא ראה את עליית המפלגה הנאצית. המדיניות הנאצית שללה "לא-ארים", שפירושם פיטורי פרופסורים רבים, בהם: בורן, איינשטיין ועמיתיו אחרים של הייזנברג בלייפציג.

תגובתו של הייזנברג למעשים כאלה הייתה רגועה, הרחק מהזעקה ציבורית מכיוון שהוא חשב שהמשטר הנאצי יהיה קצר מועד. הייזנברג הפך במהרה למטרה קלה.

קבוצה של פיסיקאים נאציים קיצוניים קידמה את הרעיון של "פיסיקה ארית" לעומת "פיסיקה יהודית", וזאת זו שקשורה לתיאוריות היחסות ותיאוריות קוונטיות; למעשה, הייזנברג הותקף בכבדות על ידי העיתונות הנאצית, וכינה אותו "יהודי לבן".

זומרפלד שקל לעזוב את הייזנברג כיורשו לשיעורים באוניברסיטת מינכן; עם זאת, הצעתו למינוי נכשלה בגלל התנגדות התנועה הנאצית. הייזנברג הושאר עם טעם מר אחרי ההחלטות השרירותיות של הנאצים.

הייזנברג במלחמת העולם השנייה

ב- 1 בספטמבר 1939 הוקמה תוכנית הנשק הגרעיני הגרמני, באותו יום בו החלה מלחמת העולם השנייה. לאחר מספר פגישות נכלל הייזנברג והוצב כמנהל.

בין התאריכים 26-28 בפברואר 1942 העביר הייזנברג הרצאה מדעית בפני פקידי הרייך בנושא רכישת אנרגיה מביקוע גרעיני.

בנוסף, הוא הסביר על פוטנציאל האנרגיה העצום שמספק אנרגיה מסוג זה. הוא טען שניתן לשחרר 250 מיליון וולט אלקטרונים באמצעות ביקוע של גרעין אטומי, ולכן הם התכוונו לבצע את המחקר.

גילוי ביקוע גרעיני הובא לאור הזרקורים הגרמני. עם זאת, קבוצת המחקר של הייזנברג לא הצליחה לייצר כור או פצצת אטום.

כמה אזכורים הציגו את הייזנברג כלא כשירים. אחרים, נהפוך הוא, הציעו שההשהיה הייתה בכוונה או שהמאמץ נחבל. מה שהיה ברור הוא שהיו טעויות משמעותיות בנקודות שונות בחקירה.

על פי אזכורים שונים, מתמלולים מגרמנית לאנגלית חושפים כי גם הייזנברג וגם עמיתים אחרים שמחו כי בעלות הברית ניצחו במלחמת העולם השנייה.

שנים ומוות לאחר המלחמה

לבסוף בשנת 1946 הוא חידש את תפקידו במכון קייזר וילהלם, שבמהרה שונה שמו למכון מקס פלאנק לפיזיקה. בשנים שלאחר המלחמה קיבל הייזנברג תפקידים כמנהל וכדובר המדע הגרמני במערב גרמניה, תוך שמירה על עמדה א-פוליטית.

בשנת 1949 הוא הפך לנשיא הראשון של מועצת המחקר הגרמנית מתוך כוונה לקדם את המדע של ארצו באופן בינלאומי.

מאוחר יותר, בשנת 1953, הוא הפך לנשיא המייסד של קרן הומבולדט; ארגון במימון ממשלתי שהעניק מלגות למלומדים זרים לצורך ביצוע מחקר בגרמניה.

בסוף שנות השישים הצליח הייזנברג לכתוב את האוטוביוגרפיה שלו. הספר ראה אור בגרמניה ושנים לאחר מכן תורגם לאנגלית, ואז לשפות אחרות.

ב- 1 בפברואר 1976 נפטר הייזנברג מסרטן כליות וכיס המרה. למחרת, עמיתיו עשו טיול ממכון הפיזיקה לביתו, והניחו נרות על דלת הכניסה כדי לחלוק כבוד למדען האגדי.

תגליות ותרומות

מכניקת מטריקס

המודלים הראשונים של מכניקת הקוונטים הוקמו על ידי אלברט איינשטיין, נילס בוהר ומדענים מובילים אחרים. בהמשך, קבוצה של פיזיקאים צעירים הרחיבה בניגוד לתיאוריות קלאסיות, המבוססות על ניסויים ולא על אינטואיציה, תוך שימוש בשפות מדויקות בהרבה.

בשנת 1925, הייזנברג היה הראשון שיצר את אחד הניסוחים המתמטיים השלמים ביותר של מכניקת הקוונטים. הרעיון של הייזנברג היה שבאמצעות משוואה זו ניתן היה לחזות את עוצמת הפוטונים ברצועות השונות בספקטרום המימן.

ניסוח זה מבוסס על העובדה שניתן לתאר ולמדוד כל מערכת באמצעות תצפיות ומדידות מדעיות על פי תורת המטריצות. במובן זה מטריצות הן ביטויים מתמטיים לקשר נתונים מתופעה.

עקרון אי הוודאות

פיזיקת הקוונטים לעיתים קרובות מבלבלת, שכן המוחלט מוחלף בהסתברויות. לדוגמה, חלקיק יכול להיות במקום זה או אחר, או אפילו בשניהם בו זמנית; ניתן לאמוד את מיקומו רק על ידי הסתברויות.

ניתן להסביר את הבלבול הקוונטי הזה בזכות עקרון הוודאות של הייזנברג. בשנת 1927 הסביר הפיזיקאי הגרמני את עקרונו באמצעות מדידת מיקום ותנועת החלקיק. לדוגמא, המומנטום של אובייקט הוא המסה שלו כפול המהירות שלו.

בהתחשב בעובדה זו, עקרון הוודאות מצביע על כך שלא ניתן לדעת בוודאות מוחלטת את תנועתו של החלקיק ותנועתו. הייזנברג טען כי יש גבול עד כמה אפשר לדעת את מיקום ותנופה של החלקיק, אפילו באמצעות התיאוריה שלו.

עבור הייזנברג, אם אתה יודע את המיקום בצורה מדויקת, אתה יכול רק לקבל מידע מוגבל על המומנטום שלה.

דגם נויטרון-פרוטון

מודל הפרוטונים האלקטרונים הציג בעיות מסוימות. למרות שהיה מקובל כי הגרעין האטומי מורכב מפרוטונים ונויטרונים, אופי הנויטרון לא היה ברור.

לאחר גילוי הנויטרון, ורנר הייזנברג והפיזיקאי הסובייטי-אוקראיני דמיטרי איבננקו, הציעו מודל פרוטון ונויטרון לגרעין, בשנת 1932.

מאמרי הייזנברג עוסקים בתיאור מפורט של פרוטונים ונויטרונים בתוך הגרעין באמצעות מכניקת הקוונטים. היא גם הניחה נוכחות של אלקטרונים גרעיניים מלבד נויטרונים ופרוטונים.

ליתר דיוק, הוא הניח שהנויטרון הוא תרכובת פרוטון-אלקטרונים, שלגביהם אין הסבר מכני קוונטי.

אף על פי שמודל הנויטרון-פרוטון פתר בעיות רבות וענה על שאלות מסוימות, הוא הוכיח בעיה בהסבר כיצד אלקטרונים יכולים לנבוע מהגרעין. ובכל זאת, בזכות תגליות אלה, דימוי האטום השתנה והאיץ משמעותית את תגליות הפיזיקה האטומית.

מחזות

העקרונות הפיזיים של תורת הקוונטים

העקרונות הפיזיים של תורת הקוואנטים היה ספר שנכתב על ידי ורנר הייזנברג, שיצא לראשונה בשנת 1930 בזכות אוניברסיטת שיקגו. מאוחר יותר, בשנת 1949, הודפסה גרסה חדשה להצלחה.

הפיזיקאי הגרמני כתב ספר זה מתוך כוונה לדון במכניקת הקוונטים בצורה פשוטה, עם מעט שפה טכנית כדי לספק הבנה מהירה של מדע זה.

הספר צוטט יותר מ- 1,200 פעמים באזכורים ובמקורות רשמיים חשובים. מבנה היצירה מבוסס ביסודו על דיון מהיר וקל בתורת הקוונטים ובעיקר אי הוודאות שלה.

פיזיקה ופילוסופיה

הפיזיקה והפילוסופיה כללו יצירה דתית שנכתבה באופן תמציתי על ידי ורנר הייזנברג בשנת 1958. בעבודה זו, מסביר הייזנברג את אירועי המהפכה בפיזיקה המודרנית מתוך בסיס מאמריו ותרומותיו הבולטים.

הייזנברג התאפיין בכך שניהל אינספור הרצאות ושיחות על פיזיקה לאורך הקריירה המדעית שלו. במובן זה, יצירה זו היא אוסף של כל השיחות הקשורות לתגליות המדען הגרמני: עקרון הוודאות והמודל האטומי.

פיזיקה ומעבר לה

Physics and Beyond היה ספר שנכתב על ידי ורנר הייזנברג בשנת 1969, המספר את ההיסטוריה של חקר האטום ומכניקת הקוונטים מניסיונו.

הספר מנהל שיחות של ויכוחים בין הייזנברג לבין אחרים מעמיתיו באותה תקופה בנושאים מדעיים שונים. טקסט זה כולל שיחות עם אלברט איינשטיין.

כוונתו של הייזנברג הייתה שהקורא יוכל לחוות את האזנה באופן אישי לפיזיקאים מוכרים שונים, כמו נילס בוהר או מקס פלאנק, לא רק לדבר על פיזיקה, אלא גם על נושאים אחרים הקשורים לפילוסופיה ופוליטיקה; מכאן כותרת הספר.

בנוסף, העבודה מציגה את הופעתה של פיזיקת הקוונטים ותיאור של הסביבה בה הם חיו, עם תיאורים מפורטים של הנופים והחינוך שלהם באופיים של אותה תקופה.

הפניות

1. ורנר הייזנברג, ריצ'רד ביילר (נ '). נלקח מ- Britannica.com
2. וויינר הייזנברג, פורטל המדענים המפורסם, (נ '). נלקח מ famousscientists.org
3. ורנר קרל הייזנברג, אוניברסיטת פורטל בסנט אנדרוס, סקוטלנד, (נ '). נלקח מה- group.dcs.st-and.ac.uk
4. ורנר הייזנברג, ויקיפדיה באנגלית, (nd). נלקח מ Wikipedia.org
5. אי וודאות קוונטית לא כולם במדידה, ג'וף ברומפיל, (2012). נלקח מ- nature.com