Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Вернер Гейзенберг

Гейзенберг (Хайзенберг) (Heisenberg) Вернер (1901-1976), немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Предложил (1925) матричный вариант квантовой механики; сформулировал (1927) принцип неопределенности; ввел концепцию матрицы рассеяния (1943). Труды по структуре атомного ядра, релятивистской квантовой механике, единой теории поля, теории ферромагнетизма, философии естествознания. Нобелевская премия (1932).

Вернер Гейзенберг (1901-1976) - немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Предложил матричный вариант квантовой механики, сформулировал принцип неопределенности, ввел концепцию матрицы рассеяния. Автор трудов по структуре атомного ядра, релятивистской квантовой механике, единой теории поля, теории ферромагнетизма, философии естествознания. Лауреат Нобелевской премии 1932 г.

Использованы сведения примечаний к кн.: Конт-Спонвиль Андре. Философский словарь / Пер. с фр. Е.В. Головиной. – М., 2012.

ГЕЙЗЕНБЕРГ Вернер (1901-1976) - немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Внес значительный вклад в развитие квантовой электродинамики, квантовой теории поля, теорию ядра, физику космических излучений, теорию элементарных частиц. Сформулировал соотношение неопределенностей, ограничившее применение классических понятий к микромиру. При решении ряда гносеологических проблем Гейзенберг делал идеалистические выводы, утверждая, в частности, что идея реальности в современной науке «расплывается» и заменяется математическими конструкциями. Соотношение неопределенностей явилось для него основой критики не только механического, но и вообще материалистического понимания причинности, отрицания правомерности четкого разграничения объективного и субъективного в теории и эксперименте. В последние годы жизни эволюционировал от неопозитивистских представлений, характерных для представителей так называемой копенгагенской школы, уделяя большое внимание философскому анализу диалектики части и целого, склонялся в ряде выводов к объективному идеализму в духе Платона.

Философский словарь. Под ред. И.Т. Фролова . М., 1991, с. 83-84.

Гейзенберг, Хайзенберг (Heisenberg) Вернер (5. 12. 1901, Вюрцбург,- 1.2.1976, Мюнхен), немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. С 1941 года директор Института кайзера Вильгельма (с 1946 года - Институт Макса Планка). Нобелевская премия по физике (1932).

В статье «О квантово-теоретическом истолковании кинематических и механических соотношений» («Quantentheoretische Umdeutung der kinematischen und mechanischen Beziehungen», 1925) Гейзенберг построил исторически первый вариант квантовой механики - матричную механику. В основополагающей работе «О наглядном содержании квантово-теоретической кинематики и механики» («Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik», 1927) дал вывод соотношения неопределённостей, выражающего ограничения на употребление классических понятий в квантовой механике. Гейзенберг является одним ив авторов протонно-нейтронной модели строения атомного ядра (1932). В последние годы жизни Гейзенберг работал над проблемами квантовой теории поля. Значительное место в научном творчестве Гейзенберга занимают разработка философско-методологические проблем физики и её истории. С именем Гейзенберга связывается формулировка принципа наблюдаемости, введение понятия замкнутой физической теории, новая постановка проблемы причинности. Ряд методологических работ Гейзенберга посвящён исследованию связи современной физики с идеями античной философии, в которых он отдаёт предпочтение объективно-идеалистическим натурфилософским идеям Платона. Гейзенберг защищал субстанциальную трактовку энергии в духе энергетизма, считая, что все элементарные частицы «сделаны из энергии». В ряде работ Гейзенберг анализировал понятие простоты научной теории, различные аспекты концепции дополнительности, социокультурные проблемы науки.

Философский энциклопедический словарь. - М.: Советская энциклопедия. Гл. редакция: Л. Ф. Ильичёв , П. Н. Федосеев , С. М. Ковалёв, В. Г. Панов. 1983.

Сочинения: в рус. пер.; Физич. принципы квантовой теории, М.- Л., 1932; Филос. проблемы атомной физики, М., 1953; Физика и философия, М, 1963; Введение в единую полевую теорию элементарных частиц, М., 1968.

Литература: Кузнецов И. В., В чем прав и в чем ошибается Вернер Гейзенбург, «ВФ», 1958, №11; Омельяновский М.Э., Несколько замечаний по поводу статьи В. Г., там же, 1979, № 12, с. 44-48.

В сентябре 1911 года Вернера отдали в престижную гимназию. В 1920 году Гейзенберг поступил в Мюнхенский университет. Окончив его, Вернер был назначен ассистентом профессора Макса Борна в Геттингенском университетеПо теории квантов атом испускает свет, переходя из одного энергетического состояния в другое. А по теории Эйнштейна интенсивность света определенной частоты зависит от количества фотонов. Значит, можно было попытаться связать интенсивность излучения с вероятностью атомных переходов. Квантовые колебания электронов, уверял Гейзенберг, нужно представлять только с помощью математических соотношений. Надо лишь подобрать для этого подходящий математический аппарат. Молодой ученый выбрал матрицы. Выбор оказался удачным, и скоро его теория была готова. Работа Гейзенберга заложила основы науки о движении микроскопических частиц - квантовой механики.

Математические аппараты, которыми пользовались Гейзенберг и Дирак при разработке теорий атома в новой механике, были для большинства физиков и непривычны, и сложны. Не говоря уже о том, что никто из них, несмотря на все ухищрения, не мог свыкнуться с мыслью, что волна - это частица, а частица - волна.

В Копенгагене в сентябре 1926 года между Бором и Шредингером разгорелась дискуссия, в которой ни одна из сторон не добилась успеха. В итоге было признано, что никакую из существующих интерпретаций квантовой механики нельзя считать вполне приемлемой.

Гейзенберг в феврале 1927 года дал нужную интерпретацию, сформулировав принцип неопределенности и не сомневаясь в его правильности.

В феврале 1927 года он представил статью "О квантовотеоретическом истолковании кинематических и механических соотношений", посвященной принципу неопределенности.

Согласно принципу неопределенности, одновременное измерение двух сопряженных переменных, таких как положение и импульс движущейся частицы, неизбежно приводит к ограничению точности. Чем более точно измерено положение частицы, тем с меньшей точностью можно измерить ее импульс, и наоборот.

Гейзенберг заявил, что пока справедлива квантовая механика, принцип не-определенности не может быть нарушен.

Принцип неопределенности Гейзенберга вошел в логически замкнутую систему "копенгагенской интерпретации", которую Гейзенберг и Борн перед встречей ведущих физиков мира в октябре 1927 года объявили полностью завершенной и неизменяемой. Эта встреча, пятая из знаменитых Сольвеевских конгрессов, произошла всего несколько недель спустя после того, как Гейзенберг стал профессором теоретической физики в Лейпцигском университете. Будучи всего двадцати пяти лет от роду, он стал самым молодым профессором в Германии.

Гейзенберг впервые представил четко сформулированный вывод о наиболее глубоком следствии из принципа неопределенности, связанном с отношением к классическому понятию причинности.

Гейзенбергу и другим "копенгагенцам" потребовалось совсем немного времени, чтобы донести отстаиваемое ими учение до тех, кто не посещал европейских институтов. В Соединенных Штатах Гейзенберг нашел особенно благоприятную среду для обращения в свою веру новых сторонников. Во время совместного с Дираком кругосветного путешествия в 1929 году Гейзенберг прочел в Чикагском университете курс лекций по "копенгагенской доктрине". В 1933 году одновременно со Шредингером и Дираком его работы получили высшее признание - Нобелевскую премию.

С 1941 по 1945 год Гейзенберг был директором института физики кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета. Не раз отвергая предложения эмигрировать, он возглавил основные исследования по расщеплению урана, в которых был заинтересован Третий рейх.

После окончания войны ученый был арестован и отправлен в Англию.

В 1946 году Гейзенберг вернулся в Германию. Он становится директором Физического института и профессором Геттингенского университета. С 1958 года ученый являлся директором Физического университета и астрофизики, а также профессором Мюнхенского университета.

В последние годы усилия Гейзенберга были направлены на создание единой теории поля. В 1958 году он проквантовал нелинейное спинорное уравнение Иваненко (уравнение Иваненко - Гейзенберга).

Гейзенберг умер в своем доме в Мюнхене 1 февраля 1976 года от рака почки и желчного пузыря.

Перепечатывается с сайта http://100top.ru/encyclopedia/

ГЕЙЗЕНБЕРГ (Heisenberg) Вернер Карл (5 декабря 1901, Вюрцбург - 1 февраля 1976) - немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Окончил Мюнхенский (1923) и Геттингенский (1924) университеты. Профессор теоретической физики Лейпцигского университета (1927-41), директор Института физики кайзера Вильгельма и профессор Берлинского университета (1941-45). В 1941-45 - один из руководителей немецкого атомного проекта. В 1945 был интернирован в Англии. В 1946-58 - директор Физического института и профессор Гетгингенского университета. С 1958 - директор Института физики и астрофизики, профессор Мюнхенского университета.

Работал в области квантовой механики, квантовой электродинамики, релятивистской квантовой теории поля, теории ядра, магнетизма, физики космических лучей, теории элементарных частиц. В 1925 вместе с М. Борном и П. Йорданом разработал матричную механику - один из вариантов квантовой механики (Нобелевская премия, 1932). В 1927 сформулировал принцип неопределенности, ограничивающий применение к микрообъектам классических понятий. Один из создателей копенгагенской интерпретации квантовой механики. В 1950-60 развил нелинейную единую теорию поля. В Англии в 50-х гг. читал курс лекций по философским проблемам современной физики («Физика и философия», 1959).

Для философских воззрений Гейзенберга характерна широта интеллектуальных интересов. Размышляя об абстрактных построениях научных понятий, он стремился развить представление о непреходящей силе науки, которая заключается в особенном способе обобщения, позволяющем охватывать теоретической мыслью разнородные явления и давать этим явлениям единое объяснение. Убедительность научных достижений механики Ньютона коренится прежде всего в том, что эта теория позволила представить единую картину крайне различных явлений мира - от наглядных движений тел, повседневно наблюдаемых на Земле, до гармонического движения Космоса. Единство науки часто открывается непреднамеренно, просто в силу того, что люди задают вопросы природе, совершенствуя при этом технические средства и в особенности язык, на котором они формулируют эти вопросы. В изучении истории науки Гейзенберг призывал не ограничиваться историей открытий и наблюдений, но включать в рассмотрение историю развития понятий. Такие понятия классической механики, как масса, сила, скорость, место и время, представляют собой отвлечение от многих реальных особенностей изучаемых процессов. Содержание этих и других понятий строго определено, и в силу этого теоретические утверждения, в которые входят эти понятия, оказываются верными вне зависимости от указанных особенностей, а значит, верными на все времена и в любых самых отдаленных звездных системах.

Если естествознание открывает нам смысловое единство природы, то искусство побуждает нас к прояснению смысла нашего существования. В искусстве мы хотим отобразить миропонимание, общее всем людям Земли. Хотя мы и говорим, что наша высшая цель - создание новых форм и все завершается построением этих форм, тем не менее, такие формы могут явиться нам лишь при открытии нового содержания. Создавать новое искусство, по мысли Гейзенберга, - значит делать зримым и слышимым новое содержание, а не только изобретать новые формы. Гейзенберг был глубоко озабочен социальными событиями не только в своей стране, но и в мире в целом. Постепенно укореняется ощущение, что локальное нарушение в части мира может повредить всему существованию человечества. Он обращал внимание на то, что мы поставлены перед лицом огромных политических опасностей. Гейзенберг настойчиво искал пути выхода из трагической ситуации, в которой вынуждено жить человечество, и не только в самой науке, которая, по его словам, есть средство взаимопонимания народов, но и в сокровенных особенностях человеческого существа. Гейзенберг надеялся, что человек способен вникнуть не только умом, но и сердцем в ту отпугивающую пустоту и даль, куда нас завели техника и естествознание.

H. Ф. Овчинников

Новая философская энциклопедия. В четырех томах. / Ин-т философии РАН. Научно-ред. совет: В.С. Степин , А.А. Гусейнов , Г.Ю. Семигин. М., Мысль, 2010, т. I, А - Д, с. 494.

Далее читайте:

Ученые с мировым именем (биографический справочник).

Сочинения:

Gesammelte Werke, ser. A, pt. 1-3; ser. В, Springer, 1989; Philosophical Problems of Nuclear Science. N. Y., 1952; Physik und Philosophie. Fr./M., 1959. Физические принципы квантовой теории. Л.-М., 1931; Физика атомного ядра. М,-Л., 1947; Теория атомного ядра. М., 1953; Философские проблемы атомной физики. М., 1953; Нелинейная квантовая теория поля. М., 1959; Введение в единую полевую теорию элементарных частиц. М., 1968; Шаги за горизонт. М., 1987; Физика и философия. М., 1963; Физика и философия. Часть и целое. М., 1989.

Литература:

Овчинников Н. Ф. Ученый-мыслитель XX века. - В кн.: Гейзенберг В. Шаги за горизонт. М., 1987;

Кузнецов И. В., В чем прав и в чем ошибается Вернер Гейзенбург, «ВФ», 1958, №11;

Омельяновский М.Э., Несколько замечаний по поводу статьи Вернера Гейзенбурга, «ВФ», 1979, № 12, с. 44-48.

Ахутин А. В. Историко-научная концепция Гейзенберга. - «Вопросы истории естествознания и техники», 1988, №4, с. 69-83;

Ахутин А. В. Вернер Гейзенберг и философия,- В кн.: Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989;

ffo/z N. Werner Heisenberg und die Philosophie. 2Aufl. В., 1968;

Weizsak- kerC. Л Werner Heisenberg. Munch.-Wien, 1977;

Cassidy D. C, Baker M. Werner Heisenberg: A Bibliography of his Writings. Berkeley, 1984;

Hempel H.-P. Natur und Geschichte: der Jahrhundertdialog zwischen Heidegger und Heisenberg. Fr./M., 1990;

Cassidy D. C. Uncertainty: the Life and Science of Werner Heisenberg. N. Y., 1992;

Werner Heisenberg: Physikerund Philosoph Heidelberg, 1993.

Гейзенберг был членом Саксонской академии наук в Лейпциге .

Знаменитые высказывания

• Первый глоток из стакана естествознания делает атеистом, но на дне стакана ожидает Бог.
• Только немногие знают, как много надо знать, чтобы понять, как мало знаешь.
• Физика рождается в общении.
• Сложнее всего говорить обычным языком о квантовой теории. Непонятно, какие слова нужно употреблять вместо соответствующих математических символов. Ясно только одно: понятия обычного языка не подходят для описания строения атома.
• Красота природы отражается в красоте наук о природе.

Сочинения

• Физические принципы квантовой теории. М.-Л., 1932.
• Физика атомного ядра. М.-Л., 1947.
• Теория атомного ядра. М., 1953.
• Философские проблемы современной атомной физики. М., 1953.
• Введение в единую полевую теорию элементарных частиц. М., 1968.
• Шаги за горизонт. М.: Прогресс, 1987.
• Физика и философия. Часть и целое . М.: Наука, 1990.

Ссылки

• Гейзенберг, Вернер Карл в библиотеке Максима Мошкова

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Вернер Гейзенберг" в других словарях:

Вернер Карл Гейзенберг Werner Karl Heisenberg … Википедия

Вернер Гейзенберг Сольвеевский конгресс Вернер Карл Гейзенберг (нем. Werner Heisenberg; 5 декабря 1901, Вюрцбург 1 февраля 1976, Мюнхен) немецкий физик, создатель «матричной квантовой механики Гейзенберга», лауреат Нобелевской премии по физике … Википедия

Хайзенберг (Heisenberg) Вер нер (5. 12. 1901, Вюрцбург, 1.2.1976, Мюнхен), нем. физик теоретик, один из создателей квантовой механики. С 1941 директор Ин та кайзера Вильгельма (с1946 Ин т Макса Планка). Нобелевская пр. по физике (1932).… … Философская энциклопедия

- (нем. Heisenberg) фамилия: Гейзенберг, Вернер Карл немецкий физик теоретик Гейзенберг, Август немецкий историк и филолог, византинист … Википедия

ГЕЙЗЕНБЕРГ (Хайзенберг) (Heisenberg) Вернер (1901 76) немецкий физик теоретик, один из создателей квантовой механики. Предложил (1925) матричный вариант квантовой механики; сформулировал (1927) принцип неопределенности; ввел концепцию матрицы… … Большой Энциклопедический словарь

Гейзенберг, Хайзенберг (Heisenberg) Вернер (р. 5.12.1901, Вюрцбург), немецкий физик, один из создателей квантовой механики. В 1923 окончил Мюнхенский университет, где слушал лекции А. Зоммерфельда. В 1923≈27 ассистент М. Борна. В 1927≈41… … Большая советская энциклопедия

О том, как один нобелевский лауреат чуть было не завалил диссертацию другого, как одна прогулка изменила всю современную физику, и о том, как Вернер Гейзенберг всей своей жизнью иллюстрировал собственный принцип неопределенности, рассказывает наш сегодняшний выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Нынешний выпуск «нобелевской» рубрики на портале сайт – юбилейный. С начала года мы написали ровно 99 биографий нобелевских лауреатов по физике, химии и физиологии или медицины. С 1901 года мы добрались в 1930-е и на уже солидной статистике можно сделать четкий вывод: практически все биографии лауреатов делятся на две категории – про первых написано огромное количество материалов на русском языке и приходится жестоко отбирать известные факты, проверяя их по альтернативным источникам. Мечников, Эйнштейн, Планк… В некоторых других случаях не хватает даже материалов на английском и приходится залезать в немецкие, итальянские, шведские, датские источники.

Наш сотый герой, безусловно, из первой категории. А как может быть иначе, если речь идет, не больше и не меньше, об одном из основателей квантовой механики, одном из самых молодых лауреатов премии по физике, о человеке, который создал свои основные труды всего в 25 лет, и сумел оставить след не только в физике, но и в философии (можете себе представить себе философа из ФРГ, сотрудничавшего с гитлеровской Германией, чьи философские труды издавались в Советском Союзе и поступали в открытую продажу?). Итак, встречайте: Вернер Гейзенберг.

Гейзенберг в начале 1930-х

Wikimedia Commons

Вернер Карл Гейзенберг

Нобелевская премия по физике 1932 года. Формулировка Нобелевского комитета: «За создание квантовой механики, применение которой привело, помимо прочего, к открытию аллотропических форм водорода (for the creation of quantum mechanics, the application of which has, inter alia, led to the discovery of the allotropic forms of hydrogen)».

Наш герой родился в самом начале XX веке в городе Вюрцбурге на реке Майна, родине Рентгена и нынешнего главы Международного олимпийского комитета Томаса Баха. Предки со стороны отца были ремесленниками, со стороны матери – крестьянами и фермерами, и тем не менее, дед Вернера по матери был уже директором Максимиллиановской гимназии – лучшего среднего учебного заведения Мюнхена, а отец уже преподавал классическую филологию. Вернер был вторым сыном в семье – старший брат Эрвин, родившийся годом раньше, тоже тянулся к наукам и стал в итоге химиком. Судя по всему, Август Гейзенберг поддерживал конкуренцию братьев, что привело к неплохим результатам. Когда Вернеру исполнилось 9, он переехал с семьей в Мюнхен где начал учиться в гимназии, которой руководил его дед. Во время Первой мировой Эрвин успел повоевать около года, а Вернер только готовился к войне в местной мюнхенской ячейке Wehrkraftverein – Баварской ассоциации оборонительных сил.

Арнольд Зоммерфельд в 1935 году

Wikimedia Commons

Впрочем, война закончилась, империя пала, началась Баварская советская республика, потом она пала, в стране и в умах началось брожение, а Гейзенберг заинтересовался философией и задумался об атомах, одновременно познакомившись с теорией относительности Эйнштейна. Примерно с таким компотом мыслей – Кант, Платон, атомы и Эйнштейн – в 1920 году Вернер Гейзенберг и попал в Мюнхенский университет, где угодил в цепкие руки «делателя нобелевских лауреатов»: Арнольда Зоммерфельда.

Пожалуй, только Джозеф Джон Томсон превосходит Зоммерфельда в количестве учеников-нобелиатов: помимо Гейзенберга, еще шестеро: Вольфганг Паули, Питер Дебай, Ханс Бете, Лайнус Полинг, Исидор Раби и Макс фон Лауэ стали лауреатами Нобелевской премии. Самого же Зоммерфельда номинировали 84 раза (в том числе – и все его ученики), но увы – не судьба!

Арнольд Зоммерфельд сразу приметил гения, которого отказались принять математики на свой семинар – и начал его готовить сразу к защите докторской: по правилам Зоммерфельда, талантливые студенты защищали диссертацию сразу по окончанию обучения.

В июне 1922 года Макс Борн организовал в Геттингене встречу физиков Германии и Нильса Бора, который в том же году получит Нобелевскую премию. Так получился «Боровский фестиваль»: великий датчанин две недели читал лекции по атомной физике и квантовой теории, немецкие физики вышли из-под бойкота, который им устроили победившие страны, а Гейзенберг, которого привез вместе с другими своими учениками туда Зоммерфельд получил важный толчок для своего развития. В одной из лекций Бор представил работу своего коллеги и фактического заместителя в Институте теоретической физики в Копенгагене, Хендрика Антони Крамерса, нидерландца по происхождению, об эффекте Штарка (о нем мы в статье об этом нобелевском лауреате).

Хендрик Антони Крамерс в 1928 году

Wikimedia Commons

Гейзенберг был знаком с этой статьей и обратился с критикой работы к Бору. Аудитория, естественно, мягко скажем… ну, применим слово «удивилась»: студент-недоучка критикует зама САМОГО БОРА! Но «сам Бор» не нашел ничего неуместного в замечаниях студента недоучки – они действительно нашли слабые места в работе. Бор предложил Гейзенбергу прогуляться и продолжить дискуссию.

Как вспоминал потом Гейзенберг, «разговор почти сразу же перешел к его любимым темам: философским вопросам об атомах, использованию привычных понятий для их описания, а также к тому, что означает «понимание» физических явлений».

Много позже физик написал в своей книге «Беседы вокруг атомной физики»: «Эта прогулка оказала огромное влияние на мою последующую научную карьеру. Возможно, было бы точнее указать, что мое развитие как ученого началось с этой прогулки».

В Геттингене же решилась и дальнейшая судьба Гейзенберга: дело в том, что на 1922-1923 учебный год Зоммерфельд уплывал в США, где ему предложили позицию приглашенного профессора. Поэтому очень уместно было оказаться рядом с Максом Борном – ему можно было «сдать» на семестр своих студентов для продолжения обучения и экспериментальной работы.

Макс Борн

Wikimedia Commons

В октябре 1922 года Гейзенберг прибыл к Борну. Тот описывал нового студента, как «простого крестьянина с короткими белыми волосами, ясными блестящими глазами и очаровательным выражением лица». Тем не менее, мощный талант «крестьянина» был ясен, и в январе нового, 1923 года Борн уже писал Зоммерфельду: «Я очень горжусь Гейзенбергом. Все мы высоко ценим его. У него невероятный талант». И предложил, чтобы юноша после защиты докторской приехал к нему работать.

И дело не только в том, что по вечерам Борн и Гейзенберг играли на пианино в четыре руки – они оба были еще и талантливыми музыкантами, а в том, что уже тогда нащупывались берега новой физики. В общем, уже к лету и Борн, и еще один гениальный студент Борна, Вольфганг Паули, и сам Нильс Бор понимали – все квантовые модели описания простейших атомов сложнее водорода не работают. Нужна новая физика – квантовая механика.

Правда, участие Гейзенберга в ее создании чуть было не погубила докторская. В диссертации Зоммерфельд, который делал «халтурку» для мюнхенского водопровода, поручил ученику несколько задач из гидродинамики, с которыми его студент блестяще справился. Однако, кроме защиты самой работы, требовалось еще сдать теоретический и практический экзамен по физике. И вот тут Вернер не смог ответить ни на один вопрос нобелевского лауреата Вильгельма Вина. Он даже не смог объяснить принцип действия аккумулятора. Высший бал по теорфизике и математике – и «двойка» по экспериментальной физике… Такого экзаменаторы не помнили! Лишь вмешательство Зоммерфельда заставило комиссию поставить Гейзенбергу суммарную положительную оценку. Следующую ночь юноша провел в поезде в Геттинген и в раздумьях – не выгонит ли его Борн после такого разноса. Впрочем, Макс Борн, расспросив о ходе экзамена, решил не менять планы, и в октябре 1923 года у Борна появился новый помощник и коллега по игре в четыре руки на пианино.

Удивительное дело: за два года в статусе помощника Борна, Гейзенбергом были заложены основы квантовой механики. Более того, если Гейзенберг, однажды осененный на острове Гельголанд в Северном море, куда он сбежал от сенной лихорадки, изложил свои уравнения в матричной форме, то чуть позже Эрвин Шредингер изложил то же самое в формате волновых уравнений. Началось веселое время в физике – споров, приятий и неприятий, обсуждений и понимания, что Гейзенберг и Шредингер пишут об одном и том же. К 1927 году это стало понятно почти всем, однако из математического описания Гейзенберга стало понятно еще одно – при перемножении матриц важен порядок множителей. Несколько логических ходов – и мы получаем принцип неопределенности Гейзенберга: невозможно бесконечно точно одновременно узнать импульс частицы и ее координаты. Надежный старый мир стал расплываться.

Поразительно: вчерашний студент перевернул (не один, конечно), самые основы мироздания. Естественно, дальше последовал длинный путь математического оформления, следствий, практического применения квантовой механики – иногда через многие десятилетия. Так, основанный на принципе неопределенности Гейзенберга мысленный эксперимент (или парадокс) Эйнштейна-Подольского-Розена в этом году привел к квантово-шифрованному чату между Пекином и Парижем через спутник.

Была Нобелевская премия, принятие (или не принятие) нацистского режима, работа над ядерным оружием Третьего Рейха (или его саботаж), таинственная встреча в Копенгагене с Нильсом Бором в 1941 году, философские работы послевоенного времени… о Гейзенберге можно писать и говорить много. Но, видимо, в полном согласии с квантовым духом нашего героя, будет всегда оставаться что-то неопределенное.

Вернер ГЕЙЗЕНБЕРГ (Heisenberg)

(5.XII. 1901 - 1.II. 1976)

Немецкий физик Вернер-Карл Гейзенберг родился в Дуйсбурге в семье Августа Гейзенберга, профессора древнегреческого языка Мюнхенского университета, и урожденной Анни Веклейн.
Детские годы Гейзенберга прошли в Дуйсбурге, где он учился в гимназии Максимилиана. В 1920 г. он поступил в Мюнхенский университет, где изучал физику под руководством знаменитого Арнольда Зоммерфельда.
Гейзенберг был выдающимся студентом и уже в 1923 г. защитил докторскую диссертацию. Она была посвящена некоторым аспектам квантовой теории. Следующий год он провел в Геттингенском университете ассистентом у Макса Борна, а затем, получив стипендию Рокфеллеровского фонда, отправился к Нильсу Бору в Копенгаген, где пробыл до 1927 г., если не считать продолжительных визитов в Геттинген.
Наибольший интерес у Гейзенберга вызывали нерешенные проблемы строения атома и все возраставшее несоответствие модели, предложенной Бором, экспериментальным и теоретическим данным. В 1925 г., во время кратковременного отдыха после приступа сенной лихорадки Гейзенберг в порыве вдохновения увидел совершенно новый подход, позволяющий применить квантовую теорию к разрешению всех трудностей в модели Бора.
Через несколько недель он изложил свои идеи в статье. Макс Планк положил начало квантовой теории в 1900 г. Он объяснил соотношение между температурой тела и испускаемым им излучением, выдвинув гипотезу, согласно которой энергия испускается малыми дискретными порциями. Энергия каждой такой порции, или кванта , как предложил называть ее Альберт Эйнштейн, пропорциональна частоте излучения. Понятие кванта энергии было радикально новым, поскольку еще в прошлом столетии было доказано, что излучение, например свет, распространяется в виде непрерывных волн.
В 1905 г. Эйнштейн воспользовался квантами для объяснения фотоэлектрического эффекта - испускания электронов металлической поверхностью, освещаемой ультрафиолетовым светом. Более интенсивное излучение приводит к увеличению числа испущенных поверхностью электронов, но не их энергии.
Эйнштейн высказал предположение, согласно которому каждый квант (света или любой другой лучистой энергии), получивший впоследствии название фотона, передает энергию одному электрону. Некоторая доля энергии затрачивается на высвобождение электрона, а остальная переходит в кинетическую энергию, т.е. проявляется в виде скорости электрона. Поток падающего на поверхность металла более интенсивного излучения содержит большее число фотонов, которые высвобождают и большее число электронов, но энергия каждого фотона остается фиксированной, чем и устанавливается предел скорости электронов.
Около 1913 г. Бор предложил свою модель атома : вокруг плотного центрального ядра по орбитам различного радиуса обращаются электроны. Используя квантовую теорию, он показал, что атом, возбужденный при горении вещества или электрическим разрядом, излучает энергию на некоторых характерных частотах. По Бору, разрешались только вполне определенные электронные орбиты. Когда электрон "перепрыгивает" с одной орбиты на другую, с меньшей энергией, излишек ее преобразуется в квант испускаемого излучения с частотой, определяемой, по теории Планка, разностью энергий между уровнями. Модель Бора сначала пользовалась большим успехом, но вскоре в нее понадобилось вводить поправки для устранения расхождений между теорией и экспериментальными данными. Многие ученые указывали на то, что, несмотря на кажущуюся простоту, она не может служить основой для последовательного подхода к решению многих задач квантовой физики.
Блестящая идея, пришедшая в голову Гейзенберга, состояла в том, чтобы рассматривать квантовые события как явления на совершенно ином уровне, чем в классической физике. Он подошел к ним как к явлениям, не допускающим точного наглядного представления, например с помощью картины обращающихся по орбитам электронов. Вместо наглядных образов Гейзенберг предложил абстрактное, чисто математическое представление, основанное на использовании "принципиально наблюдаемых " величин, таких, как частоты спектральных линий. В выведенные Гейзенбергом уравнения входили таблицы наблюдаемых величин: частот, пространственных координат и импульсов. Он указал правила, позволяющие производить над этими таблицами различные математические операции. Борн распознал в таблицах Гейзенберга давно известные математикам матрицы и показал, что операции над ними можно производить по правилам матричной алгебры - хорошо разработанной области математики, но малоизвестной в то время физикам.
Борн, его студент Паскуаль Джордан и Гейзенберг развили эту концепцию в матричную механику и создали метод, позволяющий применять квантовую теорию в исследованиях структуры атома. Через несколько месяцев Эрвин Шредингер предложил другую формулировку квантовой механики, описывающей эти явления на языке волновых понятий.
Подход Шредингера берет начало в работах Луи де Бройля, высказавшего гипотезу о так называемых волнах материи : подобно тому, как свет, традиционно считавшийся волнами, может обладать корпускулярными свойствами (фотоны, или кванты излучения), частицы могут обладать волновыми свойствами. Позднее было доказано, что матричная и волновая механики, по существу, эквивалентны. Взятые вместе, они образуют то, что ныне называется квантовой механикой. Вскоре квантовая механика была расширена Полем Дираком, включившим в волновое уравнение элементы теории относительности Эйнштейна.
В 1927 г. Гейзенберг стал профессором теоретической физики Лейпцигского университета. В том же году он опубликовал работу, содержащую формулировку принципа неопределенности. Свой принцип Гейзенберг вывел как следствие умножения матриц. При умножении обычных чисел порядок сомножителей несуществен, а при умножении матриц он очень важен. При вычислении операции умножения над некоторыми парами величин, например импульсом частицы и ее пространственной координатой, ответ в матричной механике будет зависеть от того, какая из величин (импульс или пространственная координата ) стоит на первом месте. Понятие упорядоченности величин оказалось весьма глубоким. Оно означало, что точное определение одной величины влияет на значение другой, поэтому значения двух величин одновременно невозможно знать с абсолютной точностью.
Физические величины обычно становятся известны в результате измерений. Каждое измерение содержит некоторую погрешность, но экспериментатор всегда надеется уменьшить ее с помощью лучшего оборудования или более совершенной методики. Принцип неопределенности устанавливает предел для точности измерений. Он утверждает, что произведение погрешностей измерений двух величин не может быть меньше некоторого фиксированного числа - постоянной Планка. Это число буквально пронизывает всю квантовую теорию, поскольку энергия кванта излучения равна произведению постоянной Планка и частоты.
Когда погрешности измерения обеих величин относительно велики, как в повседневной жизни, принцип неопределенности малоэффективен, но на атомном уровне он очень важен. Например, чем точнее может быть зафиксировано положение электрона в пространстве, тем более неопределенной становится его скорость. Даже теоретически электрону нельзя приписать одновременно абсолютно точно известную пространственную координату и абсолютно точно известную скорость. Гейзенберг предложил следующий поясняющий пример: чтобы "увидеть" электрон в гипотетический сверхмикроскоп, на него следует направить "свет" с длиной волны, сравнимой с размерами электрона.
Из квантовой теории следует, что квант такого света должен обладать столь большой энергией, что при столкновении с электроном он отбросит его в сторону. Наблюдение вносит возмущения и изменения в то, что наблюдается.
Согласно "копенгагенской" интерпретации (названа так в честь Нильса Бора, интенсивно занимавшегося этой проблемой в Копенгагене), получившей наибольшее признание в современной физике, принцип неопределенности ограничивает квантово-механическое описание утверждениями об относительных вероятностях исходов экспериментов и не предсказывает точные численные значения измеряемых физических величин.
Еще одним успехом новой квантовой механики стало предсказание существования двух форм молекулы водорода. В обычном водороде каждая молекула состоит из двух связанных атомов (ядро каждого атома состоит из одного протона). Предполагается, что ядро вращается вокруг собственной оси, как волчок (квантовая механика отвергает столь простую картину, но сохраняет такое понятие, как спин, или угловой момент, характеризующий вращение ядра вокруг собственной оси).
Поскольку протон несет положительный электрический заряд, его спин имеет характер электрического тока и порождает магнитное поле, взаимодействующее с другими заряженными частицами и магнитными полями. В одной форме молекулы водорода спины двух ядер направлены одинаково (по часовой стрелке или против нее). В другой же спины ядер направлены в противоположные стороны. Вскоре это было доказано благодаря наблюдениям линейчатых спектров. Так как относительная ориентация спинов влияет на положение энергетических уровней, переходы между слегка различными уровнями сопровождаются излучением с различными частотами. Это экспериментальное подтверждение предположения Гейзенберга подкрепило его теоретические исследования.
В 1933 г. Гейзенбергу была вручена Нобелевская премия по физике 1932 г. "за создание квантовой механики, применение которой привело помимо прочего к открытию аллотропических форм водорода ".
В Лейпцигском университете Гейзенберга оставался до 1941 г. За время своего пребывания в Лейпциге он выполнил важные работы по ферромагнетизму (виду магнетизма, свойственному таким сильно магнитным материалам, как железо) и квантовой электродинамике (последние - в соавторстве с Вольфгангом Паули). Сразу же после открытия Джеймсом Чедвиком нейтрона в 1932 г. Гейзенберг высказал гипотезу, согласно которой атомные ядра должны состоять из протонов и нейтронов , удерживаемых силами ядерного обменного взаимодействия .
В 1941 г. Гейзенберг был назначен профессором физики Берлинского университета и директором Физического института кайзера Вильгельма. Хотя он не был сторонником нацистского режима, он, тем не менее возглавил германский проект по атомным исследованиям. Американские физики, знавшие способности Гейзенберга, опасались, что он может создать для Германии бомбу, над которой они работали в США.
Гейзенберг надеялся получить ядерную энергию, но некомпетентность правительства, его недальновидность, изгнание ученых-евреев и отчужденность со стороны многих других создали настолько серьезные препятствия на пути исследований, что участники германского атомного проекта не смогли построить даже ядерный реактор.
После окончания войны Гейзенберг в числе других немецких физиков был взят в плен и интернирован в Великобританию. В Германию он вернулся в 1946 г. и занял пост профессора физики Геттингенского университета и директора Института Макса Планка (бывшего Физического института кайзера Вильгельма). Исполняя эти высокие обязанности, Гейзенберг участвовал в программе получения ядерной энергии. Он выступал с публичной критикой канцлера ФРГ Конрада Аденауэра за неадекватное финансирование ядерной технологии правительством. Гейзенберг был среди тех ученых, которые предупреждали мир об опасности ядерной войны. Он принадлежал к числу противников вооружения бундесвера ядерным оружием.
Гейзенберг выполнил также ряд исследований по теории гидродинамической турбулентности, сверхпроводимости и теории элементарных частиц.
В 1937 г. Гейзенберг вступил в брак с Элизабет Шумахер. У них родилось четыре дочери и трое сыновей. Гейзенберг был большим любителем музыки и тонким пианистом. Он часто играл в камерных ансамблях с членами своей семьи. Гейзенберг скончался 1 февраля 1976 г. в Мюнхене. Гейзенберг был награжден золотой медалью Барнарда "За выдающиеся научные заслуги" Колумбийского университета (1929), золотой медалью Маттеуччи Национальной академии наук Италии (1929), медалью Макса Планка Германского физического общества (1933), бронзовой медалью Национальной академии наук США (1964), международной золотой медалью Нильса Бора Датского общества инженеров-строителей, электриков и механиков (1970).
Он был удостоен почетных степеней университетов Брюсселя, Будапешта, Копенгагена, Загреба и Технического университета в Карлсруэ, состоял членом академий наук Норвегии, Геттингена, Испании, Германии и Румынии, а также Лондонского королевского общества, Американского философского общества, Нью-Йоркской академии наук. Королевской ирландской академии и Японской академии.

Источник информации: "Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия". Пер. с англ. - М.: Прогресс, 1992.

Гейзенберг был членом Саксонской академии наук в Лейпциге .

Знаменитые высказывания

• Первый глоток из стакана естествознания делает атеистом, но на дне стакана ожидает Бог.
• Только немногие знают, как много надо знать, чтобы понять, как мало знаешь.
• Физика рождается в общении.
• Сложнее всего говорить обычным языком о квантовой теории. Непонятно, какие слова нужно употреблять вместо соответствующих математических символов. Ясно только одно: понятия обычного языка не подходят для описания строения атома.
• Красота природы отражается в красоте наук о природе.

Сочинения

• Физические принципы квантовой теории. М.-Л., 1932.
• Физика атомного ядра. М.-Л., 1947.
• Теория атомного ядра. М., 1953.
• Философские проблемы современной атомной физики. М., 1953.
• Введение в единую полевую теорию элементарных частиц. М., 1968.
• Шаги за горизонт. М.: Прогресс, 1987.
• Физика и философия. Часть и целое . М.: Наука, 1990.

Ссылки

• Гейзенберг, Вернер Карл в библиотеке Максима Мошкова

Другие книги схожей тематики: