فيرنر هايزنبرغ: السيرة الذاتية ، الاكتشافات والمساهمات ، الأعمال
كان فيرنر هايزنبرغ (1901 - 1976) عالم فيزياء وفيلسوفًا ألمانيًا معروفًا بأنه الرجل الذي تمكن من صياغة ميكانيكا الكم من حيث المصفوفات ، بالإضافة إلى إنشاء مبدأ عدم اليقين. بفضل هذه الاكتشافات ، تمكن من الفوز بجائزة نوبل في الفيزياء في عام 1932.
بالإضافة إلى ذلك ، ساهم في نظريات الديناميكا المائية للسوائل المضطربة ، النواة الذرية ، المغناطيسية المغناطيسية ، الأشعة الكونية ، الجسيمات دون الذرية ، من بين التحقيقات الأخرى.
كان أحد العلماء الذين تدخلوا في مشروع الأسلحة النووية الألمانية النازية خلال الحرب العالمية الثانية. عندما انتهت الحرب ، تم تعيينه مديرًا لمعهد القيصر فيلهلم للفيزياء.
كان المدير حتى انتقلت المؤسسة إلى ميونيخ ، حيث توسعت وتم تغيير اسمها إلى معهد ماكس بلانك للفيزياء والفيزياء الفلكية.
كان هايزنبرغ رئيسًا لمجلس الأبحاث الألماني ولجنة الفيزياء الذرية ومجموعة عمل الفيزياء النووية ورئيسًا لمؤسسة ألكسندر فون هومبولت.
سيرة
السنوات الأولى والدراسات
ولد فيرنر كارل هايزنبرغ في 5 ديسمبر 1901 في فورتسبورغ ، ألمانيا. كان ابن Kaspar Ernst August Heisenberg ، وهو مدرس ثانوي للغات الكلاسيكية التي أصبحت أستاذًا فريدًا للدراسات اليونانية الحديثة في العصور الوسطى وألمانيا في النظام الجامعي. كانت والدته امرأة تدعى آني ويكلين.
بدأ دراساته في الفيزياء والرياضيات في جامعة لودفيغ ماكسيميليان في ميونيخ وجامعة غوغتن غوتنغن بين عامي 1920 و 1923.
لاحظ الأستاذ والفيزيائي أرنولد سومرفيلد أفضل طلابه وعرف اهتمام هايزنبرغ بالنظريات الفيزيائية التشريحية للنظرية الدنماركية نيلز بور ؛ أخذها الأستاذ إلى مهرجان بور في يونيو عام 1922.
وأخيرا ، في عام 1923 ، حصل على الدكتوراه في ميونيخ تحت قيادة سومرفيلد وأكمل تأهيله في العام التالي.
اقترح سومرفيلد نفسه موضوع أطروحة الدكتوراه لهيسنبرغ. سعى إلى معالجة فكرة الاضطراب الذي ينظر إليه على أنه نمط لحركة السوائل يتميز بتغييرات مفاجئة في الضغط وسرعة التدفق.
وبشكل أكثر تحديدًا ، عالج Heisenberg مشكلة الاستقرار باستخدام عدة معادلات محددة. خلال شبابه ، كان عضوا في جمعية الكشافة الألمانية وجزء من حركة الشباب الألماني.
بدايات حياته المهنية
بين عامي 1924 و 1927 ، برز هايزنبرغ كخصم جامعي خاص (أستاذ جامعي لقب) ، في غوتنغن.
في الفترة من 17 سبتمبر 1924 إلى 1 مايو من العام التالي ، أجرى تحقيقًا مع الفيزيائي الدنماركي نيلز بور ، وذلك بفضل منحة دراسية منحها مجلس التعليم الدولي التابع لمؤسسة روكفلر.
في عام 1925 ، على مدى ستة أشهر ، طور صياغة لميكانيكا الكم ؛ تطبيق رياضي كامل إلى حد ما ، يرافقه الفيزيائيون الألمان ماكس بورن وباسكوال الأردن.
أثناء وجوده في كوبنهاغن ، تمكن Heisenberg في عام 1927 من تطوير مبدأ عدم اليقين لديه ، بينما كان يعمل على الأسس الرياضية لميكانيكا الكم.
بعد الانتهاء من التحقيق الذي أجراه ، في 23 فبراير ، أرسل رسالة إلى الفيزيائي النمساوي فولفغانغ باولي ، وصف فيها لأول مرة مثل هذا المبدأ.
ثم ، في عام 1928 ، عرض مقالًا نُشر في لايبزيغ حيث استخدم مبدأ استبعاد باولي لحل لغز المغناطيسية المغناطيسية ؛ ظاهرة جسدية تنتج ترتيب مغناطيسي في نفس الاتجاه والشعور.
في بداية عام 1929 ، قدم Heisenberg و Pauli وثيقتين خدمتا لوضع الأسس لنظرية مجال الكم النسبي.
جائزة نوبل
لم يتمكن فيرنر هايزنبرغ من تطوير برنامج البحث فقط لإنشاء نظرية المجال الكمومي مع بعض زملائه ، ولكنه عمل أيضًا على نظرية النواة الذرية بعد اكتشاف النيوترون في عام 1932.
في مثل هذا المشروع ، تمكن من تطوير نموذج تفاعل للبروتون والنيوترون في وصف مبكر أصبح يعرف فيما بعد باسم القوة القوية .
في عام 1928 ، رشح ألبرت أينشتاين فيرنر هايزنبرغ ، ماكس بورن وباسكوال الأردن لجائزة نوبل في الفيزياء. تأخر الإعلان عن جائزة عام 1932 حتى نوفمبر 1933.
في ذلك الوقت ، تم الإعلان عن فوز هايزنبرغ بجائزة عام 1932 ، لإنشاء ميكانيكا الكم. من مساهمة Heisenberg تمكنت من اكتشاف الأشكال المتآزرة للهيدروجين: أي التركيبات الذرية المختلفة عن المواد البسيطة.
الهجمات النازية
في نفس العام حصل على جائزة نوبل للسلام في عام 1933 ، وشهد صعود الحزب النازي. استبعدت السياسات النازية "غير الآريين" ، وهو ما يعني إقالة العديد من الأساتذة ، من بينهم: بورن ، آينشتاين وزملاؤه الآخرون في هايزنبرغ في لايبزيغ.
كان رد فعل هيزنبرغ على مثل هذه الأعمال هادئًا ، بعيدًا عن الاحتجاجات العامة لأنه اعتقد أن النظام النازي لن يدوم طويلًا. أصبح Heisenberg بسرعة هدفا سهلا.
روجت مجموعة من علماء الفيزياء النازية المتطرفة فكرة "فيزياء آرية" تعارض "فيزياء يهودية" ، مرتبطة بنظريات النسبية ونظريات الكم ؛ في الواقع ، هايسنبرغ تعرض لهجوم قوي من قبل الصحافة النازية ، واصفا إياه بأنه "يهودي أبيض".
درس سومرفيلد ترك هايزنبرغ خلفًا للصفوف في جامعة ميونيخ ؛ ومع ذلك ، فشلت محاولته في الموعد بسبب معارضة من الحركة النازية. لقد ترك هايزنبرغ بطعم مرير بعد القرارات التعسفية للنازيين.
هايزنبرغ في الحرب العالمية الثانية
في الأول من سبتمبر عام 1939 ، تم تشكيل برنامج الأسلحة النووية الألماني في نفس اليوم الذي بدأت فيه الحرب العالمية الثانية. بعد عدة اجتماعات ، تم ضم Heisenberg وتم تعيينه كمدير إداري.
من 26 إلى 28 فبراير 1942 ، قدم Heisenberg مؤتمرا علميا لمسؤولي الرايخ حول الحصول على الطاقة من الانشطار النووي.
بالإضافة إلى ذلك ، أوضح إمكانات الطاقة الهائلة التي يوفرها هذا النوع من الطاقة. وادعى أنه يمكن إطلاق 250 مليون فولت من الإلكترونات من خلال انشطار نواة ذرية ، لذلك شرعوا في إجراء التحقيق بالكامل.
لقد تم اكتشاف الانشطار النووي في دائرة الضوء الألماني. ومع ذلك ، لم تنجح مجموعة أبحاث Heisenberg في إنتاج مفاعل أو قنبلة ذرية.
بعض
وفقًا للعديد من المراجع ، تكشف النصوص من الألمانية إلى الإنجليزية أن هايسنبرغ وزملاؤه الآخرين كانوا سعداء بفوز الحلفاء في الحرب العالمية الثانية.
سنوات ما بعد الحرب والموت
وأخيرا في عام 1946 ، استأنف منصبه في معهد كايزر فيلهلم ، الذي سرعان ما أصبح يعرف باسم معهد ماكس بلانك للفيزياء. في سنوات ما بعد الحرب ، تولى هايزنبرغ أدوارًا كمسؤول وناطق للعلوم الألمانية في ألمانيا الغربية ، حيث حافظ على موقف غير سياسي.
في عام 1949 ، أصبح أول رئيس لمجلس الأبحاث الألماني بقصد الترويج لعلم بلاده على الساحة الدولية.
في وقت لاحق ، في عام 1953 ، أصبح الرئيس المؤسس لمؤسسة هومبولت. منظمة تمولها الحكومة ومنحت منحًا للأكاديميين الأجانب لإجراء الأبحاث في ألمانيا.
في أواخر الستينيات ، تمكن هايزنبرغ من كتابة سيرته الذاتية. نُشر الكتاب في ألمانيا ، وبعد ذلك بسنوات ترجم إلى اللغة الإنجليزية ، ثم إلى لغات أخرى.
في 1 فبراير 1976 ، توفي هايزنبرغ بسبب سرطان الكلى والمرارة. في اليوم التالي ، قام زملاؤه بالسير من معهد الفيزياء إلى منزله ، ووضعوا الشموع في الباب الأمامي لدفع احترامهم للعالم الأسطوري.
الاكتشافات والمساهمات
ميكانيكا المصفوفة
تم إنشاء النماذج الأولى من ميكانيكا الكم بواسطة ألبرت أينشتاين ، نيلز بور وغيرهم من العلماء المهمين. في وقت لاحق ، طورت مجموعة من علماء الفيزياء الشباب نظريات معادية للكلاسيكية ، بناءً على التجارب وليس على الحدس ، باستخدام لغات أكثر دقة.
في عام 1925 ، كان Heisenberg أول من أجرى واحدة من التركيبات الرياضية الأكثر اكتمالا لميكانيكا الكم. كانت فكرة هايزنبرغ أنه من خلال هذه المعادلة ، يمكن التنبؤ بكثافة الفوتونات في النطاقات المختلفة من طيف الهيدروجين.
تعتمد هذه الصيغة على حقيقة أن أي نظام يمكن وصفه وقياسه بالملاحظات والقياسات العلمية المتكيفة مع نظرية المصفوفة. في هذا المعنى ، المصفوفات هي تعبيرات رياضية لربط البيانات القادمة من ظاهرة ما.
مبدأ عدم اليقين
غالبًا ما تكون فيزياء الكم مربكة ، لأن ما يتم تعريفه يتم استبداله بالاحتمالات. على سبيل المثال ، قد يكون الجسيم في مكان أو آخر ، أو حتى في كليهما في نفس الوقت ؛ يمكن تقدير موقعه فقط عن طريق الاحتمالات.
يمكن تفسير هذا الارتباك الكمي بفضل مبدأ عدم اليقين في Heisenberg. في عام 1927 ، أوضح الفيزيائي الألماني مبدأه عن طريق قياس موضع وحركة الجسيمات. على سبيل المثال ، زخم الجسم هو كتلته مضروبة في سرعته.
بالنظر إلى هذه الحقيقة ، يشير مبدأ عدم اليقين إلى أنه لا يمكن معرفة اليقين المطلق بموقف وحركة الجسيم. قال هايزنبرغ إن هناك حدودًا لمدى معرفة الشخص لموضع الزخم وزخمه ، حتى باستخدام نظريته.
بالنسبة إلى Heisenberg ، إذا كنت تعرف الموقف بدقة شديدة ، فيمكنك الحصول على معلومات محدودة فقط حول زخمك.
نموذج النيوترون - البروتون
قدم نموذج البروتون الإلكترون بعض المشاكل. على الرغم من أنه تم قبول أن النواة الذرية تتكون من البروتونات والنيوترونات ، إلا أن طبيعة النيوترون لم تكن واضحة.
بعد اكتشاف النيوترون ، اقترح فيرنر هايزنبرغ والفيزيائي السوفيتي الأوكراني ديمتري إيفانينكو ، نموذجًا للبروتونات والنيوترونات للنواة ، في عام 1932.
تتناول وثائق Heisenberg وصفًا مفصلاً للبروتونات والنيوترونات داخل النواة من خلال ميكانيكا الكم. كما افترض وجود إلكترونات نووية منفصلة عن النيوترونات والبروتونات.
وبصورة أكثر تحديداً ، افترض أن النيوترون هو مركب بروتون-إلكترون ، ولا يوجد له تفسير ميكانيكي الكم.
على الرغم من أن نموذج النيوترون - البروتون قد حل العديد من المشكلات وفك رموز أسئلة معينة ، فقد كانت مشكلة شرح كيف يمكن للإلكترونات أن تنبعث من النواة. ومع ذلك ، وبفضل هذه الاكتشافات ، تغيرت صورة الذرة وسرعت بشكل كبير اكتشافات الفيزياء الذرية.
أعمال
المبادئ الفيزيائية لنظرية الكم
كانت المبادئ الفيزيائية لنظرية الكم كتابا كتبه فيرنر هايزنبرغ ، نُشر لأول مرة في عام 1930 بفضل جامعة شيكاغو. في وقت لاحق ، في عام 1949 ، أعيد طبع نسخة جديدة للنجاح.
كتب الفيزيائي الألماني هذا الكتاب بقصد مناقشة ميكانيكا الكم بطريقة بسيطة ، مع القليل من اللغة التقنية لتوفير فهم سريع لهذا العلم.
تم الاستشهاد بالكتاب أكثر من 1200 مرة في المراجع والمصادر الرسمية المهمة. يعتمد هيكل العمل بشكل أساسي على المناقشة السريعة والبسيطة لنظرية الكم ومبدأ عدم اليقين.
الفيزياء والفلسفة
تألفت الفيزياء والفلسفة من عمل أساسي كتبه بإيجاز فيرنر هايزنبرغ في عام 1958. في هذا العمل ، يشرح هايزنبرغ أحداث الثورة في الفيزياء الحديثة من قاعدة مقالاته البارزة وإسهاماته.
كان هايسنبرغ متميزًا لأنه ألقى محاضرات ومحادثات لا حصر لها حول الفيزياء طوال مسيرته العلمية. في هذا المعنى ، يعد هذا العمل تجميعًا لكل المحادثات المتعلقة باكتشافات العالم الألماني: مبدأ عدم اليقين والنموذج الذري.
الفيزياء وخارجها
كان الفيزياء وما وراءها كتابًا كتبه فيرنر هايزنبرغ في عام 1969 ، يحكي قصة الاستكشاف الذري وميكانيكا الكم من تجربته.
يتناول الكتاب مناقشات الجدل بين هايزنبرغ وغيره من زملائه في ذلك الوقت حول مواضيع علمية مختلفة. يتضمن هذا النص محادثات مع ألبرت أينشتاين.
كانت نية هيزنبرغ أن يتمكن القارئ من تجربة شعور أنه يسمع شخصًا فيزيائيين مختلفين معترف بهم ، مثل نيلز بور أو ماكس بلانك ، ليس فقط الحديث عن الفيزياء ، ولكن عن مواضيع أخرى متعلقة بالفلسفة والسياسة ؛ ومن هنا عنوان الكتاب.
بالإضافة إلى ذلك ، يروي العمل ظهور فيزياء الكم ووصفًا للبيئة التي عاشوا فيها ، مع وصف تفصيلي للمناظر الطبيعية وتعليمهم في الطبيعة المميزة للوقت.
