ورنر هایزنبرگ که بود؟ زندگینامه و دستاوردهای علمی او

ورنر هایزنبرگ در سال ۱۹۲۲ زیر نظر بورن در گوتینگن آلمان به تحصیل پرداخت. هایزنبرگ در سال ۱۹۲۵ دستاورد بنیادی خود را در نظریه کوانتومی تدوین کرد. در سال ۱۹۲۷ «اصل عدم قطعیت» معروف خود را ارائه کرد. در سال ۱۹۳۲ جایزه نوبل فیزیک به او اعطا شد.

ابداع مکانیک ماتریسی هایزنبرگ در سال ۱۹۲۵ جرقهٔ مناقش‌های شدید را در دنیای پیشرفته نظریهٔ کوانتومی زد. هایزنبرگ هم‌چون بسیاری از فیزیکدانان دیگر، به مجادله‌ای در این مورد می‌اندیشید که آیا الکترون‌ها و سایر پدیده‌های اتمی به شکل موج و یا ذره‌ای رفتار می‌کنند. هایزنبرگ راه حل ساده‌ای را یافت. او از این هر دو گزاره روی هم رفته چشم پوشید! در عوض، اظهار داشت که تنها یک عامل مهم می‌تواند از دیدگاه ریاضیاتی وقوع خواص اتمی هم‌چون بسامد و گسیل نور را که می‌توانند اندازه‌گیری و یا مشاهده شوند پیش‌بینی کند. بنابراین محاسبات جبری را در مورد این مسئله به کار گرفت و راه حلی را ارائه کرد که اساس ریاضیاتی داشت و تحت عنوان مکانیک ماتریسی شناخته شد. توان‌های پیشگویانه و قابل اندازه‌گیری این طرح جدید درخشان بود و هایزنبرگ جایزه نوبل را برای ارائه این اصل در سال ۱۹۳۲ دریافت کرد.

اصل عدم قطعیت

این توان‌ها از تعمیم منطقی نیز برخوردار بودند و این بخش بود که اینشتین بیش از همه ذهن خود را بر آن متمرکز کرد. هایزنبرگ آن را تحت عنوان «اصل عدم قطعیت» در سال ۱۹۲۷ بیان کرد. هایزنبرگ در پی تأکید بر شالوده‌هایش در جهت چشم پوشی از ایده بصری اتم و تنها ملاحظهٔ آن از نظر ریاضیاتی، پی برد که در واقعیت فیزیکی اندازه‌گیری هر دو موضع دقیق و تکانهٔ دقیق یک ذره در زمانی واحد امکان پذیر نیست. برهان نهفته در پس این موضوع ساده بود: اگر فردی آزمایشی را برای تعیین موضع، مثلاً یک الکترون در هر زمان انجام دهد، چیزی چون پرتو گاما باید این ذره را برای شناسایی موضع آن، روشن کند. برای انجام این کار این موضع باید بازشناسی شود ولی انرژی تکانهٔ الکترون‌ها می‌تواند به طور اساسی در اثر بر هم کنش با پرتوهای گاما تغییر کند. به همان دلیل اگر روش‌هایی کمتر ویران‌گر برای یافتن الکترون به کار گرفته شود، تکانهٔ اولیه باید بهتر حفظ شود، ولی دقت موضع‌یابی کمتر خواهد شد. یعنی بهترین چیزی که می‌توان به آن امید بست پیش‌گویی ریاضیاتی و احتمالاتی موضع و مکان الکترون در هر لحظه است و هایزنبرگ این فرمول را برای آن ارائه کرد.

به هم خوردن رابطه علت و معلول

متاسفانه نتیجه گیری منطقی پذیرش این موضوع است که علت و معلول همان‌طور که به فیزیک کلاسیک متکی است، به مدت طولانی‌تری نمی‌تواند تولید شود. بهترین چیزی که می‌توان به آن امید داشت مجموعه‌ای از احتمالات در مورد رفتار هر ذره داده شده در هر مکانی در زمان حال و آینده است. تفسیر «احتمالاتی» ماکس بورن به یک زمان واحد دلالت کرده و به احتمال یافتن یک ذره در هر مکان خاصی از طریق احتمالی که توسط دامنه موج مربوط به آن تعریف شده مربوط است، و به نتیجه گیری‌های مشابهی منجر شد. در مورد شنیدن نظریه‌های اساسی اینشتین اظهار داشت «خداوند تاس نمی‌ریزد. او ممکن است زیرک باشد ولی بدخواه نیست.» این دستاورد هنوز نیز به طور عمده‌ای پذیرفته شده است.

ساخت بمب

هایزنبرگ در فعالیت مهم دیگری نیز مشارکت کرد. پس از این که چدویک در سال ۱۹۳۲ نوترون را کشف کرد، این هایزنبرگ بود که مدل پروتون و نوترون را که در کنار هم و درون هسته اتم قرار دارند مطرح کرد. افزون بر این، هایزنبرگ نقشی برجسته و بحث برانگیز را در تلاش‌های آلمان به منظور ساخت بمب اتم در هنگام جنگ جهانی دوم بازی کرد. هایزنبرگ بر خلاف بسیاری از هموطنانش سرزمین خود را هنگامی که هیتلر قدرت را در دست گرفت ترک نکرد اما در عین حال طرفدار نازی‌ها هم نبود. به هر حال دولت از اهمیت معرفت اتمی هایزنبرگ به خوبی آگاه بود و او را مجبور کرد تا رهبری تیمی را بر عهده گیرد که در تلاش برای ساخت بمب اتمی بود. به هر حال با توجه به تمرکز نازی‌ها بر تولید انواع دیگری از سلاح‌ها به طور گسترده، این تیم در زمان مناسب آن را تحویل نداد تا موضوع جنگ را اصلاح کند. به علاوه، هایزنبرگ پس از جنگ اظهار داشت که هرگز قصد نداشته اجازه دهد تا این پروژه موفق شود و در موضعی قرار گیرد که چنین وسیله قدرتمندی به هیتلر واگذار شود او همچنین گفت قرار بود در صورتی که تیم به تولید چنین وسیله‌ای نزدیک شود، ضروری می‌دانسته که از موقعیت خود برای به سرقت بردن پیشرفت تیم استفاده کند.

تاثیر هایزنبرگ

از میان تمامی مدل‌های ضد و نقیض نظریه کوانتومی که در دهه ۱۹۲۰ تدوین شوند، نظریه‌هایی که توسط ورنر هایزنبرگ ارائه شدند در میان طرح‌های هموطن آلمانی‌اش، ماکس بورن که اساس آن‌ها اصول مشابهی بود بسیار دوام آوردند. دستاوردی که علم فیزیک را صرفاً به مجموعه‌ای از احتمالات غیر قابل پیش‌بینی تغییر داد، یکی از بزرگترین دانشمندان قرن، آلبرت اینشتین را در میان دیگران ترساند، ولی نظرات هایزنبرگ موفق شد و در نتیجه آن‌ها پذیرفته شدند.

یا موضع یک ذره یا تکانهٔ آن می‌تواند تعیین شود، به هر دو به طور همزمان.