Werner Heisenberg: biografia, scoperta e contributi, opere
Werner Heisenberg (1901 - 1976) era un fisico e filosofo tedesco noto per essere l'uomo che riuscì a formulare la meccanica quantistica in termini di matrici, oltre a creare il principio di indeterminazione. Grazie a queste scoperte, riuscì a vincere il premio Nobel per la fisica nel 1932.
Inoltre, ha contribuito con contributi alle teorie dell'idrodinamica dei fluidi turbolenti, del nucleo atomico, del ferromagnetismo, dei raggi cosmici, delle particelle subatomiche e di altre indagini.
Fu uno degli scienziati a intervenire nel progetto di armi nucleari naziste durante la seconda guerra mondiale. Alla fine della guerra, fu nominato direttore dell'Istituto di fisica Kaiser Willhelm.
Fu il direttore fino a quando l'istituzione si trasferì a Monaco di Baviera, dove si espanse e fu ribattezzato il Max Planck Institute of Physics and Astrophysics.
Heisenberg era presidente del Consiglio di ricerca tedesco, della Commissione di fisica atomica, del gruppo di lavoro sulla fisica nucleare e del presidente della Fondazione Alexander von Humboldt.
biografia
Primi anni e studi
Werner Karl Heisenberg è nato il 5 dicembre 1901 a Würzburg, in Germania. Era figlio di Kaspar Ernst August Heisenberg, un insegnante di secondaria di lingue classiche che divenne il professore unico di studi medievali greci e moderni della Germania nel sistema universitario. Sua madre era una donna di nome Annie Wecklein.
Ha iniziato i suoi studi in fisica e matematica presso l'Università Ludwig Maximilian di Monaco e l'Università Georg-August di Göttingen tra il 1920 e il 1923.
Il professore e fisico, Arnold Sommerfeld, osservò i suoi migliori studenti e conosceva l'interesse di Heisenberg per le teorie di fisica anatomica del danese Niels Bohr; il professore lo portò al festival di Bohr nel giugno del 1922.
Finalmente, nel 1923, ricevette il suo dottorato a Monaco sotto il comando di Sommerfeld e completò la sua abilitazione l'anno successivo.
L'argomento della tesi di dottorato di Heisenberg è stato suggerito dallo stesso Sommerfeld. Ha cercato di affrontare l'idea di turbolenza vista come un modello di movimento fluido caratterizzato da improvvisi cambiamenti di pressione e velocità di flusso.
Più specificamente, Heisenberg ha affrontato il problema della stabilità usando diverse equazioni specifiche. Durante la sua gioventù, è stato membro di un'associazione di scout tedeschi e parte del movimento giovanile tedesco.
Gli inizi della sua carriera
Tra il 1924 e il 1927, Heisenberg si distinse come privatdozent (titolo universitario) a Göttingen.
Dal 17 settembre 1924 al 1 maggio dell'anno seguente, ha condotto un'indagine insieme al fisico danese Niels Bohr, grazie a una borsa di studio conferita dal Consiglio di Istruzione Internazionale della Fondazione Rockefeller.
Nel 1925, per un periodo di sei mesi, sviluppò una formulazione della meccanica quantistica; un'implementazione matematica abbastanza completa, accompagnata dai fisici tedeschi Max Born e Pascual Jordan.
Mentre era a Copenaghen, nel 1927 Heisenberg riuscì a sviluppare il suo principio di indeterminazione, mentre lavorava sui fondamenti matematici della meccanica quantistica.
Dopo aver terminato la sua indagine, il 23 febbraio, scrisse una lettera al fisico austriaco Wolfgang Pauli, in cui descriveva per la prima volta un tale principio.
Poi, nel 1928, ha offerto un articolo pubblicato a Lipsia, dove ha usato il principio dell'esclusione di Pauli per risolvere il mistero del ferromagnetismo; un fenomeno fisico che produce un ordine magnetico nella stessa direzione e senso.
All'inizio dell'anno 1929, Heisenberg e Pauli presentarono due documenti che servirono a gettare le basi della teoria del campo quantistico relativistico.
Premio Nobel
Werner Heisenberg non solo è riuscito a sviluppare il programma di ricerca per creare la teoria dei campi quantici insieme ad alcuni dei suoi colleghi, ma ha anche lavorato sulla teoria del nucleo atomico dopo la scoperta del neutrone nel 1932.
In tale progetto è riuscito a sviluppare un modello di interazione del protone e del neutrone in una descrizione iniziale che in seguito divenne nota come forza forte .
Nel 1928, Albert Einstein nominò Werner Heisenberg, Max Born e Pascual Jordan per il premio Nobel per la fisica. L'annuncio del premio dell'anno 1932 fu ritardato fino al novembre del 1933.
Fu in quel periodo in cui fu annunciato che Heisenberg aveva vinto il premio del 1932, per la creazione della meccanica quantistica. Dal contributo di Heisenberg sono state in grado di scoprire le forme allotropiche dell'idrogeno: cioè le strutture atomiche diverse dalle sostanze che sono semplici.
Attacchi nazisti
Lo stesso anno in cui ricevette il Nobel per la pace nel 1933, sperimentò l'ascesa del Partito nazista. Le politiche naziste escludevano i "non ariani", il che significava il licenziamento di molti professori, tra cui: Born, Einstein e altri colleghi di Heisenberg a Lipsia.
La risposta di Heisenberg a tali azioni era calma, lontana dalle proteste pubbliche perché pensava che il regime nazista non sarebbe durato a lungo. Heisenberg divenne rapidamente un obiettivo facile.
Un gruppo di fisici nazisti radicali promosse l'idea di una "fisica ariana" opposta alla "fisica ebraica", che è collegata alle teorie della relatività e delle teorie quantistiche; infatti, Heisenberg fu fortemente attaccato dalla stampa nazista, definendolo un "ebreo bianco".
Sommerfeld aveva pensato di lasciare Heisenberg come successore delle lezioni all'Università di Monaco; tuttavia, il suo tentativo di nomina fallì a causa dell'opposizione del movimento nazista. Heisenberg era rimasto con un gusto amaro dopo le decisioni arbitrarie dei nazisti.
Heisenberg nella seconda guerra mondiale
Il 1 ° settembre 1939, il programma di armi nucleari tedesche si formò lo stesso giorno in cui iniziò la seconda guerra mondiale. Dopo diversi incontri, Heisenberg è stato incluso e posto come direttore amministrativo.
Dal 26 al 28 febbraio 1942, Heisenberg offrì una conferenza scientifica ai funzionari del Reich sull'acquisizione di energia dalla fissione nucleare.
Inoltre, ha spiegato l'enorme potenziale energetico fornito da questo tipo di energia. Sosteneva che 250 milioni di volt di elettroni potessero essere rilasciati attraverso la fissione di un nucleo atomico, quindi si misero in grado di svolgere pienamente le indagini.
La scoperta della fissione nucleare è stata portata sotto i riflettori della Germania. Tuttavia, il gruppo di ricerca di Heisenberg non ha avuto successo nella produzione di un reattore o di una bomba atomica.
un po '
Secondo diversi riferimenti, le trascrizioni dal tedesco all'inglese rivelano che sia Heisenberg sia altri colleghi erano felici che gli alleati abbiano vinto nella seconda guerra mondiale.
Anni di dopoguerra e morte
Alla fine, nel 1946, riprese la sua posizione al Kaiser Wilhelm Institute, che divenne presto noto come Max Planck Institute for Physics. Negli anni del dopoguerra, Heisenberg assunse ruoli di amministratore e portavoce della scienza tedesca nella Germania occidentale, mantenendo una posizione apolitica.
Nel 1949, divenne il primo presidente del Consiglio di ricerca tedesco con l'intenzione di promuovere la scienza del suo paese nell'arena internazionale.
Più tardi, nel 1953, divenne il presidente fondatore della Humboldt Foundation; un'organizzazione finanziata dal governo che ha assegnato borse di studio a accademici stranieri per condurre ricerche in Germania.
Alla fine degli anni sessanta, Heisenberg riuscì a scrivere la sua autobiografia. Il libro è stato pubblicato in Germania e anni dopo è stato tradotto in inglese e poi in altre lingue.
Il 1 ° febbraio 1976, Heisenberg morì di cancro ai reni e alla cistifellea. Il giorno dopo, i suoi colleghi hanno fatto una passeggiata dall'Istituto di fisica a casa sua, mettendo le candele davanti alla porta per rendere omaggio al leggendario scienziato.
Scoperte e contributi
Meccanica delle matrici
I primi modelli di meccanica quantistica furono stabiliti da Albert Einstein, Niels Bohr e altri importanti scienziati. Successivamente, un gruppo di giovani fisici sviluppò teorie anti-classiche, basate su esperimenti e non sull'intuizione, usando linguaggi molto più precisi.
Nel 1925, Heisenberg fu il primo ad eseguire una delle più complete formulazioni matematiche della meccanica quantistica. L'idea di Heisenberg era che per mezzo di questa equazione le intensità dei fotoni potevano essere previste nelle diverse bande dello spettro dell'idrogeno.
Questa formulazione si basa sul fatto che qualsiasi sistema può essere descritto e misurato con osservazioni scientifiche e misure adattate alla teoria delle matrici. In questo senso, le matrici sono espressioni matematiche per correlare i dati provenienti da un fenomeno.
Principio di incertezza
La fisica quantistica spesso confonde, perché ciò che viene definito viene sostituito con probabilità. Per esempio, una particella può essere in un posto o nell'altro, o anche in entrambi allo stesso tempo; solo la sua posizione può essere stimata per mezzo di probabilità.
Questa confusione quantistica potrebbe essere spiegata grazie al principio di indeterminazione di Heisenberg. Nel 1927, il fisico tedesco spiegò il suo principio misurando la posizione e il movimento di una particella. Ad esempio, la quantità di moto di un oggetto è la sua massa moltiplicata per la sua velocità.
Dato questo fatto, il principio di indeterminazione indica che non si può sapere con assoluta certezza la posizione e il movimento di una particella. Heisenberg ha detto che c'è un limite al modo in cui si può conoscere la posizione e la quantità di moto della particella, anche usando la sua teoria.
Per Heisenberg, se conosci la posizione molto accuratamente, puoi avere solo informazioni limitate sul tuo slancio.
Modello di neutroni-protoni
Il modello dell'elettrone protonico presentava alcuni problemi. Sebbene fosse accettato che il nucleo atomico fosse composto da protoni e neutroni, la natura del neutrone non era chiara.
Dopo la scoperta del neutrone, Werner Heisenberg e il fisico sovietico-ucraino Dmitri Ivanenko, nel 1932 propose un modello di protoni e neutroni per il nucleo.
I documenti di Heisenberg descrivono una descrizione dettagliata di protoni e neutroni all'interno del nucleo attraverso la meccanica quantistica. Assunse anche la presenza di elettroni nucleari separati da neutroni e protoni.
Più specificamente, ha ipotizzato che il neutrone sia un composto protone-elettrone, per il quale non esiste alcuna spiegazione meccanica quantistica.
Sebbene il modello dei neutroni-protoni risolvesse molti problemi e decifrasse alcune domande, era un problema spiegare come gli elettroni potessero emanare dal nucleo. Anche così, grazie a queste scoperte, l'immagine dell'atomo cambiò e accelerò significativamente le scoperte della fisica atomica.
fabbrica
I principi fisici della teoria quantistica
I principi fisici della teoria dei quanti erano un libro scritto da Werner Heisenberg, pubblicato per la prima volta nel 1930 grazie all'Università di Chicago. Più tardi, nel 1949, una nuova versione fu ristampata per il successo.
Il fisico tedesco ha scritto questo libro con l'intenzione di discutere la meccanica quantistica in un modo semplice, con un linguaggio poco tecnico per fornire una rapida comprensione di questa scienza.
Il libro è stato citato più di 1.200 volte in riferimenti e importanti fonti ufficiali. La struttura del lavoro si basa fondamentalmente sulla discussione rapida e semplice della teoria dei quanti e del suo principio di indeterminazione.
Fisica e filosofia
La fisica e la filosofia consistevano in un'opera fondamentale scritta in modo conciso da Werner Heisenberg nel 1958. In questo lavoro, Heisenberg spiega gli eventi della rivoluzione nella fisica moderna dalla base dei suoi articoli e contributi eccezionali.
Heisenberg è stato caratterizzato per aver fatto innumerevoli lezioni e conversazioni sulla fisica durante la sua carriera scientifica. In questo senso, questo lavoro è una raccolta di tutti i discorsi relativi alle scoperte dello scienziato tedesco: il principio di indeterminazione e il modello atomico.
Fisica e oltre
Physics and beyond era un libro scritto da Werner Heisenberg nel 1969, che racconta la storia dell'esplorazione atomica e della meccanica quantistica dalla sua esperienza.
Il libro prende conversazioni di dibattiti tra Heisenberg e altri dei suoi colleghi dell'epoca su diverse materie scientifiche. Questo testo include conversazioni con Albert Einstein.
L'intenzione di Heisenberg era che il lettore potesse avere l'esperienza di sentire di sentire di persona diversi fisici riconosciuti, come Niels Bohr o Max Planck, non solo parlando di fisica, ma di altri argomenti legati alla filosofia e alla politica; da qui il titolo del libro.
Inoltre, il lavoro racconta l'emergere della fisica quantistica e una descrizione dell'ambiente in cui vivevano, con descrizioni dettagliate dei paesaggi e della loro educazione nella natura caratteristica del tempo.
