Τρίτη, 15 Ιουνίου 2010

Βέρνερ Καρλ Χάιζενμπεργκ, 1901-1976 (Werner Karl Heisenberg)

ΜΕΓΑΛΕΣ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ

Στις 5 Δεκεμβρίου του 1901, στο Wurzburg της Γερμανίας, γεννήθηκε ο Werner Karl Heisenberg. Το έργο βοήθησε κυρίως στην κβαντική θεωρία αλλά και στις φιλοσοφικές προεκτάσεις της. Ήταν γιος του Dr. August Heisenberg, βυζαντινολόγου, στην έδρα της Μεσαιωνικής και της Νεώτερης Ελληνικής φιλολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου.
Ήταν διακεκριμένος πιανίστας στην εποχή του και ασχολιόταν με την κλασική μουσική. Το 1937 παντρεύτηκε την Elisabeth Schumacher, με την οποία απέκτησε επτά παιδιά. Πέθανε από καρκίνο στο σπίτι του στο Munich το 1976.

Ο Heisenberg σπούδασε στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου και στη συνέχεια κατά τη διάρκεια του χειμώνα του 1922-1923 πήγε στο Gottingen για να συνεχίσει τις μελέτες του πάνω στη φυσική. Το 1923 πήρε Ph.D. στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου. Από το 1924 έως το 1925 εργάστηκε, μαζί με το Niels Bohr, στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. Το 1925 δημοσιεύεται στο περιοδικό Zeitschrift fur Physik η εργασία του πάνω στη κβαντομηχανική, η οποία οδήγησε στην ανακάλυψη αλλοτροπικών μορφών υδρογόνου. Έτσι του απονέμεται το βραβείο Νόμπελ για τη φυσική το 1932. Το 1926 διορίστηκε καθηγητής στη θεωρητική φυσική, στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης κάτω από το Niels Bohr, και το 1927, όταν ήταν μόνο 26 ετών, διορίστηκε καθηγητής της θεωρητικής φυσικής στο Πανεπιστήμιο της Λειψίας.

Έκανε πολλά ταξίδια σε χώρες όπως η Ιαπωνία, η Ινδία, η Βρετανία, οι ΗΠΑ και άλλες χώρες όπου τον καλούσαν είτε ως ομιλητή είτε ως διδάσκοντα.

Οι επίσημες σχέσεις του με το ναζιστικό καθεστώς ήταν ουδέτερες και τυπικές, αφού ποτέ δεν αντιτάχθηκε σε αυτό αλλά απ΄ ό,τι φαίνεται, ήταν κατά βάθος εχθρικός προς την πολιτική του. Κατά τη διάρκεια του πολέμου, συνεργάστηκε με τον Οttο Hahn, ο οποίος συνδέεται με την ανακάλυψη της πυρηνικής σχάσης, για την ανάπτυξη ενός πυρηνικού αντιδραστήρα. Οι προσπάθειές του όμως δεν τελεσφόρησαν λόγω ανεπαρκούς στήριξής του από την κυβέρνηση του Χίτλερ. Οι ιστορικοί βέβαια συνεχίζουν τους δημόσιους διάλογους για το ρόλο που ο Werner Heisenberg έπαιξε κατά τη διάρκεια του Δευτέρου Παγκοσμίου πολέμου.

Στο τέλος του δεύτερου παγκόσμιου πολέμου, μαζί με άλλους Γερμανούς φυσικούς, συνελήφθη από τα αμερικανικά στρατεύματα και στάλθηκε στην Αγγλία, αλλά το 1946 επέστρεψε στη Γερμανία και αναδιοργάνωσε, μαζί με άλλους συναδέλφους του, το ίδρυμα για τη φυσική στο Gottingen. Αυτό το ίδρυμα, το 1948, μετονομάστηκε σε Ινστιτούτο Max Planck για τη φυσική.

Σχεδίασε τον πρώτο μεταπολεμικό πυρηνικό αντιδραστήρα της Γερμανίας
, ενώ οι μελέτες του δεν έχουν σχέση μόνο με την κβαντική φυσική. Ασχολήθηκε και με τη διατύπωση θεωριών σε σχέση με την υδροδυναμική, τη δομή των ατομικών πυρήνων, το σιδηρομαγνητισμό, την κοσμική ακτινοβολία και τα στοιχειώδη σωμάτια.

Το όνομα όμως του Werner Karl Heisenberg είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με την αρχή της αβεβαιότητας ή της απροσδιοριστίας. Η νέα θεωρία του βασίστηκε μόνο σε αυτό που μπορεί να παρατηρηθεί, δηλαδή, στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από το άτομο. Υποστήριζε πως δεν μπορούμε να είμαστε βέβαιοι για την ορμή και τη θέση ενός σωματιδίου όσο αφορά την κβαντική φυσική, και ο βασικός λόγος για αυτό είναι ότι ο ίδιος ο παρατηρητής αποτελεί μέρος του πειράματος και το επηρεάζει σε τέτοιο βαθμό, έτσι ώστε δεν μπορεί να γνωρίζει ο ίδιος αν τα διάφορα σωματίδια θα είχαν την ίδια συμπεριφορά, αν αυτός δεν ήταν εκεί: «Εάν η μέτρηση της θέσης έχει γίνει με αβεβαιότητα Δχ και μια ταυτόχρονη μέτρηση ορμής έχει γίνει με αβεβαιότητα Δρ, τότε το γινόμενο των δύο αβεβαιοτήτων δεν μπορεί να γίνει μικρότερο από την τάξη του μεγέθους h». Στην εργασία του αυτή ο Heisenberg σημείωνε προσεκτικά ότι οι αναπόφευκτες αβεβαιότητες Δχ και Δρ δεν προέρχονται από ατέλειες των πραγματικών συσκευών μέτρησης, αλλά από αυτήν καθ΄ αυτήν την κβαντική συμπεριφορά της ύλης: από φαινόμενα, όπως λ.χ. η μερικώς μη προβλέψιμη ανάκρουση ενός ηλεκτρονίου, όταν αυτό συγκρουστεί με ένα αδιαίρετο κβάντο φωτός, ή η περίθλαση του φωτός ή των ηλεκτρονίων, όταν διέρχονται δια μέσου μιας λεπτής σχισμής.

Η αρχή της αβεβαιότητας αποτελεί όχι μόνο μια από τις βασικότερες της κβαντικής μηχανικής, αλλά εισήγαγε μια επανάσταση στα θεμέλια της φυσικής και αποτέλεσε την αρχή για μια νέα φιλοσοφική θεώρηση περί της δομής της ύλης, του Σύμπαντος και των δυνατοτήτων του ανθρώπου. Όπως, όμως, συνήθως συμβαίνει με τις μεγάλες ανακαλύψεις, έτσι κι εδώ, όταν πρωτοδιατυπώθηκε αυτή η αρχή, δεν αναγνωρίστηκε από τους συνεργάτες του και χρειάστηκαν περίπου 10 χρόνια για να γίνει πλήρως αποδεκτή. Λαθεμένα θεωρήθηκε ότι ο Heisenberg αναφέρεται σε μια αδυναμία στο πείραμα για να μπορέσουμε να πάρουμε μετρήσεις ταυτόχρονα για τη θέση και την ορμή των σωματιδίων, δηλαδή μια πρόκληση για τις ικανότητες των πειραματιστών, και έτσι άρχισε η προσπάθεια να επινοηθούν διάφορα πειράματα που θα αποδείκνυαν το λάθος του. Βέβαια αυτό αποτελούσε μάταιο στόχο, αφού δεν ήταν καθόλου αυτός ο ισχυρισμός του.

Στην πορεία του προς τη διατύπωση αυτής της αρχής, ο Heisenberg αντιμετώπισε διάφορα προβλήματα. Το σημαντικότερο από αυτά ήταν το πρόβλημα της γλώσσας. Ο Ντ. Τ. Σουζούκι γράφει: "Οι εσωτερικές εμπειρίες ξεπερνούν κατά πολύ τις δυνατότητες της γλώσσας" . Με την ίδια ακριβώς συλλογιστική πορεία, επηρεασμένος από την ανατολική σκέψη, όπως ο συνάδελφός του N. Bohr, προσπαθεί και ο γερμανός φυσικός να δημιουργήσει μια γλώσσα ερμηνείας της κβαντικής φυσικής, μια νέα φόρμουλα, ώστε να αποφύγει τα πολύπλοκα μαθηματικά, αλλά ταυτόχρονα να μπορεί να περιγράψει την πολυπλοκότητα της φύσης. Όπως λέει και ο ίδιος: «Ο φυσικός κόσμος είναι εξαιρετικά πολύπλοκος και πολυδιάστατος χωρίς συγκεκριμένα ορθολογιστικά όρια. Η επιστήμη αποτελεί το εργαλείο για την κατανόηση του κόσμου, τη γλώσσα για την περιγραφή του, όμως είναι ορθολογιστική και έτσι δεν μπορεί να εφαρμοστεί παρά μόνο σε έναν περιορισμένο χώρο».

Έτσι, ασχολήθηκε πολύ με αυτό το πρόβλημα, ψάχνοντας για ένα μέσο όσο το δυνατόν καλύτερο για την περιγραφή των κβαντικών φαινομένων: «Το πρόβλημα της γλώσσας είναι πολύ σοβαρό. Αναζητούμε τρόπο να εκφράσουμε και να περιγράψουμε τη δομή και τη λειτουργία των ατόμων αλλά στην κοινή γλώσσα είναι αδύνατο να μιλήσουμε για τα άτομα».

«Το δυσκολότερο πρόβλημα σε ό,τι αφορά τη χρησιμοποίηση της γλώσσας εμφανίζεται γύρω από τη θεωρία των κβάντα. Πρώτα απ΄ όλα, δεν υπάρχει τρόπος μιας απλής και κατανοητής μετάφρασης στην κοινή γλώσσα των περίπλοκων μαθηματικών συμβόλων και τύπων. Η μόνη βεβαιότητα που υπάρχει από την άποψη αυτή είναι πως οι κοινές φράσεις δεν μπορούν να ανταποκριθούν στη δομή των ατόμων».

Έτσι γνωρίζοντας πως οι μηχανικές ποσότητες, όπως είναι η θέση, η ταχύτητα, κ.λπ. πρέπει να αντιπροσωπευθούν, όχι από τους συνηθισμένους αριθμούς, αλλά και από αφηρημένες μαθηματικές δομές που τις αποκάλεσε "μήτρες" (πίνακες), διατύπωσε τη νέα θεωρία του, εκφρασμένη με τη μορφή εξισώσεων μητρών. Αυτή ήταν και η «νέα γλώσσα» που χρησιμοποίησε σαν εργαλείο περιγραφής και όπως φάνηκε στη συνέχεια δεν εφαρμοζόταν μόνο στα συγκεκριμένα πειράματα. Όταν εφάρμοσε τη θεωρία του στα μόρια που αποτελούνται από δύο παρόμοια άτομα, βρήκε μεταξύ άλλων ότι το μόριο του υδρογόνου πρέπει να υπάρχει με δύο διαφορετικές μορφές που θα πρέπει να εμφανίζονται σε κάποια δεδομένη αναλογία η μια με την άλλη. Αυτή η πρόβλεψη του Heisenberg αργότερα επιβεβαιώθηκε πειραματικά.

Ο Heisenberg είχε επηρεαστεί σημαντικά από δύο άλλους μεγάλους φυσικούς: τον Niels Bohr και τον Albert Einstein. Από τον πρώτο υιοθέτησε τις αρχές του κοινωνικού και διαλογικού χαρακτήρα της επιστημονικής ανακάλυψης. Την αρχή της αντιστοιχίας ανάμεσα στη μακρο- και μικροφυσική, τον ενεργό ρόλο του επιστήμονα. Μαζί με τον Bohr ανέπτυξε τη φιλοσοφία της συμπληρωματικότητας για την περιγραφή των νέων φυσικών μεταβλητών, καθώς και μια κατάλληλη μέθοδο μέτρησης για καθεμιά από αυτές. Η νέα αυτή αντίληψη της διαδικασίας μέτρησης ενισχύει τον ενεργό ρόλο του επιστήμονα, ο οποίος εκτελώντας μετρήσεις αλληλεπιδρά με το παρατηρούμενο αντικείμενο, με αποτέλεσμα το τελευταίο να αποκαλύπτεται όχι όπως πραγματικά είναι, αλλά επηρεασμένο σε κάποιο βαθμό από τη μέθοδο της μέτρησης. Από το δεύτερο, τον Albert Einsein, αποδέχθηκε την αρχή της απλότητας ως κριτηρίου για την περιγραφή της κεντρικής τάξης της Φύσης, καθώς και τη θεωρία της αξιοποίησης των επιστημονικών παρατηρήσεων.

Και σε ένα άλλο σημείο τονίζει: «Η συνηθισμένη περιγραφή της φύσης, και προπαντός η πεποίθηση αυστηρής νομοτέλειας των φυσικών φαινομένων, βασίζεται στην υπόθεση ότι είναι δυνατή η παρατήρηση των φαινομένων χωρίς την αισθητή αλλοίωσή τους... Επειδή, από την άλλη μεριά, κάθε περιγραφή ενός φυσικού φαινομένου στο χώρο και χρόνο εξαρτάται από την παρατήρηση, προκύπτει ότι η περιγραφή στο χώρο και χρόνο και η κλασική αρχή της αιτιότητας αντιστοιχούν σε συμπληρωματικές απόψεις της πραγματικότητας που αμοιβαία αρνιούνται η μια την άλλη».

Η νέα κβαντομηχανική έχει αλλάξει σε μεγάλη έκταση όλες τις ιδέες μας για τις σχέσεις που υπάρχουν στο μικροσκοπικό κόσμο, που είναι φτιαγμένος από άτομα και μόρια. Αλλά περισσότερο από αυτό, ο Heisenberg έχει δείξει ότι, σύμφωνα με την κβαντομηχανική, είναι αδύνατο να καθοριστεί, σε μια δεδομένη στιγμή του χρόνου, και η θέση που βρίσκεται ένα μόριο και η ορμή του.


Βιβλιογραφία:
- www.physiks4u.gr
- www.physicsweb.com
- www.aip.org/history/heisenberg
- John Gribbin Κβαντική φυσική και πραγματικότητα
- Frtjof Capra Το Ταό και η Φυσική
- Σύγχρονη Φυσική, Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης

Δεν υπάρχουν σχόλια:

LinkWithin

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...