Гейзенберг, фізик невизначеності
Автор
Професор фізики, фахівець з молекулярної спектроскопії, Університет Приморського узбережжя Кот-д'Опал
Заява про розкриття інформації
Арно Кюсет не працює, не консультується, не володіє акціями та не отримує фінансування від будь-якої компанії чи організації, яка мала б користь від цієї статті, і не розкрив жодних відповідних зв'язків, крім їх академічного призначення.
Партнери
Conversation UK отримує фінансування від цих організацій
- Електронна пошта
- Месенджер
Ця стаття опублікована в рамках наукового конкурсу (з 5 по 13 жовтня 2019 р. У столичній Франції та з 9 по 17 листопада за кордоном та на міжнародному рівні), партнером якого є The Conversation France. Темою цього нового видання буде: "До зустрічі завтра, розкажіть про науку, уявіть майбутнє". Знайдіть усі дебати та події у вашому регіоні на веб-сайті Fetedelascience.fr.
Але хто такий Вернер Гейзенберг? Шанувальники серії "Вибух поганого" розкажуть вам Вальтера Вайта, професора хімії Альбукерке в Нью-Мексико, який впав у злочин. Інші любителі історії пам’ятатимуть вченого, який координував ядерну програму Німеччини під час Другої світової війни і який виходить у серії "Геній" або "Важка водна війна". Нарешті, деякі підковані до науки студенти скажуть вам, що Гейзенберг - це не вигаданий персонаж, а вчений, який славиться своїм принципом невизначеності.
Ви сказали принцип невизначеності ?
Щоб зрозуміти цей принцип, ми повинні спочатку потрапити у світ класичної фізики, Ньютона і Кеплера, які показали нам, що якщо ми знаємо в кожен момент положення об'єкта, його масу та швидкість, то його динаміка повністю визначається.
До цього часу все добре, але коли ви покидаєте класичний світ, щоб увійти в атомний світ, який підкоряється законам квантової фізики, це вже не так просто. На початку 20 століття фізики зіткнулися з нерозривною головоломкою: траєкторії частинок, що спостерігаються в туманних камерах, не давали можливості одночасно визначити положення і точну швидкість цих частинок.
Одного вечора в лютому 1926 р. У своїй маленькій квартирці на горищі інституту Нільса Бора в Копенгагені Гейзенберг, розмірковуючи про загадку траєкторій в туманній камері, згадав свою розмову з Ейнштейном, який сказав йому, що: "Це це теорія, яка вирішує, що ми можемо спостерігати ". "
Але як теорія вирішила, що можна, а що не можна спостерігати? Відповіддю був принцип невизначеності. Того вечора Гейзенберг виявив, що квантова механіка в будь-який момент виключає одночасне точне визначення положення та швидкості частинки. Можна точно виміряти або те, де знаходиться частинка, або як швидко вона рухається, але не те і інше одночасно. Це була ціна, яку вимагала Природа, щоб точно знати одне з цих значень. Чим точніше було відомо одне, тим менше могло бути інше.
Гейзенберг знав, що якщо він був правий, це означало, що жоден експеримент, проведений всередині атомної сфери, не зможе пробити межі, накладені принципом невизначеності. У 1927 році, коли він представив свій принцип конгресу Сольвея перед найбільшими мислителями у світі фізики, реакція була бурхливою. Якщо ми бачимо пихатість або смирення в цьому принципі, який, зрештою, стверджує, що навіть за 1000 років, використовуючи найточніший у світі прилад, ми ніколи не зможемо одночасно з точністю виміряти положення та швидкість кінцевих цеглинок нашої матерії.
Відмова від об'єктивної реальності, абсолютної істини, вінчання невизначеності в самому серці Природи для одних було знаком Бога, а для інших, як Ейнштейн, відмова від імовірнісної Природи з відомою провокаційною фразою "Бог не грає кістки! ".
Зображення траєкторій частинок у міхуровій камері BEBC, зроблене в 1973 році. /Www.astrosurf.com, Автор надав
Метеорна кар’єра
Але невизначеність у Гейзенберзі вийшла далеко за межі його принципу: його життя і, точніше, позиції, які він зміг зайняти в умовах війни, і сьогодні залишають нас під сумнівом. Вернер Гейзенберг народився в 1901 році, він виріс у привілейованому середовищі, де батьки дали йому смак краси: краси природи, поезії, музики і, звичайно, краси математичної мови, яка дасть йому інтуїцію, що суть світ не матеріальний.
Усі навчання молодого Вернера проходили в умовах Першої світової війни. Там він отримав програму патріотичного виховання через Wehrkraftverein, парамілітарну версію німецьких бойскаутів. Гейзенберг скористається перервою в заняттях під час війни, щоб вчитися самостійно та здобувати знання на рівні, що перевищує той, що його просили зробити. З цього часу він цікавився атомами, принципово з філософських міркувань. Він скаже: "Мене зачарувала думка, що в найменшій частині речовини можна знайти математичні форми".
Гайзенберг і Нільс Бор в 1932 році в Копенгагені. http://archives-dc.library.caltech.edu/islandora/object/ct1% 3A7548, Автор наданий
Його академічна, а потім наукова кар’єра буде лише вражаючою. Він здобув ступінь доктора наук у віці 22 років за рекордний термін через 3 роки після вступу до Мюнхенського університету. У 1922 році Нільс Бор відкрив йому своє покликання фізиком. У віці 26 років, крім принципу невизначеності, він заклав теоретичні основи квантової механіки і став професором Лейпцизького університету. У 1933 році, коли йому виповнилося 32 роки, і Нобелівська премія співпадає з приходом до влади нацистів.
Звичайно, Гейзенберг витратить значну частину свого часу, підтримуючи високий науковий рівень своєї країни, просуваючи теоретичну фізику та захищаючись від нападів певних нацистів. Але тим не менше, на відміну від Ейнштейна чи Шредінгера, Гейзенберг вирішує залишитися в Німеччині і не відкрито виступає проти політики Гітлера. Він матиме, з певними нюансами, ставлення, близьке до більшості німецьких вчених, не обов'язково слабо поглядаючи на ідею національного оновлення, обіцяну Гітлером. У червні 1933 р. Він написав: "З часом чудові речі, безумовно, будуть відокремлені від одіозних речей"
Гейзенберг без певності
Багато елементів свідчать про те, що батько принципу невизначеності опинився у темні години історії, не маючи змоги зрозуміти зовнішній світ, який був лише для нього послідовністю невизначеностей. Основні суперечки виникли під час Другої світової війни, коли Гейзенберг відіграв провідну роль у німецькому ядерному проекті.
На початку війни його вперше розподілили до Уранського клубу, де його роботою було звітувати про поділ ядерної зброї та її практичні можливості використання. Гейзенберг буде стверджувати, що в той час він бачив шлях, що веде до атомної бомби, відкритим перед ним, але що він намагався розробити програму розвитку мирної атомної енергетики.
Сили союзників із залишками уранового пальника Гейзенберга в травні 1945 року. Wikipedia, Автор надав
Навіть сьогодні незрозуміло, чи намагався Гейзенберг уповільнити німецький ядерний проект. Байка про Гейзенберга, який стверджував, що налаштовує фізиків світу проти бомби, може здатися настільки ж актуальною, як і про вченого, чий націоналізм та особисті амбіції змусили його прийняти і добре показати себе нацистському режиму.