«Гейзенберг Вернер»

Гейзенберг, Хайзенберг (Heisenberg) Вернер (р. 5.12.1901, Вюрцбург), немецкий физик, один из создателей квантовой механики. В 1923 окончил Мюнхенский университет, где слушал лекции А. Зоммерфельда. В 1923—27 ассистент М. Борна. В 1927—41 профессор Лейпцигского и Берлинского университетов. С 1941 профессор и директор института физики Макса Планка в Берлине и Гёттингене, с 1955 — в Мюнхене.

В 1925 Г. совместно с Н. Бором разработал т. н. матричную механику — первый вариант квантовой механики, давший возможность вычислить интенсивность спектральных линий, испускаемых простейшей квантовой системой — линейным осциллятором. Произвёл квантовомеханический расчёт атома гелия, показав возможность его существования в двух различных состояниях. В 1927 сформулировал соотношение неопределённостей, выражающее связь между импульсом и координатой микрочастицы, обусловленную её корпускулярно-волновой природой (см. Неопределённостей соотношение). За работы по квантовой механике Г. в 1933 присуждена Нобелевская премия Г. разработал (независимо и одновременно с Я. И. Френкелем) теорию спонтанной намагниченности ферромагнетиков и обменного взаимодействия, ориентирующего элементарные магнитики при намагничивании вещества. Автор работ по структуре атомного ядра, в которых раскрыт обменный характер взаимодействия нуклонов в ядре, а также работ по релятивистской квантовой механике и единой теории поля — нелинейной теории, ставящей задачей дать единую теорию всех существующих физических полей.

Соч.: Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen, «Zeitschrift für Physik», 1925, Bd 33, Н. 12; Mehrkörperproblem und Resonanz in der Quantenmechanik, там же, 1926, Bd 38, Н. 6—7, Bd 41, Н. 4—5; Über den anschaulichen Inhalt der quantentheoretischen Kinematik und Mechanik, там же, 1927, Bd 43, Н. 3—4: Zur Theorie des Ferromagnetismus, там же, Bd 49, Н. 9—10: в рус. пер. — Физические принципы квантовой теории. М. — Л., 1932; Физика атомного ядра, М. — Л., 1947; Теория атомного ядра, М., 1953; Философские проблемы современной атомной физики, М., 1953; Введение в единую полевую теорию элементарных частиц, М., 1968.

Лит.: Hörz Н., Werner Heisenberg und die Philosophie, В., 1966.

(Heisenberg, Werner Karl)

(1901-1976), немецкий физик-теоретик, удостоенный в 1932 Нобелевской премии по физике за создание матричной механики. Родился 5 декабря 1901 в Вюрцбурге. В 1920 поступил в Мюнхенский университет, где прослушал курс лекций по теоретической физике А.Зоммерфельда; досрочно окончил университет в 1923. В 1923-1927 - ассистент М.Борна в Геттингенском университете, в 1927-1941 - профессор физики Лейпцигского и Берлинского университетов, с 1941 - директор Института физики Макса Планка в Берлине и профессор Геттингенского университета. В 1925 Гейзенберг совместно с Н.Бором разработал т.н. матричную механику - первый вариант квантовой механики. К этой теории Гейзенберг пришел, пытаясь разрешить противоречия модели строения атома, сочетающей классические уравнения движения и постулаты Бора. Гейзенберг постулировал, что элементарные частицы обладают волновыми свойствами и не могут быть наблюдаемы в традиционном смысле. Это - распространяющиеся в пространстве волновые "пакеты", которые в зависимости от характера исследования можно рассматривать либо как волны, либо как частицы. Каждой физической величине ставился в соответствие некий оператор, а операторы представлялись в виде бесконечных матриц (отсюда и название теории). На основе своей теории Гейзенберг произвел квантовомеханический расчет атома гелия, показав возможность существования его в двух различных состояниях (орто- и пара-). В 1927 Гейзенберг сформулировал в математическом виде "принцип неопределенности", возникший из необходимости учета материального характера наблюдения за элементарной частицей. Согласно этому принципу, невозможно точно указать одновременно координаты частицы и ее импульс: чем точнее экспериментатор определит одну из этих характеристик, тем менее точным будет значение другой. В описание атомного объекта, его состояния и поведения вводился существенно новый момент - понятие вероятности. В 1928 Гейзенберг совместно с П.Дираком выдвинул идею обменного взаимодействия, независимо от Я.И.Френкеля разработал квантовомеханическую теорию спонтанной намагниченности ферромагнетиков, основанную на обменном взаимодействии электронов. В 1929 совместно с В.Паули работал над построением теории квантовой электродинамики, введя схему квантования полей. Пытался получить массы и другие характеристики элементарных частиц из единого полевого уравнения. Гейзенберг опубликовал ряд книг, в числе которых Физические принципы квантовой теории (Die physikalische Prinzipien der Quantentheorie, 1930), Физика и философия (Physik und Philosophie, 1958), Физика и за ее пределами (Physics and Beyond, 1971). Умер Гейзенберг в Мюнхене 1 февраля 1976.

ЛИТЕРАТУРА

Гейзенберг В. Физика атомного ядра. М. - Л., 1947 Гейзенберг В. Введение в единую полевую теорию элементарных частиц. М., 1968 Джеммер М. Эволюция квантовой механики. М., 1985 Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М., 1989

Ге́йзенберг Вернер

Хайзенберг (Heisenberg) (1901—1976), немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Предложил (1925) матричный вариант квантовой механики; сформулировал (1927) принцип неопределённости; ввёл концепцию матрицы рассеяния (1943). Труды по структуре атомного ядра, релятивистской квантовой механике, единой теории поля, теории ферромагнетизма, философии естествознания. Нобелевская премия (1932).

* * *

ГЕЙЗЕНБЕРГ Вернер

ГЕ́ЙЗЕНБЕРГ (Хайзенберг) (Heisenberg) Вернер (1901—1976), немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики. Предложил (1925) матричный вариант квантовой механики; сформулировал (1927) принцип неопределенности; ввел концепцию матрицы рассеяния (1943). Труды по структуре атомного ядра, релятивистской квантовой механике, единой теории поля, теории ферромагнетизма, философии естествознания. Нобелевская премия (1932).

* * *

ГЕ́ЙЗЕНБЕРГ (Heisenberg) Вернер (Карл) (5 декабря 1901, Вюрцбург — 1 февраля 1976, Мюнхен), физик-теоретик, один из создателей современной квантовой теории, автор многочисленных трудов по физике и философии.

Гармония естественно-научного и гуманитарного

Отец Вернера, Август Гейзенберг, женатый на Анне Векляйн, дочери директора Королевской Максимилиановской гимназии в Мюнхене, преподавал классические языки и историю в старой гимназии в Вюрцбурге и одновременно занимал должность приват-доцента Вюрцбургского университета по отделению средневековой и современной греческой филологии. В 1910 он получил в Мюнхенском университете кафедру классической филологии и византинистики (единственную тогда в Германии), и семья переехала в Мюнхен. Вернер рос в доме, где сам воздух, казалось, был пропитан классическими гуманитарными традициями. Его отец был убежденным сторонником разностороннего образования. В 1911 Вернер, прошедший к тому времени начальное обучение, поступает в Максимилиановскую гимназию, где больше всего его привлекали математика и языки, в том числе, санскрит, и отец во всем поддерживает его. Когда через два года Вернер заинтересовался дифференциальным исчислением и попросил отца принести ему книги по математике из университетской библиотеки, тот принес ему трактат Кронекера(см. КРОНЕКЕР Леопольд) на латинском языке. Изучение математики (кстати, книга очень увлекла Вернера) и языка шло параллельно. Гимназиста Гейзенберга восхищал и поражал тот факт, что математика, в частности, геометрия находятся в соответствии с природой. Через всю жизнь Гейзенберг пронес убежденность в том, что великая европейская культура, в том числе и наука, связана корнями с античной философией и с христианством.

В университетах Мюнхена и Геттингена

После Максимилиановской гимназии Вернер становится студентом университета в Мюнхене, где среди его учителей были такие физики как Арнольд Зоммерфельд(см. ЗОММЕРФЕЛЬД Арнольд)и Вильгельм Вин(см. ВИН Вильгельм). Перейдя затем в Геттинген, он начинает работать под руководством Макса Борна(см. БОРН Макс), больше чем другие учителя давшего выдающемуся ученику. В 1923 Гейзенберг после защиты докторской диссертации, посвященной вопросу о переносе энергии, становится ассистентом Борна. Незадолго до этого он на полгода отправляется в Копенгаген в институт к Нильсу Бору(см. БОР Нильс) в качестве стипендиата-исследователя, а позже, когда освободилась вакансия — доцента теоретической физики. Работа у Бора имела для Гейзенберга решающее значение.

Schturm und Drang

Поистине, это время можно назвать «Эпохой бури и натиска» в квантовой теории, а институт Бора в Копенгагене — эпицентром этой бури. Квантовая теория после блистательных успехов оказалась в полосе затруднений. «Квантование по Бору» привело к возникновению явно внутренне противоречивого образа атома. Атом рисовался маленьким подобием Солнечной системы, где роль Солнца играло ядро, в котором была сконцентрирована почти вся масса атома, а вокруг ядра, подобно планетам, двигались по орбитам электроны. Каждый из электронов представлялся материальной точкой, движущейся по законам классической механики, но хотя и несшей электрический заряд, почему-то, вопреки классической электродинамике, не излучающей электромагнитных волн, несмотря на наличие ускорения. Правда, такое движение «разрешалось» не по любым орбитам, а только по тем, которые отвечали «условиям квантования»; их приходилось постулировать. Излучение же и поглощение волн, как то также постулировал Бор, происходит лишь при «перескакивании» электронов с одной стационарной орбиты на другую.

Положение еще более осложнилось, когда де Бройль(см. ДЕ БРОЙЛЬ Луи)выдвинул идею о корпускулярно-волновой, двуединой природе материи. Опыты по дифракции электронов убедительно подтвердили наличие корпускулярно-волнового дуализма(см. КОРПУСКУЛЯРНО-ВОЛНОВОЙ ДУАЛИЗМ), что еще усложнило картину. «Я вспоминаю, — писал позднее Гейзенберг, — о многочисленных дискуссиях с Бором, которые длились до поздней ночи и которые мы заканчивали в полном отчаянии. И если после таких дискуссий я один отправлялся на короткую прогулку в соседний парк, то повторял снова и снова вопрос о том, может ли природа действительно быть такой абсурдной, какой она представляется нам в этих атомных экспериментах». Трудно представить себе более плодотворное сочетание: несравненная, почти мистическая физическая интуиция Бора и непредвзятость, гибкость и глубина мысли его гениального молодого «стажера», обладавшего, кроме всего прочего, блистательной математической подготовкой. Они идеально дополняли друг друга, и этому во многом обязано появление того, что называют современной квантовой теорией. Но чтобы это появление стало возможным, потребовалось выработать принципиально новые теоретико-познавательные концепции.

Новая концепция в физике

Не будет преувеличением сказать, что со времени своего возникновения физика всегда оперировала наглядными и по возможности простыми моделями — сначала это были системы из классических материальных точек, а потом к ним добавилось электромагнитное поле, которое, в сущности, использовало также представления из арсенала механики сплошных сред. Дискуссии между Бором и Гейзенбергом привели к осознанию необходимости подвергнуть ревизии те образы, те понятия, которыми оперирует теория, дабы выделить из них действительно лишь те, которые выступают на опыте. Что такое, например, орбита электрона, можно ли ее наблюдать? Если учесть двойственную, корпускулярно-волновую природу электрона, то можно ли говорить о его траектории вообще? Можно ли построить такую теорию, в которой рассматривались бы только действительно наблюдаемые на опыте величины?

Эту задачу решил в 1925 двадцатичетырехлетний Гейзенберг, предложив так называемую матричную механику (Нобелевская премия 1932). Вскоре после этого Эрвином Шредингером(см. ШРЕДИНГЕР Эрвин) был предложен другой, «волновой» вариант квантовой теории, эквивалентный «матричному». У квантовой теории появилась новая математическая база, но физическая и теоретико-познавательная сторона дела еще нуждалась в анализе.

Результатом такого анализа явились соотношения неопределенностей Гейзенберга и принцип дополнительности(см. ДОПОЛНИТЕЛЬНОСТИ ПРИНЦИП)Бора. Проанализировав процедуры измерения координат и импульсов, Гейзенберг пришел к выводу, что получить для них одновременно и точно определенные значения координат и импульсов принципиально невозможно. Если координата х определяется с разбросом Dх, а проекции импульса на ось х — с разбросом Dр_х, то эти разбросы (или «неопределенности») связаны соотношением Dх Dр_х і h / 2p, где h — постоянная Планка.

Укажем еще одно соотношение DЕ Dt і h / 2p, связывающее неопределенность энергии DЕ состояния с продолжительностью Dt его существования.

В квантовой теории физическим величинам ставятся в соответствие «операторы», т. е. символы, обозначающие определенные математические действия («операции»). Если порядок действия пары операторов переставим, то соответствующие им физические величины можно определить одновременно, если же операторы непереставимы, то это невозможно, и чем точнее определяется одна из таких «дополнительных» величин, тем больше неопределенность в определении второй.

Соотношения неопределенностей (см. также принцип неопределенности(см. НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПРИНЦИП)) подчеркивают принципиальное отличие описания состояния систем в классической и в квантовой теории и необходимость статистического, т. е. вероятностного описания в последней. Появление идеи дополнительности ознаменовало качественно новый шаг в теории познания.

После возвращения в Германию.

Осенью 1927 Гейзенберг получил приглашение стать профессором теоретической физики в Лейпцигском университете. Он проработал там до 1941. Его работы по квантовой теории приобрели мировую известность, его многократно приглашали для чтения лекций во многие страны. Многочисленные поездки не снизили, однако, его научной активности. В 1929 Гейзенберг совместно с Дираком(см. ДИРАК Поль) выдвинул идею специфически-квантового обменного взаимодействия(см. ОБМЕННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ), опубликовал важные работы по квантовой теории ферромагнетизма(см. ФЕРРОМАГНЕТИЗМ), основанную на обменном взаимодействии электронов (одновременно и независимо близкие идеи развивал и Я. И. Френкель(см. ФРЕНКЕЛЬ Яков Ильич) в России). В следующим году Гейзенберг обратился к рассмотрению общей схемы квантования полей, в том числе, и электромагнитного поля. После появления релятивистской теории электронов Дирака занимался развитием теории дырок, в частности, рассматривал эффект поляризации электронно-позитронного вакуума и его возможные экспериментальные проявления.

К 1932 относятся важные работы Гейзенберга в новой для него области — физике атомного ядра. Вопрос о том, из чего состоят ядра атомов, к тому времени приобрел особую остроту: первоначальная идея об электронно-протонном их составе была окончательно отвергнута именно благодаря соотношению неопределенностей Гейзенберга: размеры ядра (а, значит и разброс координат электрона, если он в нем находится) так малы, что квантовый разброс импульсов (и энергий, соответственно) должен быть настолько велик, что удержаться внутри ядра было бы для электрона невозможно. Поэтому когда Джеймс Чедвик(см. ЧЕДВИК Джеймс) в 1930 открыл частицу, масса которой лишь немногим меньше массы протона, а электрический заряд отсутствует, почти одновременно по крайней мере в двух местах — Гейзенберг в Германии и Д. Д. Иваненко(см. ИВАНЕНКО Дмитрий Дмитриевич)в России выдвинули в 1932 протонно-нейтронную модель ядра. Гейзенберг ввел также понятие изотопического спина(см. ИЗОТОПИЧЕСКИЙ СПИН) и идею о насыщении ядерных сил.

Позже Гейзенберг (с 1941 по 1945) был назначен директором института физики кайзера Вильгельма и профессором Берлинского университета.

Это были трудные годы. К тому времени многие крупнейшие ученые, спасаясь от фашистского режима, бежали из Германии. Хотя Гейзенберг и понимал, что его родину толкают к неминуемой катастрофе, он не счел возможным покинуть ее.

По служебной необходимости ему пришлось возвращаться к ядерной физике. Над немецким ядерным проектом он работал вместе с Отто Ганом(см. ГАН Отто). Правители рейха долго не могли понять, что значимость работ ядерщиков неизмеримо выше бредовых расовых и идеологических догм. Не последнюю роль сыграл пресловутый «приказ фюрера» не начинать никаких работ, которые не принесут практических результатов в течение полугодия. К тому же первые теоретические оценки количества урана, необходимого для цепной реакции деления, дали огромные (как полагают некоторые, намеренно завышенные) цифры, которые представляли всю программу нереальной. Есть основания полагать, что определенную (хотя и не решающую роль) играли и факты саботажа немецких исследователей. Есть даже мнение, что причина отставания Германии в том, что немецкие исследователи публиковали все свои результаты в открытой печати, тогда как остальные довольно быстро стали их засекречивать.

Гораздо правдоподобнее, однако, что, когда неминуемость скорого краха стала очевидной, когда власти спохватились, и началась лихорадочная гонка работы над «оружием возмездия», как они это называли, было уже поздно. Авиация союзников уничтожила много важных объектов, был взорван завод по производству тяжелой воды в Норвегии.

Но трудно отказаться от мысли, что позиция Гейзенберга, даже при известном его стремлении к лидерству и преданности интересам Германии, была продиктована и гуманистическими идеалами.

Основной областью его интересов оставалась квантовая теория поля.

После разгрома гитлеровской Германии он в 1946—1958 являлся директором физического института и профессором университета в Геттингене, а после 1958 — директором института физики и астрофизики и профессором университета в Мюнхене. На эти годы приходятся его активные поиски универсального единого описания всех видов материи. Это была грандиозная программа, хотя и нельзя признать, что Гейзенбергу удалось ее реализовать. С юных лет проникнутый идеями античной философии, особенно, идеями Платона, Гейзенберг пытался найти такое всеохватывающее уравнение, которое бы относилось к «праматерии», частными проявлениями которой и являются, по мысли Гейзенберга, все наблюдаемые частицы.

Одну из центральных ролей играли (опять-таки как отражение идей Платона) соображения симметрии, как они понимаются в математике. Отмеченная многочисленными национальными и международными наградами, деятельность Гейзенберга не ограничивалась одной лишь теоретической физикой, одним из крупнейших представителей которой он был. Его перу принадлежат и труды по философии, которой он всегда уделял большое внимание.