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BIOGRAFIE DI GRANDI SCIENZIATI
Heisenberg-Werner Carl. Biografia di uno scienziato
Elenco / Biografie di grandi scienziati
Werner Heisenberg è stato uno dei più giovani scienziati a vincere il Premio Nobel. La determinazione e un forte spirito competitivo lo hanno ispirato a scoprire uno dei principi più famosi della scienza: il principio di indeterminazione. Werner Karl Heisenberg è nato il 5 dicembre 1901 nella città tedesca di Würzburg. Il padre di Werner, August, grazie a un'attività scientifica di successo, riuscì a salire al livello di rappresentanti dell'alta borghesia tedesca. Nel 1910 divenne professore di filologia bizantina all'Università di Monaco. La madre del ragazzo era nata Anna Weklein. Fin dalla nascita di Werner, la sua famiglia decise fermamente che anche lui avrebbe dovuto raggiungere un'alta posizione sociale attraverso l'istruzione. Credendo che la rivalità dovesse favorire il successo nella scienza, suo padre provocò Werner e suo fratello maggiore Erwin in una competizione costante. Per molti anni i ragazzi hanno spesso combattuto, e un giorno la rivalità li ha portati a una tale lotta che si sono picchiati a vicenda con sedie di legno. Crescendo, ognuno di loro andò per la sua strada: Erwin andò a Berlino e divenne un chimico, comunicavano a malapena, a parte rari incontri familiari. Nel settembre 1911 Werner fu mandato in una prestigiosa palestra. Nel 1920 Heisenberg entrò all'Università di Monaco. Dopo la laurea, Werner è stato nominato assistente del professor Max Born presso l'Università di Göttingen. Born era sicuro che il microcosmo atomico fosse così diverso dal macrocosmo descritto dalla fisica classica che gli scienziati non avrebbero nemmeno dovuto pensare di usare i soliti concetti di movimento e tempo, velocità, spazio e una certa posizione delle particelle quando studiano la struttura dell'atomo. La base del micromondo sono i quanti, che non avrebbero dovuto essere compresi o spiegati dalle posizioni visive dei classici superati. Questa filosofia radicale trovò una calda risposta nell'anima del suo nuovo assistente. In effetti, lo stato della fisica atomica a quel tempo somigliava a una specie di cumulo di ipotesi. Ora, se qualcuno potesse provare per esperienza che un elettrone è davvero un'onda, o meglio, sia una particella che un'onda ... Ma non ci sono ancora stati esperimenti del genere. E se è così, allora non era corretto partire dalle sole ipotesi di cosa sia un elettrone, secondo il pedante Heisenberg. È possibile creare una teoria in cui siano noti solo dati sperimentali sull'atomo, ottenuti studiando la luce da esso emessa? Cosa puoi dire di sicuro su questa luce? Che abbia tale e tale frequenza e tale e tale intensità, non più... Secondo la teoria quantistica, un atomo emette luce passando da uno stato energetico all'altro. E secondo la teoria di Einstein, l'intensità della luce di una certa frequenza dipende dal numero di fotoni. Ciò significa che è stato possibile provare a mettere in relazione l'intensità della radiazione con la probabilità di transizioni atomiche. Le oscillazioni quantistiche degli elettroni, assicurava Heisenberg, devono essere rappresentate solo con l'aiuto di relazioni puramente matematiche. È solo necessario scegliere l'apparato matematico appropriato per questo. Il giovane scienziato ha scelto le matrici. La scelta si rivelò vincente e presto la sua teoria fu pronta. Il lavoro di Heisenberg ha gettato le basi per la scienza del movimento delle particelle microscopiche: la meccanica quantistica. Non menziona affatto alcun movimento dell'elettrone. Il movimento nel senso antico della parola non esiste. Le matrici descrivono semplicemente i cambiamenti nello stato del sistema. Pertanto, le domande controverse sulla stabilità dell'atomo, sulla rotazione degli elettroni attorno al nucleo, sulla sua radiazione scompaiono da sole. Invece di un'orbita nella meccanica di Heisenberg, un elettrone è caratterizzato da un insieme o una tabella di numeri individuali, come coordinate su una mappa geografica. Va detto che la meccanica delle matrici è apparsa molto opportunamente. Le idee di Heisenberg furono riprese da altri fisici e presto, secondo Bohr, acquisì "una forma che, nella sua completezza logica e generalità, poteva competere con la meccanica classica". Tuttavia, c'era una circostanza deprimente nel lavoro di Heisenberg. Secondo lui, non poteva riuscire a derivare un semplice spettro dell'idrogeno dalla nuova teoria. E quale fu la sua sorpresa quando, qualche tempo dopo la pubblicazione del suo lavoro... "Pauli mi fece una sorpresa: la meccanica quantistica completa dell'atomo di idrogeno. La mia risposta del 3 novembre iniziava con le parole:" Non è quasi necessario scrivi quanto mi rallegro per la nuova teoria dell'atomo di idrogeno e quanto è grande la mia sorpresa che tu sia riuscito a svilupparla così velocemente"". Quasi contemporaneamente, anche il fisico inglese Dirac stava lavorando alla teoria dell'atomo con l'aiuto di una nuova meccanica. Sia Heisenberg che Dirac avevano calcoli estremamente astratti. Nessuno di loro ha specificato l'essenza dei simboli utilizzati. E solo alla fine dei calcoli, il loro intero schema matematico ha dato il risultato corretto. L'apparato matematico usato da Heisenberg e Dirac per sviluppare le teorie dell'atomo nella nuova meccanica era insolito e complesso per la maggior parte dei fisici. Per non parlare del fatto che nessuno di loro, nonostante tutti i trucchi, non è riuscito ad abituarsi all'idea che un'onda sia una particella e una particella sia un'onda. Come immaginare un lupo mannaro del genere? Erwin Schrödinger, che all'epoca lavorava a Zurigo, affrontò i problemi della fisica atomica da una prospettiva completamente diversa e con obiettivi diversi. La sua idea era che qualsiasi materia in movimento può essere considerata come un'onda. Se questo è vero, allora Schrödinger stava trasformando le basi della meccanica delle matrici di Heisenberg in qualcosa di completamente inaccettabile. Nel maggio 1926, Schrödinger pubblicò una prova che questi due approcci concorrenti erano essenzialmente matematicamente equivalenti. Heisenberg e altri sostenitori della meccanica delle matrici iniziarono subito a combattere in difesa del loro concetto, che da entrambe le parti assunse una colorazione sempre più emotiva. In difesa di questo approccio, hanno messo in gioco il loro futuro. Schrödinger, d'altra parte, ha rischiato la sua reputazione abbandonando i concetti apparentemente irrazionali di discrezione e salti quantici e tornando alle leggi fisiche del moto ondoso continuo, causale e razionale. Nessuna delle due parti era disposta a fare concessioni, il che significherebbe il riconoscimento della superiorità professionale degli avversari. L'essenza stessa e la direzione futura della meccanica quantistica divennero improvvisamente oggetto di controversia nel mondo scientifico. Questo conflitto è stato ulteriormente intensificato dall'emergere di ambizioni di carriera da parte di Heisenberg. Poche settimane prima che Schrödinger pubblicasse una prova dell'equivalenza di entrambi gli approcci, Heisenberg rassegnò le dimissioni dalla cattedra all'Università di Lipsia a favore della collaborazione con Bohr a Copenaghen. Uno scettico Weklein, il nonno di Werner, si precipitò a Copenaghen per cercare di dissuadere suo nipote dalla sua decisione; fu a questo punto che apparve il lavoro di Schrödinger sull'equivalenza di entrambi gli approcci. La rinnovata pressione della sfida di Weklein e Schrödinger ai fondamenti della fisica delle matrici ha portato Heisenberg a raddoppiare i suoi sforzi e cercare di svolgere il lavoro a un livello così alto da essere ampiamente accettato dagli specialisti e alla fine si sarebbe assicurato un posto in qualche altro dipartimento. Tuttavia, almeno tre eventi accaduti nel 1926 gli fecero sentire un enorme divario tra le sue idee e il punto di vista di Schrödinger. Il primo di questi è una serie di conferenze tenute da Schrödinger a Monaco di Baviera alla fine di luglio e dedicate alla sua nuova fisica. In queste conferenze, il giovane Heisenberg ha sostenuto a un pubblico affollato che la teoria di Schrödinger non spiegava certi fenomeni. Tuttavia, non è riuscito a convincere nessuno e ha lasciato la conferenza in uno stato depresso. Poi, in una conferenza autunnale di scienziati e medici tedeschi, Heisenberg assistette a un sostegno completo e, dal suo punto di vista, erroneo alle idee di Schrödinger. Infine, a Copenaghen nel settembre 1926, scoppiò una discussione tra Bohr e Schrödinger, in cui nessuna delle due parti ebbe successo. Di conseguenza, è stato riconosciuto che nessuna delle interpretazioni esistenti della meccanica quantistica può essere considerata abbastanza accettabile. Spinto nel suo lavoro da vari motivi - personali, professionali e scientifici - Heisenberg diede inaspettatamente la necessaria interpretazione nel febbraio 1927, formulando il principio di indeterminazione e non dubitando della sua correttezza. In una lettera a Pauli del 23 febbraio 1927, fornisce quasi tutti i dettagli essenziali dell'articolo "Sull'interpretazione teorica quantistica delle relazioni cinematiche e meccaniche", presentato esattamente un mese dopo, dedicato al principio di indeterminazione. Secondo il principio di indeterminazione, la misura simultanea di due cosiddette variabili coniugate, come la posizione (coordinata) e la quantità di moto di una particella in movimento, porta inevitabilmente a una limitazione di precisione. Più accuratamente viene misurata la posizione di una particella, meno accurato può essere misurato il suo momento e viceversa. Nel caso limite, una determinazione assolutamente accurata di una delle variabili porta ad una totale mancanza di accuratezza nella misurazione dell'altra. L'incertezza non è colpa dello sperimentatore: è una conseguenza fondamentale delle equazioni della meccanica quantistica e una proprietà caratteristica di ogni esperimento quantistico. Inoltre, Heisenberg ha affermato che finché la meccanica quantistica è valida, il principio di indeterminazione non può essere violato. Per la prima volta dalla rivoluzione scientifica, un fisico di spicco ha proclamato che ci sono limiti alla conoscenza scientifica. Insieme alle idee di luminari come Niels Bohr e Max Born, il principio di indeterminazione di Heisenberg entrò nel sistema logicamente chiuso dell'"interpretazione di Copenaghen", che Heisenberg e Born, prima dell'incontro dei principali fisici mondiali nell'ottobre 1927, dichiararono completamente completo e immutabile. Questo incontro, il quinto dei famosi congressi Solvay, ebbe luogo solo poche settimane dopo che Heisenberg divenne professore di fisica teorica all'Università di Lipsia. A soli venticinque anni divenne il professore più giovane della Germania. Heisenberg è stato il primo a presentare una conclusione ben articolata sulla conseguenza più profonda del principio di indeterminazione relativa alla relazione con il concetto classico di causalità. Il principio di causalità richiede che ogni fenomeno sia preceduto da un'unica causa. Questa proposizione è smentita dal principio di indeterminazione dimostrato da Heisenberg. La connessione causale tra il presente e il futuro è persa e le leggi e le previsioni della meccanica quantistica sono di natura probabilistica o statistica. Non ci volle molto perché Heisenberg e gli altri "Copenaghen" trasmettessero la loro dottrina a coloro che non avevano frequentato le istituzioni europee. Negli Stati Uniti, Heisenberg ha trovato un ambiente particolarmente favorevole per la conversione di nuovi aderenti. Durante un viaggio congiunto intorno al mondo con Dirac nel 1929, Heisenberg tenne un corso di conferenze sulla "Dottrina Copenaghen" all'Università di Chicago che ebbe un enorme impatto sul pubblico. Nella prefazione alle sue lezioni, Heisenberg ha scritto: "Lo scopo di questo libro può essere considerato raggiunto se contribuisce a stabilire lo spirito di Copenaghen della teoria quantistica ... che ha mostrato la strada per lo sviluppo generale della fisica atomica moderna". Quando il "portatore" di questo "spirito" tornò a Lipsia, il suo primo lavoro scientifico fu ampiamente riconosciuto nel campo dell'attività professionale che gli assicurò una posizione elevata sia nella società che nella scienza. Nel 1933, insieme a Schrödinger e Dirac, il suo lavoro ricevette il più alto riconoscimento: il Premio Nobel. In cinque anni, l'Heisenberg Institute ha creato le più importanti teorie quantistiche dello stato solido-cristallino, della struttura molecolare, della diffusione della radiazione da parte dei nuclei e del modello protone-neutrone dei nuclei. Insieme ad altri teorici, hanno fatto un enorme passo avanti verso la teoria dei campi quantistici relativistica e hanno gettato le basi per lo sviluppo della ricerca nel campo della fisica delle alte energie. Questi risultati hanno attirato molti dei migliori studenti in un'istituzione scientifica come l'Heisenberg Institute. Cresciuti nella tradizione della "Dottrina Copenaghen", formarono una nuova generazione dominante di fisici che diffusero queste idee in tutto il mondo negli anni Trenta dopo che Hitler salì al potere. Sebbene Heisenberg sia giustamente considerato oggi uno dei più grandi fisici del nostro tempo, è allo stesso tempo criticato per molte delle sue azioni dopo che Hitler salì al potere. Heisenberg non è mai stato membro del partito nazista, ma ha ricoperto alte cariche accademiche ed è stato un simbolo della cultura tedesca nei territori occupati. Dal 1941 al 1945 Heisenberg fu direttore dell'Istituto di Fisica Kaiser Wilhelm e professore all'Università di Berlino. Rifiutando ripetutamente le offerte di emigrazione, diresse le principali ricerche sulla fissione dell'uranio, a cui interessava il Terzo Reich. Dopo la fine della guerra, lo scienziato fu arrestato e inviato in Inghilterra. Heisenberg ha fornito varie spiegazioni per le sue azioni, che hanno ulteriormente contribuito al declino della sua reputazione all'estero. Il figlio fedele del suo paese, Heisenberg, che riuscì a penetrare i segreti della natura, non riuscì a discernere e comprendere la profondità della tragedia in cui era piombata la Germania. Nel 1946 Heisenberg tornò in Germania. Diventa direttore dell'Istituto di Fisica e professore all'Università di Gottinga. Dal 1958, lo scienziato è stato direttore dell'Università di fisica e astrofisica, nonché professore all'Università di Monaco. Negli ultimi anni, gli sforzi di Heisenberg sono stati diretti alla creazione di una teoria dei campi unificata. Nel 1958 quantizzò l'equazione dello spinore non lineare di Ivanenko (l'equazione di Ivanenko-Heisenberg). Molte delle sue opere sono dedicate ai problemi filosofici della fisica, in particolare alla teoria della conoscenza, dove si ergeva sulla posizione dell'idealismo. Heisenberg morì nella sua casa di Monaco di Baviera il 1 febbraio 1976 di cancro ai reni e alla cistifellea. Autore: Samin D.K.
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