Werner Heisenberg (1901–1976) bio je njemački fizičar i jedan od utemeljitelja kvantne mehanike. Najpoznatiji je po principu neodređenosti, koji kaže da se položaj i impuls čestice ne mogu istovremeno izmjeriti s proizvoljnom tačnošću – temeljna ideja koja je zauvijek promijenila način na koji razumijemo prirodu na mikroskopskom nivou. Nobelovu nagradu za fiziku dobio je 1932. godine, kada je imao svega 31 godinu, „za stvaranje kvantne mehanike“, čime je postao jedan od najmlađih dobitnika u istoriji te nagrade.
Globalni, ali čudni superstar nauke
Werner Karl Heisenberg, rođen 5. decembra 1901.u Würzburgu, Kraljevina Bavarska, Njemačko Carstvo, njemački je teoretski fizičar, jedan od pionira kvantne mehanike. Upravo je za oblast kvantne mehanike 1932. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku i to za formulisanje kvantne teorije.
Heisenberg je studirao fiziku i matematiku na dva velika njemačka univerziteta: na Ludwig Maximilians univerzitetu u Minhenu te na Univerzitetu Georg August u Gottingenu, gdje mu je mentor bio još jedan veliki njemački naučnik, Max Born.
Ako je Heisenberg imao samo 31 godinu kada je dobio Nobelovu nagradu, koliko je imao kada je postavio princip u naučne zakone za koje je dobio Nobelovu nagradu? Glavno otkriće, Princip neodređenosti, Heisenberg je opisao i razvio 1927. godine, dakle kada mu je bilo svega 26 godina. 23. februara 1927. u pismu upućenom kolegi, austrijskom fizičaru Wolfgangu Pauliju, Heisenberg opisuje svoj princip. Već 1929. Heisenberg postaje globalni superstar u oblasti nauke te kao gostujući profesor drži predavanja širom svijeta, uključujući i SAD. On je jedna od ličnosti koja će inspirirati nove naraštaje američkih zaljubljenika u fiziku da se opredijeli upravo na specijalizacije iz oblasti kvantne mehanike.
Heisenbergov Princip neodređenosti
Heisenbergov princip neodređenosti jedan je od osnovnih postulata moderne kvantne teorije. Ovaj princip nas vodi u svijet čestica manjih od atoma, za koje, kako je Heisenberg zaključio, ne vrijede pravila koja su nama poznata. Upravo je zbog toga svijet kvantne mehanike čudan i “otkačen”.
Naime, prema ovom pravilu, što bolje i preciznije izmjerimo jedno svojstvo elementarne čestice, to nam je neko drugo njeno svojstvo manje poznato. U slučaju elektrona, te nama tako dobro poznate čestice manje od atoma (dakle, subatomske čestice) – što više znamo o poziciji tijela, to manje znamo o momentu njenog kretanja i suprotno: što više znamo o brzini kojom se ta čestica kreće, to manje precizno možemo odrediti gdje je ta čestica oko atoma. Zamislimo to ovako: ako možemo vrlo precizno izmjeriti brzinu kretanja nekog automobila na autoputu i, recimo, ta brzina iznosi 130km/h, mi manje znamo gdje je taj automobil: jednostavno, kada utvrdimo da je on na nekom mjestu, on zapravo već nije na tom mjestu, nego je još dalje. Zamislite šta je tek sa elektronima, koji osciliraju oko atomskog nukleusa brzinama tek nešto manjim od brzine svjetlosti! Heisenbergov princip je stvorilo novu sliku atoma: atoma oko kojeg se nalazi “oblak” elektrona”.
Prema Heisenbergovom viđenju, princip neodređenosti nije tehnički problem mjerenja niti posljedica „loših instrumenata“, već temeljno svojstvo prirode. On je tvrdio da na kvantnom nivou čestice nemaju istovremeno precizno definisan položaj i impuls. Što tačnije pokušamo odrediti položaj čestice, to nužno gubimo informaciju o njenom impulsu – i obrnuto.
U Heisenbergovoj interpretaciji, čin mjerenja je aktivan proces: da bismo „vidjeli“ česticu, moramo s njom stupiti u interakciju (npr. fotonom), a ta interakcija neizbježno remeti sistem. Ali ključna poenta ide dalje od tog primjera – čak i bez mjerenja, kvantna čestica ne posjeduje istovremeno te klasične osobine s proizvoljnom tačnošću. Neodređenost, dakle, nije u našem neznanju, nego u samoj strukturi fizičke stvarnosti.
Heisenberg je time dopunio sliku atoma koju je napravio njegov kolega i prijatelj, Niels Bohr. Osim toga, Heisenberg je nakon otkrića neutrona, subatomskih čestica u nukleusu atoma koje je 1932. identificirao James Chadwick, predložio i svoj model neutronsko-protonske građe nukleusa atoma.
Sam princip neodređenosti, osim što je promijenio sliku atoma, otvorio je prozor u jedan sasvim novi svijet neobičnih čestica manjih od atoma. Vrhunac tog shvatanja svijeta i materije je nešto što zovemo Standardni model čestica – model koji opisuje i predviđa ponašanje i osobine niza subatomskih čestica.
Heisenberg je za mnoge bio čudan čovjek. Bio je intenzivno introspektivan, sklon dubokim filozofskim raspravama i često potpuno uronjen u apstraktne ideje. Kao vrlo mlad je diskutovao s Bohrом, Pauliјem i Einsteinom bez strahopoštovanja, što je tada djelovalo drsko, gotovo nepristojno. Imao je i neobičnu naviku da najbolje ideje dobija u šetnjama planinama ili dok svira klavir, daleko od laboratorije — matričnu mehaniku je praktično „složio u glavi“.
Nije bio ekscentrik u smislu društvene neprilagođenosti: bio je porodičan čovjek, religiozan, volio je poeziju i klasičnu muziku. Ali je imao hladnu, gotovo asketsku disciplinu mišljenja i bio spreman da odbaci zdrav razum ako matematika kaže drugačije — što je mnogima izgledalo kao intelektualna radikalnost, pa i tvrdoglavost.
Nikada nije bio član nacističke Nacional-socijalističke partije, ali je bio jedan od glavnih članova njemačkog nuklearnog programa koji se takmičio sa Projektom Manhattan u razvoju atomske bombe. Čak je jedne prilike, 1941. razgovarao s Nielsom Bohrom o nuklearnom programu, ali Bohr nije htio učestvovati u tome. Postoje spekulacije da je Heisenberg namjerno usporavao njemački program razvoja, dok drugi tvrde da Njemačka i nije bila blizu razvoja atomske bombe. Prema stranici o Manhattan projektu Ministarstva za energiju SAD-a:
Jedan događaj iz septembra 1941. godine dobro ilustruje zbunjenu i dvosmislenu prirodu mogućeg otpora njemačkih naučnika njemačkom projektu atomske bombe. Heisenberg, koji je u to vrijeme već bio vođa njemačkog programa, zatražio je sastanak sa svojim starim prijateljem i mentorom Nielsom Bohrom. Prema Heisenbergovim riječima, došao je da Bohrа pita za mišljenje o moralnosti rada na atomskoj bombi.
S druge strane, Bohr nije želio imati nikakve veze s njemačkim atomskim istraživanjima i pažljivo je pazio da ne kaže ništa od suštinskog značaja. Heisenberg je ipak obavijestio Bohra o njemačkim nuklearnim istraživanjima i čak mu predao dijagram njemačkog reaktora („pile“) u Berlinu. Međutim, da li je to učinio kako bi upozorio Bohra – a time posredno i Saveznike – ili samo da bi dobio Bohrоv savjet (ili ga čak doveo u zabludu), nemoguće je sa sigurnošću znati.
Godine 1943. dansko podzemlje pomoglo je Bohru da pobjegne u Britaniju (preko neutralne Švedske). Uspio je pobjeći svega nekoliko dana prije nego što je Gestapo planirao njegovo hapšenje, a sa sobom je ponio i crtež Heisenbergovog reaktora.
Osim Nobelove nagrade za fiziku, Heisenberg je dobitnik niza drugih priznanja i nagrada. Postao je član Royal Society, što je prestižan naslov u naučnim krugovima. Kako krv nije voda, jedan od njegovih sinova, Martin Heisenberg, postao je poznat njemački neurobiolog i genetičar.
Po njemu je kodno ime dobio glavni antijunak serije Breaking Bad, Walter White.
Werner Heisenberg je preminuo 1. februara 1976. u Minhenu, Bavarska, tada Zapadna Njemačka.
Video:
Napomena: ovaj tekst je prvobitno objavljen 2018, pa ažuriran s novom ilustracijom i podacima o njemačkom nuklearnom programu 2026.
