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ハイゼンベルク・ヴェルナー・カール。 科学者の伝記
ヴェルナー ハイゼンベルクは、ノーベル賞を受賞した最年少の科学者の XNUMX 人でした。 目的意識と強い競争心により、彼は科学の最も有名な原理の XNUMX つである不確定性原理を発見するようになりました。 ヴェルナー・カール・ハイゼンベルクは、5 年 1901 月 1910 日、ドイツのヴュルツブルク市で生まれました。 ヴェルナーの父、アウグストは、科学活動の成功のおかげで、ドイツのブルジョアジーの上流階級の代表者のレベルにまで上昇することができました。 XNUMX年、ミュンヘン大学でビザンチン哲学の教授になった。 少年の母親は旧姓アンナ・ウェクラインでした。 ウェルナーが生まれたときから、彼の家族は彼も教育を通じて高い社会的地位を獲得すべきだと固く決心していました。 競争は科学で成功を収めるのに役立つはずだと信じていた彼の父は、ヴェルナーと兄のエルウィンを絶えず競争に駆り立てました。 何年もの間、少年たちはしばしば喧嘩をしていました。 成長して、それぞれが自分の道を歩みました.Erwinはベルリンに行き、化学者になりました.まれな家族会議を除いて、彼らはほとんどコミュニケーションを取りませんでした. 1911 年 1920 月、ヴェルナーは有名な体育館に送られました。 XNUMX 年、ハイゼンベルクはミュンヘン大学に入学しました。 卒業後、ウェルナーはゲッティンゲン大学のマックス ボルン教授の助手に任命されました。 ボーンは、原子の小宇宙が古典物理学によって記述された大宇宙とは非常に異なるため、科学者は原子の構造を研究する際に、運動と時間、速度、空間、および粒子の特定の位置の通常の概念を使用することさえ考えるべきではないことを確信していました. ミクロワールドの基礎は量子であり、時代遅れの古典の視覚的位置から理解または説明しようとするべきではありませんでした。 この急進的な哲学は、彼の新しいアシスタントの魂に温かい反応をもたらしました。 確かに、当時の原子物理学の状態は、ある種の仮説の山に似ていました。 さて、誰かが経験によって、電子が本当に波であること、または粒子と波の両方であることを証明できれば... しかし、そのような実験はまだありません. もしそうなら、衒学的なハイゼンベルグによれば、電子が何であるかの仮定だけから進めるのは正しくない. 原子から放出された光を研究することによって得られた、原子に関する既知の実験データのみが存在するという理論を作成することは可能ですか? この光について確かに言えることは何ですか？ それがこれこれの周波数とこれこれの強度を持っていることは、もはや... 量子論によれば、原子はあるエネルギー状態から別のエネルギー状態に移行することによって光を放出します。 アインシュタインの理論によれば、特定の周波数の光の強度は光子の数に依存します。 これは、放射強度を原子遷移の確率に関連付けることができたことを意味します。 ハイゼンベルクは、電子の量子振動は、純粋に数学的関係の助けを借りてのみ表現されなければならないことを確信しています。 これには、適切な数学的装置を選択するだけで十分です。 若い科学者は行列を選びました。 選択は成功したことが判明し、すぐに彼の理論の準備が整いました。 ハイゼンベルクの業績は、微視的粒子の運動の科学である量子力学の基礎を築きました。 電子の動きについてはまったく言及されていません。 前者の意味での動きは存在しません。 マトリックスは、システムの状態の変化を単純に表します。 したがって、原子の安定性、核の周りの電子の回転、その放射についての物議を醸す問題は自然に消えます。 ハイゼンベルグ力学の軌道の代わりに、電子は、地理的な地図上の座標のように、個々の数のセットまたはテーブルによって特徴付けられます。 マトリックス力学は非常に偶然に登場したと言わざるを得ません。 ハイゼンベルグのアイデアは他の物理学者によって取り上げられ、すぐにボーアによれば、「その論理的完全性と一般性において、古典力学と競合できる形」を獲得した。 しかし、ハイゼンベルグの作品には憂鬱な状況が 3 つあります。 彼によると、彼は新しい理論から水素の単純なスペクトルを導き出すことに成功できなかった. そして、彼の作品の出版後しばらくして、彼の驚きは何でしたか... 「パウリは私に驚きを与えました: 水素原子の完全な量子力学. XNUMX 月 XNUMX 日の私の答えは言葉で始まりました:」水素原子の新しい理論にどれだけ喜んでいるか書いてください.そして、あなたがそれを非常に迅速に開発できたことにどれほど驚いていますか. ほぼ同時に、英国の物理学者ディラックも、新しい力学の助けを借りて原子の理論に取り組んでいました. ハイゼンベルクもディラックも、非常に抽象的な計算を行っていました。 それらのいずれも、使用されている記号の本質を指定していません。 そして、計算の最後にのみ、彼らの数学的スキーム全体が正しい結果をもたらしました。 ハイゼンベルグとディラックが新しい力学で原子の理論を開発する際に使用した数学的装置は、ほとんどの物理学者にとって奇妙で複雑なものでした。 言うまでもなく、すべてのトリックにもかかわらず、波が粒子であり、粒子が波であるという考えに慣れることができなかったという事実は言うまでもありません。 そのような狼男をどのように想像しますか？ 当時チューリッヒで働いていたエルヴィン・シュレディンガーは、原子物理学の問題にまったく別の角度から、別の目標を持って取り組みました。 彼の考えは、動いている物質はすべて波と見なすことができるというものでした。 もしこれが本当なら、シュレディンガーはハイゼンベルクの行列力学の基礎を完全に受け入れられないものに変えていた. 1926 年 XNUMX 月、シュレーディンガーは、これら XNUMX つの競合するアプローチが本質的に数学的に同等であるという証明を発表しました。 ハイゼンベルグと他の行列力学の信奉者はすぐに彼らの概念を擁護するために戦い始め、両側でますます感情的な色を帯びた. このアプローチを擁護するために、彼らは自分たちの将来を賭けました。 一方、シュレディンガーは、離散性と量子飛躍の一見不合理な概念を認識することを拒否し、連続的で因果的で合理的な波動の物理法則に戻ることで、彼の評判を危険にさらしました. どちらの側も譲歩するつもりはありませんでした。これは、対戦相手のプロとしての優位性を認めることを意味します。 量子力学の本質と将来の方向性は、科学界で突然論争の的となった。 この争いは、ハイゼンベルグ側のキャリアへの野望の出現によってさらに激化した。 シュレディンガーが両方のアプローチの同等性の証明を発表するわずか数週間前に、ハイゼンベルクはライプツィヒ大学の教授職を辞任し、コペンハーゲンでボーアと共同研究することに賛成した。 ヴェルナーの祖父である懐疑的なウェクラインは、コペンハーゲンに急いで行き、孫に彼の決定を説得しようとしました。 この時点で、両方のアプローチの等価性に関するシュレディンガーの研究が登場しました。 Weklein と Schrödinger の行列物理学の基礎への挑戦からの新たなプレッシャーにより、ハイゼンベルクは努力を倍増させ、専門家に広く受け入れられるほど高いレベルで仕事をしようとし、最終的には他の部門で場所を確保しました。 しかし、1926 年に起こった少なくとも XNUMX つの出来事により、彼は自分の考えとシュレーディンガーの視点との間に大きな隔たりを感じました。 これらの最初の講義は、シュレディンガーが XNUMX 月末にミュンヘンで行った一連の講義で、彼の新しい物理学に専念しています。 これらの講義で、若きハイゼンベルクは大勢の聴衆に向けて、シュレディンガーの理論では特定の現象を説明できないと主張しました。 しかし、彼は誰の説得にも失敗し、意気消沈したまま会議を後にしました。 その後、ドイツの科学者と医師の秋の会議で、ハイゼンベルグはシュレディンガーの考えに対する完全な、そして彼の観点からは誤った支持を目撃した。 最後に、1926 年 XNUMX 月のコペンハーゲンで、ボーアとシュレーディンガーの間で話し合いが始まりましたが、どちらも成功しませんでした。 その結果、量子力学の既存の解釈はどれも完全に受け入れられるとは考えられないことが認識されました。 個人的、専門的、科学的なさまざまな動機に突き動かされて、ハイゼンベルクは 1927 年 XNUMX 月に予期せず必要な解釈を行い、不確実性原理を定式化し、その正確性を疑いませんでした。 23 年 1927 月 XNUMX 日付のパウリへの手紙の中で、彼は記事「運動学的および機械的関係の量子論的解釈について」のほぼすべての重要な詳細を述べています。 不確定性原理によれば、移動する粒子の位置 (座標) と運動量などの XNUMX つのいわゆる共役変数を同時に測定すると、必然的に精度が制限されます。 粒子の位置が正確に測定されるほど、その運動量を正確に測定できなくなります。逆もまた同様です。 限定的なケースでは、一方の変数を完全に正確に決定しても、もう一方の変数を測定する際には完全に正確さが失われます。 不確実性は実験者のせいではありません。それは、量子力学の方程式の基本的な結果であり、すべての量子実験の特性です。 さらに、ハイゼンベルグは、量子力学が有効である限り、不確定性原理を破ることはできないと述べました。 科学革命以来初めて、一流の物理学者が科学的知識には限界があると宣言しました。 ニールス ボーアやマックス ボルンなどの著名人のアイデアとともに、ハイゼンベルグの不確定性原理は「コペンハーゲン解釈」の論理的に閉じたシステムに入りました。ハイゼンベルグとボルンは、1927 年 XNUMX 月に世界をリードする物理学者が集まる前に、完全に完全であると宣言しました。不変。 有名なソルベイ会議の第 XNUMX 回となるこの会議は、ハイゼンベルクがライプツィヒ大学の理論物理学の教授になったわずか数週間後に開催されました。 わずか XNUMX 歳で、彼はドイツで最年少の教授になりました。 ハイゼンベルグは、因果関係の古典的な概念との関係に関連する不確定性原理の最も重大な結果について、明確な結論を最初に提示した. 因果関係の原則は、すべての現象の前に単一の原因があることを要求します。 この命題は、ハイゼンベルグによって証明された不確定性原理によって否定されています。 現在と未来の間の因果関係は失われ、量子力学の法則と予測は、本質的に確率論的または統計的です。 ハイゼンベルクや他の「コペンハーゲン人」が、ヨーロッパの機関に参加していない人々に彼らの教義を伝えるのに、それほど時間はかかりませんでした。 米国では、ハイゼンベルグは、新しい支持者を改宗させるのに特に好ましい環境を見つけました。 1929 年にディラックと一緒に世界中を旅したとき、ハイゼンベルクはシカゴ大学で「コペンハーゲン ドクトリン」に関する講義を行い、聴衆に大きな影響を与えました。 講義の序文で、ハイゼンベルクは次のように書いています。 この「精神」の「担い手」がライプツィヒに戻ったとき、彼の初期の科学的業績は専門的な活動の分野で広く認められ、社会と科学の両方で高い地位を確保しました。 1933年、シュレーディンガーやディラックとともに、彼の作品は最高の評価、ノーベル賞を受賞しました。 XNUMX 年以内に、ハイゼンベルグ研究所は、固体結晶状態、分子構造、原子核による放射線の散乱、および原子核の陽子-中性子モデルの最も重要な量子理論を作成しました。 他の理論家と共に、彼らは相対論的場の量子論に向けて大きな一歩を踏み出し、高エネルギー物理学の分野における研究開発の基礎を築きました。 これらの成果は、ハイゼンベルグ研究所のような科学機関に多くの優秀な学生を引き付けました。 「コペンハーゲンの教義」の伝統で育てられた彼らは、ヒトラーが権力を握った後のXNUMX年代に、これらのアイデアを世界中に広めた新しい支配的な世代の物理学者を形成しました。 ハイゼンベルグは今日、私たちの時代の最も偉大な物理学者の一人と正当に見なされていますが、同時に、ヒトラーが権力を握った後の彼の行動の多くについて批判されています。 ハイゼンベルグはナチ党のメンバーではありませんでしたが、彼は高い学問的地位を保持し、占領地におけるドイツ文化の象徴でした。 1941年から1945年まで、ハイゼンベルクはカイザーヴィルヘルム物理学研究所の所長であり、ベルリン大学の教授でした。 彼は移住の申し出を繰り返し拒否し、第三帝国が関心を持っていたウランの核分裂に関する主な研究を率いた。 終戦後、科学者は逮捕され、イギリスに送られました。 ハイゼンベルグは自分の行動についてさまざまな説明をしたため、海外での彼の評判がさらに低下しました。 彼の国の忠実な息子であるハイゼンベルグは、自然の秘密を突き破ることができましたが、ドイツが陥った悲劇の深さを識別して理解することができませんでした. 1946 年、ハイゼンベルクはドイツに戻りました。 彼は物理学研究所の所長になり、ゲッティンゲン大学の教授になりました。 1958 年以来、科学者は物理大学と天体物理学のディレクターであり、ミュンヘン大学の教授でもありました。 近年、ハイゼンベルグの努力は、統一された場の理論の作成に向けられてきました。 1958 年に、彼はイヴァネンコの非線形スピノール方程式 (イヴァネンコ-ハイゼンベルグ方程式) を量子化しました。 彼の作品の多くは、物理学の哲学的問題、特に彼が理想主義の立場に立った知識の理論に専念しています。 ハイゼンベルクは 1 年 1976 月 XNUMX 日にミュンヘンの自宅で腎臓と胆嚢の癌で亡くなりました。 著者: サミン D.K.
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