Ве́рнер Карл Ге́йзенбергГейзенберг Вернер Карл // Історія науки // також ГайзенберґПопович М. Раціональність і виміри людського буття . — К. : Сфера, 1997.Джон Кехо. Квантовий воїн. — Харків: КСД, 2020. — 278 с.Стівен Гокінґ, Леонард Млодінов. Найкоротша історія часу. — Харків: КСД, 2016. — 260 с.Мюллер Річард. Фізика часу. Усе відбувається зараз. — К.: Наш формат, 2019. — 344 с.Стівен Гокінг. Коротка історія часу. Від великого вибуху до чорних дір. — К.: К. І. С., 2015. (; 5 грудня 1901, Вюрцбург — 1 лютого 1976, Мюнхен) — німецький фізик-теоретик, один із творців квантової механіки, лауреат Нобелівської премії з фізики (1932), член кількох академій і наукових товариств світу.

Гейзенберг є автором низки фундаментальних результатів у квантовій теорії: він заклав основи матричної механіки, сформулював принцип невизначеності, застосував формалізм квантової механіки до проблем феромагнетизму, аномального ефекту Зеемана тощо. Брав активну участь у розвитку квантової електродинаміки (теорія Гейзенберга — Паулі) та квантової теорії поля (теорія S-матриці), в останні десятиріччя життя робив спроби створення єдиної теорії поля. Гейзенбергу належить одна з перших квантовомеханічних теорій ядерних сил; під час Другої світової війни він був провідним теоретиком німецького ядерного проєкту. Низку праць присвячено фізиці космічних променів, теорії турбулентності, філософським проблемам природознавства. Відіграв велику роль в організації наукових досліджень у повоєнній Німеччині.

На честь науковця названо стипендія від Німецького дослідницького фонду (DFG).

Біографія

Юні роки (1901—1920) Вернер Гейзенберг народився у Вюрцбурзі в сім'ї Августа Гейзенберга, професора середньовічної та сучасної грецької філології, й Анні Векляйн (Annie Wecklein), дочки директора мюнхенської гімназії Максиміліана (Maximilian Gymnasium). Він був другою дитиною в родині, його старший брат Ервін (1900—1965) згодом став науковцем-хіміком. 1910 року родина перебралася до Мюнхена, де Вернер навчався у школі, досягнувши успіхів у математиці, фізиці та граматиці. Його навчання перервалося навесні 1918 року, коли його та інших 16-річних підлітків надіслали на ферму для виконання допоміжних робіт. У цей час він серйозно захопився філософією, читав Платона та Канта . Після закінчення Першої світової війни країна та місто опинилися в невизначеній ситуації, влада переходила від однієї політичної групи до іншої. Навесні 1919 року Гейзенберг деякий час служив вістовим, допомагаючи військам нового баварського уряду, які ввійшли до міста . Потім він брав участь у молодіжному русі, учасники якого були незадоволені існуючим станом справ, старими традиціями та забобонами. Ось як згадував сам Гейзенберг про одні збори таких молодих людей: Говорилося багато промов, пафос яких здався б нам сьогодні чужим. Що нам важливіше, доля нашого народу чи всього людства; чи безглуздою поразкою є жертовна смерть полеглих; чи має молодь сама будувати своє життя відповідно до власних уявлень про цінності; що вагоміше: вірність собі чи старі форми, що століттями впорядковували життя людей, — про все це говорили та сперечалися з пристрастю. Я дуже вагався з усіх питань, щоб взяти участь у цих дебатах, але прислухався до них знову і знову…

Проте головний інтерес для нього в цей час становила не політика, філософія чи музика (Гейзенберг був обдарованим піаністом і, за спогадами Фелікса Блоха, міг годинами вправлятися в грі на інструменті), а математика та фізика. Він вивчав їх переважно самостійно, і його знання, які виходили далеко за межі шкільного курсу, були особливо відзначені за результатами заключних іспитів у гімназії. Під час тривалої хвороби він прочитав книгу Германа Вейля «Простір, час і матерія», був вражений міццю математичних методів та їхнім застосуванням і вирішив вивчати математику в Мюнхенському університеті, куди вступив влітку 1920 року. Проте професор математики Фердинанд фон Ліндеман відмовився зробити новачка учасником свого семінару, і за порадою батька Гейзенберг звернувся до відомого фізика-теоретика Арнольда Зоммерфельда. Той одразу погодився прийняти Вернера в свою групу, де вже працював молодий Вольфганг Паулі, який незабаром став близьким другом Гейзенберга .

Мюнхен — Геттінген — Копенгаген (1920—1927)

Під керівництвом Зоммерфельда Гейзенберг розпочав роботу в руслі так званої «старої квантової теорії». Взимку 1922—1923 року Зоммерфельд перебував в університеті Вісконсина (США), рекомендувавши своєму учневі попрацювати в Геттінгені під керівництвом Макса Борна. Так почалося плідне співробітництво двох науковців. Гейзенберг вже відвідував Геттінген у червні 1922 року під час так званого «Борівського фестивалю», серії лекцій про нову атомну фізику, прочитаних Нільсом Бором. Молодому фізику навіть вдалося познайомитися зі знаменитим данцем і поговорити з ним під час однієї з прогулянок. Як згодом згадував сам Гейзенберг, ця розмова справила великий вплив на формування його поглядів і підходу до розв'язання наукових проблем. Він так визначив роль різних впливів у його житті: «У Зоммерфельда я навчився оптимізму, у геттінгенців — математики, а у Бора — фізики» .

Гейзенберг повернувся до Мюнхена на літній семестр 1923 року. До того часу він підготував дисертацію, присвячену деяким фундаментальним проблемам гідродинаміки. Цю тему запропонував Зоммерфельд, який вважав, що класична тематика спростить захист. Однак крім дисертації для здобуття ступеня доктора філософії у фізиці було необхідно скласти усний іспит з трьох предметів. Особливо важким виявилося випробування з експериментальної фізики, якій Гейзенберг не приділяв особливої уваги. Він не зміг відповісти на жодне питання професора Вільгельма Віна (про роздільну здатність інтерферометра Фабрі — Перо, мікроскопа, телескопа та про принцип дії свинцевого акумулятора), але завдяки заступництву Зоммерфельда йому все ж поставили найнижчу оцінку, достатню для присудження ступеня.

Восени 1923 року Гейзенберг повернувся у Геттінген до Борна, який домігся для нього додаткового місця асистента. Борн таким чином описав свого нового співробітника:

Він був схожий на простого сільського хлопця, з коротким, світлим волоссям, ясними живими очима і чарівним виразом обличчя. Він виконував свої обов'язки асистента серйозніше, ніж Паулі, і надавав мені велику допомогу. Його незбагненна швидкість і гострота розуміння завжди дозволяли йому виконувати величезну роботу без особливих зусиль.

У Геттінгені молодий науковець продовжив свою роботу над теорією ефекту Зеемана та іншими квантовими проблемами, а наступного року пройшов процедуру габілітації, отримавши офіційне право читати лекції. Восени 1924 року Гейзенберг вперше приїхав до Копенгагена, щоб попрацювати під керівництвом Нільса Бора. Він також почав тісно співпрацювати з Гендріком Крамерсом, написавши спільну статтю з квантової теорії дисперсії.

Навесні 1925 року Гейзенберг повернувся до Геттінгена й протягом кількох наступних місяців домігся вирішального прогресу в побудові першої логічно узгодженої квантової теорії — матричної механіки. Надалі формалізм теорії був доведений до досконалості за участю Борна і Паскуаля Йордана. Інше формулювання теорії — хвильова механіка — було запропоновано Ервіном Шредінгером і стимулювало як появу численних конкретних застосувань, так і глибоке опрацювання фізичних основ теорії. Одним з підсумків цієї діяльності став принцип невизначеності, сформульований на початку 1927 року .

Лейпциг — Берлін (1927—1945)

Визнання наукових заслуг Гейзенберга прийшло через запрошення на посаду професора, які надійшли з Лейпцига та Цюриха. Науковець обрав Лейпциг, де директором фізичного інституту при університеті працював Петер Дебай, і в жовтні 1927 року обійняв посаду професора теоретичної фізики. Іншими його колегами були Грегор Венцель та Фрідріх Гунд, а першим асистентом став Ґвідо Бек. Гейзенберг виконував численні обов'язки на факультеті, читав лекції з теоретичної фізики, організував щотижневий семінар з атомної теорії, який супроводжувався не лише інтенсивним обговоренням наукових проблем, але також дружнім чаюванням і часом поступово перетворювався на змагання з настільного тенісу (молодий професор грав дуже добре і з великим азартом). Як зазначають біографи науковця Невілл Мотт та Рудольф Пайєрлс, рання слава практично не вплинула на особисті якості Гейзенберга: Ніхто не засудив би його, якби він почав сприймати себе серйозно і став трохи бундючним після того, як він зробив принаймні два вирішальні кроки, що змінили обличчя фізики, і після отримання в настільки юному віці статусу професора, що змушувало і багатьох старших і менш значних людей відчувати себе важливими, але він залишився таким, яким і був, — неофіційним і веселим у спілкуванні, майже хлоп'ячим, і був скромним, майже сором'язливим.

У Лейпцизі з'явилися перші учні Гейзенберга, і скоро там сформувалася велика наукова школа. У різний час співробітниками теоретичної групи були Фелікс Блох, Уго Фано, Еріх Гюккель, Роберт Маллікен, Рудольф Пайєрлс, , , Едвард Теллер, Ласло Тісса, Джон Хазбрук ван Флек, Віктор Вайскопф, Карл фон Вайцзеккер, Кларенс Зенер, Ісидор Рабі, Гліб Ватагін, , Ганс Генріх Ейлер, , Теодор Ферстер, Грета Герман, Герман Артур Ян, Фріц Заутер, Іван Супек, Гаральд Вергеланд, Джан-Карло Вік, Вільям Г'юстон та багато інших. Хоча професор зазвичай не придивлявся до математичних подробиць у роботах своїх учнів, проте часто допомагав з'ясувати фізичну сутність досліджуваної проблеми. Перший студент Гейзенберга (а згодом — нобелівський лауреат) Фелікс Блох так схарактеризував педагогічні та наукові якості свого наставника:

Якщо я повинен вибрати єдину з його великих якостей як вчителя, то це було б його надзвичайно позитивне ставлення до будь-якого прогресу і його заохочення…. Однією з найдивовижніших особливостей Гейзенберга була майже безпомилкова інтуїція, яку він виявляв у своєму підході до фізичної проблеми, і феноменальний спосіб, за допомогою якого розв'язки начебто падали з неба.

У 1933 році Гейзенбергу було присуджено Нобелівською премією з фізики за попередній рік з формулюванням «за створення квантової механіки, застосування якої, серед іншого, призвели до відкриття алотропних форм водню». Незважаючи на радість, науковець висловив здивування у зв'язку з тим фактом, що його колеги Поль Дірак і Ервін Шредінгер здобули одну премію (за 1933 рік) на двох, а Макс Борн і зовсім був обійдений увагою Нобелівського комітету . У січні 1937 року він познайомився з молодою дівчиною Елізабет Шумахер (Elisabeth Schumacher), дочкою берлінського професора економіки, і у квітні одружився з нею. Наступного року у них народилися близнята Вольфганг і Анна-Марія. Усього в них було семеро дітей, деякі з них також виявили цікавість до науки: Мартін став генетиком, Йохен — фізиком, а Анна-Марія і Верена — фізіологами .

До того часу політична ситуація в Німеччині докорінно змінилася: до влади прийшли націонал-соціалісти на чолі з Гітлером. Гейзенберг, який вирішив залишитися в країні, незабаром був підданий нападу з боку противників так званої «єврейської фізики», до якої вони відносили, серед іншого, квантову механіку та теорію відносності. Все ж, протягом 1930-х — початку 1940-х років науковець плідно працював над проблемами теорії атомного ядра, фізики космічних променів, квантової теорії поля. З 1939 року він брав участь у діяльності німецького ядерного проєкту як один з його лідерів, а 1942 року був призначений професором фізики Берлінського університету і керівником Інституту фізики Товариства кайзера Вільгельма.

Післявоєнний період (1946—1976)