ڤرنر هايزنبرگ
ڤرنر كارل هايزنبرگ (5 ديسمبر 1901 - 1 فبراير 1976) (الإنجليزية:Werner Karl Heisenberg) كان فيزيائياً ألمانياً بارزاً وحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1932. وأحد مؤسس فيزياء الكم، وأحد أهم فيزيائيي القرن العشرين. وكان هايزنبرگ رئيس مشروع الطاقة النووية الألماني تحت نظام النازي، إلا أن طبيعة المشروع وعمله فيه بحكم منصبه ما زالا موضع خلاف. اكتشف أحد أهم مباديء الفيزياء الحديثة و هو مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ.
ڤرنر هايزنبرگ Werner Heisenberg | |
|---|---|
 ڤرنر كارل هايزنبرگ | |
| وُلِدَ | ديسمبر 5, 1901 |
| توفي | فبراير 1, 1976 (aged 74) |
| الجنسية | ألماني |
| المدرسة الأم | جامعة ميونيخ |
| اللقب | مبدأ عدم اليقين فيزياء الكم |
| الجوائز |  جائزة نوبل في الفيزياء (1932) |
| السيرة العلمية | |
| المجالات | فيزيائي |
| الهيئات | University of Göttingen (1924) University of Copenhagen (1926-27) University of Leipzig (1927-41) University of Berlin (1941) University of St. Andrews (1955-56) University of Munich (1958) |
| المشرف على الدكتوراه | أرنولد سمرفلد |
| طلاب الدكتوراه | Felix Bloch إدوارد تلر Rudolph E. Peierls Friedwardt Winterberg |
نشأ في وسط ثقافي يمجد التراث الفكري الأوربي المتمثل بالفلسفة اليونانية ويعتز بوطنه ألمانيا. فوالده ـ أستاذ اللغة اليونانية البيزنطية في جامعة مونيخ ـ كان له أثره في قرار ڤرنر فيما بعد في أن يظل في بلده ليحمل مشعل الثقافة الألمانية عندما وصلت النازية إلى السلطة.
أنهى دراسته الثانوية عام 1920. ودفعه ولعه بالفيزياء النظرية إلى الطلب من الفيزيائي الألماني زومرفِلْد Sommerfeld أن يقبله طالباً عنده، فنصحه هذا عندئذ أن يكمل دروس الفيزياء الأساسية. وهكذا حصل بعد ثلاث سنوات فقط على الدكتوراه عام 1923 وعمل بعدها مساعداً لماكس بورن في جامعة غوتينغن. ولم تمض سوى سنتين حتى نشر له عام 1925 بحث ثوري جديد في الفيزياء الكمومية كان أساس ما عرف باسم ميكانيك الكم[ر] (أو ميكانيك المصفوفات). فقد كان عنوان بحثه «حول تفسير كمومي نظري للعلاقات الحركية والميكانيكية»، وقد اقترح في مقالته تفسيراً جديداً لمفاهيم الميكانيك الأساسية.
كانت فكرة هايزنبرغ جديدة كلياً، وتقوم على فكرة فلسفية هي أن الفيزياء لا يجوز أن تتعامل إلا بأشياء يمكن رصدها، وهكذا تخلى عن محاولات بور[ر] Bohr تطعيم النظريات التقليدية بالنظريات الكمومية، كما تخلى عن مداراته وجسيماته التي كانت هي نفسها دافعه إلى البحث عن نظرة جديدة؛ لأن عالم الذرة يحتاج إلى ميكانيك كمومي جديد ينطلق من فكرة أن الطاقة غير مستمرة، وأنها تُبث على دفعات حسبما اكتشف بلانك[ر] وأينشتاين[ر]. فلم يجد هايزنبرغ وسيلة لذلك سوى أن يتخلى عن الحديث عن إلكترون يمر بنقطة معيّنة أو يسير على مدار خاص، وأصبح الإلكترون عنده مجموعة أعداد مرتبة في جدول أو هو هذا الجدول (الذي يسمى مصفوفة). وهكذا مثَّل اندفاع الجسيم بمصفوفة، ولتكن p، وكذلك فعل بما يسمى موضعه، وليكن q. وسرعان ما تبين هايزنبرغ أن الجداء pq لا يساوي الجداء qp (الجداء غير تبديلي). وقد استطاع أن يثبت أن هذه اللاتبديلية تعني أن هناك ارتياباً؛ أي لا يمكن تحديد p وq معاً بدقة، وكلما حُدد أحدهما بدقة زاد الارتياب في الثاني. وهذا ما سمي مبدأ التتامية[ر] عند هايزنبرغ، وينص على أن جداء الارتياب في موضع الجسم ∆q في الارتياب في اندفاعه ∆p لايمكن أن يكون أقل من حد معين؛ أي:
حيث h ثابت بلانك.
لم يكن هايزنبرغ على دراية كبيرة بحساب المصفوفات الجديد العهد نسبياً آنذاك، لذلك استعان ببورن وجوردان[ر]، وطور الثلاثة معاً ما يعرف بميكانيك الكم.
يُعد هايزنبرغ في طليعة الفيزيائيين النظريين، وقد منح جائزة نوبل عام 1932 لبحثه السالف الذكر. ولكن أبحاثه تناولت مجالات متعددة: جدَّد في بادئ الأمر نظرية انحفاظ التمغنط (كما في الحديد والنيكل)، واكتشف أشكال وجود الهدروجين، كانت أطروحته للدكتوراه عن اضطراب السائل في الجداول (وهذه مساهمة مهمة في هدروديناميك الاضطراب)، بحث في نواة الذرة والأشعة الكونية، وخطط لأول مفاعل نووي ألماني بعد الحرب العالمية الثانية، وعلل مبدأ الارتياب بطريقة حسية بأن الارتياب هو نتيجة لتدخل المجرب الذي يؤدي تدخله إلى اضطراب (على سبيل المثال في وضع الجسيم المراقَب أو اندفاعه). واكتشف عدة ثنائيات (غير الموضع والاندفاع) تدخل في علاقة ارتياب ،مثل الطاقة والزمن. وقد عزي إلى هذه العلاقات اقتناع العلماء فيما بعد بأفكار بورن وشرودنغر[ر] عن ضرورة التسليم بإحلال القوانين الاحتمالية في المجالات تحت الذرية محل القوانين الحتمية التي عرفت في العالَم الماكروي. وفي السنوات التي تلت الحرب اهتم هايزنبرغ باستخدام طريقة فائقة التجريد لتمثيل حالات الجسيمات المادية المختلفة.
تأثر هايزنبرغ فلسفياً بنيلز بو[ر]، ومما أخذه عنه الطبيعة الحوارية والاجتماعية للإبداع العلمي، وفكرة التكاملية في الكون (الإنسان ـ الطبيعة، موجة ـ جسيم). وأخذ عن أينشتاين فكرة البساطة معياراً للنظام الكامن في الطبيعة، والواقعية العلمية التي تقول: إن العلم يصف الطبيعة ذاتها. وقد عارض - في كتاباته عن ميكانيك الكم - مدرسة ماخ[ر] النمساوية التي نادت بالوضعية المنطقية. والأهم من الوجهة النظرية هي أن هايزنبرغ وضع أسس ميكانيك جديد أصبح معه مجال تطبيق ميكانيك نيوتن[ر] محصوراً في العالم الماكروي؛ كما أنه فسر لماذا أُوحي لبور بفكرة مدارات مستقرة للإلكترونات حول النواة.
عمل هايزنبرغ أستاذاً في جامعة لايبزغ من عام 1927 حتى عام 1941، وفي السنوات الأربع التالية تسنّم إدارة معهد القيصر ڤيلهلم (حالياً معهد ماكس بلانك). ولم يكن هايزنبرغ مرتاحاً للسياسة النازية، ولكنه لم يكن معادياً لها. وفي أثناء الحرب عمل مع أوتو هان[ر] في تطوير مفاعل نووي، ولكنهما لم يتوصلا إلى تطوير برنامج للسلاح النووي، وربما لم يريدا ذلك، أو لم يجدا الوسائل والمواد الضرورية له. وهو يعدّ واحداً من أكبر مفكري القرن العشرين وأكثرهم خصوبة فكرية. وتُوفِّي في مدينة مونيخ.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
أهمية نظريته العلمية
جاء اكتشاف هايزنبرج في علم الفيزياء تحديدًا اكتشافه ميكانيكا الكم، فالميكانيكا هي ذلك الفرع من علم الفيزياء الذي يهتم بالقوانين العامة للتحكم في حركة الأشياء المادية. إنه أهم فروع علم الفيزياء، وفي السنوات الأولى من القرن العشرين، أصبحت قوانين الفيزياء المعروفة غير قادرة على تفسير حركة الأشياء الصغيرة كالذرات وجزيئات الذرات، وكان شيئا محيراً ومقلقاً أيضاً حيث كانت تلك القوانين قادرة على تفسير الأشياء الأكبر حجماً من الذرة أما الذرة وما دونها فلم تجد قوانين تفسر حركتها. وفي سنة 1925 قدم فرنر هيزنبرج قوانين جديدة تختلف تماماً عن تلك الصيغ التي قدمها نيوتن قبل ذلك. أما نظرية هايزنبرج - وقد أدخل عليها عدد آخر من العلماء بعض التعديلات - فأصبحت قادرة على تفسير حركة كل لأشياء صغيرها وكبيرها. ومن أهم نتائج نظرية هيزنبرج في تفسير حركة الذرات مبدأ اسمه مبدأ عدم التأكد. هذا المبدأ الذي وضع صيغته سنة 1927. ويعتبر هذا المبدأ من أعظم المبادئ أثراً في تاريخ العلم الحديث حيث أنه يضح حدوداً لقدرة الإنسان على قياس الأشياء.
فهذا المبدأ معناه أنه لا يمكن قياس خاصتين فيزيائيتين (كالمكان والسرعة) لجسيم كمي (كالإلكترون) بلحظة معينة دون وجود قدر من عدم التأكد من أحد الخاصيتين أو كليهما. فإذا عرفنا مكان الإلكترون بلحظة أصبح متسحيلا معرفة سرعته بدقة، لأن إلكترونا متحركا في لحظة من الزمن (خلال فترة زمنية تتناهى إلى الصفر) سيبدو ساكنا. فإذا هناك قدر لا يمكن معرفته ولا نستطيع أن نكون على يقين منه. أما نتائج هذا المبدأ فشيء هائل حقاً، فإذا كانت القوانين الأساسية للفيزياء تمنع أي عالماً مهما كانت ظروفه مثالية، من أن يحصل على أية معلومات مؤكدة، فمعنى ذلك أنه لا يستطيع أن يتنبأ بحركة أي شيء مستقبلاً. ومعنى هذا المبدأ وتطبيقاً له فإن أي تعديل أو تطوير في وسائلنا في المعرفة لن بمكننا من التغلب على هذه الصعوبة.
ومبدأ عدم اليقين هذا معناه أن علم الفيزياء لا يستطيع أن يفعل أكثر من أن تكون لديه تنبؤات إحصائية فقط. فالعالم الذي يدرس الإشعاع الذي مثلا، يمكنه أن يتنبأ فقط بأن من كل ألف مليون ذرة راديوم مليونان فقط سوف يصدران آشعة جاما في اليوم التالي، كما أنه لا يستطيع التنبؤ أي نوع من ذرات الراديوم سوف يفعل ذلك. ولكن يمكننا القول أنه كلما زادت عدد الذرات كلما زاد عدم التأكد وكلما نقصت كلما زاد التأكد. وكانت هذه النظرية مقلقة لدرجة أن عالماً كبيراً بوزن آينشتين قد رفضها أول الأمر. وهو الذي قال " إن عقلي لا يستطيع أن يتصور أن الله يلعب النرد بهذا الكون " متناسياً إدراكه الشخصي وإدراك الله تعالى، ومع ذلك لم يجد العلماء أمامهم إلا قبول هذه النظرية التي اهتدى إليها هايزنبرج.
نتائج نظريته الهامة
ومن الواضح أن نظرية الكم هذه لها نتائج أعمق من نظرية النسبية لأينشتين وكانت لها آثار فلسفية عميقة. ومن نتائج هذه النظرية أننا استخدمنا الميكروسكوب الإلكتروني وآشعة الليزر والترانزستور، كما أن لفيزياء الكم نتائجها العلمية في الفيزياء النووية والطاقة النووية، وهي أساس معلوماتنا عن الطيف الضوئي. كما أنها تستخدم في الفلك وفي الكيمياء كما أننا نعتمد عليها في معرفة خواص الهيليوم السائل والتكوينات الداخلية للنجوم ومغناطيسية الحديد والإشعاع النووي. يذكر أن هناك من اهتموا وساهموا في نظرية الكم في الميكانيكا أمثال : ماكس بلانك، ألبرت أينشتاين، ونيلس بور والعالم الفرنسي لويس دي بروي كما ساهم فيها بعد نشرها عدد آخر من العلماء كالعالم النمساوي إرفين شرودنغر والعالم الإنجليزي بول ديراك، كلاهما قد أضاف تصوراً جديداً إلى ميكانيكا الكمّ بالإضافة إلى تصور هايزنبرغ المبني على ميكانيكا المايتركس، فتصور شرودنغر مبني على معادلة شرودنغر وتصور ديراك المبني على معادلته.
المصادر
- David C. Cassidy, "Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg", (W. H. Freeman) ISBN 0-7167-2503-7
- James Glanz, "New Twist on Physicist's Role in Nazi Bomb". The New York Times, February 7, 2002.
- Mark Walker, German National Socialism and the Quest for Nuclear Power, 1939-1949 (London: Cambridge University Press, 1990). ISBN 0-521-36413-2 (Hardcover) ISBN 0-521-43804-7 (Paperback)
- Thomas Powers. Heisenberg's War: The Secret History of the German Bomb (Knopf) ISBN 0-394-51411-4 (Hardcover) ISBN 0-316-71623-5 (Paperback)
- Paul Lawrence Rose. Heisenberg and the Nazi Atomic Bomb Project, 1939-1945: A Study in German Culture. University of California Press, 1998, ISBN 0-520-21077-8
- Heisenberg, Werner. Across the frontiers ; translated from the German by Peter Heath. (Ox Bow Press, 1990) ISBN 0-918024-80-3 (Hardcover) ISBN 0-918024-81-1 (Paperback)
- -- Encounters with Einstein: and other essays on people, places, and particles. Princeton University Press; Reprint edition (October 1, 1989) ISBN 0-691-02433-2
- -- Introduction to the unified field theory of elementary particles. 1966
- -- Natural law and the structure of matter English version by the author. 1970 Warm Wind Books (July 1, 1981) ISBN 0-900615-27-3
- -- Nuclear physics. 1953
- -- et al ,On modern physics. English translation by M. Goodman and J.W. Binns. 1961
- -- Philosophic problems of nuclear science. Translated by F. C. Hayes. 1952; Ox Bow Press (June 1, 1979) ISBN 0-918024-14-5 (Hardcover) ISBN 0-918024-15-3 (Paperback)
- -- Physical principles of the quantum theory, translated into English by Carl Eckart and Frank C. Hoyt ... 1930
- -- Physicist's conception of nature. Translated from the German by Arnold J. Pomerans. Greenwood Press Reprint (March 9, 1970) ISBN 0-8371-3107-3
- -- Physics and beyond; encounters and conversations. Translated from the German by Arnold J. Pomerans. 1971 ISBN 0-04-925020-5
- -- Physics and philosophy : the revolution in modern science, introduction by F.S.C. Northrop. 1999 ISBN 1-57392-694-9 (Paperback) ISBN 0-06-130549-9 (also Paperback)
- -- Tradition in science. 1981 Continuum Intl Pub Group (November 1, 1982) ISBN 0-8264-0063-9
- -- Two lectures. 1949
- -- et al. Uncertainty principle and foundations of quantum mechanics : a fifty years' survey, edited by William C. Price, Seymour S. Chissick. 1977
- -- The Part and The Whole about his life, his friendship with Bohr, and the evolution of quantum physics.
وصلات خارجية
- The American Institute of Physics History Center website on Werner Heisenberg Werner Heisenberg photos available from AIP
- 2007 BBC Documentary – "The Atom 1 (of 3): The Clash of the Titans." The last half of the hour has a compelling account of the pained inspiration and rancor surrounding the genesis of his 'Uncertainty Principle' in 1925.
- Göttingen Declaration of the German Nuclear Physicists
- Heisenberg – Bibliography of Writings, Expanded Edition
- Critical Resources: Heisenberg Uncertainty Principle
- Heisenberg - his life & work (including the Uncertainty principle and his controversial role in Nazi Germany's nuclear program) from the American Institute of Physics History Center
- The Nobel Prize in Physics 1932
- About Werner Heisenberg
- Niels Bohr Archive's 2002 release of Bohr-Heisenberg letters
- Werner Heisenberg Official Web Page
- O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F., "ڤرنر هايزنبرگ", MacTutor History of Mathematics archive
- Annotated bibliography for Werner Heisenberg from the Alsos Digital Library for Nuclear Issues
- A fascinating arXiv paper about his life, his physics and his opposition to the Nazi political movement.
- American Institute of Physics History Search: Heisenberg
- Werner Heisenberg 1901 - 1976
- Werner Karl Heisenberg Co-founder of Quantum Mechanics
