WERNER HEISENBERG: TIỂU SỬ, KHÁM PHÁ, ĐÓNG GÓP, CÔNG TRÌNH - KHOA HỌC - 2025

Werner Heisenberg (1901 - 1976) là một nhà vật lý và triết học người Đức được biết đến là người đã thành công trong việc xây dựng cơ học lượng tử dưới dạng ma trận, ngoài việc tạo ra nguyên lý bất định. Nhờ những khám phá này, ông đã giành được giải Nobel Vật lý năm 1932.

Ngoài ra, ông còn đóng góp vào các lý thuyết về thủy động lực học của chất lỏng hỗn loạn, hạt nhân nguyên tử, chất sắt từ, tia vũ trụ và các hạt hạ nguyên tử, trong số các nghiên cứu khác.

Bundesarchiv, Bild 183-R57262 / Không xác định Tác giả không xác định / CC-BY-SA 3.0, qua Wikimedia Commons

Ông là một trong những nhà khoa học can thiệp vào dự án vũ khí hạt nhân của Đức Quốc xã trong Thế chiến II. Khi chiến tranh kết thúc, ông được bổ nhiệm làm giám đốc Viện Vật lý Kaiser Willhelm.

Ông giữ chức vụ giám đốc cho đến khi học viện chuyển đến Munich, nơi nó mở rộng và được đổi tên thành Viện Vật lý và Vật lý Thiên văn Max Planck.

Heisenberg là chủ tịch của Hội đồng Nghiên cứu Đức, Ủy ban Vật lý Nguyên tử, Nhóm Công tác Vật lý Hạt nhân và là chủ tịch của Quỹ Alexander von Humboldt.

Tiểu sử

Những năm đầu và nghiên cứu

Werner Karl Heisenberg sinh ngày 5 tháng 12 năm 1901 tại Würzburg, Đức. Ông là con trai của Kaspar Ernst August Heisenberg, một giáo viên trung học dạy ngôn ngữ cổ điển, người đã trở thành giáo viên dạy tiếng Hy Lạp hiện đại và trung cổ duy nhất của Đức trong hệ thống đại học. Mẹ anh là một phụ nữ tên là Annie Wecklein.

Ông bắt đầu nghiên cứu vật lý và toán học tại Đại học Ludwig Maximilian ở Munich và Đại học Georg-August ở Göttingen từ năm 1920 đến năm 1923.

Giáo sư và nhà vật lý, Arnold Sommerfeld, đã quan sát những sinh viên giỏi nhất của mình và biết được sự quan tâm của Heisenberg đối với các lý thuyết vật lý giải phẫu của Niels Bohr người Đan Mạch; giáo sư đưa anh ta đến lễ hội Bohr vào tháng 6 năm 1922.

Cuối cùng, vào năm 1923, ông nhận bằng tiến sĩ tại Munich dưới sự điều hành của Sommerfeld và hoàn thành khóa học vào năm sau.

Đề tài luận án tiến sĩ của Heisenberg do chính Sommerfeld gợi ý. Ông đã tìm cách giải quyết ý tưởng về sự hỗn loạn được coi là một dạng chuyển động của chất lỏng được đặc trưng bởi những thay đổi đột ngột về áp suất và vận tốc dòng chảy.

Cụ thể hơn, Heisenberg đã tiếp cận vấn đề ổn định bằng cách sử dụng một số phương trình cụ thể. Thời trẻ, ông là thành viên của hiệp hội Hướng đạo Đức và một phần của Phong trào Thanh niên Đức.

Bắt đầu sự nghiệp của mình

Giữa năm 1924 và 1927, Heisenberg được ghi nhận là một privatdozent (chức danh giáo sư đại học), ở Göttingen.

Từ ngày 17 tháng 9 năm 1924 đến ngày 1 tháng 5 năm sau, ông đã tiến hành nghiên cứu cùng với nhà vật lý người Đan Mạch Niels Bohr, nhờ sự tài trợ của Ban Giáo dục Quốc tế Rockefeller.

Năm 1925, trong khoảng thời gian sáu tháng, ông đã phát triển một công thức của cơ học lượng tử; một triển khai toán học khá hoàn chỉnh, được đồng hành bởi các nhà vật lý người Đức Max Born và Pascual Jordan.

Khi ở Copenhagen, vào năm 1927, Heisenberg đã cố gắng phát triển nguyên lý bất định của mình, đồng thời nghiên cứu các cơ sở toán học của cơ học lượng tử.

Sau khi hoàn thành nghiên cứu của mình, vào ngày 23 tháng 2, ông đã viết một bức thư cho nhà vật lý người Áo Wolfgang Pauli, trong đó lần đầu tiên ông mô tả một nguyên lý như vậy.

Sau đó, vào năm 1928, ông đưa ra một bài báo xuất bản ở Leipzig, nơi ông sử dụng nguyên lý loại trừ Pauli để giải quyết bí ẩn của thuyết sắt từ; một hiện tượng vật lý tạo ra một sự sắp xếp từ trường theo cùng một hướng và ý nghĩa.

Vào đầu năm 1929, Heisenberg và Pauli đã trình bày hai bài báo phục vụ cho việc đặt nền tảng của lý thuyết trường lượng tử tương đối tính.

giải thưởng Nobel

Werner Heisenberg không chỉ quản lý để phát triển chương trình nghiên cứu tạo ra lý thuyết trường lượng tử cùng với một số đồng nghiệp của mình, mà còn nghiên cứu lý thuyết về hạt nhân nguyên tử sau khi phát hiện ra neutron vào năm 1932.

Trong một dự án như vậy, ông đã thành công trong việc phát triển một mô hình tương tác proton-neutron trong một mô tả ban đầu mà sau này được gọi là lực mạnh.

Năm 1928, Albert Einstein đề cử Werner Heisenberg, Max Born và Pascual Jordan cho giải Nobel Vật lý. Việc công bố giải thưởng năm 1932 bị trì hoãn cho đến tháng 11 năm 1933.

Vào thời điểm này, người ta thông báo rằng Heisenberg đã giành được giải thưởng năm 1932 cho việc tạo ra cơ học lượng tử. Từ đóng góp của Heisenberg, các dạng thù hình của hydro đã được phát hiện: đó là các cấu trúc nguyên tử khác nhau của các chất đơn giản.

Các cuộc tấn công của Đức quốc xã

Cùng năm nhận giải Nobel Hòa bình năm 1933, ông chứng kiến ​​sự trỗi dậy của Đảng Quốc xã. Các chính sách của Đức Quốc xã loại trừ những người "không phải người Aryan", đồng nghĩa với việc sa thải nhiều giáo sư, bao gồm: Born, Einstein và các đồng nghiệp Heisenberg khác ở Leipzig.

Phản ứng của Heisenberg trước những hành động như vậy là bình tĩnh, tránh khỏi sự phản đối kịch liệt của công chúng vì ông cho rằng chế độ Quốc xã sẽ tồn tại trong thời gian ngắn. Heisenberg nhanh chóng trở thành mục tiêu dễ dàng.

Một nhóm các nhà vật lý cấp tiến của Đức Quốc xã đã thúc đẩy ý tưởng về "vật lý Aryan" trái ngược với "vật lý Do Thái", đây là ý tưởng liên quan đến lý thuyết tương đối và lý thuyết lượng tử; trên thực tế, Heisenberg đã bị báo chí Đức Quốc xã công kích nặng nề, gọi ông là "người Do Thái da trắng".

Sommerfeld đã cân nhắc để Heisenberg làm người kế nhiệm cho các lớp học tại Đại học Munich; tuy nhiên, nỗ lực bổ nhiệm của ông đã thất bại do sự phản đối của phong trào Quốc xã. Heisenberg đã phải nếm trái đắng sau những quyết định độc đoán của Đức Quốc xã.

Heisenberg trong Thế chiến II

Ngày 1 tháng 9 năm 1939, chương trình vũ khí hạt nhân của Đức được hình thành, cùng ngày mà Chiến tranh thế giới thứ hai bắt đầu. Sau một số cuộc họp, Heisenberg được đưa vào và được bổ nhiệm làm Giám đốc điều hành.

Từ ngày 26 đến ngày 28 tháng 2 năm 1942, Heisenberg đã có một bài giảng khoa học cho các quan chức của Reich về việc thu nhận năng lượng từ quá trình phân hạch hạt nhân.

Ngoài ra, ông cũng giải thích về tiềm năng năng lượng to lớn mà loại năng lượng này cung cấp. Ông tuyên bố rằng 250 triệu vôn electron có thể được giải phóng thông qua sự phân hạch của một hạt nhân nguyên tử, vì vậy họ đã bắt đầu nghiên cứu.

Việc phát hiện ra sự phân hạch hạt nhân đã được Đức chú ý. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu của Heisenberg đã không thành công trong việc sản xuất lò phản ứng hay bom nguyên tử.

Một số tài liệu tham khảo đã trình bày Heisenberg là không đủ năng lực. Những người khác, ngược lại, cho rằng sự chậm trễ là có chủ đích hoặc nỗ lực đã bị phá hoại. Điều rõ ràng là có những sai sót đáng kể ở nhiều điểm khác nhau trong cuộc điều tra.

Theo nhiều tài liệu tham khảo khác nhau, bảng điểm từ tiếng Đức sang tiếng Anh tiết lộ rằng cả Heisenberg và các đồng nghiệp khác đều vui mừng vì quân Đồng minh đã chiến thắng trong Thế chiến thứ hai.

Những năm sau chiến tranh và cái chết

Cuối cùng vào năm 1946, ông tiếp tục vị trí của mình tại Viện Kaiser Wilhelm, sau đó sớm được đổi tên thành Viện Vật lý Max Planck. Trong những năm sau chiến tranh, Heisenberg đảm nhận vai trò quản trị viên và phát ngôn viên cho khoa học Đức ở Tây Đức, duy trì lập trường phi chính trị.

Năm 1949, ông trở thành chủ tịch đầu tiên của Hội đồng Nghiên cứu Đức với ý định quảng bá khoa học nước mình ra quốc tế.

Sau đó, vào năm 1953, ông trở thành chủ tịch sáng lập của Quỹ Humboldt; một tổ chức do chính phủ tài trợ đã trao học bổng cho các học giả nước ngoài đến thực hiện nghiên cứu tại Đức.

Vào cuối những năm 1960, Heisenberg đã cố gắng viết tự truyện của mình. Cuốn sách được xuất bản ở Đức và nhiều năm sau nó được dịch sang tiếng Anh, và sau đó sang các ngôn ngữ khác.

Ngày 1 tháng 2 năm 1976, Heisenberg qua đời vì bệnh ung thư thận và túi mật. Ngày hôm sau, các đồng nghiệp của ông đã đi bộ từ Viện Vật lý đến nhà của ông, đặt nến trước cửa để bày tỏ lòng thành kính với nhà khoa học huyền thoại.

Khám phá và đóng góp

Cơ học ma trận

Các mô hình đầu tiên của cơ học lượng tử được Albert Einstein, Niels Bohr và các nhà khoa học hàng đầu khác thiết lập. Sau đó, một nhóm các nhà vật lý trẻ đã xây dựng công phu trái ngược với các lý thuyết cổ điển, dựa trên các thí nghiệm chứ không phải trực giác, sử dụng các ngôn ngữ chính xác hơn nhiều.

Năm 1925, Heisenberg là người đầu tiên đưa ra một trong những công thức toán học hoàn chỉnh nhất của cơ học lượng tử. Ý tưởng của Heisenberg là bằng phương trình này, có thể dự đoán được cường độ của các photon trong các dải khác nhau của quang phổ hydro.

Công thức này dựa trên thực tế là bất kỳ hệ thống nào cũng có thể được mô tả và đo lường bằng các quan sát và phép đo khoa học theo lý thuyết ma trận. Theo nghĩa này, ma trận là biểu thức toán học để liên hệ dữ liệu từ một hiện tượng.

Nguyên tắc bất định

Vật lý lượng tử thường gây nhầm lẫn, vì định nghĩa được thay thế bằng xác suất. Ví dụ, một hạt có thể ở nơi này hay nơi khác, hoặc thậm chí ở cả hai cùng một lúc; vị trí của nó chỉ có thể được ước tính bằng xác suất.

Sự nhầm lẫn lượng tử này có thể được giải thích nhờ vào nguyên lý bất định Heisenberg. Năm 1927, nhà vật lý người Đức giải thích nguyên lý của mình bằng cách đo vị trí và chuyển động của một hạt. Ví dụ, động lượng của một vật là khối lượng của nó nhân với tốc độ của nó.

Với thực tế này, nguyên lý bất định chỉ ra rằng vị trí và chuyển động của một hạt không thể được biết một cách chắc chắn tuyệt đối. Heisenberg tuyên bố rằng có giới hạn về mức độ có thể biết được vị trí và động lượng của hạt, ngay cả khi sử dụng lý thuyết của ông.

Đối với Heisenberg, nếu bạn biết chính xác vị trí, bạn chỉ có thể có thông tin hạn chế về động lượng của nó.

Mô hình neutron-proton

Mô hình proton-electron đã trình bày một số vấn đề nhất định. Mặc dù người ta đã chấp nhận rằng hạt nhân nguyên tử bao gồm các proton và neutron, nhưng bản chất của neutron vẫn chưa rõ ràng.

Sau khi phát hiện ra neutron, Werner Heisenberg và nhà vật lý Liên Xô-Ukraine Dmitri Ivanenko đã đề xuất một mô hình proton và neutron cho hạt nhân vào năm 1932.

Các bài báo của Heisenberg đề cập đến một mô tả chi tiết về proton và neutron bên trong hạt nhân thông qua cơ học lượng tử. Nó cũng giả định sự hiện diện của các electron hạt nhân ngoài neutron và proton.

Cụ thể hơn, ông cho rằng neutron là một hợp chất proton-electron, mà không có lời giải thích cơ học lượng tử.

Mặc dù mô hình neutron-proton đã giải quyết được nhiều vấn đề và trả lời một số câu hỏi nhất định, nó đã chứng minh một vấn đề trong việc giải thích bằng cách nào các electron có thể phát ra từ hạt nhân. Tuy nhiên, nhờ những khám phá này, hình ảnh của nguyên tử đã thay đổi và thúc đẩy đáng kể những khám phá về vật lý nguyên tử.

Vở kịch

Các nguyên tắc vật lý của lý thuyết lượng tử

Các Nguyên tắc Vật lý của Lý thuyết Lượng tử là một cuốn sách được viết bởi Werner Heisenberg, được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1930 nhờ Đại học Chicago. Sau đó, vào năm 1949, một phiên bản mới đã được tái bản thành công.

Nhà vật lý người Đức viết cuốn sách này với mục đích thảo luận về cơ học lượng tử một cách đơn giản, ít ngôn ngữ kỹ thuật để cung cấp sự hiểu biết nhanh chóng về khoa học này.

Cuốn sách đã được trích dẫn hơn 1.200 lần trong các nguồn và tài liệu tham khảo chính thức quan trọng. Cấu trúc của công trình về cơ bản dựa trên sự thảo luận nhanh chóng và dễ dàng về lý thuyết lượng tử và nguyên lý bất định của nó.

Vật lý và triết học

Vật lý và Triết học bao gồm một công trình cụ thể được viết ngắn gọn bởi Werner Heisenberg vào năm 1958. Trong công trình này, Heisenberg giải thích các sự kiện của cuộc cách mạng trong vật lý hiện đại từ cơ sở các bài báo và đóng góp xuất sắc của mình.

Heisenberg được đặc trưng bởi đã thực hiện vô số bài giảng và bài nói chuyện về vật lý trong suốt sự nghiệp khoa học của mình. Theo nghĩa này, công trình này là tập hợp tất cả các bài nói chuyện liên quan đến khám phá của nhà khoa học Đức: nguyên lý bất định và mô hình nguyên tử.

Vật lý và hơn thế nữa

Physics and Beyond là cuốn sách được viết bởi Werner Heisenberg vào năm 1969, kể lại lịch sử khám phá nguyên tử và cơ học lượng tử từ kinh nghiệm của ông.

Cuốn sách kể về những cuộc tranh luận giữa Heisenberg và những đồng nghiệp khác của ông cùng thời về các chủ đề khoa học khác nhau. Văn bản này bao gồm các cuộc trò chuyện với Albert Einstein.

Ý định của Heisenberg là người đọc có thể có trải nghiệm nghe trực tiếp các nhà vật lý được công nhận khác nhau, chẳng hạn như Niels Bohr hay Max Planck, không chỉ nói về vật lý, mà còn về các chủ đề khác liên quan đến triết học và chính trị; do đó tên sách.

Ngoài ra, tác phẩm còn kể lại sự xuất hiện của vật lý lượng tử và mô tả về môi trường mà họ sống, với những mô tả chi tiết về các cảnh quan và sự giáo dục của họ trong tự nhiên đặc trưng của thời đó.

Người giới thiệu

1. Werner Heisenberg, Richard Beyler, (nd). Lấy từ Britannica.com
2. Weiner Heisenberg, Cổng thông tin các nhà khoa học nổi tiếng, (nd). Được lấy từ danh sách các nhà khoa học nổi tiếng.org
3. Werner Karl Heisenberg, Đại học Portal of St Andrews, Scotland, (nd). Lấy từ groups.dcs.st-and.ac.uk
4. Werner Heisenberg, Wikipedia tiếng Anh, (nd). Lấy từ Wikipedia.org
5. Không chắc chắn lượng tử không phải là tất cả trong phép đo, Geoff Brumfiel, (2012). Lấy từ nature.com