Биография
Вернер Гейзенберг (Werner Heisenberg) является одним из самых влиятельных физиков XX века. Он заложил основы квантовой механики и сформулировал фундаментальный для этой теории принцип неопределенности. Ученый удостоился Нобелевской премии за свои открытия. Во времена Второй мировой войны он оказался в числе экспертов, привлеченных к ядерному проекту, при этом с философской точки зрения физик критиковал идею атомной бомбы.
Детство и юность
Вернер Карл Гейзенберг родился 5 декабря 1901 года в семье Эрнста Августа Гейзенберга и Анни Веккляйн. Отец преподавал классические языки в средней школе и стал первым и единственным немецким ординарным профессором-византинистом. Мать – наследница филолога-классика Николауса Веккляйна – тоже была очень умной женщиной.
Родители воспитывали сына как лютеранского христианина, но он тяготел к физике и философии. Подростком Вернер читал платоновские труды. Позже он рассказывал, что его ум сформировался именно благодаря изучению философии, а физика – это не что иное, как попытка переложить философские идеи в математический язык.
Юношей физик-теоретик посещал Maximiliansgymnasium – гимназию, которой в те времена руководил его дед. В 1918 году Вернер прошел военную службу, а по возвращении вступил в добровольческий отряд для борьбы против Мюнхенской советской республики. Он мог бы сделать карьеру политика, но в решающий момент решил изучать точные науки.
В 1920–1923-м Гейзенберг изучал физику и математику в Мюнхенском университете. Под руководством теоретика Арнольда Зоммерфельда он работал над сложной темой из старой квантовой теории, которая легла в основу его докторской диссертации.
Старший ученый сослужил хорошую службу молодому коллеге. Он рьяно защищал своего ученика на устном экзамене на соискание докторской степени от физика-экспериментатора Вильгельма Вина. Тот обвинил основоположника квантовой механики в «бездонном невежестве» и задал вопрос, на который экзаменуемый не смог дать ответ. Позже Гейзенберг настолько хорошо изучил неизвестную тему, что взял ее в качестве примера к своему принципу неопределенности.
Научная карьера Вернера Гейзенберга
Студентом немец проявлял интерес к теориям Нильса Бора по атомной физике. Их совместный труд в 1924–1925 годах породил матричную механику. Это первая концептуально автономная и логически непротиворечивая формулировка квантовой механики.
Продолжая математические изыскания, Гейзенберг в 1927-м сформировал принцип неопределенности – фундаментальное понятие квантовой механики. В нем говорится, что существует предел точности, с которой определенные пары физических свойств, таких как положение и импульс, могут быть одновременно известны. Чем точнее измеряется одно свойство, тем менее точно может быть известно другое свойство.
В 25 лет немецкий физик-теоретик стал самым молодым штатным профессором Лейпцигского университета. Его лекции посещали многие именитые ученые, в том числе Эдвард Теллер и Роберт Оппенгеймер, которые во времена Второй мировой войны работали над Манхэттенским проектом.
В 1928 году Альберт Эйнштейн выдвинул Вернера Гейзенберга на Нобелевскую премию по физике. Сообщество единогласно поддержало кандидата. Награду присудили только в ноябре 1933-го «за создание квантовой механики, применение которой привело, помимо прочего, к открытию аллотропических форм водорода». В один день с ним признания удостоился и Эрвин Шредингер, продолжатель новой теории. Сохранилась их совместная фотография.
После научного триумфа немец столкнулся с внезапной политической травлей. К власти пришел Адольф Гитлер. Его националистические идеи вдохновили многих физиков, и они организовали движение Arische Physik (нем. «Арийская физика»). Его сторонники отвергали зарождающуюся современную физику как слишком математическую и теоретическую и выступали за больший акцент на роли экспериментальной физики. В опале оказались самые свежие теории – относительности и квантовой механики.
За свою прогрессивность физик-теоретик подвергся нападкам в прессе как «белый еврей», то есть ариец, который ведет себя как еврей. Arische Physik опубликовало в газете СС призыв ликвидировать нобелевского лауреата. Гейзенберг всерьез опасался за свою жизнь, ведь уже тогда набирал обороты геноцид. Ситуацию разрешила его мать, которая хорошо знала мать Генриха Гиммлера, владевшего той газетой.
В день начала Второй мировой войны, 1 сентября 1939 года, стартовала немецкая ядерная программа, носившая название Uranverein. В числе отобранных ученых оказался и автор теории квантовой механики. Он присоединился к проекту одним из последних, но старательно работал и вскоре взял на себя главенствующую роль.
В 1942-м стало понятно, что на создание ядерной бомбы уйдет не менее 3 лет, потому что требуются значительные денежные вливания и опытные кадры. Тормозил процесс и кризис совести. Многие члены Uranverein сомневались в гуманности разработки ядерного оружия. Вернер обратился за советом к наставнику Нильсу Бору. Тот работал над Манхэттенским проектом. Их разговор разошелся на цитаты и даже лег в основу нескольких пьес.
Мать Бора – еврейка по происхождения, а он сам участвовал в датском сопротивлении немцам. Несмотря на это, Нильс отметил, что военные изыскания физиков неизбежны и правильны и тем, кто работает над созданием ядерного оружия, не нужно думать о последствиях. Отец квантовой механики не согласился с коллегой. Он принялся намеренно затягивать разработку.
Уже после Второй мировой войны Вернер объяснял свою мотивацию: «Физики не ставили перед собой вопрос, хотим ли мы делать бомбы или нет. Вопрос заключался в другом: хотим ли мы приобрести столько знаний об этой опасной области, чтобы, возможно, через какое-то время решить, можно ли делать бомбы и производить ядерную энергию».
Гейзенберг оказался в числе 10 немецких ученых, которых задержали в июне 1945 года в рамках операции «Эпсилон». Работавших над ядерным оружием физиков заключили в английскую тюрьму. Их разговоры прослушивались в течение полугода, чтобы определить, насколько Третий рейх продвинулся в создании атомной бомбы.
В послевоенные годы и вплоть до своей смерти ученый продолжал изучать ядерную энергию и способы использования ее в мирных целях.
Личная жизнь
Музыка сыграла важную роль в личной жизни Вернера Гейзенберга, опытного пианиста и виолончелиста. Благодаря ей физик познакомился с будущей женой Элизабет Шумахер, дочерью известного берлинского профессора экономики. На 13 лет младше супруга, она была мудрой женщиной, способной поддержать любой разговор. Ее острый ум не раз выручал теоретика на званых ужинах.
Пара поженилась 29 апреля 1937-го, через 3 месяца после знакомства. В январе следующего года у них родились разнояйцовые близнецы Мария и Вольфганг, а в дальнейшем еще пятеро детей: Барбара, Кристина, Йоген, Мартин и Верена. Двое сыновей пошли по стопам отца. Мартин стал нейробиологом и генетиком, а Йохен специализировался на ядерной физике.
Смерть Вернера Гейзенберга
Гейзенберг умер 1 февраля 1976 года в возрасте 74 лет. Причиной смерти стал рак почки. Его могила находится на кладбище Вальдфридхоф в Мюнхене, рядом похоронены его родители и жена. Элизабет Шумахер пережила мужа на 22 года.
В память о супруге вдова опубликовала в 1980-м книгу «Политическая жизнь аполитичного человека», где дала честную оценку Вернеру. Она охарактеризовала его как «в первую очередь спонтанную личность, затем – блестящего ученого, очень талантливого творца и только в четвертую очередь, из чувства долга, homo politicus». Таким образом Элизабет попыталась оградить мужа от клейма пособника нацизма.
Цитаты
Науку делают люди.
Опыты, определяющие какую-нибудь физическую величину, делают в то же время недействительным ранее добытое знание других величин, так как они влияют неконтролируемым образом на измеряемую систему и тем самым изменяют ранее известные величины.
Вряд ли можно продвинуться в современной атомной физике, не зная греческой философии.
Почти каждый новый шаг в развитии естествознания достигается ценой отказа от чего-либо предшествующего... Таким образом, по мере расширения знаний у ученых в известной степени уменьшаются притязания на полное «познание» мира.
Открытия
- 1925 — Матричная квантовая механика
- 1927 — Принцип неопределенности
- 1927 — Копенгагенская интерпретация квантовой механики
Интересные факты
- У немецкого физика-теоретика был старший брат-погодка Эрвин Гейзенберг. Он стал промышленным химиком. Ученый пережил младшего родственника на 11 лет.
- Вернер написал книгу с элементами биографии, в которой описал развитие квантовой механики и атомной физики через воспроизведение своих бесед с Бором, Вольфгангом Паули и Эйнштейном. Труд получил название «Часть и целое». Помимо науки, он охватывал философские и политические темы, в нем также говорилось о Боге.
- История физика воплощена не только в литературе, но и в кинематографе. Его имя стало известно мировой аудитории как псевдоним главного героя сериала «Во все тяжкие». В 2025 году российские режиссеры снова обратились к образу отца квантовой механики. В сериале «Берлинская жара» его сыграл эстонец Кирилл Кяро.
