Вернер Карл Гейзенберг Составитель : Васильев Григорий
Краткая биография Вернер Карл Гейзенберг (5 декабря 1901, Вюрцбург — 1 февраля 1976, Мюнхен). Немецкий физик-теоретик, один из создателей квантовой механики, лауреат Нобелевской премии по физике (1932), член ряда академий и научных обществ мира.
Вернер Гейзенберг родился в Вюрцбурге в семье Августа Гейзенберга, и Анни Веклейн. Он был вторым ребенком в семье. В 1910 году семья переехала в Мюнхен, где Вернер учился в школе, делая успехи в математике, физике и грамматике. Его учёба была прервана весной 1918 года, когда его и других 16 -летних подростков отправили на ферму для выполнения вспомогательных работ. В это время он серьезно увлёкся философией, читал Платона и Канта. После окончания Первой мировой войны страна и город оказались в неопределённой ситуации, власть переходила от одной политической группы к другой. Весной 1919 года Гейзенберг некоторое время служил вестовым, помогая вступившим в город войскам нового баварского правительства. Затем он принимал участие в молодёжном движении, участники которого были недовольны существующим порядком вещей, старыми традициями и предрассудками.
Арнольд Зоммерфельд. Однако главный интерес для него в это время представляла не политика или философия, а математика и физика. Он изучал их преимущественно самостоятельно, и его знания, выходящие далеко за рамки школьного курса, были особо отмечены по результатам заключительных экзаменов в гимназии. Во время долгой болезни он прочитал книгу Германа Вейля «Пространство, время и материя» , был впечатлён мощью математических методов и их приложений и решил изучать математику в Мюнхенском университете, куда поступил летом 1920 года. Однако профессор математики Фердинанд фон Линдеман отказался сделать новичка участником своего семинара, и по совету отца Гейзенберг обратился к известному физику-теоретику Арнольду Зоммерфельду. Тот сразу согласился принять Вернера в свою группу, где уже работал молодой Вольфганг Паули, который вскоре стал близким другом Гейзенберга.
Зиму 1922— 1923 года Гейзенберг провёл в Висконсинском университете (США). Весной 1925 года Гейзенберг вернулся в Гёттинген и в течение нескольких последующих месяцев добился решающего прогресса в построении первой логически согласованной квантовой теории — матричной механики. В дальнейшем формализм теории был доведён до совершенства при участии Борна и Паскуаля Йордана. Другая формулировка теории — волновая механика — была дана Эрвином Шрёдингером и стимулировала как появление многочисленных конкретных применений, так и глубокую проработку физических основ теории.
1 -ая заслуга перед миром. Одним из итогов этой деятельности стал принцип неопределённости Гейзенберга, сформулированный в начале 1927 года. Соотношения неопределённостей Гейзенберга являются теоретическим пределом точности одновременных измерений двух некоммутирующих наблюдаемых. Они справедливы как для идеальных измерений, так и для неидеальных измерений.
Проще говоря принцип неопределенности гласит: невозможно с предельной точностью измерить одновременно 2 характеристики объекта или явления не изменив хоть одну из них. То есть мы можем с абсолютной точностью знать, допустим, импульс тела , но при этом не иметь ни малейшего понятия о его местоположении. Поэтому современные физики обходятся средней точностью измерений параметров явлений.
Альберту Эйнштейну принцип неопределённости не очень понравился, и он бросил вызов Нильсу Бору и Вернеру Гейзенбергу известным мысленным экспериментом : заполним коробку радиоактивным материалом, который испускает радиацию случайным образом. Коробка имеет открытый затвор, который немедленно после заполнения закрывается при помощи часов в определённый момент времени, позволяя уйти небольшому количеству радиации. Таким образом время уже точно известно. Мы все ещё хотим точно измерить сопряжённую переменную энергии. Эйнштейн предложил сделать это, взвешивая коробку до и после. Эквивалентность между массой и энергией по специальной теории относительности позволит точно определить, сколько энергии осталось в коробке. Бор возразил следующим образом: если энергия уйдет, тогда полегчавшая коробка сдвинется немного на весах. Это изменит положение часов. Таким образом часы отклоняются от нашей неподвижной системы отсчёта, и по специальной теории относительности, их измерение времени будет отличаться от нашего, приводя к некоторому неизбежному значению ошибки. Детальный анализ показывает, что неточность правильно даётся соотношением Гейзенберга.
2 -я заслуга перед миром К началу 1942 года, несмотря на дефицит урана и тяжёлой воды, различные группы учёных в Германии сумели провести лабораторные эксперименты, давшие обнадеживающие результаты с точки зрения построения «урановой машины» (ядерного реактора). В частности, в Лейпциге Роберт Дёпель сумел добиться положительного прироста числа нейтронов в сферической геометрии расположения слоёв урана, предложенной Гейзенбергом. Всего над урановой проблемой в Германии работало 70 -100 учёных в составе различных групп, не объединённых единым руководством. Большое значение для дальнейшей судьбы проекта имела конференция, организованная военным научным советом в феврале 1942 года (с одной из лекций выступил и Гейзенберг). Хотя на этой встрече был признан военный потенциал ядерной энергии, однако с учётом текущего экономического и военного положения Германии было решено, что достичь её применения в разумный срок (порядка года) не удастся и потому это новое оружие не сможет оказать влияние на ход войны. Тем не менее, ядерные исследования были признаны важными для будущего (как в военном, так и в мирном смыслах) и их было решено по-прежнему продолжать финансировать, однако общее руководство перешло от военных к Имперскому исследовательскому совету. Это решение было подтверждено в июне 1942 года на встрече учёных с министром вооружений Альбертом Шпеером, а основной целью стало создание ядерного реактора.
В том, что из всех воюющих стран в разработке атомного оружия лидировал именно гитлеровский рейх, не было ничего удивительного. В конце концов, во многих отношениях именно Германия являлась колыбелью исследований в области деления атомного ядра, впервые осуществленного химиками Отто Ханом и Францем Штрассманом в 1938 году. Хотя политика нацистов лишила Германию ряда лучших научных умов, евреев по национальности (например, были вынуждены эмигрировать Лиза Мейтнер и Отто Фриш) — значительное число ученых остались в родной стране. Ведущей фигурой среди них был Вернер Гейзенберг, обладавший непререкаемо высоким научным авторитетом. По своим убеждениям Гейзенберг не отличался политической прозорливостью; он не хотел поражения Германии, но также не желал способствовать политическому курсу Гитлера. Осознавая военный потенциал ядерной физики, он в то же время не хотел, чтобы в руки Гитлера попала атомная бомба.
Руководителем центра ядерных исследований стал Дибнер. Следуя программе исследований, предложенной молодым физиком по имени Отто Хаксель, следующие два года германская ядерная программа уверенно двигалась вперед, хотя и без особо ярких достижений. Тем временем Гейзенберг продолжал заниматься фундаментальными исследованиями и вместе с некоторыми коллегами втихую затягивал выполнение работ, распыляя ресурсы и обескураживая ученых заявлениями, что создание действующей бомбы возможно лишь ко времени следующего конфликта.
Но победы Германии на полях сражений ускорили программу. После оккупации Чехословакии в 1939 году в руки нацистов попали урановые шахты возле Иоахимсталя. Завоевание Западной Европы дало команде Дибнера несколько сот тонн бельгийской урановой руды, почти готовый к эксплуатации циклотрон во Франции (три немецких по-прежнему находились на этапе строительства) и контроль над единственным в мире заводом по производству "тяжелой воды", находившимся в отдаленной норвежской долине. Таким образом, исследования, ресурсы и организация работ постепенно соединялись вместе, и в сентябре встревоженный Гейзенберг сказал одному из своих друзей, что уже видит «открытую дорогу к атомной бомбе» .
Могли ли, британцы и американцы скрыть успешное испытание немцами атомной бомбы в ночь с 11 на 12 октября 1944? Хотя Шпеер(В 1942 г. Гитлер поставил своего друга — архитектора Шпеера во главе военной промышленности третьего рейха. ) рассматривал атомную бомбу как самостоятельное оружие , но как промежуточную ступень к термоядерному оружию (молекулярной или водородной бомбе). Дело в том, что ещё в 1938 году в Австрии был выдан патент на "молекулярную бомбу", которую вполне можно рассматривать как первый прототип водородной. Некий профессор Хаутерманс тогда впервые теоретически описал процесс термоядерного синтеза атомов тяжёлого водорода на звёздах, что является и ключом к разработке термоядерной бомбы. А доктор Карл Новак в 1943 году запатентовал атомную "сверхбомбу", которая при взрыве не создавала бы радиоактивного заражения местности. Могли или нет, нельзя не заметить следующее.
Поздним вечером октября 1944 года немецкий пилот и специалист по ракетной технике Ганс Цинссер на двухмоторном бомбардировщике "Хейнкель-111" летел в сгущающихся сумерках над провинцией Мекленбург, расположенной на севере Германии у берегов Балтийского моря. Он никак не мог ожидать, что ему предстоит увидеть нечто такое, свидетельствам о чём было суждено на десятилетия оказаться погребёнными в секретных архивах США. Он увидел вдали сильное яркое свечение, озарившее всю атмосферу на 2 секунды. Вот как он рассказал об этом случае: «Из облака, образовавшегося при взрыве, вырвалась отчетливо видимая ударная волна. К тому времени, как она стала видимой, она имела диаметр около одного километра, а цвет облака часто менялся. После непродолжительного периода темноты оно покрылось множеством ярких пятен, которые в отличие от обычного взрыва имели бледно-голубой цвет. Мое личное ощущение от наблюдения за цветом взрывного облака: оно приняло сине-фиолетовый оттенок. В течение всего этого явления были видны красновато-окрашенные кольца, очень быстро меняющие цвет на грязные оттенки. Со своего наблюдательного самолета я ощущал слабое воздействие в виде легких толчков и рывков. Приблизительно через час я вылетел на Не-111 с аэродрома Людвигслуст и направился в восточном направлении. Вскоре после взлета я пролетел через зону сплошной облачности (на высоте от трех до четырех тысяч метров). Над тем местом, где произошел взрыв, стояло грибовидное облако с турбулентными вихревыми слоями (на высоте приблизительно 7000 метров) без каких-либо видимых связей. Сильное электромагнитное возмущение проявилось в невозможности продолжать радиосвязь» . Таким образом, по всем признакам, гитлеровский летчик еще за 8 месяцев до испытания первой американской атомной бомбы в штате Нью-Мексико наблюдал в небе над северной Германией признаки ядерного взрыва.
И, наконец, весьма любопытный факт, одна из тех очевидных вещей, которую обычно упускают из вида, если не привлечь к ней внимание: на испытаниях атомной бомбы, состоявшихся на полигоне Тринити в штате Нью-Мексико, было взорвано американское ядерное устройство, основанное на принципе сжатия плутония энергией имплозийного взрыва. Это испытание требовалось для того, чтобы проверить правильность концепции. Результат превзошел все ожидания. Но вот что необычайно важно — это обстоятельство обходится стороной практически во всех послевоенных официальных трудах, посвященных этой теме: урановая бомба, основанная на принципе достижения критической массы за счет «выстреливания» , та самая бомба, которая впервые была применена в боевой обстановке, бомба, сброшенная на Хиросиму, не испытывалась ни разу. Еще один крайне важный вопрос: почему американская урановая бомба в отличие от плутониевой не была испытана перед тем, как ее сбросили на Хиросиму? С военной точки зрения это выглядит необычайно опасно. . . Неужели американцы просто забыли испытать бомбу, или же кто-то уже сделал это за них?
По этому точно сказать доделал ли Гейзенберг бомбу сложно, но хочется верить , что нет. Но откуда тогда мог знать такие мелкие подробности взрыва Цинссер? Хотя, допрашивали его 19 августа 1945, а испытания первой американской бомбы состоялось в 5 часов 30 минут утра 16 июля 1945 г. Вероятно, он мог узнать эти подробности и рассказать их на допросе для вида. Обобщая выше сказанные мнения и факты можно понять что Гейзенберг старался затормозить изготовление атомной бомбы , но получилось у него это или нет до сих пор не понятно.
3 -я заслуга перед миром. В этом пункте я мог бы написать про : создание матричной механики , приложение квантовой механики, квантовую электродинамику или достижения в ядерной физике и гидродинамике. Но я все же выделю создание квантовой теории поля. В серии из трёх статей, написанных между сентябрем 1942 и маем 1944 года, Гейзенберг предложил радикальный способ избавления от расходимостей в квантовой теории поля. Идея фундаментальной длины (кванта пространства) побудила его отказаться от описания с помощью непрерывного уравнения Шрёдингера. Учёный вновь вернулся к концепции наблюдаемых величин, соотношения между которыми должны лежать в основе будущей теории. Для связи между этими величинами, к которым он однозначно относил энергии стационарных состояний и асимпотическое поведение волновой функции в процессах рассеяния, поглощения и испускания излучения, было введено понятие об S-матрице (матрице рассеяния), то есть некотором операторе, превращающем функцию падающей волны в функцию рассеянной волны.
По замыслу Гейзенберга, S-матрица должна была заменить гамильтониан в будущей теории. Несмотря на трудности обмена научной информацией в условиях войны, теория матрицы рассеяния вскоре была подхвачена рядом учёных , которые взялись за дальнейшее развитие формализма и выяснение его физических аспектов. Однако со временем стало ясно, что эта теория в чистом виде не может стать альтернативой обычной квантовой теории поля, но может быть одним из полезных математических инструментов в её рамках. В частности, она используется (в модифицированном виде) в фейнмановском формализме квантовой электродинамики. Понятие S-матрицы, дополненное рядом условий, заняло центральное место в формулировке так называемой аксиоматической квантовой теории поля, а в дальнейшем в разработке теории струн.
В послевоенное время, в условиях нарастающего количества вновь открываемых элементарных частиц, встала проблема их описания при помощи как можно меньшего числа полей и взаимодействий, в простейшем случае — единственного поля (тогда можно говорить о «единой теории поля» ). Начиная примерно с 1950 года, проблема поиска верного уравнения, описывающего это единое поле, стала основной в научном творчестве Гейзенберга. Его подход основывался на нелинейном обобщении уравнения Дирака и наличии некоторой фундаментальной длины (порядка классического радиуса электрона), ограничивающей применимость обычной квантовой механики. В целом это направление, сразу же столкнувшееся со сложнейшими математическими проблемами и необходимостью вместить в себя огромное количество экспериментальных данных, было скептически воспринято научным сообществом и разрабатывалось почти исключительно в группе Гейзенберга. Несмотря на то, что успеха достигнуто не было и развитие квантовой теории шло в основном по иным путям, некоторые идеи и методы, появившиеся в работах немецкого учёного, сыграли свою роль в этом дальнейшем развитии. В частности, мысль о представлении нейтрино в качестве голдстоуновской частицы, возникающей в результате спонтанного нарушения симметрии, оказала влияние на развитие концепции суперсимметрии.
Так как , в этой презентации я провел детальный анализ данных о ядерном проекте «третьего рейха» , фактов биографии Вернера Гейзенберга в ней очень много , но задачу выделить 5 основных я попытаюсь выполнить! 5 фактов из биографии 1)Вернер Карл Гейзенберг родился 5 декабря 1901 в Вюрцбурге. Умер 1 февраля 1976 в Мюнхене. 2)Гейзенберг возглавлял исследовательскую группу , работавшую над созданием ядерного оружия(1938 -1945).
3) Вернер Гейзенберг удостоен нобелевской премии за создание квантовой механики, применение которой привело, помимо прочего, к открытию аллотропических форм водорода. (1932) 4) В октябре 1927 года занял пост профессора теоретической физики университета в Лейпциге. 5)Вернер Гейзенберг обучил таких ученых как Феликса Блоха, Уго Фано, Эриха Хюккеля, Роберта Малликена, Рудольфа Пайерлса, Георга Плачека, Джона Слэтера, Эдварда Теллера, Ласло Тисса, Джона Хазбрук ван Флека, Виктора Вайскопфа, Карла фон Вайцзеккера, Кларенса Зенера, Исидору Раби, Глеба Ватагина, Эриха Багге, Ганса Генриха Эйлера , Зигфрида Флюгге , Германа Артур Яна , Фрица Заутера , Ивана Супека , Харальда Вергеланда, Джана-Карло Вика , Уильяма Хьюстона и многих других.
Моя оценка. Я считаю , что Гейзенберг – великий ученый , не только потому что он лауреат нобелевской премии , создатель принципа неопределенности и квантовой механики. Для меня он велик потому , что он изнутри задерживал развитие ядерного оружия в фашистской Германии, и даже если и создал его то каким-то образом помешал Гитлеру применить его в конце войны!!!
Спасибо за внимание
Скачать презентацию Вернер Карл Гейзенберг Составитель Васильев Григорий
Вернер Карл Гейзенберг.ppt