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BIOGRAFÍAS DE GRANDES CIENTÍFICOS
Heisenberg Werner Karl. Biografía del científico.
Directorio / Biografías de grandes científicos.
Werner Heisenberg fue uno de los científicos más jóvenes en ganar el Premio Nobel. La determinación y un fuerte espíritu competitivo lo inspiraron a descubrir uno de los principios más famosos de la ciencia: el principio de incertidumbre. Werner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en la ciudad alemana de Würzburg. El padre de Werner, August, gracias a una exitosa actividad científica, logró elevarse al nivel de representantes de la clase alta de la burguesía alemana. En 1910 se convirtió en profesor de filología bizantina en la Universidad de Munich. La madre del niño se llamaba Anna Weklein. Desde el mismo nacimiento de Werner, su familia decidió firmemente que él también debería alcanzar una alta posición social a través de la educación. Creyendo que la rivalidad debería ser propicia para lograr el éxito en la ciencia, su padre provocó que Werner y su hermano mayor Erwin compitieran constantemente. Durante muchos años, los muchachos peleaban a menudo, y un día la rivalidad los llevó a tal pelea que se golpearon con sillas de madera. Al crecer, cada uno siguió su propio camino: Erwin fue a Berlín y se convirtió en químico, apenas se comunicaban, aparte de las raras reuniones familiares. En septiembre de 1911, Werner fue enviado a un prestigioso gimnasio. En 1920, Heisenberg ingresó a la Universidad de Munich. Después de graduarse, Werner fue nombrado asistente del profesor Max Born en la Universidad de Göttingen. Born estaba seguro de que el microcosmos atómico es tan diferente del macrocosmos descrito por la física clásica que los científicos ni siquiera deberían pensar en utilizar los conceptos habituales de movimiento y tiempo, velocidad, espacio y cierta posición de las partículas al estudiar la estructura del átomo. La base del micromundo son los cuantos, que no se deberían haber intentado entender o explicar desde las posiciones visuales de los clásicos obsoletos. Esta filosofía radical encontró una calurosa respuesta en el alma de su nuevo asistente. De hecho, el estado de la física atómica en ese momento parecía una especie de montón de hipótesis. Ahora, si alguien pudiera probar por experiencia que un electrón es realmente una onda, o más bien, una partícula y una onda... Pero no ha habido tales experimentos todavía. Y si es así, entonces era incorrecto partir únicamente de las suposiciones de lo que es un electrón, según el pedante Heisenberg. ¿Es posible crear una teoría en la que solo se conozcan datos experimentales sobre el átomo, obtenidos mediante el estudio de la luz emitida por él? ¿Qué puedes decir sobre esta luz con seguridad? Que tiene tal y tal frecuencia y tal y tal intensidad, no más... Según la teoría cuántica, un átomo emite luz al pasar de un estado de energía a otro. Y según la teoría de Einstein, la intensidad de la luz de una determinada frecuencia depende del número de fotones. Esto significa que fue posible tratar de relacionar la intensidad de la radiación con la probabilidad de transiciones atómicas. Las oscilaciones cuánticas de los electrones, aseguró Heisenberg, deben representarse únicamente con la ayuda de relaciones puramente matemáticas. Solo es necesario elegir el aparato matemático adecuado para ello. El joven científico eligió matrices. La elección resultó ser exitosa, y pronto su teoría estuvo lista. El trabajo de Heisenberg sentó las bases de la ciencia del movimiento de partículas microscópicas: la mecánica cuántica. No menciona ningún movimiento del electrón en absoluto. El movimiento en el sentido anterior de la palabra no existe. Las matrices simplemente describen cambios en el estado del sistema. Por lo tanto, las cuestiones controvertidas sobre la estabilidad del átomo, sobre la rotación de los electrones alrededor del núcleo, sobre su radiación desaparecen por sí mismas. En lugar de una órbita en la mecánica de Heisenberg, un electrón se caracteriza por un conjunto o tabla de números individuales, como coordenadas en un mapa geográfico. Hay que decir que la mecánica de matrices apareció muy oportunamente. Las ideas de Heisenberg fueron retomadas por otros físicos y pronto, según Bohr, adquirieron "una forma que, en su integridad lógica y generalidad, podía competir con la mecánica clásica". Sin embargo, hubo una circunstancia deprimente en el trabajo de Heisenberg. Según él, no pudo obtener un espectro simple de hidrógeno a partir de la nueva teoría. Y cuál fue su sorpresa cuando, tiempo después de la publicación de su obra... "Pauli me dio una sorpresa: la mecánica cuántica completa del átomo de hidrógeno. Mi respuesta del 3 de noviembre comenzaba con las palabras: "Apenas es necesario escribe cuánto me regocijo con la nueva teoría del átomo de hidrógeno y cuán grande es mi sorpresa de que hayas podido desarrollarla tan rápidamente"". Casi al mismo tiempo, el físico inglés Dirac también estaba trabajando en la teoría del átomo con la ayuda de la nueva mecánica. Tanto Heisenberg como Dirac tenían cálculos extremadamente abstractos. Ninguno de ellos especificó la esencia de los símbolos utilizados. Y solo al final de los cálculos, todo su esquema matemático dio el resultado correcto. El aparato matemático utilizado por Heisenberg y Dirac para desarrollar las teorías del átomo en la nueva mecánica era inusual y complejo para la mayoría de los físicos. Sin mencionar el hecho de que ninguno de ellos, a pesar de todos los trucos, no pudo acostumbrarse a la idea de que una onda es una partícula y una partícula es una onda. ¿Cómo imaginar un hombre lobo así? Erwin Schrödinger, que en ese momento trabajaba en Zúrich, abordó los problemas de la física atómica desde un ángulo completamente diferente y con objetivos diferentes. Su idea era que cualquier materia en movimiento puede considerarse como ondas. Si esto es cierto, entonces Schrödinger estaba convirtiendo los cimientos de la mecánica matricial de Heisenberg en algo completamente inaceptable. En mayo de 1926, Schrödinger publicó una prueba de que estos dos enfoques en competencia eran esencialmente matemáticamente equivalentes. Heisenberg y otros adeptos a la mecánica matricial comenzaron de inmediato a luchar en defensa de su concepto, y en ambos bandos adquirió un matiz cada vez más emotivo. En defensa de este enfoque, se jugaron su futuro. Schrödinger, por otro lado, arriesgó su reputación al negarse a reconocer los conceptos aparentemente irracionales de discreción y saltos cuánticos y regresar a las leyes físicas del movimiento ondulatorio continuo, causal y racional. Ninguno de los bandos estaba dispuesto a hacer concesiones, lo que significaría el reconocimiento de la superioridad profesional de los oponentes. La esencia misma y la dirección futura de la mecánica cuántica se convirtieron repentinamente en un tema de controversia en el mundo científico. Esta lucha se intensificó aún más por la aparición de ambiciones profesionales por parte de Heisenberg. Apenas unas semanas antes de que Schrödinger publicara una prueba de la equivalencia de ambos enfoques, Heisenberg renunció a su cátedra en la Universidad de Leipzig a favor de colaborar con Bohr en Copenhague. Un escéptico Weklein, el abuelo de Werner, se apresuró a viajar a Copenhague para tratar de disuadir a su nieto de su decisión; fue en este punto cuando apareció el trabajo de Schrödinger sobre la equivalencia de ambos enfoques. La renovada presión del desafío de Weklein y Schrödinger a los fundamentos de la física de matrices llevó a Heisenberg a redoblar sus esfuerzos y tratar de hacer el trabajo a un nivel tan alto que fuera ampliamente aceptado por los especialistas y eventualmente asegurara un lugar en algún otro departamento. Sin embargo, al menos tres eventos que tuvieron lugar en 1926 le hicieron sentir un gran abismo entre sus ideas y el punto de vista de Schrödinger. El primero de ellos es una serie de conferencias impartidas por Schrödinger en Munich a finales de julio y dedicadas a su nueva física. En estas conferencias, el joven Heisenberg argumentó ante una multitudinaria audiencia que la teoría de Schrödinger no explicaba ciertos fenómenos. Sin embargo, no logró convencer a nadie y abandonó la conferencia en un estado de depresión. Luego, en una conferencia de otoño de científicos y médicos alemanes, Heisenberg fue testigo de un apoyo completo y, desde su punto de vista, erróneo a las ideas de Schrödinger. Finalmente, en Copenhague, en septiembre de 1926, estalló una discusión entre Bohr y Schrödinger, en la que ninguna de las partes tuvo éxito. Como resultado, se reconoció que ninguna de las interpretaciones existentes de la mecánica cuántica puede considerarse aceptable. Impulsado en su trabajo por diversos motivos -personales, profesionales y científicos- Heisenberg dio inesperadamente la interpretación necesaria en febrero de 1927, formulando el principio de incertidumbre y sin dudar de su corrección. En una carta a Pauli del 23 de febrero de 1927, da casi todos los detalles esenciales del artículo "Sobre la interpretación teórica cuántica de las relaciones cinemáticas y mecánicas", presentado exactamente un mes después, dedicado al principio de incertidumbre. De acuerdo con el principio de incertidumbre, la medición simultánea de dos de las llamadas variables conjugadas, como la posición (coordenada) y el momento de una partícula en movimiento, conduce inevitablemente a una limitación en la precisión. Cuanto más exactamente se mide la posición de una partícula, menos preciso se puede medir su momento, y viceversa. En el caso límite, una determinación absolutamente precisa de una de las variables conduce a una completa falta de precisión al medir la otra. La incertidumbre no es culpa del experimentador: es una consecuencia fundamental de las ecuaciones de la mecánica cuántica y una propiedad característica de todo experimento cuántico. Además, Heisenberg afirmó que mientras la mecánica cuántica sea válida, no se puede violar el principio de incertidumbre. Por primera vez desde la revolución científica, un destacado físico ha proclamado que existen límites para el conocimiento científico. Junto con las ideas de luminarias como Niels Bohr y Max Born, el principio de incertidumbre de Heisenberg entró en el sistema lógicamente cerrado de la "interpretación de Copenhague", que Heisenberg y Born, antes de la reunión de los físicos más importantes del mundo en octubre de 1927, declararon completamente completo y completo. inmutable Esta reunión, la quinta de los famosos Congresos Solvay, tuvo lugar pocas semanas después de que Heisenberg se convirtiera en profesor de física teórica en la Universidad de Leipzig. Con solo veinticinco años de edad, se convirtió en el profesor más joven de Alemania. Heisenberg fue el primero en presentar una conclusión bien articulada sobre la consecuencia más profunda del principio de incertidumbre relacionado con la relación con el concepto clásico de causalidad. El principio de causalidad exige que todo fenómeno esté precedido por una única causa. Esta proposición es negada por el principio de incertidumbre probado por Heisenberg. La conexión causal entre el presente y el futuro se pierde, y las leyes y predicciones de la mecánica cuántica son de naturaleza probabilística o estadística. Heisenberg y otros "copenhagueses" no tardaron mucho en transmitir su doctrina a quienes no habían asistido a las instituciones europeas. En los Estados Unidos, Heisenberg encontró un ambiente particularmente favorable para convertir a nuevos adeptos. Durante un viaje conjunto con Dirac alrededor del mundo en 1929, Heisenberg dio un curso de conferencias sobre la "Doctrina de Copenhague" en la Universidad de Chicago que tuvo un gran impacto en la audiencia. En el prefacio de sus conferencias, Heisenberg escribió: "El propósito de este libro puede considerarse logrado si contribuye al establecimiento del espíritu de Copenhague de la teoría cuántica... que mostró el camino para el desarrollo general de la física atómica moderna". Cuando el "portador" de este "espíritu" regresó a Leipzig, su trabajo científico inicial fue ampliamente reconocido en el campo de la actividad profesional que le aseguró una alta posición tanto en la sociedad como en la ciencia. En 1933, junto con Schrödinger y Dirac, su trabajo recibió el más alto reconocimiento: el Premio Nobel. En cinco años, el Instituto Heisenberg creó las teorías cuánticas más importantes del estado cristalino sólido, la estructura molecular, la dispersión de la radiación por los núcleos y el modelo de núcleos protón-neutrón. Junto con otros teóricos, dieron un gran paso hacia la teoría cuántica relativista de campos y sentaron las bases para el desarrollo de la investigación en el campo de la física de altas energías. Estos logros atrajeron a muchos de los mejores estudiantes a una institución científica como el Instituto Heisenberg. Criados en la tradición de la "Doctrina de Copenhague", formaron una nueva generación dominante de físicos que difundieron estas ideas por todo el mundo en los años treinta, después de que Hitler llegara al poder. Aunque hoy Heisenberg es considerado con razón uno de los más grandes físicos de nuestro tiempo, al mismo tiempo es criticado por muchas de sus acciones después de que Hitler llegó al poder. Heisenberg nunca fue miembro del Partido Nazi, pero ocupó altos cargos académicos y fue un símbolo de la cultura alemana en los territorios ocupados. De 1941 a 1945, Heisenberg fue director del Instituto Kaiser Wilhelm de Física y profesor en la Universidad de Berlín. Rechazando repetidamente las ofertas de emigrar, encabezó la principal investigación sobre la fisión de uranio, en la que estaba interesado el Tercer Reich. Después del final de la guerra, el científico fue arrestado y enviado a Inglaterra. Heisenberg dio varias explicaciones de sus acciones, lo que contribuyó aún más al declive de su reputación en el extranjero. El fiel hijo de su patria, Heisenberg, que logró penetrar en los secretos de la naturaleza, no supo discernir ni comprender la profundidad de la tragedia en la que estaba sumida Alemania. En 1946, Heisenberg regresó a Alemania. Se convierte en director del Instituto de Física y profesor en la Universidad de Göttingen. Desde 1958, el científico fue director de la Universidad de Física y Astrofísica, así como profesor en la Universidad de Munich. En los últimos años, los esfuerzos de Heisenberg se han dirigido hacia la creación de una teoría del campo unificado. En 1958, cuantizó la ecuación de espinor no lineal de Ivanenko (la ecuación de Ivanenko-Heisenberg). Muchas de sus obras están dedicadas a los problemas filosóficos de la física, en particular la teoría del conocimiento, donde se situó en la posición del idealismo. Heisenberg murió en su casa de Múnich el 1 de febrero de 1976 de cáncer de riñón y vesícula biliar. Autor: Samin D.K.
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