الحياة المبكرة والتعليم

في 5 كانون الأول/ديسمبر 1901، في فورزبورغ، ألمانيا، إلى آب/أغسطس هيزنبرغ، أستاذ تاريخ بيزانتين، وآني ويكلين، ترعرع في منزل أكاديمي، كان شاب هيزنبرغ يجيد التفوق على الرياضيات والعلوم، وحضر الدراسة التي أجريت في جامعة ماكسيميليانز في مونخ، حيث كان متفوقاً في ميونيخ.

(سومرفيلد) تعرف على موهبته الإستثنائية وشجعه على التعامل مع أكثر المشاكل تقدماً في النظرية الذرية (هيزنبرغ) درس أيضاً في جامعة (غوتينغن) حيث عمل مع (ماكس بورن) و(جيمس فرانك)

في عام 1923، أكمل هايزنبرغ الدكتوراه تحت سومرفيلد، لكن أطروحته بشأن الديناميات السوائل أظهرت بالفعل أن له سماء رياضي، ثم انتقل إلى كوبنهاغن للعمل مع نيلز بور، الذي أصبح معهده مُعقداً لنظرية الكمي الجديدة، وشعرت هايزنبرغ الشابة بالارتفاع في المناقشات مع شرويندر، ديراك، وبولي، باستياق صور مختلفة.

"الطيور المميتة"

وفي عام ٥٢٩١، نشرت هيزنبرغ، في سن ٣٢ عاماً، ورقة ستصبح أساس ميكانيكيات مصفوفة، وهي واحدة من أولى التركيبات الكاملة لميكانيكيات الكمي، وكانت هذه الأعمال، التي كانت تحمل عنوان " في " الكم من العلاقات الافتراضية والميكانيكية " ، قد رفضت فكرة تصور المدارات الكهربائية داخل الذرات، وبدلاً من ذلك، تركز " هيزنبرغ " على الكميات التي يمكن ملاحظتها فقط.

هذا النهج كان صارماً من الناحية الرياضية ولكن مبتذلاً من الناحية المفاهيمية (ماكس بورن) و(باسكال جوردن) اعترفوا بسرعة بالأهمية وساعدوا (هايزنبرغ) على تطوير تركيبة المصفوفة الكاملة

الاختلافات الرئيسية في الميكانيكيات الكلاسيكية

ميكانيكيون الماشية يختلفون عن الميكانيكيين التقليديين بطرق أساسية، في الميكانيكيات الكلاسيكية، والمواقع والزخم هي أرقام بسيطة تخفف (x)p = x) وفي المصفوفات، فإن هذه الكميات هي مشغلي لا يترددون، مما يؤدي إلى عدم اليقين، وهذه الفارقة ليست خدعة رياضية بل انعكاسا لطبيعة الواقع الكمي.

معادلة المطاط وميكانيكية الموجات

بعد نشر (شرويندر) ميكانيكيه للموجات عام 1926، أثبت (شرويندر) نفسه أن التركيبات كانت مكافئة رياضياً، وكانت هذه لحظة رئيسية: أدرك الفيزياء أن هناك طرقاً متعددة للتعبير عن نفس القوانين الكمية، لكن (هيزنبرغ) فضّل دائماً نهج المصفوفة لأنه يتجنب مسألة التصويب،

مبدأ اللايقين: نظرية كورنرستون من النظرية الكينتوم

(هيزنبرغ) الأكثر شهرةً، مُبدأ (دي دي) المُتعَرّب في عام 1927، ينص على أنّ أكثر دقة يعرف موقع الجسيمات، و الأدقّة يمكن أن تعرف زخمها، والعكس صحيح، هذا ليس الحدّ من أدوات القياس بل هو ملكية أساسية لنظم الكميونات، ونتاج الشكوك في الموقع والزخم دائماً ما يكون ثابتاً قليلاً (Planck)

تَنَمّيَة البِرْيَة الغير مُتَقَرَّنةِ مِنْ تجاربِ أفكارِ هيزنبرغ، خصوصاً مجهر غاما، تَخيّلَ إستعمالَ a صورة لتَقَيسَ موقعِ الإلكترونيةِ،

الآثار المترتبة على التعايش والنزعة الدفينية

إن مبدأ " برينت " ، الذي لا يُصدق، له عواقب فلسفية عميقة، ويعني ضمنا أن الطبيعة، على نطاق الميكروسكوب، هي احتمالية بشكل أساسي، وقد قاومت ألبرت اينشتاين هذه الفكرة بشكل مشهور، حيث أعلنت أن الله لا يلعب النرد، غير أن هيزنبرغ ونيلز بوروز، قد جادلت بأن الميكانيكيات الكميّة توفر وصفا كاملا للواقع، وإن كان لا يمكن تخفيضها إلى الميكانيكي التقليدي.

بالإضافة إلى زوجات الموقع و الصدر، فإن مبدأ الجائزة غير المستقر ينطبق أيضاً على الطاقة والوقت: "الرمز / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / /

دور في تفسير كوبنهاغن

كان (هايزنبرغ) شخصية مركزية في تطوير تفسير كوبنهاغن، التفسير الأكثر تعليماً لميكانيكيات الكم، إلى جانب (نيل بور) قال إن النظم الكمية لا تملك ممتلكات محددة حتى يتم قياسها، بل توجد في مواقع سطحية من الدول، مُصففة بوظيفة موجة، إنّ عمل قياس "يُستحوذ" على وظيفة الموجة إلى نتيجة واحدة.

وواجه تفسير كوبنهاغن تحديات، لا سيما من اينشتاين وبودولسكي وروزين في عام 1935، الذين جادلوا بأن الميكانيكيات الكمية غير كاملة، ودافع هايزنبرغ عن التفسير، مؤكدا أن نموذج التراكمي الناجم عن تحامل كلاسيكي، وقد أكدت التجارب اللاحقة، مثل اختبارات بل النظرية، أن الميكانيكيات الكميّة تنتهك الواقعية المحلية، بما يتسق مع إطار عمل كوبنهاغن.

دور القياس والمراقب

وقد ركز هايزنبرغ تركيزا كبيرا على دور المراقب في الميكانيكيات الكمية، ولا يقتصر المبدأ غير المستقر على ما يمكن أن نعرفه، بل على ما يمكن قوله قبل القياس، ففي كتابه لعام 1930 المبادئ الميكانيكية للكميات ، كتبت هيزنبرغ:

المساهمات اللاحقة: النظرية الميدانية الموحدة والفيزياء النووية

بعد انتصاراته المبكرة، انتقلت هيزنبرغ إلى مناطق أخرى، وفي الثلاثينات، عمل على كهرباء الكهرودينامية ونظرية النواة الذرية، واقترح مفهوم "قوات التبادل" لشرح القوة النووية القوية التي تربط البروتونات والنيوترونات معاً، ولكن هذا العمل، رغم أن هيكله المبني في وقت لاحق هو مجرد دليل يوكايو، كان خطوة إلى الأمام.

وخلال الحرب العالمية الثانية، ظل هايزنبرغ في ألمانيا وعمل على البحث النووي، وقد كان اشتراكه مع البرنامج النووي الألماني موضوع خلاف تاريخي، ولم يبني قط قنبلة ذرية، ولم يناقش الأسباب، سواء كانت أخلاقية أو محدودة علميا أو عقبات بيروقراطية، وبعد الحرب، واصل هايزنبرغ بحثه بشأن النظرية الميدانية الموحدة، وسعى إلى إعادة تأهيل العلوم الألمانية، ودافع عن شخص بارز في المنظمات العلمية.

هايزنبرغ ومشروع أورانيوم

"الطبيعة الدقيقة لعمل "هايزنبرغ الحربي هي مسألة تحقيق تاريخي، كان الفيزيائي النظري الرئيسي في نادي "يورانيوم" الألماني، لكن المشروع لم يكن لديه الدعم الصناعي والسياسي لمشروع مانهاتن، بعض المؤرخين يقولون أن "هيزنبرغ" قد أبطأ عمداً، بينما يزعم آخرون أنه قد أخطأ في حساباته للكتلة الحرجة لمفاعل نووي

جائزة نوبل والاعتراف

لقد تلقى (هايزنبرغ) جائزة نوبل في الفيزياء عام 1932 لخلق ميكانيكيات كمية، وقد أدى تطبيقه إلى أمور منها اكتشاف الأشكال الفيزيائية للهيدروجين (الجائزة مُنحت في عام 1933)

بالإضافة إلى الجوائز الرسمية، يمكن أن يُشاهد تأثير (هايزنبرغ) في أجيال الفيزيائيين الذين دربهم، ومن بين طلابه الدكتوراه (كارل ويززاكر) و(فيليكس بلوك) و(إدوارد تيلر) و(هايزنبرغ) قام بإرشاد معهد (ماكس بلانك) للفيزياء من عام 1942 حتى عام 1970، وحوله إلى مركز بحوث عالمي

الأثر على العلم والتكنولوجيا

ميكانيكيات الكهف التي بنيت إلى حد كبير على أسس هيزنبرغ، حولت كل فرع من الفيزياء، وشرحت سلوك الذرات والجزيئات والصلود، و هي أساس الكيمياء الحديثة وعلم المواد، وبدون نظرية كمية، لن يكون لدينا موصلات نصفية، التي هي أساس كل الحواسيب الإلكترونية الحديثة، والهواتف الذكية، والهواتف الميكانيكية، والخلايا الشمسية.

ميكانيكيات هيزنبرغ و المبدأ الغير قابل للثقل أيضاً يُرشدون الأبحاث في مجال الحساب الكمي و التكفير الكمي

تطبيقات يومية لميكانيكيات الكينتوم

،بجانب الأدوات التقنية العالية ،الميكانيكيات الكمية تفسر الظواهر اليومية .ألوان الأجسام ،الرد الفعل الكيميائي ،وإستقرار المادة ،وتصرف المواد في درجات حرارة منخفضة

Legacy of Werner Heisenberg

"ولقد تلقى جائزة نوبل في الفيزياء عام 1932 "لإنشاء ميكانيكيات كمية، و قد أدى تطبيقه إلى اكتشاف أشكال مائية من الهيدروجين" "وذهب لتدريب جيل من الفيزياء وخدمة مدير معهد ماكس بلانك للفيزياء"

كما أن هايزنبرغ ألهم الأعمال الفنية والثقافية من لعبات مثل Copenhagen] من قبل مايكل فراين إلى العديد من الوثائق، وحياته تثير تساؤلات حول المسؤوليات الأخلاقية للعلماء في أوقات الحرب، ويجسد فيليسنبرغ قوة المنطق النقي والتعقيدات الأخلاقية للعلوم التطبيقية، ويطرح في نظر الطلاب والمربين أفكاراً عن استمرارية.

إن اسم هايزنبرغ أصبح مرادفاً لحدود المعرفة، فـ "قطعة هيزنبرغ" تستخدم في مناقشات الفصل بين نظام الكمي والأجهزة الكلاسيكية، وفي الثقافة الشعبية، كثيراً ما يكون المبدأ خاطئاً أو مفرطاً، لكن رسالته الأساسية التي تفرض قيوداً أساسية على الدقة - الارتداد خارج الفيزياء، بل إنها تذكرة بأن العلم نفسه يجب أن يقبلها.

المزيد من القراءة والموارد

لاستطلاع حياة (هايزنبيرغ) والعمل بعمق أكبر، استشارة المصادر الموثوقة التالية:

إن الإنجازات العلمية التي حققها في (ويرنر هايزنبرغ) لا تزال ذات أهمية اليوم كما كانت قبل قرن تقريباً، فالمبادئ غير المستقرة، وميكانيكيات المصفوفة، ومساهماته في النظرية الكمية، لا تُعمق فهمنا للكون فحسب، بل تُشعل أيضاً ثورات تكنولوجية تحدد العالم الحديث، وكثيراً ما يُجسد عمل المقياس النظري لتكرار الواقع ويُلُ إلى طبيعة المستقبل.