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위대한 과학자들의 전기
하이젠베르크 베르너 칼. 과학자의 전기
Werner Heisenberg는 노벨상을 수상한 최연소 과학자 중 한 명입니다. 목적의식과 강한 경쟁심은 그가 과학의 가장 유명한 원리 중 하나인 불확정성의 원리를 발견하도록 영감을 주었습니다. 베르너 칼 하이젠베르크는 5년 1901월 1910일 독일 뷔르츠부르크에서 태어났습니다. Werner의 아버지 August는 성공적인 과학 활동 덕분에 독일 부르주아 계급의 상류층 대표 수준으로 상승했습니다. XNUMX년에 그는 뮌헨 대학교의 비잔틴 문헌학 교수가 되었습니다. 소년의 어머니는 Anna Weklein이었습니다. 베르너가 태어났을 때부터 그의 가족은 베르너도 교육을 통해 높은 사회적 지위를 얻어야 한다고 굳게 결심했습니다. 경쟁이 과학에서 성공하는 데 도움이 되어야 한다고 믿었던 그의 아버지는 베르너와 그의 형 에르윈을 끊임없는 경쟁으로 몰아넣었습니다. 여러 해 동안 소년들은 자주 싸웠고, 어느 날 경쟁 관계로 인해 그들은 나무 의자로 서로를 때렸습니다. 자라면서 그들 각자는 자신의 길을갔습니다. Erwin은 베를린으로 가서 화학자가되었으며 드문 가족 모임을 제외하고는 거의 의사 소통을하지 않았습니다. 1911년 1920월, Werner는 명문 체육관으로 보내졌습니다. XNUMX년 하이젠베르크는 뮌헨 대학교에 입학했습니다. 졸업 후 Werner는 괴팅겐 대학의 Max Born 교수의 조수로 임명되었습니다. Born은 원자 소우주가 고전 물리학이 설명하는 대우주와 너무 다르기 때문에 과학자들이 원자의 구조를 연구할 때 운동과 시간, 속도, 공간 및 입자의 특정 위치에 대한 일반적인 개념을 사용하는 것은 생각조차 해서는 안 된다고 확신했습니다. 미시 세계의 기초는 양자이며, 구식 고전의 시각적 위치에서 이해하거나 설명하려고 해서는 안 됩니다. 이 급진적인 철학은 그의 새 조수의 영혼에서 따뜻한 반응을 발견했습니다. 실제로 당시 원자 물리학의 상태는 일종의 가설 더미와 비슷했습니다. 이제 누군가가 경험으로 전자가 실제로 파동이거나 입자와 파동 모두임을 증명할 수 있다면 ... 그러나 아직 그러한 실험은 없었습니다. 그렇다면 현학적인 하이젠베르크에 따르면 전자가 무엇인지에 대한 가정만으로 진행하는 것은 옳지 않습니다. 원자에서 방출되는 빛을 연구하여 얻은 원자에 대한 알려진 실험 데이터만 있다는 이론을 만드는 것이 가능합니까? 이 빛에 대해 무엇을 확실히 말할 수 있습니까? 그것이 이런 저런 빈도와 이런 강도를 갖는다는 것은 더 이상 ... 양자 이론에 따르면 원자는 한 에너지 상태에서 다른 에너지 상태로 이동하여 빛을 방출합니다. 그리고 아인슈타인의 이론에 따르면 특정 주파수의 빛의 강도는 광자의 수에 따라 달라집니다. 이것은 방사선 강도를 원자 전이의 확률과 연관시키려는 시도가 가능했음을 의미합니다. Heisenberg는 전자의 양자 진동은 순전히 수학적 관계의 도움으로만 표현되어야 한다고 확신했습니다. 이를 위해 적절한 수학적 장치를 선택하기만 하면 됩니다. 젊은 과학자는 행렬을 선택했습니다. 그 선택은 성공적인 것으로 판명되었고 곧 그의 이론이 준비되었습니다. 하이젠베르크의 연구는 미시적 입자의 운동 과학인 양자 역학의 기초를 마련했습니다. 그것은 전자의 움직임을 전혀 언급하지 않습니다. 단어의 이전 의미에서의 움직임은 존재하지 않습니다. 행렬은 단순히 시스템 상태의 변화를 설명합니다. 따라서 원자의 안정성, 핵 주위의 전자 회전, 방사선에 대한 논란의 여지가 있는 질문은 저절로 사라집니다. 하이젠베르크 역학의 궤도 대신 전자는 지리적 지도의 좌표와 같이 개별 숫자의 집합 또는 표로 특징지어집니다. 매트릭스 역학은 매우 적절하게 나타났습니다. 하이젠베르크의 아이디어는 다른 물리학자들에 의해 채택되었고, 곧 보어에 따르면 "논리적 완전성과 일반성 면에서 고전 역학과 경쟁할 수 있는 형태"를 획득했습니다. 그러나 하이젠베르크의 작업에는 한 가지 우울한 상황이 있었습니다. 그에 따르면, 그는 새로운 이론에서 단순한 수소 스펙트럼을 유도하는 데 성공할 수 없었습니다. 그리고 그의 작품이 출판된 후 얼마 후 그가 놀랐던 점은 ... "Pauli는 나에게 놀라움을 주었습니다. 완성된 수소 원자의 양자 역학. 3월 XNUMX일의 내 대답은 다음과 같은 말로 시작되었습니다." 새로운 수소 원자 이론에 대해 얼마나 기뻐하는지 그리고 당신이 그것을 그렇게 빨리 개발할 수 있었다는 것이 얼마나 놀라운 일인지 쓰십시오." 거의 동시에 영국의 물리학자 Dirac도 새로운 역학의 도움으로 원자 이론을 연구하고 있었습니다. Heisenberg와 Dirac 모두 고도로 추상적인 계산을 했습니다. 그들 중 누구도 사용 된 기호의 본질을 지정하지 않았습니다. 그리고 계산이 끝날 때만 전체 수학적 계획이 올바른 결과를 제공했습니다. Heisenberg와 Dirac이 새로운 역학에서 원자 이론을 개발할 때 사용한 수학적 장치는 대부분의 물리학자들에게 독특하고 복잡했습니다. 모든 트릭에도 불구하고 그들 중 누구도 파동이 입자이고 입자가 파동이라는 아이디어에 익숙해지지 않았다는 사실은 말할 것도 없습니다. 그런 늑대 인간을 상상하는 방법? 당시 취리히에서 일하고 있던 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Schrödinger)는 완전히 다른 각도와 다른 목표를 가지고 원자 물리학 문제에 접근했습니다. 그의 생각은 모든 움직이는 물질이 파동으로 간주될 수 있다는 것이었습니다. 이것이 사실이라면 슈뢰딩거는 하이젠베르크의 행렬 역학의 기초를 완전히 받아들일 수 없는 것으로 바꾸고 있었습니다. 1926년 XNUMX월 슈뢰딩거는 이 두 가지 경쟁적인 접근 방식이 본질적으로 수학적으로 동등하다는 증거를 발표했습니다. Heisenberg와 매트릭스 역학의 다른 지지자들은 즉시 그들의 개념을 방어하기 위해 싸우기 시작했으며 양쪽 모두에서 점점 더 감정적인 색채를 띠게 되었습니다. 이 접근 방식을 방어하기 위해 그들은 미래를 걸었습니다. 반면에 슈뢰딩거는 이산성과 양자 점프의 겉보기에 비합리적인 개념을 인정하지 않고 연속적이고 인과적이며 합리적인 파동 운동의 물리 법칙으로 돌아가 그의 명성을 위험에 빠뜨렸습니다. 어느 쪽도 양보하려 하지 않았으며, 이는 상대방의 직업적 우월성을 인정하는 것을 의미합니다. 양자 역학의 본질과 미래 방향이 갑자기 과학계에서 논란의 대상이 되었습니다. 이 투쟁은 하이젠베르크 편에서 직업 야망의 출현으로 더욱 심화되었습니다. 슈뢰딩거가 두 접근 방식의 동등성에 대한 증거를 발표하기 불과 몇 주 전에 Heisenberg는 코펜하겐에서 보어와 협력하기 위해 라이프치히 대학교 교수직을 사임했습니다. 회의적이었던 Weklein, Werner의 할아버지는 서둘러 코펜하겐으로 가서 손자에게 결정을 내리지 못하게 했습니다. 이 시점에서 두 접근 방식의 동등성에 대한 슈뢰딩거의 작업이 나타났습니다. 매트릭스 물리학의 기초에 대한 Weklein과 Schrödinger의 도전으로 인한 새로운 압력은 Heisenberg로 하여금 그의 노력을 두 배로 늘리고 전문가들에 의해 널리 받아들여지고 결국에는 다른 부서에서 자리를 확보할 수 있을 정도로 높은 수준에서 작업을 수행하도록 이끌었습니다. 그러나 1926년에 일어난 적어도 세 가지 사건으로 인해 그는 자신의 생각과 슈뢰딩거의 관점 사이에 커다란 간극이 있음을 느꼈습니다. 첫 번째는 XNUMX월 말 뮌헨에서 슈뢰딩거가 그의 새로운 물리학에 대해 강의한 시리즈입니다. 이 강의에서 젊은 하이젠베르크는 많은 청중에게 슈뢰딩거의 이론이 특정 현상을 설명하지 못한다고 주장했습니다. 그러나 그는 아무도 설득하지 못하고 우울한 상태로 회의를 떠났습니다. 그런 다음 독일 과학자와 의사의 가을 회의에서 Heisenberg는 Schrödinger의 아이디어에 대한 완전하고 잘못된 지원을 목격했습니다. 마침내 1926년 XNUMX월 코펜하겐에서 보어와 슈뢰딩거 사이에 토론이 시작되었지만 어느 쪽도 성공하지 못했습니다. 그 결과 양자역학에 대한 기존의 어떤 해석도 충분히 수용할 수 있는 것으로 간주될 수 없다는 것이 인식되었다. 개인적, 직업적, 과학적 동기 등 다양한 동기에 의해 작업에 몰두한 하이젠베르크는 예기치 않게 1927년 XNUMX월에 필요한 해석을 하여 불확정성 원리를 공식화하고 그 정확성을 의심하지 않았습니다. 23년 1927월 XNUMX일자 Pauli에게 보낸 편지에서 그는 정확히 한 달 뒤에 발표된 "On the Quantum Theoretical Interpretation of Kinematic and Mechanical Relations" 기사의 거의 모든 필수 세부 사항을 불확정성 원리에 대해 설명합니다. 불확정성 원리에 따르면 움직이는 입자의 위치(좌표)와 운동량 등 이른바 켤레변수 두 개를 동시에 측정하면 필연적으로 정확도에 한계가 생긴다. 입자의 위치를 더 정확하게 측정할수록 운동량을 덜 정확하게 측정할 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 제한적인 경우 변수 중 하나를 절대적으로 정확하게 결정하면 다른 하나를 측정할 때 정확성이 완전히 결여됩니다. 불확실성은 실험자의 잘못이 아닙니다. 그것은 양자역학 방정식의 근본적인 결과이자 모든 양자 실험의 특성입니다. 또한 Heisenberg는 양자역학이 유효한 한 불확정성 원리를 위반할 수 없다고 말했습니다. 과학 혁명 이후 처음으로 저명한 물리학자가 과학적 지식에는 한계가 있다고 선언했습니다. 닐스 보어(Niels Bohr)와 막스 보른(Max Born)과 같은 저명한 사람들의 아이디어와 함께 하이젠베르크의 불확정성 원리는 1927년 XNUMX월 세계 최고의 물리학자들이 만나기 전에 하이젠베르크와 보른이 완전히 완전하다고 선언한 "코펜하겐 해석"의 논리적으로 닫힌 체계에 들어갔습니다. 불변. 유명한 솔베이 회의의 다섯 번째인 이 회의는 하이젠베르크가 라이프치히 대학의 이론 물리학 교수가 된 지 불과 몇 주 후에 열렸습니다. 그는 겨우 XNUMX세에 독일에서 가장 어린 교수가 되었습니다. 하이젠베르크는 고전적 인과관계 개념과 관련된 불확정성 원리의 가장 심오한 결과에 대한 명확한 결론을 최초로 제시한 사람입니다. 인과성의 원리는 모든 현상에 단일 원인이 선행되어야 함을 요구합니다. 이 명제는 하이젠베르크가 증명한 불확정성의 원리에 의해 부정된다. 현재와 미래 사이의 인과 관계가 상실되고 양자 역학의 법칙과 예측은 본질적으로 확률적 또는 통계적입니다. Heisenberg와 다른 "Copenhageners"가 유럽 기관에 참석하지 않은 사람들에게 그들의 교리를 전달하는 데는 오랜 시간이 걸리지 않았습니다. 미국에서 Heisenberg는 새로운 지지자들을 개종시키기에 특히 유리한 환경을 발견했습니다. 1929년 디랙과 함께 세계 일주를 하는 동안 하이젠베르크는 시카고 대학에서 청중에게 큰 영향을 준 "코펜하겐 독트린" 강의를 했다. 하이젠베르크는 강의 서문에서 "현대 원자 물리학의 일반적인 발전 방향을 제시한 ... 양자 이론의 코펜하겐 정신을 확립하는 데 이 책이 기여한다면 이 책의 목적을 달성했다고 볼 수 있다"고 썼다. 이 "정신"의 "담지자"가 라이프치히로 돌아왔을 때, 그의 초기 과학 연구는 사회와 과학 모두에서 그의 높은 지위를 보장한 전문 활동 분야에서 널리 인정받았습니다. 1933년 슈뢰딩거, 디라크와 함께 그의 업적은 노벨상이라는 최고의 인정을 받았습니다. XNUMX년 이내에 하이젠베르크 연구소는 고체 결정 상태, 분자 구조, 핵에 의한 방사선 산란, 핵의 양성자-중성자 모델에 대한 가장 중요한 양자 이론을 만들었습니다. 그들은 다른 이론가들과 함께 상대론적 양자장 이론을 향한 거대한 발걸음을 내디뎠고 고에너지 물리학 분야의 연구 발전을 위한 토대를 마련했습니다. 이러한 성취는 많은 우수한 학생들을 하이젠베르크 연구소와 같은 과학 기관으로 끌어들였습니다. "코펜하겐 독트린"의 전통에서 자라난 그들은 히틀러가 집권한 후 XNUMX년대에 이러한 사상을 전 세계에 퍼뜨린 지배적인 새로운 물리학자 세대를 형성했습니다. 하이젠베르크는 오늘날 우리 시대의 가장 위대한 물리학자 중 한 명으로 정당하게 여겨지지만, 동시에 히틀러가 집권한 이후의 많은 행동으로 비판을 받고 있습니다. 하이젠베르크는 결코 나치당의 일원이 아니었지만 높은 학문적 위치에 있었고 점령 지역에서 독일 문화의 상징이었습니다. 1941년부터 1945년까지 Heisenberg는 Kaiser Wilhelm Institute for Physics의 소장이자 베를린 대학교의 교수였습니다. 이민 제의를 반복적으로 거부한 그는 제XNUMX제국이 관심을 갖고 있던 우라늄 핵분열에 대한 주요 연구를 주도했습니다. 전쟁이 끝난 후 과학자는 체포되어 영국으로 보내졌습니다. 하이젠베르크는 자신의 행동에 대해 다양한 설명을 했고, 이는 해외에서의 그의 평판 하락에 더욱 기여했습니다. 자연의 비밀을 꿰뚫어본 조국의 충실한 아들 하이젠베르크는 독일이 처한 비극의 깊이를 파악하고 이해하지 못했습니다. 1946년 하이젠베르크는 독일로 돌아왔습니다. 그는 물리학 연구소의 이사이자 괴팅겐 대학교의 교수가 됩니다. 1958년부터 과학자는 물리학 대학 및 천체 물리학의 이사이자 뮌헨 대학의 교수였습니다. 최근 몇 년 동안 Heisenberg의 노력은 통일된 장 이론의 생성에 집중되었습니다. 1958년에 그는 Ivanenko의 비선형 스피너 방정식(Ivanenko-Heisenberg 방정식)을 양자화했습니다. 그의 작품 중 많은 부분이 물리학의 철학적 문제, 특히 그가 이상주의의 입장에 서 있었던 지식 이론에 전념하고 있습니다. 하이젠베르크는 1년 1976월 XNUMX일 뮌헨 자택에서 신장암과 담낭암으로 사망했습니다. 저자: Samin D.K.
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