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BIOGRAFIEN GROSSER WISSENSCHAFTLER
Heisenberg Werner Karl. Biographie des Wissenschaftlers
Verzeichnis / Biografien großer Wissenschaftler
Werner Heisenberg war einer der jüngsten Nobelpreisträger. Zielstrebigkeit und ein starker Wettbewerbsgeist inspirierten ihn zur Entdeckung eines der berühmtesten Prinzipien der Wissenschaft – der Unschärferelation. Werner Karl Heisenberg wurde am 5. Dezember 1901 in der deutschen Stadt Würzburg geboren. Werners Vater August schaffte es dank erfolgreicher wissenschaftlicher Tätigkeit zum Vertreter der deutschen Großbürgerlichkeit aufzusteigen. 1910 wurde er Professor für Byzantinische Philologie an der Universität München. Die Mutter des Jungen war die geborene Anna Weklein. Schon bei der Geburt von Werner stand in seiner Familie fest, dass auch er durch Bildung eine hohe gesellschaftliche Stellung erreichen sollte. In der Überzeugung, dass Rivalität dem wissenschaftlichen Erfolg förderlich sein sollte, provozierte sein Vater Werner und seinen älteren Bruder Erwin zu einem ständigen Wettbewerb. Viele Jahre lang kämpften die Jungen oft, und eines Tages brachte die Rivalität sie zu einem solchen Kampf, dass sie sich mit Holzstühlen schlugen. Als Heranwachsender ging jeder seinen eigenen Weg: Erwin ging nach Berlin und wurde Chemiker, sie kommunizierten fast nicht, abgesehen von seltenen Familientreffen. Im September 1911 wurde Werner auf ein angesehenes Gymnasium geschickt. 1920 trat Heisenberg in die Universität München ein. Nach seinem Abschluss wurde Werner Assistent von Professor Max Born an der Universität Göttingen. Born war sich sicher, dass sich der atomare Mikrokosmos so sehr von dem von der klassischen Physik beschriebenen Makrokosmos unterscheidet, dass Wissenschaftler nicht einmal daran denken sollten, die üblichen Konzepte von Bewegung und Zeit, Geschwindigkeit, Raum und einer bestimmten Position von Teilchen zu verwenden, wenn sie den Aufbau des Atoms untersuchen. Die Grundlage der Mikrowelt sind Quanten, deren Verständnis oder Erklärung nicht aus den visuellen Positionen veralteter Klassiker versucht werden sollte. Diese radikale Philosophie fand eine warme Antwort in der Seele seines neuen Assistenten. Tatsächlich glich der damalige Stand der Atomphysik einer Art Hypothesenhaufen. Wenn nun jemand durch Erfahrung beweisen könnte, dass ein Elektron wirklich eine Welle ist, oder vielmehr sowohl ein Teilchen als auch eine Welle ... Aber solche Experimente gab es noch nicht. Und wenn ja, dann sei es falsch, allein von Annahmen darüber auszugehen, was ein Elektron ist, so der pedantische Heisenberg. Ist es möglich, eine Theorie aufzustellen, in der es nur bekannte experimentelle Daten über das Atom gibt, die durch die Untersuchung des von ihm emittierten Lichts gewonnen werden? Was können Sie mit Sicherheit zu dieser Leuchte sagen? Dass es so und so häufig und so und so intensiv ist, nicht mehr ... Gemäß der Quantentheorie sendet ein Atom Licht aus, indem es von einem Energiezustand in einen anderen übergeht. Und nach Einsteins Theorie hängt die Lichtintensität einer bestimmten Frequenz von der Anzahl der Photonen ab. Damit konnte versucht werden, die Strahlungsintensität mit der Wahrscheinlichkeit atomarer Übergänge in Beziehung zu setzen. Quantenschwingungen von Elektronen, versicherte Heisenberg, seien nur mit Hilfe rein mathematischer Beziehungen darzustellen. Dazu ist lediglich die Auswahl des geeigneten mathematischen Apparates erforderlich. Die junge Wissenschaftlerin hat sich für Matrizen entschieden. Die Wahl erwies sich als erfolgreich, und bald war seine Theorie fertig. Heisenbergs Arbeit legte den Grundstein für die Wissenschaft der Bewegung mikroskopischer Teilchen – die Quantenmechanik. Es wird überhaupt keine Bewegung des Elektrons erwähnt. Bewegung im früheren Sinne des Wortes gibt es nicht. Die Matrizen beschreiben einfach Zustandsänderungen des Systems. Kontroverse Fragen zur Stabilität des Atoms, zur Rotation der Elektronen um den Kern und zu seiner Strahlung verschwinden daher von selbst. Anstelle einer Umlaufbahn in der Heisenberg-Mechanik ist ein Elektron durch eine Menge oder Tabelle einzelner Zahlen gekennzeichnet, wie Koordinaten auf einer geografischen Karte. Es muss gesagt werden, dass die Matrixmechanik sehr günstig erschien. Heisenbergs Ideen wurden von anderen Physikern aufgegriffen und nahmen laut Bohr bald "eine Form an, die in ihrer logischen Vollständigkeit und Allgemeinheit mit der klassischen Mechanik konkurrieren konnte". Es gab jedoch einen deprimierenden Umstand in Heisenbergs Werk. Ihm sei es nicht gelungen, aus der neuen Theorie ein einfaches Wasserstoffspektrum abzuleiten. Und was war seine Überraschung, als einige Zeit nach der Veröffentlichung seiner Arbeit …“ Pauli mich überraschte: die vollendete Quantenmechanik des Wasserstoffatoms. Meine Antwort vom 3. November begann mit den Worten: „Es ist kaum nötig schreiben Sie, wie sehr ich mich über die neue Theorie des Wasserstoffatoms freue und wie groß meine Überraschung ist, dass Sie sie so schnell entwickeln konnten"". Fast zeitgleich arbeitete auch der englische Physiker Dirac mit Hilfe neuer Mechanik an der Theorie des Atoms. Sowohl Heisenberg als auch Dirac hatten äußerst abstrakte Berechnungen. Keiner von ihnen spezifizierte die Essenz der verwendeten Symbole. Und erst am Ende der Berechnungen ergab ihr gesamtes mathematisches Schema das richtige Ergebnis. Der mathematische Apparat, den Heisenberg und Dirac bei der Entwicklung der Atomtheorien in der neuen Mechanik verwendeten, war für die meisten Physiker sowohl ungewöhnlich als auch komplex. Ganz zu schweigen davon, dass sich keiner von ihnen trotz aller Tricks an die Vorstellung gewöhnen konnte, dass eine Welle ein Teilchen und ein Teilchen eine Welle ist. Wie kann man sich so einen Werwolf vorstellen? Erwin Schrödinger, damals in Zürich tätig, näherte sich den Problemen der Atomphysik von einer ganz anderen Seite und mit anderen Zielen. Seine Idee war, dass jede sich bewegende Materie als Wellen betrachtet werden kann. Wenn das stimmt, dann hat Schrödinger die Grundlagen von Heisenbergs Matrizenmechanik in etwas völlig Inakzeptables verwandelt. Im Mai 1926 veröffentlichte Schrödinger einen Beweis dafür, dass diese beiden konkurrierenden Ansätze im Wesentlichen mathematisch gleichwertig waren. Heisenberg und andere Anhänger der Matrixmechanik begannen sofort, für ihr Konzept zu kämpfen, und es nahm auf beiden Seiten eine zunehmend emotionale Färbung an. Zur Verteidigung dieses Ansatzes setzten sie ihre Zukunft aufs Spiel. Schrödinger hingegen riskierte seinen Ruf, indem er sich weigerte, die scheinbar irrationalen Konzepte von Diskretion und Quantensprüngen anzuerkennen, und zu den physikalischen Gesetzen der kontinuierlichen, kausalen und rationalen Wellenbewegung zurückkehrte. Zu Zugeständnissen, die eine Anerkennung der fachlichen Überlegenheit des Gegners bedeuten würden, war keine Seite bereit. Das eigentliche Wesen und die zukünftige Richtung der Quantenmechanik wurden plötzlich zu einem Gegenstand von Kontroversen in der wissenschaftlichen Welt. Dieser Streit wurde durch das Aufkommen von Karriereambitionen auf Heisenbergs Seite weiter verschärft. Nur wenige Wochen bevor Schrödinger einen Beweis für die Äquivalenz der beiden Ansätze veröffentlichte, legte Heisenberg seine Professur an der Universität Leipzig zugunsten einer Zusammenarbeit mit Bohr in Kopenhagen nieder. Ein skeptischer Weklein, Werners Großvater, eilte nach Kopenhagen, um zu versuchen, seinem Enkel seine Entscheidung auszureden; An dieser Stelle erschien Schrödingers Aufsatz zur Äquivalenz beider Ansätze. Erneuter Druck von Weklein und Schrödingers Herausforderung an die Grundlagen der Matrixphysik veranlasste Heisenberg, seine Anstrengungen zu verdoppeln und zu versuchen, die Arbeit auf einem so hohen Niveau zu erledigen, dass sie von Spezialisten allgemein akzeptiert und schließlich einen Platz in einer anderen Abteilung erhalten würde. Mindestens drei Ereignisse, die 1926 stattfanden, ließen ihn jedoch eine große Kluft zwischen seinen Ideen und Schrödingers Standpunkt spüren. Den Anfang macht eine Vortragsreihe, die Schrödinger Ende Juli in München über seine neue Physik hält. In diesen Vorträgen argumentierte der junge Heisenberg vor einem überfüllten Publikum, dass Schrödingers Theorie bestimmte Phänomene nicht erkläre. Er konnte jedoch niemanden überzeugen und verließ die Konferenz deprimiert. Dann erlebte Heisenberg auf einer Herbsttagung deutscher Wissenschaftler und Ärzte eine völlige und aus seiner Sicht falsche Unterstützung der Ideen Schrödingers. Schließlich kam es im September 1926 in Kopenhagen zu einer Diskussion zwischen Bohr und Schrödinger, bei der keine Seite erfolgreich war. Als Ergebnis wurde erkannt, dass keine der bestehenden Interpretationen der Quantenmechanik als ganz akzeptabel angesehen werden kann. Getrieben in seiner Arbeit von verschiedenen Motiven – persönlich, beruflich und wissenschaftlich – gab Heisenberg im Februar 1927 unerwartet die notwendige Interpretation, indem er die Unschärferelation formulierte und nicht an ihrer Richtigkeit zweifelte. In einem Brief an Pauli vom 23. Februar 1927 gibt er fast alle wesentlichen Einzelheiten des genau einen Monat später vorgelegten Artikels "Zur quantentheoretischen Interpretation kinematischer und mechanischer Beziehungen" wieder, der der Unschärferelation gewidmet ist. Nach der Unschärferelation führt die gleichzeitige Messung zweier sogenannter konjugierter Größen wie Ort (Koordinate) und Impuls eines bewegten Teilchens zwangsläufig zu einer Einschränkung der Genauigkeit. Je genauer die Position eines Teilchens gemessen wird, desto ungenauer kann sein Impuls gemessen werden und umgekehrt. Im Grenzfall führt eine absolut genaue Bestimmung einer der Größen zu einer völligen Ungenauigkeit bei der Messung der anderen. Unsicherheit ist nicht die Schuld des Experimentators, sie ist eine fundamentale Folge der Gleichungen der Quantenmechanik und eine charakteristische Eigenschaft jedes Quantenexperiments. Darüber hinaus stellte Heisenberg fest, dass, solange die Quantenmechanik gilt, die Unschärferelation nicht verletzt werden kann. Zum ersten Mal seit der wissenschaftlichen Revolution hat ein führender Physiker verkündet, dass wissenschaftliche Erkenntnisse Grenzen haben. Zusammen mit den Ideen von Koryphäen wie Niels Bohr und Max Born ging die Heisenbergsche Unschärferelation in das logisch geschlossene System der „Kopenhagener Deutung“ ein, die Heisenberg und Born vor dem Treffen der weltweit führenden Physiker im Oktober 1927 für vollständig und vollständig erklärten unveränderlich. Dieses Treffen, der fünfte der berühmten Solvay-Kongresse, fand nur wenige Wochen, nachdem Heisenberg Professor für Theoretische Physik an der Universität Leipzig geworden war, statt. Mit nur XNUMX Jahren wurde er der jüngste Professor Deutschlands. Heisenberg war der erste, der eine gut artikulierte Schlussfolgerung über die tiefgreifendste Konsequenz der Unschärferelation in Bezug auf die Beziehung zum klassischen Kausalitätsbegriff präsentierte. Das Kausalitätsprinzip verlangt, dass jedem Phänomen eine einzige Ursache vorausgeht. Diese Aussage wird durch die von Heisenberg bewiesene Unbestimmtheitsrelation verneint. Die kausale Verbindung zwischen Gegenwart und Zukunft geht verloren, und die Gesetze und Vorhersagen der Quantenmechanik sind probabilistischer oder statistischer Natur. Es dauerte nicht lange, bis Heisenberg und andere „Kopenhagener“ die Doktrin, die sie verteidigten, jenen vermittelten, die keine europäischen Institutionen besucht hatten. In den Vereinigten Staaten fand Heisenberg ein besonders günstiges Umfeld für die Bekehrung neuer Anhänger. Während einer gemeinsamen Weltreise mit Dirac im Jahr 1929 hielt Heisenberg an der University of Chicago eine Vorlesung über die „Kopenhagen-Doktrin“ mit großer Publikumswirkung. Im Vorwort zu seinen Vorlesungen schrieb Heisenberg: „Der Zweck dieses Buches kann als erfüllt angesehen werden, wenn es zur Etablierung des Kopenhagener Geistes der Quantentheorie beiträgt ... der den Weg für die allgemeine Entwicklung der modernen Atomphysik zeigte.“ Als der „Träger“ dieses „Geistes“ nach Leipzig zurückkehrte, fand sein frühes wissenschaftliches Wirken breite Anerkennung im Berufsfeld, das ihm eine hohe Stellung in Gesellschaft und Wissenschaft sicherte. 1933 erhielt seine Arbeit zusammen mit Schrödinger und Dirac die höchste Anerkennung - den Nobelpreis. Innerhalb von fünf Jahren schufen die Heisenberg-Institute die wichtigsten Quantentheorien über den fest-kristallinen Zustand, die Molekülstruktur, die Streuung von Strahlung an Kernen und das Proton-Neutron-Modell der Kerne. Zusammen mit anderen Theoretikern machten sie einen großen Schritt in Richtung relativistischer Quantenfeldtheorie und legten den Grundstein für die Entwicklung der Forschung auf dem Gebiet der Hochenergiephysik. Diese Leistungen lockten viele der besten Studenten an eine wissenschaftliche Einrichtung wie das Heisenberg-Institut. Aufgewachsen in der Tradition der „Kopenhagener Doktrin“, bildeten sie eine neue dominante Generation von Physikern, die diese Ideen in den dreißiger Jahren nach Hitlers Machtübernahme weltweit verbreiteten. Obwohl Heisenberg heute zu Recht als einer der größten Physiker unserer Zeit gilt, wird er auch für viele seiner Taten nach Hitlers Machtübernahme kritisiert. Heisenberg war nie Mitglied der NSDAP, aber er hatte hohe akademische Positionen inne und war ein Symbol der deutschen Kultur in den besetzten Gebieten. Von 1941 bis 1945 war Heisenberg Direktor des Kaiser-Wilhelm-Instituts für Physik und Professor an der Universität Berlin. Auswanderungsangebote mehrfach ablehnend, leitete er die Hauptforschung zur Uranspaltung, an der das Dritte Reich interessiert war. Nach Kriegsende wurde der Wissenschaftler verhaftet und nach England geschickt. Heisenberg gab verschiedene Erklärungen für sein Vorgehen, was weiter zum Niedergang seines Ansehens im Ausland beitrug. Der treue Sohn seines Vaterlandes, Heisenberg, dem es gelang, in die Geheimnisse der Natur einzudringen, konnte die Tiefe der Tragödie, in die Deutschland gestürzt wurde, nicht erkennen und verstehen. 1946 kehrte Heisenberg nach Deutschland zurück. Er wird Direktor des Physikalischen Instituts und Professor an der Universität Göttingen. Seit 1958 war der Wissenschaftler Direktor der Physikalischen Hochschule und der Astrophysik sowie Professor an der Ludwig-Maximilians-Universität München. In den letzten Jahren haben sich Heisenbergs Bemühungen auf die Schaffung einer einheitlichen Feldtheorie gerichtet. 1958 quantisierte er Ivanenkos nichtlineare Spinorgleichung (die Ivanenko-Heisenberg-Gleichung). Viele seiner Werke widmen sich den philosophischen Problemen der Physik, insbesondere der Erkenntnistheorie, wobei er auf der Position des Idealismus stand. Heisenberg starb am 1. Februar 1976 in seinem Haus in München an Nieren- und Gallenblasenkrebs. Autor: Samin D. K.
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