Werner Karl Heisenberg एक जर्मन सैद्धांतिक भौतिकविद् थे और क्वांटम यांत्रिकी के मुख्य अग्रदूतों में से एक थे। उन्होंने 1925 में एक सफल पत्र में अपना काम प्रकाशित किया। उसी वर्ष Max Born और Pascual Jordan के साथ बाद के कागजात की श्रृंखला में, क्वांटम यांत्रिकी का यह मैट्रिक्स सूत्रीकरण काफी विस्तृत था। वे अनिश्चितता सिद्धांत के लिए जाने जाते हैं, जिसे उन्होंने 1927 में प्रकाशित किया। Heisenberg को 1932 के नोबेल पुरस्कार भौतिकी "क्वांटम यांत्रिकी के निर्माण के लिए" दिया गया था।
Heisenberg ने अशांत प्रवाह की हाइड्रोडायनामिक्स, परमाणु नाभिक, लौहचुम्बकत्व, ब्रह्मीय किरणों और उप-परमाणु कणों के सिद्धांतों में भी महत्वपूर्ण योगदान दिया। वे द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान जर्मन परमाणु हथियार कार्यक्रम में एक प्रमुख वैज्ञानिक थे। वे 1957 में Karlsruhe में पहले पश्चिम जर्मन परमाणु रिएक्टर को Munich में एक अनुसंधान रिएक्टर के साथ योजना बनाने में भी महत्वपूर्ण थे।
द्वितीय विश्व युद्ध के बाद, उन्हें Kaiser Wilhelm Institute for Physics के निदेशक के रूप में नियुक्त किया गया, जिसका नाम शीघ्र ही Max Planck Institute for Physics रखा गया। वे इंस्टीट्यूट के निदेशक रहे जब तक इसे 1958 में Munich में स्थानांतरित नहीं किया गया। फिर वे 1960 से 1970 तक Max Planck Institute for Astrophysics के निदेशक बने।
Heisenberg जर्मन अनुसंधान परिषद के अध्यक्ष, परमाणु भौतिकी आयोग के अध्यक्ष, परमाणु भौतिकी कार्यकारी समूह के अध्यक्ष, और Alexander von Humboldt Foundation के अध्यक्ष भी थे।
प्रारंभिक जीवन और अध्ययन
प्रारंभिक वर्ष
Werner Karl Heisenberg का जन्म Würzburg, Germany में हुआ था, Kaspar Ernst August Heisenberg के घर में, जो शास्त्रीय भाषाओं के माध्यमिक विद्यालय शिक्षक थे जो जर्मनी के विश्वविद्यालय प्रणाली में मध्यकालीन और आधुनिक यूनानी अध्ययन के एकमात्र ordentlicher Professor ordinarius प्रोफेसर बने, और उनकी पत्नी, Annie Wecklein।
Heisenberg को एक Lutheran Christian के रूप में पाला गया और रहते थे। उनकी आत्मकथा युवा Heisenberg के साथ शुरू होती है जब वह अपने late teenage years में Bavarian Alps में लंबी पैदल यात्रा करते समय Plato के Timaeus को पढ़ रहा था। Heisenberg ने परमाणु को समझने पर अपने सहकर्मी छात्रों और शिक्षकों के साथ दार्शनिक बातचीत का वर्णन किया जबकि वह Munich, Göttingen और Copenhagen में वैज्ञानिक प्रशिक्षण प्राप्त कर रहा था। Heisenberg बाद में कहते हैं कि "मेरा दिमाग दर्शन, Plato और उस तरह की चीजें पढ़कर बना था"। और यह कि "आधुनिक भौतिकी ने निश्चित रूप से Plato के पक्ष में निर्णय लिया है। वास्तव में, पदार्थ की सबसे छोटी इकाइयां साधारण अर्थ में भौतिक वस्तुएं नहीं हैं; वे रूप हैं, विचार जो केवल गणितीय भाषा में स्पष्ट रूप से व्यक्त किए जा सकते हैं।"
Heisenberg 1919 में Munich में Freikorps के सदस्य के रूप में आए थे ताकि एक साल पहले स्थापित Bavarian Soviet Republic से लड़ें। पाँच दशक बाद उन्होंने उन दिनों को यौवन मजेदार के रूप में याद किया, जैसे "पुलिस और डाकू खेलना और इसी तरह; यह कुछ भी गंभीर नहीं था।"
Habilitation
उन्होंने 1920 से 1923 तक Ludwig Maximilian University of Munich और Georg-August University of Göttingen में भौतिकी और गणित का अध्ययन किया। Munich में, उन्होंने Arnold Sommerfeld और Wilhelm Wien के तहत अध्ययन किया। Göttingen में, उन्होंने Max Born और James Franck के साथ भौतिकी और David Hilbert के साथ गणित का अध्ययन किया। उन्होंने 1923 में Munich में Sommerfeld के तहत अपनी पीएच.डी. प्राप्त की। Göttingen में, Born के तहत, उन्होंने 1924 में अपनी habilitation को anomalous Zeeman effect पर एक Habilitationsschrift habilitation thesis के साथ पूरा किया।
क्योंकि Sommerfeld को अपने छात्रों में ईमानदारी की दिलचस्पी थी और Heisenberg की Niels Bohr के परमाणु भौतिकी सिद्धांत में रुचि जानते थे, Sommerfeld Heisenberg को Göttingen में जून 1922 के Bohr Festival में भाग लेने के लिए लाए। इस कार्यक्रम में, Bohr एक अतिथि व्याख्याता थे और क्वांटम परमाणु भौतिकी पर व्यापक व्याख्यानों की एक श्रृंखला दी। वहाँ, Heisenberg ने पहली बार Bohr से मिले, और इसका उन पर महत्वपूर्ण और निरंतर प्रभाव पड़ा।
Heisenberg की पीएच.डी. थीसिस, जिसका विषय Sommerfeld द्वारा सुझाया गया था, अशांति पर थी; थीसिस ने laminar flow की स्थिरता और turbulent flow की प्रकृति दोनों पर चर्चा की। स्थिरता की समस्या को Orr–Sommerfeld equation का उपयोग करके जांचा गया, जो laminar flow से छोटी गड़बड़ियों के लिए एक चौथा क्रम रैखिक अंतर समीकरण है। उन्होंने द्वितीय विश्व युद्ध के बाद इस विषय पर संक्षेप में लौटा।
अपनी युवावस्था में वह Neupfadfinder का एक सदस्य और Scoutleader थे, एक जर्मन Scout संस्था और German Youth Movement का हिस्सा। अगस्त 1923 में Robert Honsell और Heisenberg ने Munich से इस संस्था के एक Scout समूह के साथ Finland की यात्रा का आयोजन किया।
व्यक्तिगत जीवन
Heisenberg को शास्त्रीय संगीत पसंद था और वह एक कुशल पियानो वादक थे। संगीत में उनकी रुचि ने अपनी भविष्य की पत्नी से मिलने के लिए नेतृत्व किया। जनवरी 1937 में, Heisenberg ने Elisabeth Schumacher 1914–1998 से एक निजी संगीत सुस्पष्टीकरण में मिलीं। Elisabeth एक प्रसिद्ध Berlin अर्थशास्त्र प्रोफेसर की बेटी थीं, और उनका भाई अर्थशास्त्री E. F. Schumacher थे, जो Small Is Beautiful के लेखक थे। Heisenberg ने उनसे 29 अप्रैल को विवाह किया। Fraternal twins Maria और Wolfgang का जन्म जनवरी 1938 में हुआ था, जिसके बाद Wolfgang Pauli ने Heisenberg को अपने "pair creation" पर बधाई दी—यह प्राथमिक कण भौतिकी से एक प्रक्रिया pair production पर एक शब्द खेल था। अगले 12 वर्षों में उनके पाँच और बच्चे हुए: Barbara, Christine, Jochen, Martin और Verena। 1936 में उन्होंने दक्षिणी Germany में Urfeld am Walchensee में अपने परिवार के लिए एक ग्रीष्मकालीन घर खरीदा।
शैक्षणिक कैरियर
Göttingen, Copenhagen, और Leipzig
1924 से 1927 तक, Heisenberg Göttingen में एक Privatdozent थे, जिसका अर्थ है कि वह स्वतंत्र रूप से पढ़ाने और परीक्षा लेने के लिए योग्य थे, बिना कुर्सी के। 17 सितंबर 1924 से 1 मई 1925 तक, एक International Education Board Rockefeller Foundation fellowship के तहत, Heisenberg Copenhagen के University of Theoretical Physics के निदेशक Niels Bohr के साथ अनुसंधान करने गए। उनका seminal paper, "Über quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen" "Quantum theoretical re-interpretation of kinematic and mechanical relations", सितंबर 1925 में प्रकाशित हुआ। वह Göttingen लौट आए और Max Born और Pascual Jordan के साथ लगभग छह महीने की अवधि में, क्वांटम यांत्रिकी के matrix mechanics सूत्रीकरण को विकसित किया। 1 मई 1926 को, Heisenberg ने Copenhagen में Bohr के सहायक और विश्वविद्यालय व्याख्याता के रूप में अपनी नियुक्ति शुरू की। यह Copenhagen में था, 1927 में, कि Heisenberg ने अपनी uncertainty principle विकसित की, जबकि क्वांटम यांत्रिकी की गणितीय नींव पर काम कर रहा था। 23 फरवरी को, Heisenberg ने सहकर्मी भौतिकविद् Wolfgang Pauli को एक पत्र लिखा, जिसमें उन्होंने पहली बार अपने नए सिद्धांत का वर्णन किया। सिद्धांत पर अपने पत्र में, Heisenberg ने इसे वर्णित करने के लिए शब्द "Ungenauigkeit" imprecision, uncertainty नहीं, का उपयोग किया।
1927 में, Heisenberg को University of Leipzig में सैद्धांतिक भौतिकी के ordentlicher Professor professor ordinarius और भौतिकी विभाग के प्रमुख के रूप में नियुक्त किया गया; उन्होंने 1 फरवरी 1928 को वहाँ अपना उद्घाटन व्याख्यान दिया। Leipzig से प्रकाशित अपने पहले पत्र में, Heisenberg ने लौहचुम्बकत्व के रहस्य को हल करने के लिए Pauli exclusion principle का उपयोग किया।
Heisenberg के Leipzig में कार्यकाल के दौरान, डॉक्टरल छात्रों और स्नातकोत्तर और अनुसंधान सहयोगियों की उच्च गुणवत्ता जो उनके साथ अध्ययन और काम किया वह उस प्रशंसा से स्पष्ट है जो बहुत से बाद में अर्जित किए। विभिन्न समय पर उनमें Erich Bagge, Felix Bloch, Ugo Fano, Siegfried Flügge, William Vermillion Houston, Friedrich Hund, Robert S. Mulliken, Rudolf Peierls, George Placzek, Isidor Isaac Rabi, Fritz Sauter, John C. Slater, Edward Teller, John Hasbrouck van Vleck, Victor Frederick Weisskopf, Carl Friedrich von Weizsäcker, Gregor Wentzel, और Clarence Zener शामिल थे।
1929 की शुरुआत में, Heisenberg और Pauli ने relativistic quantum field theory के लिए नींव रखने वाले दो पत्रों में से पहला प्रस्तुत किया। 1929 में भी, Heisenberg China, Japan, India, और United States के व्याख्यान दौरे पर गए। 1929 के वसंत में, वह University of Chicago में एक आमंत्रित व्याख्याता थे, जहाँ उन्होंने quantum mechanics पर व्याख्यान दिया।
1928 में, British mathematical physicist Paul Dirac ने अपना relativistic wave equation of quantum mechanics प्राप्त किया था, जिसने सकारात्मक इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व का संकेत दिया, जिसे बाद में positrons नाम दिया गया। 1932 में, cosmic rays के एक cloud chamber photograph से, American physicist Carl David Anderson ने एक ट्रैक को positron द्वारा बनाए जाने के रूप में पहचाना। mid-1933 में, Heisenberg ने positron की अपनी theory प्रस्तुत की। Dirac की theory पर और theory के आगे के विकास पर उनकी सोच दो पत्रों में दी गई थी। पहला, "Bemerkungen zur Diracschen Theorie des Positrons" "Remarks on Dirac's theory of the positron" 1934 में प्रकाशित हुआ, और दूसरा, "Folgerungen aus der Diracschen Theorie des Positrons" "Consequences of Dirac's Theory of the Positron", 1936 में प्रकाशित हुआ। इन पत्रों में Heisenberg पहले थे जिन्होंने Dirac equation को spin ħ/2 के किसी भी बिंदु कण के लिए एक "classical" field equation के रूप में पुनर्व्याख्या किया, जो स्वयं anti-commutators को शामिल करने वाली quantization conditions के अधीन थे। इसे एक quantum field equation के रूप में पुनर्व्याख्या करते हुए जो सटीक रूप से इलेक्ट्रॉनों का वर्णन करता है, Heisenberg ने पदार्थ को विद्युत चुंबकत्व के समान पद पर रखा: जैसा कि relativistic quantum field equations द्वारा वर्णित किया जा रहा है जो कण निर्माण और विनाश की संभावना की अनुमति देता है। Hermann Weyl ने पहले से ही Albert Einstein को 1929 के एक पत्र में इसका वर्णन किया था।
Matrix mechanics और नोबेल पुरस्कार
Heisenberg के क्वांटम यांत्रिकी को स्थापित करने वाला पत्र भौतिकविदों और इतिहासकारों को भ्रमित करता है। उनकी विधियां मानती हैं कि पाठक Kramers-Heisenberg transition probability calculations से परिचित है। मुख्य नया विचार, non-commuting matrices, केवल unobservable quantities की अस्वीकृति से justify किया जाता है। यह correspondence principle के आधार पर भौतिक तर्क द्वारा matrices के non-commutative multiplication को चलाता है, इस तथ्य के बावजूद कि Heisenberg तब matrices के गणितीय सिद्धांत से परिचित नहीं थे। इन परिणामों की ओर ले जाने वाले पथ को MacKinnon, 1977 में reconstructed किया गया है, और विस्तृत गणनाएं Aitchison et al में काम की गई हैं।
Copenhagen में, Heisenberg और Hans Kramers ने dispersion पर एक पत्र पर सहयोग किया, या परमाणुओं से radiation के scattering जिसकी wavelength परमाणुओं से बड़ी है। उन्होंने दिखाया कि Kramers द्वारा पहले विकसित किया गया सफल formula Bohr orbits पर आधारित नहीं हो सकता था, क्योंकि transition frequencies level spacings पर आधारित हैं जो constant नहीं हैं। Fourier transform के sharp classical orbits में जो frequencies होती हैं, इसके विपरीत, समान रूप से spaced होती हैं। लेकिन इन परिणामों को एक semi-classical virtual state model द्वारा समझाया जा सकता है: आने वाली radiation valence, या outer, electron को एक virtual state में excite करती है जहाँ से वह decays करता है। एक बाद के पत्र में Heisenberg ने दिखाया कि यह virtual oscillator model भी fluorescent radiation के polarization को समझा सकता है।
ये दो सफलताएं, और anomalous Zeeman effect की outstanding समस्या को समझाने में Bohr–Sommerfeld model की निरंतर विफलता, Heisenberg को spectral frequencies की गणना करने का प्रयास करने के लिए virtual oscillator model का उपयोग करने के लिए प्रेरित किया। विधि तुरंत realistic problems पर लागू होने के लिए बहुत मुश्किल साबित हुई, इसलिए Heisenberg एक सरल उदाहरण की ओर मुड़ा, anharmonic oscillator।
Dipole oscillator में एक सरल harmonic oscillator होता है, जिसे एक charged particle on a spring के रूप में सोचा जाता है, एक external force द्वारा disturbed, जैसे एक external charge। oscillating charge की गति को oscillator की frequency में एक Fourier series के रूप में expressed किया जा सकता है। Heisenberg ने दो अलग तरीकों द्वार
