فيرنر هايزنبيرغ

فيرنر هايزنبيرغ

فيرنر كارل هايزنبيرغ (5 ديسمبر 1901 في فورتسبورغ – 1 فبراير 1976 في ميونخ) فيزيائي ألماني حائز على جائزة نوبل لعام 1932. اكتشف أحد أهم مبادئ الفيزياء الحديثة وهو مبدأ عدم التأكد. من مؤلفاته الجزء والكل والفلسفة والفيزياء والطبيعة في الفيزياء.

حياته

ولد فيرنر هايزنبيرغ في ألمانيا سنة 1901 وحصل على الدكتوراه في الفيزياء النظرية من جامعة ميونخ سنة 1923. ومن سنة 1924 حتى سنة 1927 عمل مساعداً للفيزيائي الدانماركي نيلز بور. ظهرت أولى أبحاثه عن نظرية الكمّ سنة 1925 وظهرت صياغته لمبدأ عدم التأكد سنة 1927. توفي هايزنبيرغ سنة 1976 عن عمر يناهز 74 عامًا. وعاشت من بعده زوجته وسبعة من الأبناء. نشأ هايزنبرغ وعاش كمسيحي لوثري.

أهمية نظريته العلمية

جاء اكتشاف هايزنبيرغ في علم الفيزياء تحديدًا اكتشافه ميكانيكا الكم، فالميكانيكا هي الفرع من علم الفيزياء الذي يهتم بالقوانين العامة للتحكم في حركة الأشياء المادية. إنه أهم فروع علم الفيزياء، وفي السنوات الأولى من القرن العشرين، أصبحت قوانين الفيزياء المعروفة غير قادرة على تفسير حركة الأشياء الصغيرة كالذرات وجزيئات الذرات، وكان شيئا محيراً ومقلقاً أيضاً حيث كانت تلك القوانين قادرة على تفسير الأشياء الأكبر حجماً من الذرة أما الذرة وما دونها فلم تجد قوانين تفسر حركتها. وفي سنة 1925 قدّم فيرنر هايزنبيرغ قوانين جديدة تختلف تماماً عن تلك الصيغ التي قدمها نيوتن قبل ذلك. أما نظرية هايزنبيرغ - وقد أدخل عليها عدد آخر من العلماء بعض التعديلات - فأصبحت قادرة على تفسير حركة كل الأشياء صغيرها وكبيرها. ومن أهم نتائج نظرية هايزنبيرغ في تفسير حركة الذرات مبدأ اسمه مبدأ عدم التأكد. هذا المبدأ الذي وضع صيغته سنة 1927. ويعتبر هذا المبدأ من أعظم المبادئ أثراً في تاريخ العلم الحديث حيث أنه يضع حدوداً لقدرة الإنسان على قياس الأشياء.

فهذا المبدأ معناه أنه لا يمكن قياس خاصتين فيزيائيتين (كالمكان والسرعة) لجسيم كمي (كالإلكترون) بلحظة معينة دون وجود قدر من عدم التأكد من أحد الخاصيتين أو كليهما. فإذا عرفنا مكان الإلكترون بلحظة أصبح متسحيلا معرفة سرعته بدقة، لأن إلكترونا متحركا في لحظة من الزمن (خلال فترة زمنية تتناهى إلى الصفر) سيبدو ساكنا. فإذا هناك قدر لا يمكن معرفته ولا نستطيع أن نكون على يقين منه. أما نتائج هذا المبدأ فشيء هائل حقاً، فإذا كانت القوانين الأساسية للفيزياء تمنع أي عالماً مهما كانت ظروفه مثالية، من أن يحصل على أية معلومات مؤكدة، فمعنى ذلك أنه لا يستطيع أن يتنبأ بحركة أي شيء مستقبلاً. ومعنى هذا المبدأ وتطبيقاً له فإن أي تعديل أو تطوير في وسائلنا في المعرفة لن يمكننا من التغلب على هذه الصعوبة.

ومبدأ عدم اليقين هذا معناه أن علم الفيزياء لا يستطيع أن يفعل أكثر من أن تكون لديه تنبؤات إحصائية فقط. فالعالم الذي يدرس الإشعاع مثلا، يمكنه أن يتنبأ فقط بأن من كل ألف مليون ذرة راديوم مليونان فقط سوف يصدران أشعة غاما في اليوم التالي، كما أنه لا يستطيع التنبؤ أي نوع من ذرات الراديوم سوف يفعل ذلك. ولكن يمكننا القول أنه كلما زادت عدد الذرات كلما زاد عدم التأكد وكلما نقصت كلما زاد التأكد. وكانت هذه النظرية مقلقة لدرجة أن عالماً كبيراً بوزن آينشتاين قد رفضها أول الأمر . وهو الذي قال «إن عقلي لا يستطيع أن يتصور أن الله يلعب النرد بهذا الكون» ومع ذلك لم يجد العلماء أمامهم إلا قبول هذه النظرية التي اهتدى إليها هايزنبيرغ.

نتائج نظريته الهامة

ومن الواضح أن نظرية الكم هذه لها نتائج أعمق من نظرية النسبية لأينشتين وكانت لها آثار فلسفية عميقة. ومن نتائج هذه النظرية أننا استخدمنا الميكروسكوب الإلكتروني وآشعة الليزر والترانزستور، كما أن لفيزياء الكم نتائجها العلمية في الفيزياء النووية والطاقة النووية، وهي أساس معلوماتنا عن الطيف الضوئي. كما أنها تستخدم في الفلك وفي الكيمياء كما أننا نعتمد عليها في معرفة خواص الهيليوم السائل والتكوينات الداخلية للنجوم ومغناطيسية الحديد والإشعاع النووي. يذكر أن هناك من اهتموا وساهموا في نظرية الكم في الميكانيكا أمثال : ماكس بلانك، ألبرت أينشتاين، ونيلس بور والعالم الفرنسي لويس دي بروي كما ساهم فيها بعد نشرها عدد آخر من العلماء كالعالم النمساوي إرفين شرودنغر والعالم الإنجليزي بول ديراك، كلاهما قد أضاف تصوراً جديداً إلى ميكانيكا الكمّ بالإضافة إلى تصور هايزنبرغ المبني على ميكانيكا المايتركس، فتصور شرودنغر مبني على معادلة شرودنغر وتصور ديراك المبني على معادلته.

انظر أيضا

• قائمة المخترعين والمكتشفين الألمان.

هيزنبرج

فزيائي عظيم وفيلسوف ألماني

ولد في ديسمبر سنة ١٩٠١ في فورتسبورج (ألمانيا) ودرس الفيزياء في جامعة منشن (ميونخ. وحصل على الدكتوراه الأولى فيسنة ١٩٢٣ برسالة عن الاضطراب في التيارات السائلة. ثم التحق بجامعة جيتنجن ليحضر دروس ماكس بورن؛ ثم انتقل في خريف سنة ١٩٢٤ إلى كوبنهاجن للدراسة في المعهد الجامعي للفيزياء النظرية لحضور دروس نيلز بور Niels Bohr (١٨٨٥ - ١٩٦٢) وبعد ذلك بقليل نشر مقالاً بعنوانم «حول التفسير الكمي النظري للعلاقات الحركية والميكانيكية». وفيها اقترح تفسيراً جديداً للمفهومات الأساسية في الميكانيكا،

وفي سنة ١٩٢٧ نشر بحثاً عن مبدأ اللاتعين، بين بموجبه الحدود النظرية التي تفرضها ميكانيكا الكم على بعض أزواج المتغيرات التي يؤثر بعضها في بعض دائماً، مثل: الموقع، والزخم momentum. وانتهى من ذلك إلى توكبد أنه ليس في استطاعة أي نظام كمي ميكانيكي أن يكون له موقع دقيق وزخم دقيق في نفس الوقت. وهذا هو ما عرف بمبدأ •اللاتعين» indetenninacy . وهذا المبدا يشمل كل الظواهر، كبيرها وصغيرها. لكن أهميته محصورة غالباً في الميدان الذري وما تحت الذزي.

وقام هو وبور Bohr بوضع ما يسمى بفلسفة التكامل complementarity . وهي تؤكد الدور الفعال الذي للعلم في قيامه بالقياسات، وكيف أن ثمت تفاعلاً بينه وبين الشيء الملاحظ، مما يجعل٢٠لقياص لا يتعلق

بالشيء الملاحظ كما هو في ذاته، بل يتعلق به وبالعالم الباحث الذي يقيس.

ومن سنة ١٩٢٧ إلى سنة ١٩٤١ كان هيزنبرج أستاذاً للفيزياء في جامعة ليبتسك وفي المدة من ١٩٤١ حتى ١٩٤٥ كان مديراً لمعهد لأمبراطور فلهلم للفيزياء في برلين ا

وأثناء الحرب العالمية الثانية عمل مع أوتو هان (١٨٧٩ i ١٩٦٨ ) Otto Hahn - أحد المكتشفين لشطر النواة - في تركيب مفاعل نووي. ومن هنا نسب إليه دور كبير في التمهيد لمصنع القنبلة الذرية,

وبعد انتهاء الحرب في سنة ١٩٤٥ صار مديراً لمعهد ماكس بلانك للفيزياء وللفيزياء الكوكبية في مدينة جيتنجن. ثم انتقل هو وهذا المعهد إلى مدينة منشن (ميونخ) في سنة ١٩٥٨. ومنذ سنة ١٩٥٣ وهو يبحث في وضع نظرية موحدة للمادة. ■ وتوفي في أول فبراير سة١٩٧٦-

وقد حصل على جائزة نوبل في الفزياء في سنة ٠١٩٣٢

فلسفته العلمية

يعد فرنر هيزنبرج المؤسس الحقيقي لميكانيكا الكم، وواضع مبدأ «اللامتعين» وقد أسهم في زيادة تحديد وفهم نواة الذرة، والمغناطيسية الحديدية، والأشعة الكونية.

لكن أبرز إسهام له في فلسفة العلوم هو وضعه لمبدأ «نسب اللاتعين» Unschärferelation ، وبموجبه لا توجد حتمية في المستوى الذري ولا المستوى تحت الذري. بمعنى أنه لا يمكن التنبؤ بما سيحدث في الظواهر التي تنتسب إلى هذين المستويين ٠

يثبت هيزنبرج أن الجزيء يتأثر بعاملين: الموضع، والحركة ٠ وكلما حاولنا أن نعرف بدقة أحد هذين العاملين، فإن العامل الثاني يزداد صعوبة في المعرفة. والتحديد المطلق لجزيء سيؤدي إلى عدم تعين مطلق في حركة هذا الجزيء، والعكس بالعكس

وبين هيزنبرج أن هذا القصور في المعرفة لا شأن له بعدم دقة آلات القياس. إن الحدود الكمية للمعرفة

هيزنبرج

٣٦٧

تتعلق خصوصاً بكل تجربة ممكنة في مجال الظواهر الميكروفزيائ ية. إن نسبة اللاتعين أمر لا مفر منه.

والتجريب ٠ الذي كان العلماء من قبل يرون أنه الحاكم الذي لا يخطىء ٠ لم يعد الفيصل الموضوعي، بل هو الآخر خاضع لتدخل ذاتي من جانب العالم الذي يقوم بالتجريب. ومن ثم يؤكد هيزنبرج أن العالم فعال بقدر ما هو مشاهد في مجال البحث العلمي .

لهذا عارض هيزنبرج بشدة الوضعية المنطقية التي نادت بها «دائرة فيينا». وأكد الدور الكبير الذي لشخصيه العالم في تكوين العلم، واستعان بالموضوعات المطلقة التي قال بها العلم التقليدي (الكلاسيكي): المواقف النسبية الملاحظة

إن ميكانيكا الكم تقتضي أن نتخلى عن مفهوم العلية الذي كان سائداً في البحث العلمي، لأن سلوك الجزينات لا يخضع لأية حتمية، بل هو أمر احتمالي فقط ٠ ويترتب على ذلك أن قوانين نيوتن في الحركة في المكان والزمان لا تلائم العملية الأساسية التي تتم في الذرة . لكن هذه القوانين تبقى صحيحة بالنسبة إلى العالم فوق الذري .

مؤلفاته

- «المبادىء الفزيائية لنظرية الكم»، سنة ١٩٣٠.

- «تحولات في أسس علم الطبيعة»، سنة ١٩٤٨ -وهو يحتوي على مجموعة من مقالاته ٠

- «الفيزياء والفلسفة: الثورة في العلم الحديث» سنة ١٩٥٨ وهو محاضراته باللغة الانجليزية التي ألقاها في سلسلة : «محاضرات جفورد» ,

- «الجزء والكل»، سنة ١٩٦٩ - ويحتوي على ترجمة ذاتية أي سيرة حياته في شبابه وبداية رجولته *

- «صورة الطبيعة في الفزياء المعاصرة»، سنة ١٩٥٥.

- «المدخل إلى نظرية المجال التوحيدية الخاصة بالجزيئات الأولية»، سنة ١٩٦٧.