Werner Heisenberg

Heisenberg sa považuje za spoluzakladateľa atómovej fyziky a s Nielsom Bohrom, svojím slávnym učiteľom a priateľom, najviac vyformoval kvan­tovú mechaniku a tak prispel nesmierne k tomu, že sa stala najdôležitejším odvetvím súčasnej fyziky.

Po úspešnej maturite v Mníchove musel mladý Werner dlho premýšľať, či má ísť študovať matematiku alebo fyziku, nakoniec sa predsa len rozhodol pre fyziku, lebo odkedy sa po prvý raz stretol s Einsteinovou teóriou relativity, práve fyzika nesmierne vzrušovala a priťahovala jeho nadovšetko hĺbavého a zvedavého ducha, pretože ukrývala také hlboké a fascinujúce tajomstvá.

Po ukončení štúdia sa už veľmi skoro - v roku 1924 - stal súkromným docentom na univerzite v Gôttingene a roku 1926 bol pozvaný do Berlína na univerzitu, ktorá bola v tom čase považovaná za najvyšší "chrám fyziky" v Nemecku, veď tam účinkovali také svetové kapacity ako Einstein, Planck, von Laue a Nernst. Heisenberg mal referovať v rámci fyzikálneho kolokvia uspo­riadaného Einsteinom o pokrokoch novovzniknutej kvantovej mechaniky. Keď­že to bolo po prvý raz, kedy mal všetkých týchto vynikajúcich fyzikov stretnúť osobne, dal si veľkú námahu, aby predniesol neobvyklé pojmy a matematic­ké základy novej teórie, ktoré boli pre vtedajšiu fyziku v podstate dosť cu­dzie, nanajvýš pútavo, pritom však zrozumiteľne a vecne. Podarilo sa mu prebudiť značný záujem Einsteina, lebo ho pozval na diskusiu do svojho bytu.

Keď sa potom o poldruha roka neskôr znova stretol s Einsteinom v Bruseli na povestnej piatej Solveyovej konferencii (Ernst Solvey preukázal veľkú službu vede, keď sa začiatkom 20. storočia rozhodol použiť časť svojho majetku na založenie medzinárodného inštitútu nesúceho jeho meno,pretože to bolo prakticky prvá príležitosť, kde sa mohli stretnúť významní vedci z celého sveta a diskutovať o najdôležitejších problémoch), bol už zná­mym reprezentantom kvantovej mechaniky. Kvantová mechanika , tak ako ju formoval predovšetkým Heisenberg, priniesla nesmierne množstvo nových po­znatkov a riešení, jedným z nich bol aj nový pohľad na mechaniku elektrónov v atóme, ktorý sa odlišoval zásadne od Newtonovej klasickej fyziky.

Mechanické zákony klasickej fyziky majú veľkú podobnosť s tými, kto­ré platia aj pre kvantovú fyziku. Pokiaľ sa nachádzame v úrovni makroskopic­kých fenoménov, tak sú odchýlky pri použití jedných alebo druhých takmer zanedbateľné (ide tu o podobný jav ako pri špeciálnej teórii relativity a Newtonovej mechaniky pri ich aplikácii na rýchlosti - pri nízkych je jedno, ktorú použijeme, pri vysokých nie), ak sa však prenesieme do úrovne mikro­skopickej, je situácia už úplne iná a v oblasti atomárnych fenoménov platia teda exaktne výlučne len a len zákony kvantovej mechaniky.

Heisenberg tu jednoznačne ukázal, že principiálne nie je možné robiť meranie na nejakom mikroskopickom systéme bez toho, aby uvažovaný sys­tém nebol týmto meraním rušený a teda ovplyvnený. Ináč povedané - každý pokus o spresnenie merania jednej fyzikálnej veličiny daného systému zväčší automaticky nepresnosť merania inej veličiny tohto systému. Z toho vyplýva nesmierne dôležitý fakt: Táto nemeniteľná skutočnosť veľmi komplikuje vzťa­hy medzi svetom takým, akým je naozaj a svetom, tak ako ho vidíme!

V podstate ide o to, že ak meriame veličiny nejakého makroskopické­ho systému, tak veľkosť chyby zapríčinenej týmto meraním je nesmierne malá v porovnaní s hodnotou tejto veličiny; ak však robíme meranie veličín mikro­skopického sveta, tak je táto chyba, nakoľko sa jedná o mimoriadne malé hodnoty zodpovedajúcej veličiny, obrovská, a výsledok merania je často ne­správny alebo nepresný. Okrem toho naše meranie tak naruší pôvodný stav meraného systému, že vlastne nemeriame to, čo sme chceli merať, ale pôvod­ný stav plus poruchu, spôsobenú ovplyvnením daného systému prostredníc­tvom nášho merania!

Všetko toto nás naučil Heisenberg, a na základe týchto a ďalších úvah vytvoril svoju svetoznámu teóriu o "Unschärferelation", ktorá je základným fundamentom celej kvantovej mechaniky, a ktorá hovorí v stručnosti asi nasle­dovné - ak chceme čo najpresnejšie zmerať napr. rýchlosť elektrónu a súčas­ne meriame aj miesto, kde sa práve nachádza, tak ho môžeme zmerať len so značnou nepresnosťou, a ak naopak chceme zmerať s veľkou presnosťou jeho miesto, potom narastá nepresnosť merania jeho momentálnej rýchlosti. Táto relácia je samozrejme vyjadrená matematicky a zároveň nám oznamuje aj to, že fyzika nie je v stave robiť o prírode v určitých jej oblastiach iné vedecké výpovede ako štatistické.

Nasledovný príklad, ktorý Heisenberg rád používal, nám pomôže po­chopiť, o čo tu presne ide: Urán je rádioaktívny prvok s istým polčasom roz­padu -to je čas, po uplynutí ktorého napr. z jedného kilogramu uránu ostane už len pol kilogramu - a práve tento čas je stanovený len štatisticky. My totiž zo skúseností a pozorovania vieme, že vždy a z každého kilogramu uránu ostane po uplynutí jeho charakteristického polčasu rozpadu len pol kilogra­mu, ale nikdy nevieme povedať vzhľadom na jednotlivé jeho atómy, kedy sa tieto rozpadnú, či už v nasledujúcej sekunde, alebo až o milión rokov.

Na inom mieste sme už zdôraznili, že kvantová teória je spolu s teóriou relativity najdôležitejšou teóriou celej fyziky, a že táto teória zmenila tiež, obdobne ako teória relativity, úplne radikálne náš fyzikálny svetonázor. Z to­ho vyplýva, že jej dôsledky nie sú len fyzikálneho charakteru, a že sa dotýka­jú nielen všetkých najdôležitejších oblastí modernej fyziky, ale aj astronómie a chémie.

Určite nie je bez zaujímavosti nasledovná kuriozita - tento veľký nemec­ký vedec bol otcom siedmich detí, a vraj veľmi starostlivým a pozorným, sku­točne ďalší dodatočný mimoriadny výkon, akým sa môže pochváliť naozaj len málo vedcov podobnej veľkosti!

Ostáva dodať, že za svoje mimoriadne výkony na poli vedy mu bola udelená roku 1932 Nobelova cena ako jednému z jej najmladších nositeľov.