¿Quién fue Werner Heisenberg?
Werner Heisenberg (1901-1976) fue un físico teórico alemán conocido por ser el hombre que logró la formulación matricial de la mecánica cuántica, además de formular el principio de incertidumbre. Gracias a estos descubrimientos, logró ganar el premio Nobel de Física en 1932.
Además, contribuyó con aportes a las teorías de la hidrodinámica de los fluidos turbulentos, el núcleo atómico, el ferromagnetismo, los rayos cósmicos y las partículas subatómicas, entre otras investigaciones.
Fue uno de los científicos que intervino en el proyecto de armas nucleares alemanas nazis durante la Segunda Guerra Mundial. Al finalizar la guerra, fue nombrado director del Instituto de Física Kaiser Willhelm.
Estuvo en el cargo de director hasta que la institución se trasladó a Múnich, donde se expandió y pasó a llamarse Instituto Max Planck de Física y Astrofísica.
Heisenberg fue presidente del Consejo Alemán de Investigación, de la Comisión de Física Atómica, del Grupo de Trabajo de Física Nuclear y presidente de la Fundación Alexander von Humboldt.
Biografía de Werner Heisenberg
Primeros años y estudios
Werner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Würzburg, Alemania. Fue hijo de Kaspar Ernst August Heisenberg y de Annie Wecklein.
Comenzó sus estudios de física y matemática en la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich y la Universidad Georg-August de Gottingen entre 1920 y 1923.
El profesor y físico Arnold Sommerfeld observaba a sus mejores estudiantes y sabía del interés de Heisenberg en las teorías sobre física anatómica del danés Niels Bohr (1885-1962); el profesor lo llevó al festival de Bohr en junio de 1922.
Finalmente, en 1923 recibió su doctorado en Múnich bajo el mando de Sommerfeld y completó su habilitación el siguiente año.
El tema de la tesis doctoral de Heisenberg fue sugerido por el mismo Sommerfeld. Buscó abordar la idea de la turbulencia vista como un patrón de movimiento del fluido caracterizado por cambios súbitos en la presión y la velocidad del flujo.
Más concretamente, Heisenberg abordó el problema de la estabilidad mediante el uso de varias ecuaciones específicas.
Inicios de su carrera
Entre 1924 y 1927, Heisenberg se destacó por ser un privatdozent (profesor universitario de título), en Gottingen.
Desde el 17 de septiembre de 1924 al 1 de mayo del siguiente año, realizó una investigación junto con el físico danés Niels Bohr, gracias a una beca conferida por la Junta de Educación Internacional de la Fundación Rockefeller.
En 1925, durante un período de seis meses, desarrolló la formulación matricial de la mecánica cuántica; una implementación matemática bastante completa, acompañado por los físicos alemanes Max Born (1882-1970) y Pascual Jordan (1902-1980).
Estando en Copenhage, en 1927 Heisenberg logró desarrollar su principio de incertidumbre, mientras trabajaba en los fundamentos matemáticos de la mecánica cuántica.
Tras terminar su investigación, el 23 de febrero, escribió una carta al físico austríaco Wolfgang Pauli (1900-1958), en la cual describió por primera vez tal principio.
Luego, en 1928, ofreció un artículo publicado en Leipzig donde utilizó el principio de exclusión de Pauli para resolver el misterio del ferromagnetismo, un fenómeno físico que produce un ordenamiento magnético en la misma dirección y sentido.
A principios de 1929, Heisenberg y Pauli presentaron dos documentos que sirvieron para sentar las bases de la teoría del campo cuántico relativista.
Premio Nobel
Werner Heisenberg no solo logró desarrollar el programa de investigación para crear la teoría cuántica de campos junto con algunos de sus colegas, sino que logró trabajar en la teoría del núcleo atómico tras el descubrimiento del neutrón en 1932.
En tal proyecto logró desarrollar un modelo de interacción del protón y el neutrón en una descripción temprana que más tarde se conoció como la fuerza fuerte.
En 1928, Albert Einstein nominó a Werner Heisenberg, Max Born y Pascual Jordan para el premio Nobel de Física. El anuncio del premio de 1932 se retrasó hasta noviembre de 1933.
Fue en ese momento cuando se anunció que Heisenberg había ganado el premio de 1932. A partir del aporte de Heisenberg se han logrado descubrir las formas alotrópicas del hidrógeno: es decir, las estructuras atómicas diferentes de sustancias que son simples.
Ataques nazis
El mismo año en que recibió el premio Nobel de la Paz en 1933, vivió el ascenso del Partido Nazi. Las políticas nazis excluyeron a los “no arios”, lo que significó el despido de muchos profesores, entre ellos Born, Einstein y otros colegas de Heisenberg en Leipzig.
La respuesta de Heisenberg ante tales acciones fue tranquila, alejada de protestas públicas porque pensó que el régimen nazi duraría poco. Heisenberg se convirtió rápidamente en un blanco fácil.
Un grupo de físicos nazis radicales promovieron la idea de una “física aria” opuesta a la “física judía”, siendo esta la relacionada con las teorías de relatividad y teorías cuánticas; de hecho, Heisenberg fue fuertemente atacado por la prensa nazi, llamándolo “judío blanco”.
Sommerfeld había considerado en dejar a Heisenberg como sucesor para las clases en la Universidad de Múnich; sin embargo, su intento por el nombramiento fracasó debido a la oposición del movimiento nazi.
Heisenberg en la Segunda Guerra Mundial
El 1 de septiembre de 1939 se formó el programa de armas nucleares alemán, el mismo día en que comenzó la Segunda Guerra Mundial. Tras varias reuniones, Heisenberg fue incluido y colocado como director administrativo.
Del 26 al 28 de febrero de 1942, Heisenberg ofreció una conferencia científica a los funcionarios del Reich sobre la adquisición de energía a partir de la fisión nuclear.
Además, explicó el enorme potencial energético que proporciona este tipo de energía. Afirmó que se podían liberar 250 millones de voltios de electrones a través de la fisión de un núcleo atómico, por lo que se dispusieron a realizar de lleno la investigación.
El descubrimiento de la fisión nuclear fue llevado al centro de atención alemana. Sin embargo, el grupo de investigación de Heisenberg no tuvo éxito en la producción de un reactor o bomba atómica.
Algunas referencias han presentado a Heisenberg como incompetente. Otros, por el contrario, han sugerido que el retraso había sido adrede o que el esfuerzo fue saboteado. Lo que estuvo claro es que hubo errores significativos en varios puntos de la investigación.
Según varias referencias, unas transcripciones del alemán al inglés revelan que tanto Heisenberg como otros colegas se alegraron de que los Aliados obtuviesen la victoria en la Segunda Guerra Mundial.
Años de posguerra y muerte
Finalmente en 1946 reanudó su cargo en el Instituto Kaiser Wilhelm, que luego pasó a llamarse Instituto Max Planck de Física. En los años de posguerra, Heisenberg asumió roles como administrador y portavoz de la ciencia alemana en la Alemania Occidental, manteniendo una postura apolítica.
En 1949 se convirtió en el primer presidente del Consejo de Investigación Alemán con la intención de promover la ciencia de su país en el ámbito internacional.
Más tarde, en 1953, se convirtió en el presidente fundador de la Fundación Humboldt, una organización financiada por el gobierno que otorgó becas a académicos extranjeros para realizar investigaciones en Alemania.
A finales de los años 60, Heisenberg logró escribir su autobiografía. El libro se publicó en Alemania y años más tarde fue traducido al inglés, y luego a otros idiomas.
El 1 de febrero de 1976, Heisenberg murió de cáncer de riñón y vesícula biliar.
Descubrimientos y aportes
Mecánica matricial
Los primeros modelos de mecánica cuántica fueron establecidos por Albert Einstein, Niels Bohr y otros científicos importantes. Más tarde, un grupo de jóvenes físicos elaboraron teorías contrarias a la clásica, basadas en experimentos y no en la intuición, utilizando lenguajes mucho más precisos.
En 1925, Heisenberg fue el primero en realizar una de las formulaciones matemáticas más completas de la mecánica cuántica. La idea de Heisenberg fue que por medio de esa ecuación se podrían predecir las intensidades de los fotones en las diversas bandas del espectro del hidrógeno.
Esta formulación se basa en que cualquier sistema puede ser descrito y medido con observaciones y mediciones científicas acomodadas a la teoría de matrices. En tal sentido, las matrices son expresiones matemáticas para relacionar datos provenientes de un fenómeno.
Principio de la incertidumbre
La física cuántica suele ser confusa, pues lo definido se reemplaza con probabilidades. Por ejemplo, una partícula puede estar en un sitio u otro, o incluso en ambos a la vez; solo se podrá calcular su ubicación por medio de probabilidades.
Esta confusión cuántica se podría explicar gracias al principio de incertidumbre de Heisenberg. En 1927, el físico alemán explicó su principio por medio de la medición de la posición y el movimiento de una partícula. Por ejemplo, el impulso de un objeto es su masa multiplicada por su velocidad.
Ante este hecho, el principio de incertidumbre indica que no se puede saber con absoluta certeza la posición y el movimiento de una partícula. Heisenberg afirmó que hay un límite en cuanto a qué tan bien se puede conocer la posición y el momento de la partícula, incluso utilizando su teoría.
Para Heisenberg, si se conoce la posición con mucha precisión, solo se puede tener información limitada sobre su impulso.
Modelo neutrón-protón
El modelo protón-electrón presentó ciertos problemas. Si bien se aceptó que el núcleo atómico está compuesto por protones y neutrones, la naturaleza del neutrón no estaba clara.
Tras el descubrimiento del neutrón, Werner Heisenberg y el físico ucraniano Dmitri Ivanenko, propusieron un modelo de protones y neutrones para el núcleo, en 1932.
Los documentos de Heisenberg abordan una descripción detallada de protones y neutrones dentro del núcleo a través de la mecánica cuántica. Asumió además la presencia de electrones nucleares aparte de los neutrones y protones.
Más concretamente, asumió que el neutrón es un compuesto protón-electrón, para el cual no existe una explicación mecánica cuántica.
Si bien el modelo neutrón-protón resolvió muchos problemas y descifró ciertas interrogantes, resultó una dificultad para explicar cómo los electrones podían emanar del núcleo.
Aun así, gracias a estos descubrimientos, la imagen del átomo cambió y aceleró significativamente los descubrimientos de la física atómica.
Obras
Los principios físicos de la teoría cuántica
Los principios físicos de la teoría cuántica fue publicado por primera vez en 1930 gracias a la Universidad de Chicago.
El físico alemán escribió este libro con la intención de discutir la mecánica cuántica de una forma sencilla, con poco lenguaje técnico para proporcionar un rápido entendimiento de esta ciencia.
El libro ha sido citado más de 1.200 veces en referencias y fuentes oficiales importantes. La estructura de la obra se basa fundamentalmente en la discusión rápida y sencilla de la teoría cuántica y su principio de incertidumbre.
Física y filosofía
Física y filosofía consistió en un trabajo seminal redactado de forma concisa en 1958. En esta obra, Heisenberg explica los acontecimientos de la revolución en la física moderna desde la base de sus destacados artículos y aportes.
Heisenberg se caracterizó por haber realizado innumerables conferencias y conversatorios sobre física a lo largo de su carrera científica. En tal sentido, esta obra es una recopilación de todas las charlas relacionadas con los descubrimientos del científico alemán: el principio de incertidumbre y el modelo atómico.
Física y más allá
Física y más allá fue un libro escrito en 1969, el cual relata la historia de la exploración atómica y la mecánica cuántica desde su experiencia.
El libro toma conversaciones de debates entre Heisenberg y otros de sus colegas de la época sobre distintos temas científicos. Este texto incluye conversaciones con Albert Einstein.
La intención de Heisenberg era que el lector pudiera tener la experiencia de sentir que escucha en persona a distintos físicos reconocidos, como Niels Bohr o Max Planck, no solo hablando de física, sino de otros temas relacionados con la filosofía y la política; de ahí el título del libro.
Además, la obra hace un recuento del surgimiento de la física cuántica y una descripción del entorno en el cual vivían, con descripciones detalladas de los paisajes y su educación en la naturaleza característica de la época.
Referencias
- Werner Heisenberg, Richard Beyler (n.d.). Tomado de Britannica.com
- Weiner Heisenberg, Portal Famous Scientists (n.d.). Tomado de famousscientists.org
- Werner Karl Heisenberg, Portal University of St Andrews, Scotland (n.d.). Tomado de groups.dcs.st-and.ac.uk
- Werner Heisenberg, Wikipedia in English (n.d.). Tomado de Wikipedia.org
- Quantum uncertainty not all in the measurement, Geoff Brumfiel (2012). Tomado de nature.com