5. prosince 1901 – 1. února 1976
německý teoretický fyzik

Karl Werner Heisenberg (později jméno Karl nepoužíval) se narodil ve Würzburgu v rodině gymnazijního profesora, kde vyrůstal se dvěma sestrami a kde chodil do školy. Později se rodina přestěhovala do Mnichova, kde Werner studoval na slavném Maxmiliánově gymnáziu a kde ho kromě matematiky upoutala především klasická latina a řečtina. Jeho školní docházku přerušila první světová válka, během níž musel odjet na venkov pomáhat při sklizních. Později se rodina přestěhovala do Mnichova, kde otec na univerzitě přednášel středověkou a moderní řeckou filologii. Od otce získal zájem o antickou filozofii, na gymnáziu poznal účelnost matematiky a aplikovatelnost fyzikálních poznatků. Před univerzitním studiem ho zaujala aplikovaná matematika v knize H. Weyla Prostor–čas–hmota. S úvahami o ní se vypravil na schůzku, zprostředkovanou mu otcem, za profesorem matematiky Ferdinandem Lindemannem. Uzavřený profesor však budoucího studenta, poté co mu řekl několik vět o uvedené knize, propustil s výrokem „pro matematiku jste ztracen“.


Werner Heisenberg.
Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

A tak se start Heisenbergovy vědecké dráhy v roce 1920 odehrál jinde – u Arnolda Sommerfelda v Mnichově. Již během studií byl Heisenberg vědecky velmi aktivní, a tak již ve druhém semestru žádal Sommerfelda o svolení publikovat svou první práci ve Physikalische Zeitschrift. Byla to práce z hydrodynamiky, na níž během studií pracoval. U hydrodynamiky však nezůstal dlouho. Začal studovat aktuální problémy ze spektroskopie. Bylo zapotřebí analyzovat nejnovější experimentální data týkající se spektrálních čar v magnetickém poli, tzv. anomální Zeemanův efekt. Heisenberg byl postaven před problém určit v rámci Bohrovy kvantové teorie energetické hladiny zářícího systému tak, aby jednotlivé spektrální čáry bylo mžono vyjádřit pomocí rozdílu energií dvou hladin. První práci publikoval v roce 1922 sám, další dvě pak se Sommerfeldem.

V roce 1922 spolu se Sommerfeldem navštívil Göttingen, kde se poprvé setkal s Nielsem Bohrem, který tu měl několik přednášek. Po třetí Bohrově přednášce se s ním Heisenberg pustil do otevřené diskuze. Výsledkem bylo, že ho Bohr téhož dne pozval na odpolední procházku, o níž Heisenberg napsal, že teprve jí vlastně začal jeho vědecký vývoj. Bohrův zájem a ochota diskutovat o otevřených problémech fyziky Heisenberga přímo nadchly. Arnold Sommerfeld v zimním semestru 1922/1923 odešel jako hostující profesor do USA a Heisenberg tento semestr strávil v Göttingen a spolupracoval s Maxem Bornem, který mu umožnil spolupráci s předními teoretickými fyziky –Jamesem Franckem, Paulem Diracem, Robertem Oppenheimerem, Georgem Gamowem, Enricem Fermim, Wolfgangem Paulim apod. Za nejdůležitější součást svého studia považoval Heisenberg rozhovory s Wolfgangem Paulim o tehdy poměrně nové Einsteinově teorii relativity.

V létě 1923 se vrátil zpět do Mnichova vypracovat doktorskou disertaci. Od Sommerfelda dostal k řešení složitý problém opět z hydrodynamiky, z turbulence. U doktorské zkoušky málem propadl, protože získal velmi špatné výsledky v oblasti experimentální fyziky. Tu zkoušel Wilhelm Wien, který opovrhoval, jak se sám vyjádřil, tím, že Sommerfeld a Heisenberg „se sem tam brouzdají v bažině celých a polovičních kvantových diskontinuit“.

Zimu 1924/1925 strávil Heisenberg v Kodani, kam byl pozván Bohrem. Během následujících dvou let pracoval střídavě v Kodani a v Göttingen. Jeho první vědecké úspěchy se datují do roku 1925, kdy působil v Göttingen u Maxe Borna. Jeho silná senná rýma ho donutila odjet na ostrov Helgoland, na kterém nejsou žádné kvetoucí louky ani keře. Tady v klidu a rychle pokračoval v práci, aby mohl v Zeitschrift für Physik publikovat článek Úber quantentheoretische Umdeutung kinematischer und mechanischer Beziehungen (O kvantově–teoretickém přehodnocení kinematických a mechanických vztahů), ve kterém položil základy teoretické kvantové mechaniky, provedl kvantově mechanický výpočet stavů hélia, přičemž objevil existenci jeho dvou různých stavů. Použil tu však tak nový matematický aparát, že až Max Born mu pomohl najít podobnost s již tehdy známým maticovým počtem. Datum vydání této práce je považováno za den zrození kvantové mechaniky. Heisenberg se v Kodani velmi rychle naučil dánsky, takže už roku 1926 mohl konat na kodaňské univerzitě přednášky v dánštině. Další spolupráce s Bornem a jeho asistentem, Pascalem Jordanem, nakonec vyústila ve formulaci základů maticové mechaniky a v roce 1926 ve vydání Zur Quantmechanik (práce vešla do dějin jako „Drei Männer Arbeit“ – Práce tří mužů). Na jaře téhož roku byl Heisenberg pozván, aby podal zprávu o nové kvantové teorii na tradičním semináři v Berlíně, jehož se zúčastnili nejvýznamnější němečtí fyzikové. Zde se Heisenberg osobně seznámil s Albertem Einsteinem. Rozhovor s tímto velikým fyzikem měl pro Heisenbergův vývoj obrovský význam.

V prvních měsících roku 1926 se seznámil s pracemi Erwina Schrödingera zabývajícími se atomovou teorií ještě z jiného směru. Proslulá vlnová rovnice umožňovala vykládat stacionární stavy atomového obalu jako stojaté vlnění. Schrödingerův matematický popis byl ekvivalentní kvantové mechanice, což svědčilo o tom, že oba přístupy popisují tutéž skutečnost. Když Max Born doplnil Schrödingerovu práci hypotézou, že čtverec vlnové funkce je mírou pravděpodobnosti, že se elektron vyskytuje na zcela konkrétním místě, jakoby se v Heisenbergovi probudily kdysi Lindemannem potlačené sklony k matematice a položil si zcela konkrétní úkol: Jak lze v kvantové mechanice matematicky vyjádřit dráhu elektronu v mlžné komoře. V únoru 1927 se rozhodl odjet na dovolenou na lyže do Norska. Musel si odpočinout od namáhavých diskusí s Bohrem. Snad vysazení z dlouhodobého duševního napětí způsobilo, že Heisenberg našel řešení problému. „Bylo to onoho večera asi kolem půlnoci, kdy jsem si náhle připomněl svůj rozhovor s Einsteinem a rozpomenul se na jeho výrok: „Především teorie rozhoduje o tom, co se může pozorovat.“ Najednou mi bylo jasné, že klíč k dlouho uzavřené bráně je nutné hledat v tomto místě...“ Správná otázka musela tedy znít: Můžeme v kvantové mechanice popsat situaci, v níž se elektron přibližně, tzn. s určitou nepřesností, nachází na daném místě a přitom má přibližně, tzn. opět s jistou nepřesností, danou rychlost, a můžeme tyto nepřesnosti eliminovat tak, aniž se dostaneme s experimentem do potíží? Krátký výpočet po návratu do institutu potvrdil, že se takové situace dají matematicky vyjádřit a že pro nepřesnosti platí ony vztahy, které později byly označeny v kvantové mechanice jako Heisenbergovy relace neurčitosti.

I Bohr během své dovolené vymyslel interpretaci, kterou nazval komplementaritou. Po dlouhých diskusích dospěli k závěru, že Heisenbergova relace neurčitosti je speciálním případem komplementarity. Oba společně vyložili dualismus částice–vlna novým způsobem. Zrodila se kodaňská interpretace kvantové mechaniky.

V letech 1927 až 1941 působil Heisenberg jako profesor teoretické fyziky na lipské a berlínské univerzitě. V roce 1932 byl oceněn Nobelovou cenou za fyziku za vytvoření relace neurčitosti. Nominován byl Albertem Einsteinem společně se Schrödingerem. V roce 1937 se oženil s Elisabethou Schumacherovou a pečlivě se staral o svých sedm dětí.

Na základě kvantové teorie vypracoval teorii magnetismu a feromagnetismu, atomového jádra a fyziky elementárních částic, když v roce 1932 objevil čistě teoreticky, že atomová jádra jsou složena z protonů a z neutronů.

Werner Heisenberg se rozhodl zůstat v Německu i v době druhé světové války. Snažil se pracovat bez politické angažovanosti. První problémy přišly v roce 1935, kdy Arnold Sommerfeld odešel do důchodu a požádal Heisenberga, aby nastoupil místo něj. Nacistická ideologie však již v tuto dobu prostoupila i fyziku. Teorie relativity a kvantová mechanika byly označeny za židovské vědy a tudíž i zakázány. Sommerfeld byl společně s Heisenbergem rok vyšetřován. Heisenberg byl nakonec obvinění zproštěn, ale Sommerfeldovo místo již nezískal. Po vypuknutí války získal opět vládní důvěru a společně s Otto Hahnem byl pověřen vedením Fyzikálního ústavu Kaiser–Wilhelm–Institut v Berlíně, kde se stal členem tzv. uranového projektu. Berlín byl během války intenzivně bombardován, proto se celý tým i reaktor přestěhoval do vinného sklepa pod kostelem v Haigerlochu a osazenstvo ústavu do blízké textilní továrny v Hechingenu. Podle některých pramenů to byla především zásluha Heisenberga, že Německo nezískalo včas atomovou bombu, i když sám Heisenberg znal její princip. Neupozornil na možnost konstrukce této zbraně, ačkoliv to souviselo s jeho povinností jako ředitele ústavu. Z dochovaných dokumentů a svědectví však plyne, že se Heisenbergovi podařilo ministra a německé generály přesvědčit, že nejdříve je nutno vyzkoumat technické využití jaderné energie, což potrvá mnoho let. Všechny návrhy mladých fyziků, které by k jejímu sestrojení vedly, ukládal ad acta. Heisenberg sám svoje tehdejší postoje obhajoval slovy: “V diktatuře mohou klást aktivní odpor jen lidé, kteří zdánlivě s režimem spolupracují. Kdo se proti němu vysloví otevřeně, zbavuje se zcela jistě možnosti jakéhokoli odporu...“ [1].

Jěště před začátkem války v roce 1941 podnikl Heisenberg cestu do Kodaně za Nielsem Bohrem možná s cílem přesvědčit ho, ať se ve spolupráci s americkými vědci nepokouší vyrábět atomovou bombu, že ani on ji nehodlá vyrábět. Možná tam jel pouze pro radu v obtížné otázce výroby bomby. Bohr byl zřejmě velmi zděšen Heisenbergovou návštěvou. Ti dva si po válce už nikdy nebyli tak blízcí jako dřív. Protože ale válka byla na spadnutí, musel si Heisenberg počínat značně opatrně a výsledkem bylo, že Bohr nepochopil, co po něm Heisenberg požaduje, dokonce si myslel, že ho chce získat pro spolupráci na výrobě atomové bomby. Toto nedorozumění bylo vyvoláno válečnou psychózou, což potvrdil po válce i sám Bohr.

23. dubna 1945 americký batalion dojel do Haigerlochu a celé jaderné zařízení demontoval. Heisenberg uprchl na kole. Tři dny dobrodružně cestoval 250 km až do Urfeldu, do svého letního domu. 3. května 1945 byl Heisenberg zajat ve svém letním domě a společně s ostatními účastníky uranového projektu, převezen do Anglie nedaleko Cambridge. Zde se všichni dozvěděli o svržení atomové bomby na japonské město Hirošimu. Všichni přítomní byli touto zprávou otřeseni, nejvíce Otto Hahn. Dne 12. dubna 1957 se Heisenberg připojil ke známé Gőttingentské výzvě osmdesáti západoněmeckých vědců proti snahám atomového vyzbrojení Bundeswehru. Když kancléř Konrad Adenauer naléhal na Heisenberga, aby svůj podpis odvolal, odpověděl mu dvojverším z Ovidiových Remédií:

Počátkům nemoci braň, je pozdě pak chystat si léky,

když se už prodlením dlouhým rozmohla choroba tvá.

Po propuštění z anglického zajetí se Heisenberg v roce 1946 stal ředitelem Kaiser–Wilhelm–Institut v Göttingen, kde vedl jaderný výzkum v nejpřednějších ústavech západní Evropy (mimo jiné i v ženevském CERNu). Když v roce 1939 přednášel v Chicagu, při jedné debatě ho Enrico Fermi vyzval k úvaze o vystěhování do Ameriky, neboť v Evropě „budete dělat věci, které dělat nechcete, ale za které budete mít odpovědnost, i když byste ji mít nechtěl.“ Heisenberg tehdy odpověděl: „Možnost přejít ze soutěsky Evropy sem, do této šíře, byla pro mne od mého prvního pobytu zde, před deseti lety, neustálým pokušením. Snad jsem se měl vystěhovat tehdy. Ale pak jsem se rozhodl pro to, že kolem sebe soustředím kruh mladých lidí, kteří chtějí spolupracovat a kteří se po válce společně s jinými budou starat o to, aby v Německu byla zase dobrá věda.“ [3]

Počátkem padesátých let Heisenberg začal pracovat na jednom z fundamentálních problémů, na formulaci jednotné teorie pole. Této teorii se věnoval zpočátku sám, později s kolektivem svých spolupracovníků, celkem téměř 20 let.

V roce 1958 se přestěhoval do Mnichova, kde působil v Max–Planck–Institut jako ředitel až do svého odchodu do důchodu v roce 1970, kde o šest let později zemřel na rakovinu. V roce 1968 navštívil Prahu, kde 20. května přednesl na Fyzikálním ústavu Karlovy univerzity přednášku s názvem „Přehled o současném stavu teorie elementárních částic“. Přednáška profesora Heisenberga ve velké posluchárně fyzikálního ústavu Karlovy univerzity připomínala atmosféru před významným sportovním střetnutím. Kromě lavic byly obsazeny i všechny rámy oken, zábradlí i schodiště. Profesor Kvasnica, který měl nelehký úkol „dopravit“ Heisenberga do posluchárny, musel použít kvůli ucpaným chodbám a schodištím zadního vchodu a dokonce i nákladního výtahu.


Zdroj: commons.wikimedia.org. Public domain.

Použité zdroje

[1] BEDNÁŘ, M. Odešel Werner Heisenberg – jeden ze zakladatelů moderní fyziky. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 22/1977, č. 1, s. 1–9. CS–ISSN 0032–2423.

[2] BÜHRKE, T. Převratné objevy fyziky od Galileiho k Lise Meitnerové. 1. vydání. Praha: Academia, 1999. 231 s. ISBN 20–200–0743–1.

[3] CEJNAROVÁ, A. Werner Heisenberg Objevení nového světa (100 let od narození jednoho z nejvýznamnějších fyziků 20. století). Československý časopis pro fyziku, 2001, č. 5, svazek 51, s. 324–329. ISSN 0009–0700.

[4] HERMANN, A. Werner Heisenberg v očích svých kolegů. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 39/1994, č. 4, s. 215–222. CS–ISSN 0032–2423.

[5] JÁCHIM, F. Werner Heisenberg o atomové fyzice, ale také o sobě. Matematika Fyzika Informatika: časopis pro výuku na základních a středních školách, březen 2001, roč. 10, č. 7, s. 444–446. ISSN 1210–1761.

[6] JEDINÁK, D. Werner Karl Heisenberg – svet ako fyzikálna rovnica. Matematika Fyzika Informatika: časopis pro výuku na základních a středních školách, leden 1997, roč. 6, č. 5, s. 287–288. ISSN 1210–1761.

[7] KOLMAN, A. Werner Heisenberg – vědec a člověk. Pokroky matematiky fyziky & astronomie, roč. 17/1972, č. 4, s. 181–186. CS–ISSN 0032–2423.

[8] STOKUČOVÁ, J. – AUBRECHT, J. – KUČERA, J. Werner Heisenberg. Fyzikální seminář FJFI ČVUT.

[9] WEINLICH, R. Laureáti Nobelovy ceny za fyziku. 1. vydání. Olomouc: ALDA, 1998. ISBN 80–85600–47–1.

Autor textu: 
Mgr. Magda Králová

Rezervace a nákup vstupenek

Recepce

Poradíme Vám s objednáním a nákupem vstupenek.