HEISENBERG, Werner Karl (1901-1976)
Alman (FAC) fizik bilgini. Kuvantum mekaniğinin doğuşunu hazırlamış, kuramsal fiziğe yeni bir atılım kazandıran bilimsel çalışmalarının yanı sıra, “belirsizlik ilkesi” ile çağdaş doğa felsefesini de derinden etkilemiştir.
5 Aralık 1901’de Würzburg’ta doğdu, 1 Şubat 1976’da Münih’te öldü. Münih Üniversitesi’nde Bizans tarihi ve Bizans sanatı profesörü olan babasının yönlendirmesiyle köklü bir hümanist eğitim alarak yetişti, özellikle Platon ve Demokritos’un yapıtlarını okudu. 1920’de liseyi bitirince, Münih Üniversitesi’n-de, ünlü kuramsal fizikçi Sommerfeld’in öğrencisi olarak fizik öğrenimine başladı. Fiziğe tutkusu ve yeteneğiyle kısa sürede Sommerfeld’in öğrencileri arasında parlayarak, gerek hocasına, gerek genç asistanı Pauli’ye büyük umut verecek kadar başarılı bir öğrenimden sonra 1923’te doktora derecesini aldı. Doktora öncesi dönemde atom fiziği alanında çok önemli çalışmalar yapmış olmasına karşın, tezinin konusunu hidrodinamikten seçmiş, akışkanlardaki burgaç (türbülans) hareketini incelemişti.
O dönemde tüm fizikçilerin ilgi odağı, Bohr’un 1913’te kuvantum kavramına dayanarak geliştirdiği yeni atom modeliydi. Heisenberg, bu modelde klasik fiziğin yetersiz kaldığı boşluklara yanıt arayan fizikçilerden biri olan Sommerfeld kanalıyla Bohr’un atom modelini öğrenmiş, 1922’de, gene Sommerfeld aracılığıyla tanıştığı Bohr’dan birlikte çalışma önerisi almıştı. Doktora sonrası bir süre Göttingen Üniversitesi’n-de Born’un asistanlığını yaptıktan sonra, 1924 baharında bir araştırma bursuyla Kopenhag’a, Bohr’un yönetimindeki ünlü Teorik Fizik Enstitüsü’ne gitti.
Bir yıl kadar Kopenhag’da Bohr’un ve HollandalI fizikçi Hendrik Anthony Kramers’in (1894-1952), 1925’ten sonra gene Göttingen Üniversitesi’nde Bom’ un yanında araştırmalarını sürdürerek çok kısa bir sürede önce matris (kuvantum) mekaniğinin temellerini atan, ardından belirsizlik ilkesiyle fiziğe yeni bir bakış açısı getiren Heisenberg, atom kuramının en büyük adlarından biri olmuştu. 1927’de Leipzig Üniversitesi’nin profesörlük önerisini kabul ederek, henüz 26 yaşındayken kuramsal fizik kürsüsünün başkanlığını üstlendi. 1941’e değin süren bu yoğun araştırma ve öğretim döneminin ilk yıllarında Leipzig Üniversitesi, Kopenhag, Göttingen ve Münih üniversiteleri gibi atom fiziğinin en canlı merkezlerinden biri durumuna gelmişti. Ancak, 1933’te Hitler’in yönetimindeki Nazi Partisi’nin iktidara gelmesi ve Yahudi asıllı fizikçileri Almanya’dan ayrılmaya zorlaması, kaçınılmaz olarak Heisenberg’in enstitüsündeki bu yaratıcı ortamı da etkiledi. Hükümetin tutumunu protesto etmek amacıyla, kendisi gibi düşenen tüm öğretim üyeleriyle birlikte görevden ayrılmayı düşünen Heisenberg, Hitler hükümetinin ülkeyi birkaç yıl içinde büyük bir savaşa sürükleyeceğine ve savaş sonrası dönemde Almanya’nın ancak bilim adamlarının desteğiyle yeniden kalkınabileceğine inanan Planck’ın uyarısıyla görevinin başına döndüyse de, Leipzig Üniversitesi kuramsal fizikteki parlak konumuna bir daha kavuşamadı.
II. Dünya Savaşı ve atom bombası çalışmaları
II.Dünya Savaşı yıllarında, Otto Hahn çalışma arkadaşlarının atom çekirdeğini parçalamalarından sonra Nazi hükümeti, bu parçalanma (fisyon) ve sırasında açığa çıkan enerjinin bir savaş silahı olarak kullanılmasını gündeme getirmişti. Heisenberg de o yıllarda, Hahn ile birlikte, atom enerjisi araştırmaları ve özellikle atom bombası yapımıyla görevlendirildi. Ancak, Alman kimya sanayiinin neredeyse tüm olanaklarıyla devlet bütçesinin büyük bir bölümünü bu işe ayırmak gerektiğinden, atom bombası araştırmaları çok yavaş ilerliyordu ve çalışmalar daha çok nükleer enerjinin sanayi uygulamalarına yönelmişti. Nitekim, ABD ilk atom bombasını kullanarak savaşın sonunu belirlediğinde, Almanya henüz atom bombasını üretememişti.
Savaş sürerken, 1941’de Leipzig Üniversitesi’n-den ayrılarak Berlin Üniversitesi kuramsal fizik kürsüsünün ve Kaiser Wilhelm Fizik Enstitüsü’nün yöneticiliğini üstlenmiş olan Heisenberg, 1945’te Almanya’ya giren Müttefikler’ce tutsak alındı ve 1945 Nisam’ndan 1946 yazma değin İngiltere’de tutuldu. Almanya’ya dönünce, eski Kaiser Wilhelm Enstitüsü’ nü Max Planck Fizik ve Astrofizik Enstitüsü adıyla Göttingen’de yeniden örgütledi ve savaş öncesi dönemdeki üstünlüğünü çoktan ABD’ye kaptırmış olan Alman bilimine yeniden güç kazandırabilmek için büyük bir uğraşı verdi. Hahn, von Laue, Butenand gibi değerli bilim adamlarının katıldığı bu.kuruluşun yöneticiliğini, 1958’de Münih Üniversitesi’ne geçinceye değin sürdüren Heisenberg, savaş öncesi başlatılmış çalışmaları sonuçlandırıp ilk nükleer reaktörü gerçekleştirmesine karşın, her zaman atom enerjisinin barışçıl amaçlarla kullanılmasını savundu ve Alman ordusunun nükleer silahlarla donatılmasına karşı çıkmak için 1957’de bilim adamlarını örgütleyen de o oldu.
Kuramsal fiziğe katkıları nedeniyle 1932’de Nobel Fizik Ödülü’nü alan Heisenberg, 1937’de Eliza-beth Schumacher ile evlenmiş, yedi çocuğu olmuş, fizikten sonra en büyük tutkusu olan müziğe ve Yunan felsefesine duyduğu ilgiyi ömür boyu sürdürmüştür.
Heisenberg’in, Bohr’un atom modeli üzerindeki araştırmalara katılmak üzere Kopenhag Teorik Fizik Enstitüsü’ne gittiği dönemde, Bohr ile Kramers, atom mekaniği problemlerini bir bir ele alıp, önce klasik fizik kurallarına göre yorumluyor, sonra yarı kuramsal, yarı deneysel ilkelere dayanarak kuvantum kuramına uyarlamaya çalışıyorlardı. Bu dolambaçlı yöntemle bazı önemli problemleri çözmeyi başarmışlardı ama, kuramsal bilgilerle deney sonuçlarının tutarlı olabilmesi için kimi kez ilkelerde değişiklik yapmak gerektiğinden vardıkları çözümlere yeterince güvenemiyorlardı. Modelinin yalnızca bir taslak olduğunu düşünen Bohr başta olmak üzere tüm atom fizikçileri, klasik fiziğin yöntem ve kurallarına başvurma gereğini ortadan kaldıracak, kendi içinde yeterli bir kuvantum mekaniğinin eksikliğini duyuyordu. Bu yolda ilk adımı, Sommerfeld, Bora, Bohr ve Kramers ile birlikte çalışmış, sorunları yakından bilen, 24 yaşındaki Heisenberg attı.
Kuvantum mekaniğinin doğuşu
Göttingen’e dönerek yeniden Bom’la birlikte çalışmaya başlayan Heisenberg, 1925 Mayısı’nda geçirdiği hastalıktan sonra Helgoland Adası’nda dinlenirken, klasik mekanikten kuvantum mekaniğine geçişi sağlayacak önemli bir ipucu buldu. Atomun yapısını tanımlayacak gerçekçi bir kuramda, elektronun yörüngesi gibi izlenmesi olanaksız, deney dışı kavramları bir yana bırakıp, yalnızca gözlemlenebilir özellikleri verecek kavramlar kullanılması gerektiğine inanan Heisenberg, bu amaca varabilmek için matris hesabından yararlanmayı düşünmüştü. Momentum, konum gibi dinamik değişkenleri matrislerle ya da daha genel olarak yer değiştirmez operatörlerle göstererek, Bohr’un gezegenimsi atom modelindeki durağan enerji durumlarını hesaplamayı denedi. Sonuç çok umut verici olmuş, özellikle enerji korunumunun bozulmaması yöntemin geçerliliği konusunda Hei-senberg’e güven vermişti. Göttingen’e dönüşünde hesaplarını Bom’a gösterdi. Öğrencisinin düşüncesinden, yönteminden ve aldığı sonuçlardan çok etkilenen Bora, matris hesabını iyi bilen genç bir fizikçinin, Pascual Jordan’ın da yardımını isteyerek hemen çalışmaları başlattı. Önce Born ve Jordan’ın, ardından Born, Jordan ve Heisenberg’in arka arkaya yayımladıkları birkaç makaleyle, altı ay gibi kısa bir sürede, Heisenberg’in düşüncesinden yeni bir kuvantum mekaniği doğmuştu. İngiltere’de aynı konu üzerinde çalışan Dirac da, kuvantum mekaniğinin daha soyut bir yorumuna aynı zamanda ulaşmıştı.
Birkaç ay sonra Avusturyalı fizikçi Schrödinger’ in atom kuramına ilişkin araştırmaları yayımlandı. Heisenberg, Born ve Jordan’ın yönetimindeki matris cebiri yerine analiz kullanarak aynı sonuçlara varmayı başaran Schrödinger, elektronun atom içindeki hareketini bir dalga fonksiyonu olarak göstermişti. Schrödinger dalgası, enerjisi ve momentumu olan fiziksel bir dalga değildi ve fizikçiler arasında değişik yorumlarla uzun süre tartışıldı. Sonunda, bu dalgaların, elektronunun atom içindeki hareketini tanımlayan bir olasılık dalgası olduğunu, dalganın yoğun olduğu yerde elektron bulunma olasılığının arttığını açıklayan Born’un yorumu fizikçiler arasında benimsendi. Schrödinger de, Heisenberg-Born-Jordan kuramıyla kendi kuramının eşdeğer olduğunu matematiksel yoldan kanıtladı.
Belirsizlik ilkesi
Schrödinger’in dalga mekaniğini uygulayarak 1926’da önce orto ve parahelyum gizemini çözen Heisenberg, bir yıl sonra, bu dalga hareketinin fiziksel anlamından yola çıkarak ünlü “belirsizlik ilkesi”ne vardı. Yalnız atom fiziğinde değil, doğanın ve maddenin yorumlanmasında da çığır açacak kadar yeni ve önemli olan bu ilke, bir atomun ya da genel olarak bir sistemin hareketini belirleyen bütün büyüklüklerin aynı anda aynı kesinlikle belirlenemeyeceğini söylüyordu. Özellikle atom parçacıklarında,hız ve konum gibi birbirini sürekli etkileyen değişkenler için bu olanaksızlık daha da belirgindir. Örneğin, bir elektronun konumuna ilişkin bilgiler ne kadar kesin olursa, hızının belirlenmesi o derece güçleşir. Zaman ve enerjinin birlikte ölçümünde de aynı şey söz konusudur. Belirsizlik ilkesiyle birlikte kuvantum fiziği, belirlenimci özellikteki klasik fizikten çok değişik bir anlam kazanmıştı. Heisenberg’e göre, matematikle dile getirilen fizik yasaları doğanın nasıl olduğunu değil, insanın doğayı nasıl görmeye koşul-landırıldığmı belirtir. Kuvantum mekaniğinin kuruluşunda doğrudan emeği olan Planck, Einstein, de Broglie, Schrödinger ve von Laue, bu kuramın başarısını ve önemini hiçbir zaman küçümsemedikleri halde, özellikle Bohr, Heisenberg ve Born’un temsil ettiği “Kopenhag yorumu”na karşı çıkarak dalga mekaniğinin olasılığa dayanmasını büyük bir sakınca olarak gördüler.
1932’den önce atom çekirdeğinin proton ve elektronlardan oluştuğu kabul ediliyor, ancak elektronun dalgaboyunun çekirdeğe sığmayacak kadar büyük olması gibi bazı olgular fizikçileri kuşkuya düşürüyordu. 1932’de Chadwick’in nötronu bulmasından hemen sonra Heisenberg, çekirdeğin elektron ve protondan değil, proton ve nötronlardan oluştuğunu ileri sürerek, çekirdeğin yapısı ve çekirdek kuvvetleri konusunda ilginç açıklamalar getirdi. Bu çalışmaların ürünü olan “izotopik spin” kavramı, birkaç yıl içinde temel parçacıklar kuramının en önemli öğelerinden biri olmuştu.
Heisenberg’in II.Dünya Savaşı yıllarında ortaya attığı S-matrisi de, parçacık fiziğinin temel kavramlarından biridir. Gerçekten de, yüksek enerjili parçacıklar arasındaki çarpışmalar son derece küçük uzay-zaman bölgelerinde gerçekleştiğinden, bu tür çarpışmaları ayrıntılı olarak inceleyebilmek olanaksızdır. Gene, sağlam bir kuramda yalnızca ölçülebilen büyüklüklere yer verilmesi ilkesinden yola çıkan Heisenberg’in S-matrisi, çarpışan parçacıkların çarpışma öncesi durumunu çarpışmadan sonraki duruma dönüştüren birim operatör ya da matristir. O dönemde kuramsal fizikçileri en çok ilgilendiren konulardan biri olan S-matrisi bugün de önemini korumaktadır.
Birleşik alan kuramı
Savaş sonrası dönemde yeniden yoğunlaşan araştırmalar, o güne değin bilinmeyen yeni temel parçacıkların varlığını gün ışığına çıkarıyordu. Bilinen tüm parçacıkları aynı kuram içinde birleştirmeyi amaçlayan ve S-matrisinin temel parçacıklarla ilgili tüm sorunları yanıtlamaya yeterli olmadığım bilen Heisenberg, yeniden yoğun bir araştırma dönemine girdi. Amacı, çizgisel olmayan bir diferansiyel denklemle tanımlanmış bir spinör alanı yardımıyla temel parçacıkların tümünü ve aralarındaki bütün etkileşmeleri kapsayabilmekti. Çizgisel olmayan alan denklemlerinin kuvantumlaştırılması en güç matematik problemlerinden biri olduğu için çalışmaları kolay ilerlemiyordu. 1957’de Pauli de Heisenberg’e katıldı. İki araştırmacı, temel parçacıkların bakışımını en iyi tanımladığına inandıkları, çizgisel olmayan yeni bir spinör denklemi yazıp matematiksel özelliklerini incelediler ve hiç değilse niteliksel olarak bazı ilginç sonuçlara vardılar. O aralar ABD’ye giden ve spinör denklemleri konusundaki düşüncesini değiştiren Pauli, Heisenberg ile birlikte yazdıkları incelemede adının bulunmasını istemediği için, temel parçacıkların birleşik alan kuramı bilim tarihine Heisenberg’in adıyla geçti.
Birçok ülkede dersleri ve konferanslarıyla çağdaş bilimin, özellikle mikro düzeydeki doğabilimlerinin felsefi sorunlarını dile getiren Heisenberg, 1950’de Türkiye’ye de gelmiş, İstanbul ve Ankara üniversitelerindeki konferans dizilerinde çekirdek ve kuvantum fiziğindeki yeni gelişmeleri duyurarak, bilim ve felsefenin ortak sorunlarım vurgulamıştı. Bir düşünür olarak da çağını etkileyen Heisenberg, klasik mekanikten kuvantum mekaniğine geçit veren çalışmaları ve yalnızca ölçülebilir büyüklükler üzerine kurulmuş sağlam kuramlarıyla 20.yy’m en büyük fizikçilerinden biridir.
• YAPITLAR (başlıca): Die physikalischen Prinzipien der Quantentheorie, 1930, (“Kuvantum Kuramının Fiziksel İlkeleri”); Wandlungen in den Grundlagen der Natunvis-senschaften, 1949, (“Doğabilimlerinin Temelindeki Değişiklikler”); Kosmische Strahlung, 1943, (“Kozmik Işıma”); Theorie der Neutronen, 1952, (“Nötronlar Kuramı”); Theorie des Atomkerns, 1952, (“Atom Çekirdeği Kuramı”); Physics and Philosophy: The Revolution in Modern Science, 1958, (Fizik ve Felsefe, 1972); Einführung in die einheitliche Feldtheorie der Elementarteilchen, 1967, (“Temel Parçacıkların Birleşik Alan Kuramına Giriş”); Der Teil und das Ganz e, 1969, (“Parça ve Bütün”); Schritte über die Grenzen, 1970, (“Sınırı Aşış”).
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi