Η διδακτορική διατριβή του Χάιζενμπεργκ
Werner Heisenberg (Photo Credit: Bob Gardner)Τον Μάιο του 1923 ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ επέστρεψε στο Μόναχο από το Γκέττιγκεν, όπου ήταν επισκέπτης φοιτητής, για να ολοκληρώσει το τελευταίο του εξάμηνο γράφοντας τη διδακτορική του διατριβή. Γνωρίζοντας την φήμη του Χάιζενμπεργκ για αμφιλεγόμενες λύσεις σε προβλήματα της κβαντικής θεωρίας, ο μέντοράς του στο Μόναχο (και φίλος της πατέρα του) Arnold Sommerfeld , πρότεινε να γράψει τη διατριβή του στον πιο παραδοσιακό τομέα της υδροδυναμικής. Το θέμα ήταν σχετικό με την τυρβώδη ροή. Επέλεξε το θέμα αυτό θέλοντας να διευρύνει τις γνώσεις και την κατανόηση του Heisenberg στην μαθηματική φυσική. Προέκυψε από μια συνεργασία του Sommerfeld με μια εταιρεία που διοχέτευε τον ποταμό Isar διαμέσου του Μονάχου.
Ο Heisenberg έπρεπε επίσης να παρακολουθήσει το τετράωρο εργαστηριακό μάθημα στην πειραματική φυσική που έκανε ο καθηγητής Wilhelm Wien. Ο Wien επέμεινε ότι οποιοσδήποτε φυσικός, συμπεριλαμβανομένων και των λαμπρών θεωρητικών του Sommerfeld, πρέπει να είναι πλήρως καταρτισμένος στην πειραματική φυσική. Οι Wien και Sommerfeld συμμετείχαν και στην τελική προφορική εξέταση του υποψηφίου.
Ο Heisenberg υπέβαλε την διατριβή του 59 σελίδων με τίτλο «On the Stability and Turbulence of Liquid Currents» στο Πανεπιστήμιο του Μονάχου στις 10 Ιουλίου του 1923. Το πρόβλημα ήταν να προσδιοριστεί η ακριβής μετάβαση ενός ομαλά ρέοντος υγρού (στρωτή ροή) σε τυρβώδη ροή. Ήταν ένα εξαιρετικά δύσκολο μαθηματικό πρόβλημα. Στην πραγματικότητα, ήταν τόσο δύσκολο που ο Heisenberg βρήκε μια κατά προσέγγιση λύση. «Δεν θα πρότεινα αυτό το θέμα ως διατριβή σε κανέναν από τους άλλους φοιτητές μου», έγραψε ο Sommerfeld. Το Πανεπιστήμιο δέχθηκε την διατριβή και ο Wien την αποδέχθηκε για δημοσίευση στο περιοδικό φυσικής που ήταν επιμελητής, αλλά όταν ο μαθηματικός Fritz Noether (ο αδελφός της Emmy Noether) προέβαλε αντιρρήσεις το 1926, τα αποτελέσματα παρέμειναν αμφίβολα για σχεδόν ένα τέταρτο αιώνα έως ότου τελικά επιβεβαιώθηκαν.
Η έγκριση της διατριβής είχε ως προϋπόθεση και την επιτυχία του υποψηφίου στην τελική προφορική εξέταση. Και εκεί δημιουργήθηκε πρόβλημα. Η εξεταστική επιτροπή αποτελούνταν από τους Sommerfeld και Wien, μαζί με τους εκπροσώπους δύο δευτερευόντων μαθημάτων του Heisenberg, τα μαθηματικά και την αστρονομία.
Όταν ο 21χρονος Heisenberg εμφανίστηκε ενώπιον των τεσσάρων καθηγητών στις 23 Ιουλίου 1923, απάντησε εύκολα τις ερωτήσεις του Sommerfeld και εκείνες των μαθηματικών, αλλά άρχισε να δυσκολεύεται στην αστρονομία και την πειραματική φυσική. Στην εργαστηριακή του εργασία ο Heisenberg έπρεπε να χρησιμοποιήσει ένα συμβολόμετρο Fabry-Perot, μια συσκευή για την παρατήρηση της συμβολής του φωτός, την οποία ο Wien είχε διδάξει εκτενώς. Όμως ο Heisenberg δεν μπορούσε να απαντήσει σε απλές ερωτήσεις, για την μέγιστη διακριτική ικανότητα του συμβολόμετρου ή πως ορίζεται η διακριτική ικανότητα ενός μικροσκοπίου. Όταν ο θυμωμένος Wien ρώτησε πώς λειτουργεί ένας συσσωρευτής, ο υποψήφιος πάγωσε. Ο Wien δεν έβρισκε κανένα λόγο για να περάσει τον νεαρό φοιτητή, ανεξάρτητα από το πόσο λαμπρός ήταν σε άλλους τομείς.
Μια σύγκρουση ξέσπασε μεταξύ των Sommerfeld και Wien σχετικά με την σημασία της θεωρίας και του πειράματος. Το αποτέλεσμα ήταν ότι ο Heisenberg θα έπαιρνε μεν το διδακτορικό του, αλλά θα βαθμολογείτο με τον προτελευταίο βαθμό – τον βαθμό III.
Ο Heisenberg σοκαρίστηκε. Συνηθισμένος να είναι πάντα πρώτος στην τάξη του, δυσκολεύτηκε να δεχτεί τον χαμηλό βαθμό στο διδακτορικό του. Ο Sommerfeld προετοίμασε ένα μικρό πάρτι στο σπίτι του εκείνο το απόγευμα για τον Dr. Heisenberg, αλλά ο Heisenberg βρήκε μια πρόφαση και πήρε το τρένο τα μεσάνυχτα για το Gottingen, όπου εμφανίστηκε στο γραφείο του Max Born το επόμενο πρωί. Ο Born είχε ήδη προσλάβει τον Heisenberg ως βοηθό του για το επόμενο διδακτικό έτος. Αφού ενημέρωσε τον Born για την αποτυχία του στα προφορικά, τον ρώτησε δειλά, «Αναρωτιέμαι αν με θέλετε ακόμα ως βοηθό;» Ο Born ήταν βέβαιος ότι ο Heisenberg θα ανέκαμπτε και του το είπε.
Ο ανήσυχος πατέρας του Heisenberg έγραψε στον διάσημο πειραματιστή του Gottingen,James Franck, ζητώντας του να διδάξει στον γιό του πειραματική φυσική. Ο Franck το έκανε, αλλά εξαιτίας της έλλειψης ενδιαφέροντος από τον Heisenberg, εγκατέλειψε την προσπάθεια. Aν ο Heisenberg κατάφερνε να επιβιώσει στον χώρο της φυσικής, θα το έκανε ως καθαρά θεωρητικός.
Το αστείο σ’ αυτή την ιστορία είναι ότι όταν ο Heisenberg διατύπωσε τις σχέσεις αβεβαιότητας αρκετά χρόνια μετά, χρησιμοποίησε την διακριτική ικανότητα του μικροσκοπίου για να τις εξηγήσει – αλλά το φάντασμα του παρελθόντος εμφανίστηκε πάλι, δημιουργώντας του δυσκολίες! Όταν ο Bohr διαφώνησε μαζί του, επισημαίνοντας λάθη στον συλλογισμό του, ο Heisenberg οδηγήθηκε πάλι σε συναισθηματικό μπλοκάρισμα. Το θετικό αποτέλεσμα από την υπόθεση ήταν πως η αντίδραση του Heisenberg ώθησε τον Bohr να διατυπώσει τις δικές του απόψεις για το θέμα, οι οποίες οδήγησαν τελικά στη λεγόμενη ερμηνεία της Κοπεγχάγης της κβαντικής μηχανικής.
πηγή: https://www.aps.org/publications/apsnews/199801/heisenberg.cfm
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου