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Werner Karl Heisenberg

Werner Heisenberg
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Werner Karl.jpg
Werner Heisenberg, físico teórico alemán[1]
Fecha de nacimiento5 de diciembre de 1901
Lugar de nacimiento(Wurzburgo), Bandera de Alemania Alemania
Fecha de fallecimiento1 de febrero de 1976
Lugar de fallecimientoMúnich, Bandera de Alemania
Nacionalidadalemana
CampoFísica
InstitucionesInstituto Kaiser Wilhelm
Alma máterUniversidad de Munich
Conocido porcreación de la mecánica cuántica
Premios
destacados
Premio NobelPremio Nobel de Física 1932

Werner Karl Heisenberg. Físico alemán, Premio Nobel de Física en 1932 por la creación de la mecánica cuántica, cuyo uso ha conducido, entre otras cosas, al descubrimiento de las formas alotrópicas del hidrógeno.

Síntesis biográfica

En septiembre de 1906, poco antes de cumplir cinco años de edad, Werner inició su enseñanza primaria en una escuela de Würzburg. Pasó tres años en esa escuela, hasta que su padre fue nombrado, en 1909, profesor de griego en la universidad de München. En junio de 1910, algunos meses después de que su padre asumiera su nuevo cargo docente, Werner y el resto de la familia se mudaron a München. Allí, a partir de septiembre de ese año, Werner asistió a clases en la escuela Elisabethenschule. En 1911, ingresa a estudiar al Maximilian Gymnasium de München, donde era director su abuelo materno.

Juventud

En 1923 fue ayudante del físico alemán Max Born en la Universidad de Gotinga, y desde 1924 a 1927 obtuvo una beca de la Fundación Rockefeller para trabajar con el físico danés Niels Bohr en la Universidad de Copenhague. En 1927 fue nombrado profesor de física teórica en la Universidad de Leipzig.

Madurez

Fue profesor en las universidades de Berlín (1941-1945), Gotinga (1946-1958) y Munich (1958-1976). En 1941 ocupó el cargo de director del Instituto Kaiser Wilhelm de Química Física (que en 1946 pasó a llamarse Instituto Max Planck de Física).

Aportes

Heisenberg, uno de los primeros físicos teóricos del mundo, realizó sus aportaciones más importantes en la teoría de la estructura atómica. En 1925 comenzó a desarrollar un sistema de mecánica cuántica, denominado mecánica matricial, en el que la formulación matemática se basaba en las frecuencias y amplitudes de las radiaciones absorbidas y emitidas por el átomo y en los niveles de energía del sistema atómico. El principio de incertidumbre desempeñó un importante papel en el desarrollo de la mecánica cuántica y en el progreso del pensamiento filosófico moderno

Obras

  • Die physikalischen Prinzipien del Quantentheori (Los principios físicos de la teoría cuántica, 1930)
  • Cosmic Radiation (Radiación cósmica, 1946)
  • Physics and Philosophy (Física y filosofía, 1958)
  • Introduction to the Unified Theory of Elementary Particles (Introducción a la teoría unificada de las partículas elementales, 1967).

Principio de incertidumbre

En mecánica cuántica, principio que afirma que es imposible medir simultáneamente de forma precisa la posición y el momento lineal de una partícula, por ejemplo, un electrón. El principio, también conocido como principio de indeterminación, afirma igualmente que si se determina con mayor precisión una de las cantidades se perderá precisión en la medida de la otra, y que el producto de ambas incertidumbres nunca puede ser menor que la constante de Planck, llamada así en honor del físico alemán Max Planck. La incertidumbre es muy pequeña, y resulta despreciable en mecánica clásica. En cambio, en la mecánica cuántica las predicciones precisas de la mecánica clásica se ven sustituidas por cálculos de probabilidades.

El principio de incertidumbre fue formulado en 1927 tuvo una gran importancia para el desarrollo de la mecánica cuántica. Las implicaciones filosóficas de la indeterminación crearon una fuerte corriente de misticismo entre algunos científicos, que interpretaron que el concepto derribaba la idea tradicional de causa y efecto. Otros, entre ellos Albert Einstein, consideraban que la incertidumbre asociada a la observación no contradice la existencia de leyes que gobiernen el comportamiento de las partículas, ni la capacidad de los científicos para descubrir dichas leyes.

Fragmento de Diálogos sobre la Física atómica

En Diálogos sobre la Física atómica, W. Heisenberg, Premio Nobel de Física en 1932, desarrolla la física atómica de su tiempo, tal como él la vivió. En este fragmento se reproduce uno de los diálogos que el autor mantuvo con lord Rutherford y Niels Bohr sobre la estructura de los núcleos atómicos y las posibilidades de la técnica atómica.

Werner Karl Heisenberg: En esta acogedora casa pasé varias semanas reunido con la familia Bohr. También por aquella época el físico inglés lord Rutherford -el llamado más tarde padre de la física atómica moderna– pasó unas cortas vacaciones en Copenhague en casa de Bohr. Fue entonces cuando salíamos a caminar los tres por el parque, intercambiando nuestras opiniones sobre los más recientes experimentos o sobre la estructura de los núcleos atómicos. He aquí uno de aquellos diálogos:

Lord Rutherford: ¿Qué es lo que ocurre cuando construimos aparatos cada vez más potentes de alta tensión, u otros aceleradores, y bombardeamos con protones de aún más elevada energía y velocidad núcleos atómicos más pesados? ¿Atravesará el rápido proyectil, sin más, el núcleo atómico, tal vez sin ocasionar daño mayor, o quedará detenido en el núcleo atómico, de manera que toda su energía cinética se transmita al núcleo? Si las interacciones recíprocas entre los elementos nucleares son tan importantes como piensa Niels, el proyectil quedará incrustado. Pero si los protones y los neutrones se mueven casi independientemente dentro del núcleo atómico, sin influenciarse de manera intensa entre sí, entonces podría el proyectil, tal vez, atravesar el núcleo, sin producir mayores trastornos.

Niels: Yo, ciertamente, creería que, por lo general, el proyectil se detiene en el núcleo atómico y que su energía cinética, en último término, se reparte uniformemente, de alguna manera, entre todos los elementos nucleares, ya que la interacción es entonces muy poderosa. Con tal choque, el núcleo atómico se calienta, y el grado de calentamiento podrá calcularse por el calor específico de la materia nuclear y por la energía contenida en el proyectil. Lo que después acontece puede describirse más bien como una vaporización parcial del núcleo atómico. Quiere esto decir que algunas partículas en la superficie se cargarán en ocasiones de una energía tan elevada, que abandonarán el núcleo atómico. Pero ¿qué dices tú a esto?

La pregunta iba dirigida a Heisenberg: Bien mirado, yo creería lo mismo –respondí–, aunque no parezca ajustarse plenamente a la idea que nos hacemos en Leipzig de que los elementos nucleares evolucionan casi libremente dentro del núcleo. Pero una partícula muy rápida que penetra en el núcleo es seguro que sufrirá varios choques a causa de las grandes fuerzas de interacción, y con ello perderá su energía. Para una partícula más lenta que se mueva dentro del núcleo atómico únicamente con energía pequeña, las cosas pueden presentarse de otra manera ya que entra entonces en juego la naturaleza ondulatoria de las partículas y se reduce el número de las posibles transferencias de energía. En tal caso, el no tener en cuenta la interacción puede ser incluso una aceptable aproximación. Pero habrá que calcular todo esto, ya que sabemos bastante actualmente sobre el núcleo atómico. Voy a dedicarme en Leipzig a este cálculo.

Pero quisiera hacer ahora una contrapregunta: ¿Cabe pensar que con aceleradores cada vez más grandes se llegue, finalmente, a una aplicación técnica de la física nuclear, de forma que, por ejemplo, se produzcan artificialmente grandes cantidades de nuevos elementos químicos o se utilice también la energía de enlace de los núcleos, de modo parecido a como se aprovecha la energía química de enlace en la combustión? Recuerdo que hay una novela inglesa futurista en la que un físico inventa para su país, en los momentos de más aguda tensión política, una bomba atómica, con la que elimina como ‘deus ex machina’ todas las dificultades políticas. Se trata, naturalmente, de un sueño. Sin embargo, en un tono más serio, afirmó en cierta ocasión en Berlín el físico-químico Nernst que la tierra es, en realidad de verdad, un barril de pólvora, al que sólo le falta la cerilla para hacer volar a nuestro planeta por los aires. Esto es, sin duda, verdad, ya que, si fuera posible fusionar, por ejemplo, cuatro núcleos atómicos de hidrógeno dentro del agua del mar y transformarlos en un núcleo atómico de hielo, se liberaría con ellos una energía tan enorme, que la comparación del barril de pólvora serviría sólo de remedo irrisorio».

Niels: No, semejantes consideraciones no han sido hasta ahora definitivamente concluyentes. La diferencia más decisiva entre la química y la física nuclear consiste en que, por lo general, los procesos químicos se propagan en la respectiva sustancia al mayor número de moléculas –es el caso, por ejemplo, de la pólvora–, mientras que en la física nuclear podemos experimentar únicamente con un número pequeño de núcleos atómicos. Esto no llegará a ser fundamentalmente distinto incluso con mayores aceleradores. El número de los procesos desarrollados en un experimento químico respecto al número de los procesos provocados hasta ahora por los experimentos físico-nucleares está en proporción parecida, por así decirlo, a la que presenta el diámetro de nuestro sistema planetario respecto al diámetro de un canto rodado; y no supondría mucho más el que reemplazáramos el canto rodado por un bloque de roca.

La cosa sería, naturalmente, muy distinta si se pudiera poner un trozo de materia a tan altas temperaturas, que la energía de cada una de las partículas fuera suficiente para superar las fuerzas de repulsión entre los núcleos atómicos y si la densidad de la materia se pudiera mantener al mismo tiempo tan alta, que los entrechoques no fueran demasiado escasos. Pero para ello tendríamos que alcanzar temperaturas –digamos– de mil millones de grados, y con tales temperaturas no hay, claro está, recipientes que puedan encerrar la materia, ya que mucho antes se habrían volatizado.

Lord Rutherford: Hasta ahora nunca se ha hablado de que podría obtenerse energía partiendo de los procesos de los núcleos atómicos. Admito que en la fusión de un protón o de un neutrón con un núcleo atómico se libera realmente energía dentro de cada proceso singular. Mas para lograr que tenga lugar semejante proceso hay que gastar mucha más energía; por ejemplo, para conseguir la aceleración de muchísimos protones, la mayoría de los cuales no chocan con nada. La mayor parte de esta energía se pierde prácticamente en forma de movimiento calórico. Energéticamente, por tanto, el experimentar con núcleos atómicos es, hasta el presente, un negocio en pura pérdida. Hablar de una utilización técnica de la energía atómico-nuclear es, sencillamente, un disparate.

Con esta opinión estuvieron todos pronto de acuerdo. Ninguno vislumbraba entonces que, pocos años más tarde, el descubrimiento de la fisión del uranio por Otto Hahn cambiaría radicalmente la situación.

Referencias

  1. Rosental M. y P. Iudin. Diccionario Filosófico. Ediciones Universo, Argentina, 1973, p. 212.

Fuentes