1927 년 2 월 : Heisenberg의 불확실성 원칙

Werner Heisenberg

1927 년 2 월, 젊은 Werner Heisenberg는 심오한 의미를 지닌 불확실성 원리 인 양자 이론의 핵심 부분을 개발했습니다.
베르너 하이젠 베르크는 1901 년 12 월 독일에서 중산층 가정에서 태어났습니다. 그는 어렸을 때 수학과 기술 도구를 좋아했고 선생님들은 그를 영재라고 생각했습니다. 1920 년 뮌헨 대학교에서 공부하기 시작했습니다. , 멘토 Arnold Sommerfeld의지도하에 2 년 만에 네 개의 물리학 논문을 발표했습니다. Heisenberg는 Heisenberg보다 한 살 나이가 많고 뮌헨에서 재학중인 Wolfgang Pauli와 전문적인 친구가되었습니다.
1923 년 박사 학위를 취득했습니다. 유체 역학 문제에 대한 논문으로, 필요한 실험에 대한 그의 성능 저하로 거의 실패했지만 구술 시험 문제. 박사 학위를받은 후 그는 괴팅겐에서 Max Born의 조수로 일한 후 1 년 동안 코펜하겐에있는 그의 연구소에서 Niels Bohr와 함께 일했습니다.
1920 년대 초에 널리 퍼진 양자 이론은 원자가 고정 된 양자화 된 전자를 갖는 것으로 모델링했습니다. 핵 주위를 공전합니다. 전자는 올바른 파장의 광자를 흡수하거나 방출하여 더 높거나 낮은 에너지로 이동할 수 있습니다. 이 모델은 수소에 대해서는 잘 작동했지만 더 큰 원자와 분자에 문제가 발생했습니다. 물리학 자들은 새로운 이론이 필요하다는 사실을 깨달았습니다.
하이젠 버그는 핵 주변의 전자 궤도를 실제로 관찰 할 수 없기 때문에 그러한 궤도가 실제로 존재한다고 말할 수 없다고 주장했기 때문에 현재 모델에 반대했습니다. 원자에 의해 방출되거나 흡수되는 빛의 스펙트럼 만 관찰 할 수있었습니다. 1925 년부터 Heisenberg는 적어도 이론적으로는 관찰 할 수있는 속성에만 의존하는 양자 역학을 고안하기 위해 노력했습니다.
여러 동료의 도움과 영감을 받아 Heisenberg는 양자 역학에 대한 새로운 접근 방식을 개발했습니다. 기본적으로 그는 위치 및 속도와 같은 수량을 취하여이를 표현하고 조작하는 새로운 방법을 찾았습니다. Max Born은 Heisenberg의 방법에서 이상한 수학을 행렬로 식별했습니다. 새로운 공식은 원자의 많은 관찰 된 특성을 설명했습니다.
하이젠 베르크가 매트릭스 기반 양자 역학을 고안 한 직후 Erwin Schrödinger는 파동 공식을 개발했습니다. 슈뢰딩거 파동 함수의 절대 제곱은 곧 특정 상태에서 입자를 찾을 확률로 해석되었습니다. Schrödinger의 파동 공식화는 Heisenberg의 매트릭스 방법과 수학적으로 동등하다는 것을 곧 입증했으며, 부분적으로는 물리학 자들이 익숙하지 않은 매트릭스 수학보다 더 익숙했기 때문에 더 대중적인 접근 방식이되었습니다. 자신의 방법이 인기가 없다는 사실은 하이젠 베르크를 짜증나게했다. 특히 그와 다른 젊은 과학자들이 이전 세대의 과학자들이 은퇴하면서 교수로서의 첫 직업을 찾기 시작하면서 그 당시 많은 것이 위태 로웠 기 때문이다.
다른 사람들이 파동 접근법을 사용하기가 더 쉽다는 것을 알았을지 모르지만 Heisenberg의 매트릭스 역학은 자연스럽게 그가 잘 알려진 불확실성 원리로 이끌었습니다. 행렬 수학에서 항상 a x b = b x a 인 것은 아니며 위치와 운동량 또는 에너지와 시간과 같이 통근하지 않는 변수 쌍의 경우 불확실성 관계가 발생합니다.
Heisenberg는 사고 실험도 실시했습니다. 그는 감마선 현미경으로 전자의 위치를 측정하는 것을 고려했습니다. 전자를 비추는 데 사용되는 고 에너지 광자는 전자를 걷어차 서 불확실한 방식으로 운동량을 변경합니다. 더 높은 해상도의 현미경은 더 높은 에너지의 빛을 필요로하여 전자에 더 큰 차기를줍니다. 위치를 더 정확하게 측정하려고할수록 추진력이 더 불확실 해지고 그 반대도 마찬가지라고 Heisenberg는 추론했습니다. 이 불확실성은 특정 실험 장치의 제한이 아니라 양자 역학의 근본적인 특징입니다.
하이젠 베르크는 1927 년 2 월 23 일에 볼프강 파울리에게 보낸 편지 14 페이지에 자신의 새로운 원칙을 설명했습니다. 3 월에 그는 불확정성 원칙에 대한 논문을 출판을 위해 제출했습니다.
Niels Bohr는 하이젠 베르크의 사고 실험에서 몇 가지 오류를 지적했습니다. 그러나 불확실성 원리 자체가 옳다는 데 동의하고 논문이 출판되었습니다.
새로운 원칙은 깊은 의미를 가지고 있습니다. 이전에는 주어진 시간에 입자의 정확한 위치와 운동량, 그리고 그것에 작용하는 모든 힘을 안다면 적어도 이론적으로는 미래의 어느 시점에서나 입자의 위치와 운동량을 예측할 수 있다고 생각했습니다. . Heisenberg는 실제로 입자의 정확한 위치와 운동량을 동시에 알 수 없기 때문에 사실이 아니라는 것을 발견했습니다.불확실성 원리는 곧 널리 받아 들여진 양자 역학에 대한 코펜하겐 해석의 기초가되었고, 가을 브뤼셀에서 열린 Solvay 컨퍼런스에서 Heisenberg와 Max Born은 양자 혁명이 완료되었다고 선언했습니다.
1927 년 가을, 하이젠 베르크는 라이프 치히 대학의 교수직을 맡아 독일에서 가장 어린 정교수가되었습니다. 1932 년 그는 양자 역학 연구로 노벨상을 받았다. 그는 독일에서 과학 연구를 계속했습니다. 제 2 차 세계 대전 당시 그는 나치당의 일원은 아니었지만 애국적인 독일 시민이었고, 원자 폭탄을 만드는 데 실패한 독일 핵분열 프로그램의 리더가되었습니다. 하이젠 베르크의 행동과 동기는 그 이후로 논란의 대상이었습니다. 그는 1976 년에 사망했습니다.