Werner Karl Heisenberg (1901–1976) var en tysk teoretisk fysiker. Han er kjent for sin pionérrolle i utviklingen av kvantemekanikken fra 1920-årene og utover. Bare 26 år gammel ble han i 1927 professor ved universitetet i Leipzig, og fikk i 1932, 31 år gammel, nobelprisen i fysikk. I samarbeid med Max Born og Pascual Jordan utviklet han en teoretisk beskrivelse av kvantemekanikken som med en egen justerende teori, Heisenbergs uskarphetsteori, vant bred faglig tilslutning. Heisenberg bidro også til forskning på kosmisk stråling, ferromagnetisme og subatomære partikler.
Mellom 1942 og 1945 ledet han Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik i Dahlem og underviste som professor ved Humboldt-universitetet i Berlin, hvor han deltok i hærens uranprosjekt. Hans rolle i tysk kjernefysisk forskning under andre verdenskrig har gjort ham kontroversiell siden det kunne ha ført til at Nazi-Tyskland hadde fått utviklet atomvåpen. I etterkrigstiden ble han utnevnt til leder av Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik, en stilling han hadde inntil han ble overflyttet til München da det ble utvidet og omdøpt til Max Planck-instituttet for fysikk og astrofysikk. Han var sentral i utviklingen av den første vesttyske kjernefysiske reaktoren i Karlsruhe. Heisenberg ble i 1957 utnevnt til den tyske ordenen Pour le Mérite für Wissenschaften und Künste.
Med sin kone Elisabeth, som han giftet seg med i 1936, fikk Heisenberg syv barn, deriblant genetikkprofessoren Martin Heisenberg.
Liv og virke Bakgrunn Heisenberg ble født i en meget intellektuell professorfamilie i Würzburg i 1901. Hans far var August Heisenberg, moren var Annie, født Wecklein. Faren August hadde selv studert middelaldersk og moderne gresk kultur og språk i Würzburg, og han ble senere professor i bysantinske studier på universitetet i München.
Studier Werner Heisenberg studerte selv fysikk og matematikk i perioden 1920-1923 på universitetet i München og universitetet i Göttingen. I München studerte Heisenberg blant annet under fysikeren Arnold Sommerfeld som han senere (i 1923) mottok sin doktorgrad fra. Av andre kjente fysikere som hadde studert i München under Sommerfeld kan blant andre nevnes den østerrikske fysiker Wolfgang Pauli som Heisenberg senere skulle få et tett vennskap med.
På universitetet i Göttingen studerte Heisenberg blant annet under Max Born som senere også mottok nobelprisen i fysikk. Det var i Göttingen under Born at Heisenberg i 1924 mottok sin habilitasjon. Det var likeledes i Göttingen at Heisenberg for første gang møtte Niels Bohr i 1922. Dette møte skjedde i forbindelse med en begivenhet, «Bohr-Festival», der Niels Bohr var gjesteforeleser. Niels Bohrs teorier med hensyn til atomfysikk hadde interessert Heisenberg i en lang periode, og møtet med Niels Bohr hadde stor innflytelse på den da unge fysiker.
Tidlig forskning Samarbeidet mellom Niels Bohr, Wolfgang Pauli og Heisenberg utviklet seg til et meget fruktbart samarbeid som blant annet resulterte i tilblivelsen av det som senere kjennes som den moderne kvantemekanikk.
I perioden 1924-1927 fungerte Heisenberg som Jus docendi ved Universitetet i Göttingen. Her fikk han tildelt et stipend av Rockefeller Foundation som gjorde at han i en periode fra 17. september 1924 til 1. mai 1925 studerte under Niels Bohr ved Niels Bohr Institutet i København.
Bidrag til kvantefysikken Da han kom tilbake til Göttingen utviklet han i samarbeid med Max Born og Pascual Jordan en teoretisk beskrivelse av kvantemekanikken som matrisemekanikk. Alt dette ble utarbeidet på seks måneder våren og sommeren 1925.
Tilblivelsen av denne teori skyldes primært Heisenberg selv, som sommeren 1925 alene gikk rundt på den lille klippeøya Helgoland, mens han led av høyfeber, og funderte over noen av fysikkens store spørsmål. Her skrev han så ned hovedtrekkene til nevnte teori, og etter å ha brevvekslet med Wolfgang Pauli om riktigheten av teorien, sendte han så et utkast tilbake til Göttingen og Max Born. Dette utkast ble så publisert i noen vitenskapelige tidsskrifter. Born og hans assistent Pascual Jordan tilføyde ytterligere noen rettelser samt andre viktige elementer, hvoretter den ferdige artikkel ble publisert. Denne artikkel var den første store artikkel som Heisenberg var med på å utgi, og den gav ham dermed hans helt store gjennombrudd som fysiker.
Problemet med nevnte artikkel var at resultatene bygde på noen teorier som tidligere var blitt fremlagt av blant andre Niels Bohr. Selv om man i nyere tid har godkjent og faktisk også påvist at Bohr hadde rett, var det på det daværende tidspunkt ikke påvist at teoriene var sanne - riktignok passet matematikken, men teorien brøt også med noen andre fundamentale fysiske resultater. Man kunne ikke påvise Bohrs teorier med datidens utstyr og instrumenter, og dette gjorde at ikke alle fysikere var særlig store tilhengere av teorien. Niels Bohr stod på den ene side som den store talsmann for sin teori, mens Albert Einstein stod i spissen for den andre gruppe av fysikere som var mer skeptisk overfor Bohrs teori. Einstein ble aldri overbevist om teorien, og da han døde trodde han fremdeles ikke på teorien.
Heisenberg tilhørte dermed den gruppen av fysikere som var enige med Bohr, mens Einstein blant andre hadde støtte fra den østerrikske fysiker Erwin Schrödinger. Schrödinger formulerte i 1925 (utgitt i 1926) sin alternative bølgemekanikk. Schrödingers bølgemekanikk og Heisenbergs matrisemekanikk gav matematisk det samme resultat, men de gav to forskjellige bilder er virkeligheten/verdenen.Heisenberg og Schrödinger
I begynnelsen av 1926 befant Heisenberg seg i København, hvor han fungerte som assistent for Bohr ved Niels Bohr-instituttet, og han hadde dermed rik mulighet til å diskutere de seneste resultater med Bohr. I mai 1926 kom også Erwin Schrödinger forbi København for å argumentere for sin såkalte bølgemekanikk og argumentere mot Heisenbergs matrisemekanikk. De kunne ikke bli enige om de uoverensstemmelser som var mellom de to teorier, og Schrödinger ville ikke anerkjenne Heisenbergs resultater.
Disse uoverensstemmelser ledet til flere heftige debatter mellom Schrödinger og Heisenberg. De reiste rundt til forskjellige forelesninger som Schrödinger avholdt om sin bølgemekanikk, og så forsvarte Heisenberg sin matrisemekanikk når Schrödinger angrep den. Debatten mellom de to sider fortsatte, og det var åpenlyst at det måtte utvikles en tredje teori for å løse striden.
Som tidligere nevnt tilbrakte Heisenberg en periode i København i årene 1926 til 1927 som assistent hos Niels Bohr, og det var nettopp i København i 1927 at Heisenberg utviklet sitt kanskje mest kjente prinsipp, nemlig uskarphetsrelasjonen. Dette prinsipp viste seg å være den siste brikken i puslespillet som gjorde at Heisenberg og Bohr var i stand til å vise at Schrödingers bølgemekanikk var ekvivalent med Heisenbergs og Bohrs kvantemekanikk og matrisemekanikk. Heisenbergs uskarphetsrelasjon og Bohrs komplementaritet ligger nemlig til grunn for hva man kjenner som Københavnfortolkningen av kvantemekanikken.
Niels Bohr og Heisenberg deltok begge sent i 1927 i Solvaykonferansen sammen med mange andre av datidens mest anerkjente fysikere, som Albert Einstein og Erwin Schrödinger. Heisenberg og Bohr benyttet anledningen til å diskutere riktigheten av sine teorier med Einstein og Schrödinger. Med oppdagelsen av Heisenbergs uskarphetsrelasjon maktet Bohr å svare på alle de kritiske spørsmål Einstein og de andre hadde til hans teorier. Da konferansen sluttet, var det bred enighet blant de fleste fysikere om at Bohrs og Heisenbergs teorier var sanne, og de kunne dermed reise tilbake til København som de store vinnere.
I slutten av 1927 ble Heisenberg utpekt til professor, deretter ble han ansatt på universitetet i Leipzig. Han ble utpekt som instituttleder ved instituttet for fysikk, og han holdt sin tiltredelsesforelesning 1. februar 1928. I Heisenbergs fagmiljø i Leipzig var det mange ledende fysikere, blant andre Edward Teller, Felix Bloch, Lev Landau og Rudolf Peierls. Amerikaneren Robert S. Mullikan hadde studieopphold i Leipzig. På samme vis tilbrakte den norske stipendiaten Harald Wergeland året 1938-39 i denne gruppen rundt Heisenberg. R. Wittje, Nuclear Physics in Norway, 1933–1955, Physics in Perspective 9, 406–433 (2007).
Selv om Heisenberg allerede i 1928 ble nominert til nobelprisen, så var det først fire år senere at han vant prisen. Heisenberg mottok nobelprisen i fysikk i 1932 for «skapelsen av kvantemekanikk, som blant annet er anvendt til oppdagelsen av de forskjellige former for brint».
Heisenberg under naziregimet i mellomkrigstiden
Fram til annen verdenskrig ble Heisenberg sjikanert og fikk økenavnet den hvite jøde. Denne sjikanen skyldtes delvis de to landsmenn og nobelpris-mottagende fysikerne Philipp Lenard og Johannes Stark som var svært nasjonalistiske. Johannes og Philipp stod opp gjennom 1930-årene i spissen for en bevegelse innenfor de tyske fysikkretser som gikk under navnet tysk fysikk (eller arisk fysikk). Denne bevegelsen var blant annet motstander av Albert Einsteins og andre fremtredende fysikeres teorier. De teorier som bevegelsen var motstander av gikk under betegnelsen jødisk fysikk. På dette tidspunkt var mange av de fremtredende atomfysikere jøder, eller de hadde på annet vis jødiske røtter. Her kan nevnes personer som Niels Bohr, Albert Einstein, Wolfgang Pauli med flere som senere emigrerte til USA på grunn av det nazistiske styret.
Heisenberg underviste blant annet i Einsteins relativitetsteori, som gjorde at denne bevegelsen (tysk fysikk), med Johannes og Philipp som frontfigurer, hadde sett seg lei på Heisenberg og prøvde å motarbeide ham. Det skal påpekes at Johannes og Philipp opp gjennom 1930-årene hadde lyktes å bygge seg opp mye makt, idet deres nasjonalistiske synspunkter stemte godt overens med de nazistiske verdier, og dermed hadde bevegelsen gunstige muligheter til å sjikanere Heisenberg personlig.
Konflikten mellom Heisenberg og den nasjonalistiske bevegelse er best symbolisert ved hva man kjenner som Heisenbergaffæren. Den startet 1. april 1935, da man skulle finne en avløser for Arnold Sommerfeld som instituttleder ved universitetet i München. Fakultetet i München fremla i 1935 en liste på i alt tre kandidater som man ville støtte hvis de overtok den ledige stilling etter Sommerfeld. Heisenberg var en av kandidatene som dessuten også talte to andre tidligere elever av Sommerfeld. Fakultetet gav videre uttrykk for at Heisenberg var deres favorittkandidat. Da Johannes og Philipp (og resten av bevegelsen tysk fysikk) hørte at Heisenberg var favorittkandidaten, begynte de å motarbeide Heisenbergs kandidatur. Johannes og Philipp hadde på dette tidspunkt stor administrativ og politisk makt, og begynte å utgi artikler som beskyldte Heisenberg for å ha den såkalte «jødiske attityde». Disse angrepene på Heisenberg resultert i at SS, med Heinrich Himmler i spissen, ble engasjert i stridighetene. Heisenberg forlangte å bli renvasket, og etter en grundig undersøkelse dikterte Heinrich Himmler i 1938 at Heisenberg ikke lenger måtte angripes politisk. Dette kom i stand etter at Heisenberg hadde inngått et kompromiss som blant annet gikk ut på at han ikke lenge måtte nevne noen jødiske fysikere ved navn når han underviste, og dessuten skulle han også være klar til at inngå i den tyske hær i tilfelle krig.
Til tross for dette kompromis endte Heisenberg ikke med å få den ledige stillingen i München. Wilhelm Müller ble 1. desember 1939 presentert som etterfølger av Sommerfeld. Dette kan sees som en politisk seier og ikke en akademisk seier, ettersom Müller i motsetning til Heisenberg aldri hadde fått utgitt noen vitenskapelig artikkel i et anerkjent tidsskrift. Müller var ikke en av de tre opprinnelige kandidater som fakultetet i 1935 hadde anbefalt.
Annen verdenskrig; Uranverein