A mikrovilág nagy tudora

A bizottság elnöke, Wilhelm Wien mentve a menthetőt – mivel a dolgozatot meglehetősen zavarosnak találta – feltett az ifjú doktorjelöltnek néhány mentőkérdést. Heisenberg egyiket sem tudta megválaszolni. Wien felháborodása nem ismert határokat: „Ezt a fiatalembert feneketlen tudatlanság jellemzi!” – csattant fel. A bizottság másik tagja, a témavezető Arnold Sommerfeld, a róla elnevezett atommodell megalkotója teljes mellszélességgel kiállt ifjú kollégája mellett: „Páratlan tehetség!” Wien később megkegyelmezett az ifjúnak: hagyta átmenni. Döntését nem kellett megbánnia: néhány év múltán Heisenberg átvehette a Nobel-díjat. Igaz, egy olyan elméleti kérdés tisztázásáért, amelynek megoldásával Wien haláláig nem értett egyet.

A fentiekből kitűnik, nem akármilyen korról van szó. A 20. század első évtizedei a fizika forradalmát hozták el. Heisenberg egyidős a századdal: 1901-ben született a világhírű bizánckutató, August Heisenberg fiaként. Apjával ellentétben őt a matematika és a fizika érdekelte, így Sommerfeldnél végzett a müncheni egyetemen. Mivel az ifjú fizikus tehetségére a tanár korán felfigyelt, munkatársául fogadta.

Olyan korban éltek ők, amikor egy sihedernek is lehetett saját véleménye az elismert szaktekintéllyel szemben. Erre legjobb példa Niels Bohr 1922-es előadása, amelyben az éppen frissen kitüntetett dán fizikai Nobel-díjas saját atomelméletéről adott elő. A lelkes hallgatóságban helyet foglalt Heisenberg is, aki tanárát kísérte el az eseményre. A vitában rámutatott a Bohr-féle atommodell hiányosságaira. Fejtegetése abból indult ki, hogy a részecskék világában nagy bizonytalanság uralkodik: részben soha nem tudjuk ezeket közvetlenül megfigyelni, részben nem viselkedhetnek eddigi elképzeléseink szerint. Érvelésének lényege: az atom részeit és a burkot alkotó elektronokat következetesen részecskéknek tekintjük, holott nem biztos, hogy így van.

Miért kerülhetett sor a különvéleményre?

Heisenberg Sommerfeld tanítványaként vallotta, hogy az atommag körül keringő elektron nem lehet részecske. Ha az lenne, minden eddigi ismereteink szerint keringése közben elektromágneses sugárzást kellene kibocsátania. Ha ezt megtenné, energiát veszítene, ennek következtében folyamatosan közelednie kellene a maghoz, amíg bele nem zuhan.

A megoldást valójában nem ő, hanem Sommerfeld találta meg, aki bebizonyította, hogy a mag körül elektronhéj van, ilyenkor az, amit eddig részecskének gondoltak, hullámburokalakot vesz fel. Heisenberg fő érdeme annak meghatározása volt, hogy miként viselkednek a mikrovilág részecskéi, közöttük az elektronok. Négy évvel az ominózus doktori disszertáció megvédése után jutott el a róla elnevezett határozatlansági tényezőhöz. Kiderítette, nemcsak a részecskék jellege, hanem állapota között is nagy a bizonytalanság. Például egyidejűleg nem lehet meghatározni a részecske energiáját és helyzetét, vagyis ha meg tudjuk állapítani a helyét, nem ismerjük a sebességét és fordítva.

E forradalmi korra jellemző, hogy nemcsak a többé-kevésbé beavatottak, hanem még a Nobel-díjas fizikusok egyes generációi is összetűzésbe kerültek egymással. A fénykibocsátás szakaszosságát Max Planck fedezte fel. Amikor ebből a feltevéséből öt év múltán Albert Einstein kibontotta a kvantumelméletet, ő ezt badarságnak tartotta. Einsteint is utolérte a sorsa: bár a kvantumelmélet felfedezése az ő nevéhez fűződik, heves tiltakozással fogadta Heisenberg a részecskék viselkedésének leírásával meg-alkotott kvantummechanikáját. A bizonytalansági tényező kapcsán mondta híres replikáját: „Isten nem lehet kockajátékos.” Heisenberg a vallási körök nem kis megrökönyödésére azzal válaszolt: a tények azt mutatják, mégiscsak az.

A körülötte kitört vihart a Nobel-díj Bizottság azzal zárta le, hogy neki ítélte 1932-ben a legrangosabb tudományos kitüntetést. Hogy a világi dolgokban kevésbé jártas ifjú tudós ne tévedjen el a svéd fővárosban, anyukája kísérte el a Nobel-díj átadására.

Tudományos pályafutásához hasonlóan egyéni élete is rendhagyóan alakult: 35 éves is elmúlt, amikor megismerkedett az ifjú Elisabeth Schumacherrel.

A harmincas-negyvenes években Albert Einstein megkísérli összehangolni az általános relativitáselméletet a kvantummechanikával, kidolgozni a természet minden jelenségét leíró világegyenleteket. A fő gond az volt, hogy minden erőhatást, vagyis az elektromost, az atomokban működő gyenge és erős kölcsönhatást részecskék közvetítenek. Csupán a tömegvonzás részecskéjét nem sikerült megtalálni. Pedig már neve is volt: graviton. Einstein egyre reménytelenebb küzdelmet vívott ezért.

Heisenberg is megkísérelte megalkotni a nagy világegyenletet. Akárcsak Einstein, Heisenberg sem tudta a két tudományágat összekötő kapcsot megtalálni.

Heisenberg hosszú, termékeny munkássága folyamán alapvető felfedezéseket tett az atomburok, az atommag, az elemi részecskék és a magreaktorok területén, az ő nevéhez fűződik a ferromágnesek elmélete és az atommag neutronelmélete. Tevékenységével gyökeresen megváltoztatta a világ arculatát. Bár elméleti szakemberként bizonyára hitetlenkedve szemlélné, de egyértelműen az ő tevékenységének, a kvantummechanika felismeréseinek köszönhető a műholdtévé, a CD-lemezjátszó, a tranzisztoros és integrált áramkörös rádió és televízió, a modern asztali számítógép és a maroktelefon.