હાઇઝન્બર્ગ વેર્નર (કાર્લ)

હાઇઝન્બર્ગ, વેર્નર (કાર્લ) (જ. 5 ડિસેમ્બર 1901, વુર્ઝબર્ગ, જર્મની; અ. 1 ફેબ્રુઆરી 1976, મ્યૂનિક) : ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીના સર્જન અને વિકાસમાં મહત્ત્વની ભૂમિકા ભજવનાર જર્મન ભૌતિકવિજ્ઞાની, ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીના સર્જન અને પ્રયોજનને કારણે હાઇડ્રોજનનાં વિવિધ સ્વરૂપો(autotropic forms)ની શોધ કરવા બદલ 1932માં તેમને ભૌતિકવિજ્ઞાનનો નોબેલ પુરસ્કાર મળ્યો હતો.

વેર્નર (કાર્લ) હાઇઝન્બર્ગ

તેમના પિતા મ્યૂનિક યુનિવર્સિટીમાં મધ્યકાલીન અને આધુનિક ગ્રીક ભાષાના પ્રાધ્યાપક હતા. આથી હાઇઝન્બર્ગ ગ્રીક ભાષાથી પ્રભાવિત હતા. જાપાની ભૌતિકવિજ્ઞાની યુકાવા-શોધિત મૂળભૂત કણ મેસોટ્રૉનનું, હાઇઝન્બર્ગે ગ્રીક ભાષાની જાણકારીને કારણે નામ મેસૉન રાખ્યું, જે આજે પણ પ્રચલિત છે.

હાઇઝન્બર્ગ 1920 સુધી મ્યૂનિકની મૅક્સમિલન શાળા ખાતે રહ્યા. તે મ્યૂનિક યુનિવર્સિટીમાં સોમરફિલ્ડ, વીન, પ્રિન્ગશેઇમ અને રોઝેન્થલની રાહબરી હેઠળ ભૌતિકવિજ્ઞાનનો અભ્યાસ કરવા ગયા. ત્યાર બાદ, 1922–23માં તે મૅક્સ બૉર્ન, ફ્રાન્ક અને હિલ્બર્ટ પાસે ગોટિંગજનમાં ભૌતિકવિજ્ઞાનના અભ્યાસાર્થે ગયા. 1923માં મ્યૂનિક યુનિવર્સિટીમાંથી પીએચ.ડી.ની ઉપાધિ મેળવી. તે પછી ગોટિંગજનમાં મૅક્સબૉર્નના મદદનીશ તરીકે રહ્યા.

1927માં કોપનહેગન યુનિવર્સિટીમાં નીલ્સ બ્હોરના વડપણ હેઠળ ભૌતિકવિજ્ઞાનના વ્યાખ્યાતા તરીકે નિમાયા. માત્ર 26 વર્ષની વયે તે લાઇપઝિગ યુનિવર્સિટીમાં સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકવિજ્ઞાનના પ્રાધ્યાપક તરીકે નિમાયા. 1929માં યુ.એસ., જાપાન અને ભારતમાં વ્યાખ્યાનો આપ્યાં. 1941માં બર્લિન યુનિવર્સિટીમાં ભૌતિકવિજ્ઞાનના પ્રાધ્યાપક અને કૈઝર વિલ્હેમ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફૉર ફિઝિક્સના નિયામક તરીકે નિમાયા.

બીજા વિશ્વયુદ્ધના અંતે હાઇઝન્બર્ગ અને બીજા જર્મન ભૌતિકવિજ્ઞાનીઓને અમેરિકન લશ્કરી દળોએ કેદીઓ તરીકે ઇંગ્લૅન્ડ મોકલી આપ્યા; પણ 1946માં તે પોતે જર્મની પાછા ગયા અને ગોટિંગજનના ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ફિઝિક્સના પોતાના સાથીદારો સાથે ગોઠવાઈ ગયા. 1948થી આ સંસ્થાને પ્લાન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફૉર ફિઝિક્સ નામ આપવામાં આવ્યું.

1948માં કેમ્બ્રિજ (ઇંગ્લૅન્ડ), 1950 તથા 1954માં યુ.એસ.માં વ્યાખ્યાનો આપવા ગયા. 1955–56માં સેંટ ઍન્ડ્રૂઝ યુનિવર્સિટી(સ્કૉટલૅન્ડ)માં ગિફૉર્ડ-વ્યાખ્યાનો આપ્યાં. આ વ્યાખ્યાનોને પાછળથી પુસ્તકનું સ્વરૂપ આપવામાં આવ્યું. 1958માં મ્યૂનિક યુનિવર્સિટીમાં પ્રાધ્યાપક તરીકે ગયા. આ સંસ્થાને પાછળથી મૅક્સપ્લાન્ક ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ફૉર ફિઝિક્સ ઍન્ડ એસ્ટ્રૉફિઝિક્સ નામ આપવામાં આવ્યું.

1920 પછીના દસકામાં હાઇઝન્બર્ગ ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીને નવું સ્વરૂપ આપ્યું અને તે ગાળામાં અચોક્કસતા(indeterminancy)નો સિદ્ધાંત આપ્યો. સામાન્ય રીતે આ સિદ્ધાંત હાઇઝન્બર્ગના અચોક્કસતા સિદ્ધાંત (uncertainty principle) તરીકે પ્રચલિત છે.

1957 બાદ હાઇઝન્બર્ગે પ્લાઝ્મા ભૌતિકી અને ન્યૂક્લિયર પ્રક્રિયાઓમાં રસ અને રુચિ દાખવ્યાં. ઇન્ટરનૅશનલ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑવ્ ઍટમિક ફિઝિક્સ(જિનીવા)ના સહયોગમાં તેમણે ઘણું કામ કર્યું. આ સંસ્થાની વૈજ્ઞાનિક નીતિ-સમિતિના અધ્યક્ષ તરીકે તેમણે કેટલાંક વર્ષ કામ કર્યું. અધ્યક્ષપદની મુદત પૂરી થતાં, તેઓ આ સમિતિના સભ્યપદે તો રહ્યા જ. 1953માં ઍલેક્ઝાન્ડર ફૉન (Von) હમ્બોલ્ટ ફાઉન્ડેશનના પ્રમુખપદે રહીને તેમણે આ સંસ્થાની નીતિને નવો ઓપ અને વેગ આપ્યા. તે અંતર્ગત જુદાં જુદાં રાષ્ટ્રોના વિજ્ઞાનીઓને જર્મની આમંત્રી વૈજ્ઞાનિક કાર્યમાં તેમની મદદ લેવાનું નક્કી કર્યું. 1953 બાદ તેમણે એકીકૃત ક્ષેત્ર સિદ્ધાંત (unified field theory) ઉપર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું, જેનાથી તેમને લાગ્યું કે ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં મૂળભૂત કણોના અભ્યાસ માટે આ સિદ્ધાંત ચાવીરૂપ બને છે.

હાઇઝન્બર્ગ – અચોક્કસતાના સંબંધો તારવવા માટે અવકાશમાં ગતિ કરતા ઇલેક્ટ્રૉનનો વિચાર કરવા તેનાં સ્થાન, વેગમાન (= વેગ  દ્રવ્યમાન), ઊર્જા અને સમય જેવા રાશિઓની જરૂર પડે છે. આ રાશિઓ ઇલેક્ટ્રૉનની ગતિનું વર્ણન કરે છે. આથી આ ચાર રાશિઓ સમીકરણના ચર (variables) તરીકે કાર્ય કરે છે. અચોક્કસતાના સિદ્ધાંતને આ ચાર રાશિઓ સાથે નિસબત છે. ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીના ઉદભવ પહેલાં એવું મનાતું હતું કે સાધનોની મર્યાદાને કારણે અચોક્કસતા પ્રવર્તે છે. હાઇઝન્બર્ગે બતાવ્યું કે સાધન ગમે તેટલું ચુસ્ત અને ચોક્કસ હોય છે પણ બે આનુષંગિક રાશિઓનું એકસાથે માપન કરતાં ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકી ચોક્કસતા ઉપર મર્યાદા મૂકે છે. બંને રાશિઓને એક જ સમયે માપતાં, એક રાશિનું માપ ચોક્કસ મળે તો બીજી રાશિમાં અચોક્કસતા સામેલ થાય જ છે. આવી રાશિઓને વિહિત સંયુગ્મી (canonically conjugate) કહે છે. અવકાશમાં ગતિ કરતા ઇલેક્ટ્રૉન માટે સ્થાન અને વેગમાન તથા ઊર્જા અને સમય વિહિત સંયુગ્મી રાશિઓની જોડ (pairs) છે.

કણ(ઇલેક્ટ્રૉન)ના વેગમાન અને સ્થાનના માપમાં સામેલ થતી અચોક્કસતા અનુક્રમે ΔP અને ΔX હોય તો સૂત્ર   નિરપેક્ષ અચોક્કસતા દૂર કરે છે. વળી ભૌતિકવિજ્ઞાનમાં પ્રથમ વાર સાંખ્યિકીય (statistical) સંભાવના (probability) દાખલ કરે છે. આમ તો, અચોક્કસતાના આ સિદ્ધાંતને ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકીમાંથી મેળવી શકાય છે, પણ તંત્ર(પ્રણાલી)નું કોઈ માપ લેવા જતાં તે તંત્રમાં ખલેલ પહોંચાડે છે; પરિણામે માપનમાં ચોકસાઈનો અભાવ પેદા થાય છે; જેમ કે, જો ઇલેક્ટ્રૉનને જોઈ શકાતો હોત અને તેનું સ્થાન નક્કી કરવાનું હોત તો ઇલેક્ટ્રૉન વડે ફોટૉન પરાવર્ત થવો જોઈએ. અહીં એક જ ફોટૉનનો ઉપયોગ કરી શકાય અને માઇક્રોસ્કોપ વડે તેની પરખ થઈ શકે તો ઇલેક્ટ્રૉન અને પ્રોટૉન વચ્ચેની અથડામણ (collision) ઇલેક્ટ્રૉનના વેગમાનમાં ફેરફાર કરે જ.

 

જેવો જ સંબંધ કણની ઊર્જા અને સમયને લાગુ પડે છે; એટલે કે –

અહીં hનું મૂલ્ય(6.626 × 10^–34 જૂલ × સે) અત્યંત નાનું હોઈ અચોક્કસતાના સિદ્ધાંતની અસર સ્થૂળ તંત્રોની બાબતે જોઈ (અનુભવી) શકાતી નથી; પણ પારમાણ્વિક ક્રમે (સ્તરે) આ સિદ્ધાંતનું ખૂબ જ મહત્વ છે. અચોક્કસતાના સિદ્ધાંતનું એક પરિણામ એ નીપજે છે કે સૂક્ષ્મ-તંત્રની વર્તણૂક બાબતે તેની કોઈ આગાહી થઈ શકે નહિ અને કાર્યકારણ(causality)નો સ્થૂળ સિદ્ધાંત પરમાણુના ક્રમે પ્રયોજી શકાય નહિ; અર્થાત્, ક્વૉન્ટમ યાંત્રિકી ભૌતિક પ્રણાલીની વર્તણૂકનું સાંખ્યિકીય વર્ણન કરે છે.

પ્રહલાદ છ. પટેલ