Werner Heisenberg: biografía y aportes de este físico teórico alemán

Werner Heisenberg es una de las figuras más importantes de la física del siglo XX. Su principio de Incertidumbre junto con sus hallazgos en teoría cuántica y nuclear han moldeado esta ciencia a lo largo del siglo pasado y el presente.

Nacido a principios del siglo XX, su vida fue marcada por un auge notable gracias a sus supuestos teóricos pero, también, al infortunio de haber vivido en una Alemania que pronto sería tomada por los nazis quienes tendrían oscuros planes para sus experimentos.

La vida de Heisenberg podría haber sido la de alguien que hubiera construido una de las armas más mortíferas de la historia pero, por fortuna, este científico tuvo una moral que le impidió materializarla. Veamos su historia a través de esta biografía de Werner Heisenberg.

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Breve biografía de Werner Heisenberg

Werner Karl Heisenberg nació el 5 de diciembre de 1901 en Wurzburgo, Alemania. Hijo de Annie y August Heisenberg, un profesor de humanidades especializado en la historia de Bizancio.

Desde joven, Heisenberg se mostró inclinado hacia las matemáticas, y en menor medida hacia la física.

Trayectoria académica

En 1920 intenta empezar el doctorado en matemática pura con Ferdinand von Lindemann como tutor, pero él lo rechaza como alumno porque el profesor está próximo a jubilarse. El propio Lindemann le recomienda hacer sus estudios de doctorado con el físico Arnold Sommerfeld como supervisor, quien lo acepta de buen grado.

Mientras hace su tesis doctoral, Heisenberg tiene como compañero a Wolfgang Pauli, con quien colaboraría estrechamente en el desarrollo de la mecánica cuántica.

Durante su primer año toma principalmente cursos de matemáticas con la intención de trabajar en la teoría de números apenas tuviera oportunidad pero, con el paso del tiempo, empieza a interesarse por la física teórica. Werner Heisenberg intenta trabajar en la Teoría de la Relatividad de Albert Einstein y su compañero Pauli le aconseja que se dedique a la Teoría Atómica en la que todavía había bastantes discrepancias entre teoría y evidencia experimental.

Durante sus estudios en la Universidad de Múnich se decantó por la física, sin renunciar a su interés por la matemática pura. En aquel momento la física era esencialmente una ciencia experimental. Arnold Sommerfeld reconocía sus extraordinarias capacidades para la física matemática, pero mostraba también cierta oposición a la graduación doctoral de Heisenberg debido a su gran falta de habilidad inexperiencia en la física experimental. Sin embargo, al final Werner Heisenberg se acabó doctorando en 1923, presentando un trabajo sobre turbulencia de los fluidos.

De Múnich, Heisenberg pasó a la Universidad de Gotinga, donde enseñaba Max Born y, en 1924, pasó al Instituto de Física Teórica de Copenhague dirigido por Niels Bohr. Allí Heisenberg conocería a otros físicos importantes como Albert Einstein, e iniciaría así su período más productivo, dando como resultado la creación de la mecánica de matrices. Este logro se vería reconocido ganando el Premio Nobel de Física en 1932.

En 1927 desempeñó el cargo de profesor de la Universidad de Leipzig, enseñando física teórica.

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Mecánica matricial y principio de incertidumbre

En el año 1925 Werner Heisenberg desarrolla la mecánica cuántica matricial. Esta teoría destaca por su gran pragmatismo pues, en vez de concentrarse en la evolución de los sistemas físicos de principio a fin, concentra sus esfuerzos en obtener información sabiendo el estado inicial y final del sistema, sin preocuparse por conocer de forma precisa lo ocurrido en el medio.

Heisenberg plantea la idea de agrupar la información en forma de cuadros de doble entrada, algo a lo que Max Born le llamó la atención, pues ya había sido estudiado por los matemáticos, que no era distinto a la teoría de matrices. Igualmente, uno de los resultados más llamativos es que la multiplicación de matrices no era conmutativa, por lo que las asociaciones de cantidades físicas con matrices tendría que reflejar ese hecho matemático. Como consecuencia de esto, Heisenberg enuncia el Principio de Indeterminación.

El llamado principio de incertidumbre o de indeterminación, también llamado Principio de Heisenberg, afirma que no es posible conocer, con una precisión arbitraria y cuando la masa es constante, la posición y el momento de una partícula. De esto se deriva que el producto de las incertidumbres de ambas magnitudes debe ser siempre mayor que la de la constante de Planck.

El enunciado del Principio de Incertidumbre causó mucho revuelo entre los físicos de la época, pues suponía la desaparición definitiva de la certidumbre clásica en la física y la introducción de un indeterminismo que afectaba a los fundamentos de la materia y del universo material.Este principio supone la práctica imposibilidad de llevar a cabo mediciones perfectas pues, la simple presencia del observador perturba los valores de las demás partículas que se consideran e influye sobre la medida que está llevando a cabo.

Werner Heisenberg predijo también, gracias a los principios de la mecánica cuántica, el espectro dual del átomo de hidrógeno y logró explicar, también, el del átomo de helio. Sus trabajos de la teoría nuclear le permitieron también predecir que la molécula del hidrógeno podía existir en dos estados, uno como ortohidrógeno, en el que los núcleos de sus dos átomos giran en la misma dirección, y otro como parahidrógeno, en que sus núcleos giran en direcciones contrarias.

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Segunda Guerra Mundial

En 1935 intentó reemplazar a Sommerfeld al jubilarse como profesor en Múnich. Sin embargo, con el ascenso de los nazis los deseos de Heisenberg se ven truncados.

El Partido Nazi quería eliminar toda teoría física “judaizante”, y en esa curiosa categoría entrabanla mecánica cuántica y la relatividad, ambas teorías enseñadas por Heisenberg en sus clases y cuyos referentes eran los judíos Max Born y Albert Einsen. Como consecuencia de ello los nazis impiden el nombramiento de Heisenberg.

Sin embargo su destino cambiaría cuando, en 1938, los nazis le invitan “amablemente” a dirigir su intento de fabricar una arma atómica. Por ello, entre 1942 y 1945, Werner Heisenberg consiguió dirigir el Instituto Kaiser Wilhelm de Física de Berlín. Durante la Segunda Guerra Mundial trabajó con Otto Hahn, uno de los descubridores de la fisión nuclear, colaborando en la fabricación de un reactor nuclear.

Durante muchos años existió la duda acerca de si este proyecto fracasó porque sus miembros simplemente no tuvieron éxito o porque Heisenberg y sus colaboradores lo sabotearon expresamente al sospechar lo que Adolf Hitler hubiera podido hacer con una bomba atómica.

En septiembre de 1941 Heisenberg fue a Dinamarca a visitar a Niels Bohr. En un acto que de acuerdo a los nazis solo hubiera podido ser clasificado como traición y que lo ponía seriamente en peligro, Heisenberg habló con Bohr sobre el proyecto de la bomba atómica alemana e incluso le hizo un dibujo de un reactor.

Heisenberg sabía que Bohr tenía contactos fuera de la Europa no ocupada y le propuso un esfuerzo conjunto para que los científicos tanto del Eje como aliados retrasaran la investigación nuclear hasta que la guerra acabara. En junio de 1942, otro científico alemán, J. Hans D. Jensen, comunicó a Bohr que los científicos alemanes no estaban trabajando en una bomba nuclear, sino solo en un reactor.

Heisenberg y otros científicos alemanes siempre afirmaron que, por razones morales, no intentaron construir la bomba atómica nazi, además de que las circunstancias no se dieron para hacerlo. Estas declaraciones fueron denunciadas por científicos que participaron en el Proyecto Manhattan, afirmando que realmente Heisenberg no había fabricado la bomba atómica alemana por errar en sus cálculos de la cantidad necesaria de Uranio-235 y de la masa crítica para sostener la reacción.

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Heisenberg ante la nueva tecnología nuclear

Al final de la guerra en Europa y como parte de la Operación Epsilon, Heisenberg junto con otros científicos, entre ellos Otto Hahn, Carl Friedrich von Weizsäcker y Max von Laue, fue detenido e internado en una casa de campo llamada Farm Hall en Inglaterra. Esta casa-prisión tenía micrófonos ocultos que grababan todas las conversaciones de los prisioneros.

Estando en esa casa, un 6 de agosto, a las seis de la tarde, Heisenberg y sus compañeros de reclusión escucharon un informe de la BBC sobre la bomba atómica de Hiroshima. A la noche siguiente, Werner Heisenberg dio una charla a sus compañeros, a modo de informe, que incluía un estimado aproximadamente correcto de la masa crítica y Uranio-235 necesarios, además de las características del diseño de la bomba.

Se considera que este discurso es la prueba de que realmente Heisenberg sí hubiera podido hacer estos cálculos cuando trabajaba para la Alemania Nazi, pero no quiso, lo que da fuerza al argumento de que realmente no construyó la bomba por objeciones morales.

Puede que su frase que mejor resume su posición sobre el uso final que se le acabó dando a la teoría atómica es la siguiente:

“Las ideas no son responsables de lo que los hombres hacen de ellas”.

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Últimos años

Tras el fin definitivo de la guerra, Heisenberg acabó siendo liberado y se le permitió seguir trabajando en física en su natal Alemania. En 1946 le fue conferido el cargo de director del Instituto Max Planck, y más adelande organizó y dirigió el Instituto de Física y Astrofísica de Gotinga, el cual fue trasladado en 1958 a Múnich.

En esa ciudad Heisenberg se concentró en la investigación sobre la teoría de las partículas elementales, la estructura del núcleo atómico, la hidrodinámica de las turbulencias, los rayos cósmicos y el ferromagnetismo.

En 1970 se le otorgó el Premio Sigmund Freud de Prosa Académica. Moriría pocos años después, el 1 de febrero de 1976 en Múnich, a la edad de 74 años.