امروز یعنی پنجم دسامبر، سالروز تولد استاد و شاگردی است که از بزرگترین فیزیکدانان قرن بیستم به شمار می‌آیند: آرنولد زومرفلد و شاگردش ورنر هایزنبرگ . هرچند نام شاگرد، از استاد پرآوازه‌تر است، اما یادمان باشد آرنولد زومرفلد، استاد تراز اولی بود که همچنان رکوردار تربیت بیشترین برندگان جایزه نوبل فیزیک است! در این پست، ضمن مرور یک بیوگرافی کوتاه، خاطره‌ی مشترک این دو دانشمند را بازگو خواهیم کرد. با کاوش الکترو همراه باشید…

  • متولد ۵ دسامبر ۱۸۶۸
  • درگذشته‌ی ۲۶ آوریل ۱۹۵۱ و در ۸۲ سالگی
  • آلمانی تبار
  • پژوهش در زمینه‌ی فیزیک نظری و به ویژه فیزیک اتمی و کوانتومی

بیوگرافی ورنر هایزنبرگ

  • متولد ۵ دسامبر ۱۹۰۱
  • درگذشته‌ی ۱ فوریه ۱۹۷۶ و در ۷۴ سالگی
  • آلمانی تبار
  • خالق مکانیک کوانتوم ماتریسی و اصل عدم قطعیت

در ادامه، خاطره‌ای از دورانی که ورنر هایزنبرگ جوان، دانشجوی استاد آرنولد زومرفلد کارکشته‌ بود، مرور می‌کنیم. اگرچه این خاطره، کمی ناخوشایند است، اما در دل خود، پیام مهمی دارد و آن اینکه هر انسانی تنها در کاری به آن عشق می‌ورزد،‌ موفق خواهد بود، همانگونه که ورنر هایزنبرگ در سال‌های بعد از این ماجرا، به یکی از بزرگترین فیزیکدانان قرن بیستم بدل شد. این خاطره بیش از همه مرا به یاد جمله معروف و زیبای چارلز بوکوفسکی می‌اندازد که:

!Find what you love and let it kill you

آنچه عاشقانه دوست میداری را بیاب و بگذار تو را بُکشد!

این داستان به سال‌های ۱۹۲۰ تا ۱۹۲۷ برمی‌گردد، وقتی هایزنبرگ جوان در ماه می سال ۱۹۲۳، پس از یک دوره‌ی‌ پژوهشی در گوتینگن، به مونیخ بازگشت تا آخرین ترم دکترای خود را در حالیکه مشغول نوشتن رساله‌ بود بگذراند. اگرچه در آن زمان، ورنر هایزنبرگ به دلیل راه‌ حل‌های بحث‌برانگیزش برای مسائل نظریه کوانتومی، به شهرتی نسبی رسیده بود، اما استاد راهنمایش، آرنولد زومرفلد پیشنهاد کرد که رساله‌اش را در زمینه‌ی سنتی‌تر هیدرودینامیک کار کند. از طرفی هایزنبرگ  مجبور بود با بی‌علاقگی یک کلاس ۴ ساعتی آزمایشگاه فیزیک تجربی را بگذراند که توسط پروفسور ویلهلم وین ارائه می‌شد. وین اصرار داشت هر فیزیکدانی، حتی شاگردان بااستعداد و نظریه‌پرداز زومرفلد، باید در زمینه‌ی فیزیک تجربی، تسلط کامل داشته باشد. در آن روزها، علم فیزیک هنوز فقط به معنای فیزیک تجربی بود. متاسفانه فیزیک نظری، با وجود نتایج درخشانش، هنوز نتوانسته بود خود را به عنوان یک شاخه‌ی جدید از فیزیک و همتای فیزیک تجربی ثابت کند.

ورنر هایزنبرگ در حالیکه برای درس آزمایشگاهی وین، تلاش می‌کرد (اگرچه وین خیلی از نتایج و نمرات او راضی نبود)، مشغول نوشتن رساله‌اش شد. او در نهایت کارش را  در دهم جولای ۱۹۲۳، به صورت محاسبات ۵۹ صفحه‌ای تحت عنوان «درباره‌ی پایداری و آشفتگی جریان سیال» به دانشکده مونیخ ارائه کرد. موضوع رساله برگرفته از قراردادی بود که زومرفلد با یک کمپانی حفر رودخانه در مونیخ  بسته بود. مسئله، چگونگی تبدیل دقیق یک سیال با جریان آرام (جریان لمینار) به سیال با جریان آشفته بود. این مسئله‌، از نظر ریاضی بسیار پیچیده بود، به گونه‌ای که هایزنبرگ، فقط یک راه‌حل تقریبی برای آن پیشنهاد کرد. دانشکده این رساله را پذیرفت و وین نیز قول داد آن را در مجله‌ای (Annalen der Physik) که سردبیرش بود، منتشر کند.

نوبت به جلسه دفاع ورنر هایزنبرگ رسید. کمیته‌ی داوران متشکل از آرنولد زومرفلد و وین در فیزیک و نمایندگانی از رشته‌های مرتبط دیگر، یعنی نجوم و ریاضی بود. هر یک از داوران در مبحث موردنظر خود هم برای رساله و هم برای مصاحبه شفاهی، به دانشجو نمره می‌دادند و در نهایت از جمع این نمرات، یک نمره‌ی نهایی بین A (عالی) تا F (افتضاح!) برای دانشجو بدست می‌آمد.

ورنر هایزنبرگ ۲۱ ساله به راحتی از پس سوالات زومرفلد برآمد و سوالات ریاضی را هم به بهترین شکل پاسخ داد؛ اما وقتی سوالات مربوط به نجوم آغاز شد، گیج شده بود و در پاسخ به سوالات فیزیک تجربی، زبانش بند آمد. اگرچه هایزنبرگ در آزمایشگاه فیزیک تجربی از تداخل سنج استفاده کرده بود، اما نمی‌دانست چگونه باید قدرت تفکیک آن را تغییر دهد؛ این امر وین تعجب‌زده کرد. وقتی وین با حالتی عصبانی از او پرسید که یک باتری چگونه کار می‌کند؟ او باز هم از پاسخ بازماند. وین هیچ دلیلی ندید که ورنر هایزنبرگ جوان را قبول کند، بدون توجه به اینکه او تا چه حد در زمینه‌های دیگر، موفق و بااستعداد است. بحثی بین زومرفلد و وین درباره‌ی اهمیت فیزیک نظری و فیزیک تجربی پیش آمد که نتیجه‌اش، نمره‌ی F وین و نمره‌ی A زومرفلد بود. در نتیجه،‌ نمره‌ی نهایی هایزنبرگ C‌ شد.
زومرفلد شوکه شد و ورنر هایزنبرگ جوان، تحقیر! برای او که حتی در کلاس‌های درس، همیشه بالاترین نمرات را می‌گرفت، قبول این نمره‌ی متوسط برای رساله‌ی دکترا بسیار سخت بود. زومرفلد میهمانی کوچکی به مناسبت فارغ‌التحصیلی هایزنبرگ و گرفتن درجه‌ی دکترایش برگزار کرد، اما ورنر هایزنبرگ از زومرفلد عذرخواهی کرد؛ چمدانش را بست و نیمه‌های شب با قطار راهی گوتینگن شد. او  صبح روز بعد در دفتر کار ماکس بورن حاضر بود. بورن، هایزنبرگ را به عنوان دستیار آموزشی خود برای سال آینده استخدام کرده بود. هایزنبرگ پس از افتضاحی که در جلسه‌ی دفاعش پیش آمده بود، به بورن گفت من تعجب می‌کنم که شما هنوز مرا به عنوان دستیار بخواهید!

پدر هایزنبرگ که از تحقیر پسرش به شدت ناراحت و نگران شده بود، نامه‌ای به یک دانشمند تجربی‌کار در گوتینگن به نام جیمز فرانک نوشت و از او خواست فیزیک تجربی را به پسرش بیاموزد. فرانک این کار را به بهترین نحو انجام داد، اما نتوانست بر بی‌علاقگی هایزنبرگ نسبت به فیزیک تجربی غلبه کند و در نتیجه تسلیم شد! اگر قرار بود ورنر هایزنبرگ در فیزیک، یک اسطوره شود، فقط باید عشقش را دنبال می‌کرد و یک نظریه‌پرداز باقی می‌ماند!