Werner Carl Heisenberg (1901 65438 + 5 de febrero - 65438 + 1 de febrero de 0976), físico alemán, principal fundador de la mecánica cuántica, representante de la Escuela de Copenhague, Premio Nobel de Física en 1932. La mecánica cuántica es uno de los logros más importantes de toda la historia de la ciencia. Su "Base física de la teoría cuántica" es una obra clásica en el campo de la mecánica cuántica. En vista de su importante influencia, Heisenberg ocupó el puesto 43 en la lista de 65.438.000 celebridades que influyeron en el curso de la historia humana escrita por el académico estadounidense Mark Hart.
En junio de 1925, resolvió otro problema importante de la física: cómo explicar el estado energético estable de un átomo anarmónico, sentando así las bases para el desarrollo de la mecánica cuántica. Unos meses más tarde, publicó un artículo titulado "Una nueva interpretación de la teoría cuántica sobre la relación entre cinemática y mecánica" en el "Journal of Physics", introduciendo una nueva cantidad matemática en el campo de la física y estableciendo así la teoría cuántica. La teoría de Heisenberg se basó en observables o cantidades mensurables. Creía que era imposible determinar siempre con precisión la posición de un electrón en el espacio en un momento determinado, ni rastrearlo en su órbita, por lo que era imposible determinar si la órbita planetaria hipotetizada por Bohr realmente existía. Por lo tanto, las cantidades mecánicas como la posición y la velocidad deben representarse mediante el sistema matemático abstracto de "matriz" en álgebra lineal, en lugar de mediante números ordinarios. Como sistema matemático, la matriz hace referencia a la teoría de los números complejos ordenados en un rectángulo. La posición de cada número en el rectángulo está representada por dos indicadores, uno equivalente a una fila en la posición matemática, y el otro equivalente a una columna. en la posición matemática. Después de que se propuso la "matriz", Born rápidamente notó la importancia de este tema y colaboró con Jordan para estudiar más a fondo los principios de la mecánica matricial. En septiembre de 1925, publicaron juntos el artículo "Mecánica cuántica", desarrollando las ideas de Heisenberg en una teoría sistemática de la mecánica cuántica. En junio 65438+065438+octubre, Heisenberg colaboró con Born y Jordan para publicar el artículo "Reinterpretación de la teoría cuántica sobre la relación entre cinemática y mecánica", creando el sistema formal de la mecánica cuántica: la mecánica matricial. Desde entonces, la gente ha descubierto las leyes naturales de la microestructura atómica. Einstein comentó: "Heisenberg puso un enorme huevo cuántico".
El método utilizado en la mecánica matricial de Heisenberg es un método algebraico, que parte de la discreción de las líneas espectrales observadas y suprime las discontinuidades. Unos meses más tarde, a principios de 1926, el físico austriaco Schrödinger utilizó el método de resolución de ecuaciones diferenciales, partiendo de la popularización de la teoría clásica, enfatizando la continuidad, y así estableció la segunda teoría de la mecánica cuántica: la mecánica ondulatoria. Dado que los fundadores de las dos teorías sólo creían en sus propias teorías y entendían poco los pensamientos del otro, era inevitable un debate en el que ambos criticaban la teoría del otro. Más tarde, Schrödinger y Neumann demostraron la equivalencia matemática de la mecánica ondulatoria y la mecánica matricial después de estudiar cuidadosamente la mecánica matricial de Heisenberg. La exitosa combinación de estas dos teorías ha enriquecido y ampliado enormemente el sistema teórico cuántico. De esta forma, en 1926 se estableció formalmente el método para resolver los problemas de la física atómica.
Más tarde, cuando Heisenberg explicó el fenómeno de la alternancia de líneas espectrales fuertes y débiles en el espectro de las moléculas de hidrógeno, utilizó la mecánica matricial para dividir las moléculas de hidrógeno en dos formas: hidrógeno normal e hidrógeno extendido, es decir, descubrió el hidrógeno alotrópico. Este es un descubrimiento sorprendente. En 1933, en reconocimiento a su creación de la mecánica cuántica, especialmente el descubrimiento del hidrógeno alotrópico utilizando la teoría de la mecánica cuántica, la Real Academia Sueca de Ciencias le otorgó el Premio Nobel de Física. La suerte le cayó al joven Heisenberg.
La mecánica matricial trata de lo siguiente:
(1) Cualquier cantidad física está representada por una matriz hermitiana. El hamiltoniano de un sistema físico también está representado por una matriz hermitiana, que es función de las matrices de coordenadas y de momento.
(2) La matriz de coordenadas x y la matriz de momento Px satisfacen la siguiente relación de reciprocidad. (Px, x) = pxx-xpx =-ihe (e es la matriz identidad).
(3) Las ecuaciones regulares de movimiento del sistema son X=[X, H] y Px=[Px, H].
(4) La frecuencia de la línea espectral de un sistema físico (como un átomo) está determinada por hvmn=Emm-Enn. Emm es el valor propio de h.