Βιογραφίες

Βέρνερ Χάιζενμπεργκ: εισηγητής της επιστημονικής διαλεκτικής

Werner Heisenberg

Χρήστος Κεφαλής

Η ζωή και το έργο του Χάιζενμπεργκ

Ο Βέρνερ Χάιζενμπεργκ γεννήθηκε στο Βούρτσμπουργκ το 1901. Σπούδασε φυσική στο Μόναχο όπου πήρε το διδακτορικό του στα 1923, οπότε έγινε βοηθός του Μαξ Μπορν στο Γκέντιγκεν. Στα 1924-25 ήταν συνεργάτης του Μπορ στο Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης. Εκεί, όντας μόλις 25 χρονών, επεξεργάστηκε μαζί με τον Μπορ και άλλους κορυφαίους φυσικούς της εποχής, την κβαντική θεωρία, που έμελλε να αλλάξει ριζικά τη φυσική κοσμοεικόνα. Γι’ αυτό τιμήθηκε με Νόμπελ φυσικής το 1932.

Στον πόλεμο ήταν υπεύθυνος για το πυρηνικό πρόγραμμα της Γερμανίας, κάτι που τον εξέθεσε αργότερα σε κριτική. Η αλήθεια πάντως είναι ότι οι έρευνες ελάχιστα είχαν προχωρήσει και ο Χάιζενμπεργκ δεν είχε ουσιαστική συμβολή σε αυτές. Μεταπολεμικά, ερεύνησε τις ενοποιημένες θεωρίες, όπου υπήρξε πρόδρομος των ανακαλύψεων σύγχρονων μεγάλων φυσικών, όπως οι Φέινμαν, Χόκινγκ κ.ά. Γι’ αυτές τις συμβολές τιμήθηκε με πολλά βραβεία, ενώ ήταν Πρόεδρος του Γερμανικού Συμβουλίου Έρευνας και του Ιδρύματος Αλεξάντερ φον Χούμπολτ.

Οι δημοσιεύσεις του περιλαμβάνουν εργασίες, όπως: Φυσικές Αρχές της Θεωρίας των Κβάντων, Αλλαγές στα Θεμέλια των Ακριβών Επιστημών, Φυσική και Φιλοσοφία. Παντρεμένος με την Ελίζαμπεθ Σουμάχερ, απέκτησε 7 παιδιά. Πέθανε το 1976.

Η κβαντική επανάσταση

Η κβαντική θεωρία σήμανε μια επανάσταση στην εικόνα μας για τον κόσμο, πολύ ριζικότερη εκείνης που έφερε η σχετικότητα. Αν ο Αϊνστάιν άλλαξε την αντίληψή μας εννοιών όπως ο χώρος και ο χρόνος, τώρα έγινε φανερό ότι η αλλαγή έπρεπε να επεκταθεί στα πιο σταθερά θεμέλια του κόσμου, τη σωματιδιακή ύλη. Οι Μπορ και Χάιζενμπεργκ δεν επιτέλεσαν μόνο το επιστημονικό μέρος της εργασίας, μα ήταν εκείνοι που εξήγαγαν με συνέπεια τα επιστημολογικά και φιλοσοφικά της επακόλουθα. Μα ενώ ο Μπορ υπήρξε πυκνός και λακωνικός στις διατυπώσεις του, ο Χάιζενμπεργκ έδωσε μια πλατιά, διεξοδική εικόνα της νέας κοσμοθεώρησης, που επάγονταν οι επιστημονικές ανακαλύψεις.  

Ήδη η θεωρία της σχετικότητας, με τη φημισμένη εξίσωση του Αϊνστάιν Ε=mc², είχε εγκαθιδρύσει αφηρημένα την ισοδυναμία μάζας και ενέργειας. Η κβαντική θεωρία, ωστόσο, προχώρησε παραπέρα, αναγνωρίζοντας ότι και οι ιδιότητες που αποδίδονται στη μάζα και την ενέργεια θα έπρεπε να θεωρούνται με μια έννοια ισοδύναμες.

Στη παλιά, κλασική φυσική γινόταν ριζική διάκριση σωματιδιακής ύλης και φωτός. Το σωμάτιο θεωρούνταν εντοπισμένο, ένα σημείο μάζας m, ενώ το φωτεινό κύμα συνεχές και εκτεινόμενο. Ωστόσο, μια σειρά πειράματα στις αρχές του αιώνα, έκαναν σαφή την ανεπάρκεια αυτής της εικόνας. Η έρευνα του φωτοηλεκτρικού φαινομένου από τον Αϊνστάιν έδειξε ότι η ενέργεια των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται από ένα μέταλλο με την επίδραση του φωτός δεν εξαρτάται από την έντασή του, αλλά μόνο από το μήκος κύματος, κάνοντας αναγκαία την παραδοχή ότι το φως αποτελείται από φωτόνια, κβάντα ορισμένης ενέργειας που συμπεριφέρονται σαν σωματίδια. Από την άλλη, σε πειράματα με δέσμες σωματίων, τα ηλεκτρόνια εκδήλωναν σε ορισμένες συνθήκες μια χαρακτηριστικά κυματική συμπεριφορά, παράγοντας εικόνες συμβολής.

Η αντίφαση λύθηκε με την παραδοχή ότι όλες οι οντότητες της φύσης έχουν μαζί σωματιδιακές και κυματικές ιδιότητες, που μπορεί να εκδηλώνουν ανάλογα με τις πειραματικές συνθήκες. Γι’ αυτό, και παρότι μόνο μια όψη εκδηλώνεται κάθε φορά, για τη συνεπή περιγραφή των φυσικών φαινομένων απαιτείται χρήση και των δύο εικόνων, σωματιδιακής και κυματικής. Στην κβαντομηχανική ορολογία, αυτό εκφράστηκε με τις νέες έννοιες του σωματιδιακο-κυματικού δυϊσμού και της συμπληρωματικότητας.

«Ο Μπορ», παρατηρεί ο Χάιζενμπεργκ, «συνέστησε τη χρήση και των δυο εικόνων, που τις χαρακτήρισε “συμπληρωματικές”... Οι δυο αυτές εικόνες αποκλείουν φυσικά αμοιβαία η μια την άλλη, γιατί ένα συγκεκριμένο πράγμα δεν μπορεί να είναι ταυτόχρονα σωματίδιο (δηλ. ύλη, περιορισμένη σε πολύ μικρό όγκο) και κύμα (δηλ. ένα πεδίο, εκτεινόμενο σε πολύ μεγάλο χώρο). Αλλά οι δυο εικόνες αλληλοσυμπληρώνονται, αν παίξει κανείς… πηγαίνοντας από τη μια στην άλλη και ξανά πίσω, τότε παίρνει στο τέλος τη σωστή εντύπωση για το παράξενο είδος πραγματικότητας, που κρύβεται πίσω από τα ατομικά μας πειράματα» (“Φυσική και Φιλοσοφία”, Κάλβος, σελ.34-35).

Κατά τον ίδιο, η ισοδυναμία κυματικών και σωματιδιακών γνωρισμάτων γίνεται έκδηλη στην ισοδυναμία των μαθηματικών περιγραφών: «Ο δυϊσμός των δυο συμπληρωματικών εικόνων, κυματικής και σωματιδιακής, γίνεται ολοφάνερος και στην ευκαμψία της μαθηματικής τυπολογίας. Η τυπολογία αυτή… μοιάζει με τη νευτώνεια μηχανική, δηλαδή με εξισώσεις κινήσεως για τις συντεταγμένες και τις ταχύτητες των σωματιδίων. Αλλά με έναν απλό μετασχηματισμό μπορεί να μετατραπεί σε μια κυματική εξίσωση για τρισδιάστατα υλικά κύματα» (σελ.35-36).

Η σημαντικότερη συνέπεια είναι ότι μια σειρά ζεύγη μεγεθών, όπως θέση και ορμή, στις υποατομικές οντότητες δεν μπορεί να μετρηθούν μαζί με απεριόριστη ακρίβεια. Παρουσιάζεται έτσι μια ασάφεια στη συμπεριφορά του κβαντικού συστήματος, την οποία περιγράφει η περίφημη αρχή απροσδιοριστίας του Χάιζενμπεργκ. Σύμφωνα με αυτή, το γινόμενο των απροσδιοριστιών στη μέτρηση του καθενός από τα δύο μεγέθη, θα είναι ίσο ή μεγαλύτερο με τη σταθερά του Πλανκ.

Χάιζενμπεργκ και Μαρξ

Η κβαντική θεωρία συνιστά ένα συνεκτικό, πρωτότυπο οικοδόμημα, φαινομενικά χωρίς αντίστοιχο σε άλλους τομείς της επιστημονικής έρευνας, ώστε θα φανεί παράξενη η σύνδεση του Χάιζενμπεργκ με ιδέες της αριστεράς. Πόσο μάλλον όταν ο ίδιος εκτιμά στη μνημονευμένη εργασία του ότι «η σύγχρονη επιστήμη βρίσκεται σε αντίθεση […] σε ευρωπαϊκές φιλοσοφικές ιδέες (Χέγκελ και Μαρξ)» (σελ.212).

Αυτό δεν αλλάζει το ότι υποκείμενη στη θεώρησή του της κβαντικής θεωρίας είναι η θεμελιώδης διαλεκτική αρχή της ενότητας των αντιθέτων. Αγνοώντας μάλλον το έργο του Μαρξ, ο Χάιζενμπεργκ διατυπώνει τις ιδέες για την καθολικότητα της αλλαγής και το μεταβλητό της ύλης με αναφορά στην αρχαία διαλεκτική φιλοσοφία, ιδίως στον Ηράκλειτο:

«Για τον Ηράκλειτο ο κόσμος είναι ταυτόχρονα ένα και πολλά, ακριβώς η διάσταση μεταξύ των αντιθέσεων είναι που θεμελιώνει την ενότητα του όλου… Στη λύση του Ηρακλείτου… η ίδια η αλλαγή είναι η θεμελιακή αρχή, εκείνη η “άφθαρτη μεταβολή που ανανεώνει τον κόσμο”… Τα πειράματα κατέδειξαν την πλήρη μεταβλητότητα της ύλης. Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια μπορούν σε συγκρούσεις επαρκώς υψηλής ενέργειας, να μετατραπούν σε άλλα σωματίδια ή να παραχθούν απλώς από κινητική ενέργεια… Όλα τα στοιχειώδη σωματίδια είναι καμωμένα από το ίδιο υλικό, που μπορούμε να ονομάσουμε τώρα ενέργεια ή παγκόσμια ύλη» (σελ.51, 52, 162-63).

Για την ύπαρξη στενής σχέσης με τις μαρξιστικές έννοιες μαρτυρά επίσης η χρήση από τον Μαρξ στο Κεφάλαιο σειράς εννοιών παρεμφερών με της κβαντικής θεωρίας. Αν ο Χάιζενμπεργκ μιλά για δυϊσμό σωματίου-κύματος, ο Μαρξ αναφέρεται στο δυαδικό χαρακτήρα του εμπορεύματος, όπου συνενώνονται αντίθετοι προσδιορισμοί: η αξία χρήσης, ταυτόσημη με την υλική, σωματική φύση του, και η ανταλλακτική αξία, έκφραση της ανθρώπινης ενέργειας που καταβλήθηκε στην παραγωγή του.   

Αρκεί να συγκρίνει κανείς τις διατυπώσεις του για να δει τη βαθιά αναλογία. Θα πει ο Μαρξ για την αντίθεση εμπορεύματος και χρήματος: «Η ανταλλαγή εμπορευμάτων προϋποθέτει αντιφατικές και αμοιβαία αποκλειόμενες συνθήκες. Η διαφοροποίηση των εμπορευμάτων σε εμπόρευμα και χρήμα… παράγει μια εξωτερική αντίθεση που αντιστοιχεί στη εσωτερική αντίθεση σύμφυτη σε αυτά. Τα εμπορεύματα ως αξίες χρήσης αντιπαρατίθενται στο χρήμα ως ανταλλακτική αξία. Από την άλλη, και οι δυο αντίθετες πλευρές είναι εμπορεύματα, ενότητες αξίας χρήσης και ανταλλακτικής αξίας. Αλλά αυτή η ενότητα των διαφορών εκδηλώνεται σε δυο αντίθετους πόλους και στον καθένα με αντίθετο τρόπο… Η ανταλλαγή συντελείται με δυο μεταμορφώσεις αντίθετου αλλά συμπληρωματικού χαρακτήρα» (Capital, Μόσχα 1977, σελ.106-107).

Κατά βάση, η ίδια περιγραφή ισχύει στο μικρόκοσμο, όπου η ενότητα των αντιθέτων, σωμάτιο και κύμα, επαληθεύεται με αντίθετο τρόπο για το καθένα, αφού σωματιδιακές και κυματικές οντότητες, εμπεριέχοντας το άλλο τους, διατηρούν κατ’ αρχή την ταυτότητά τους.

Διαλεκτική και ανθρώπινη πράξη

Ο Χάιζενμπεργκ προσεγγίζει εξίσου διαλεκτικά, παρά επιμέρους λάθη, αντιθέσεις του πραγματικού, όπως εκείνες ανάμεσα σε συνέχεια και ασυνέχεια, ιστορική και αιτιακή περιγραφή, επιστήμη και τέχνη. Μη όντας δυνατό να επεκταθούμε εδώ, θα επισημάνουμε ότι η έκθεσή του αναδεικνύει ως πιο θεμελιώδεις στην υπόσταση του κόσμου την ασυνέχεια, την ιστορικότητα και τη σωματιδιακότητα.

Ακόμη πιο σημαντικά, ο ίδιος αντιλαμβάνεται το διαλεκτικό περιεχόμενο της επιστημονικής κοσμοεικόνας. Σε συζήτησή του με τον αριστερό στοχαστή Ρ. Χάβεμαν εξέφρασε ρητά αυτή την αναγνώριση: «Η φύση μας φανερώνει όλο και περισσότερο το διαλεκτικό της χαρακτήρα ακριβώς στον τομέα των στοιχειωδών σωματιδίων» (Ρ. Χάβεμαν, Φυσική Επιστήμη και Κοσμοθεώρηση, εκδ. Πέλλα, σελ.20).

Το αποτέλεσμα είναι μια διαφοροποιημένη εικόνα του κόσμου, όπου οι ενάντιοι τομείς της ανθρώπινης δράσης προσεγγίζουν μέσα από την ιστορικότητα: «Τα δυο προτσές στην επιστήμη και την τέχνη δεν είναι τόσο διαφορετικά. Επιστήμη και τέχνη διαμορφώνουν με την πάροδο των αιώνων μια ανθρώπινη γλώσσα» (Φυσική και Φιλοσοφία, σελ.104-05).

Αξιοσημείωτες είναι οι σκέψεις του Χάιζενμπεργκ για την αρνητική αντιμετώπιση της διαλεκτικής από τις συντηρητικές κυβερνήσεις και τη χειραγωγημένη κοινή γνώμη: « Οι περισσότεροι άνθρωποι δεν μπορούν να υποφέρουν τη διαλεκτική και αυτοί που κυβερνούν δεν τη θέλουν. Η διαλεκτική δημιουργεί ανησυχία και αταξία. Οι άνθρωποι προτιμούν να έχουν στη διάθεσή τους έτοιμες και μονοσήμαντες απόψεις. Μια ορισμένη μέρα όλοι οι άνθρωποι στη Νέα Υόρκη φορούν ψάθινα καπέλα» (Χάβεμαν, σελ.20).

Είναι περιττό να τονιστεί πόσο κοντά βρίσκονται αυτές οι διακηρύξεις στην αριστερή αντίληψη για τον ενεργό, δραστήριο χαρακτήρα και την ευθύνη της ανθρώπινης ύπαρξης. Μια πλευρά που ο ίδιος ο Χάιζενμπεργκ και ο Μπορ τονίζουν ως βασικό επακόλουθο της κβαντικής θεωρίας: «Η θεωρία των κβάντων μας υπενθυμίζει, όπως είπε ο Μπορ, πως στην αναζήτηση της αρμονίας στη ζωή δεν πρέπει ποτέ να ξεχνάμε πως στο έργο της ζωής είμαστε ταυτόχρονα θεατές και ηθοποιοί» (Φυσική και Φιλοσοφία, σελ.44-45).