Werner Karl Heisenberg

Il padre August era insegnante di lettere classiche al Liceo e libero docente di filologia greca all’università di Würzburg e la madre Anna Wecklein era la figlia del Preside del Maximilians Gymnasium di Monaco dove August aveva svolto il proprio tirocinio e l’aveva conosciuta.

Werner frequentò le scuole elementari prima a Würzburg poi a Monaco, dove il padre si era trasferito come Professore di Greco all’Università, e si iscrisse poi al prestigioso Maximilians Gymnasium, dove era Preside il nonno. Nel 1914 la scuola venne occupata dalle truppe e Werner studiò in privato; le sue materie preferite erano matematica e fisica, ma eccelleva in tutte le discipline. Apparteneva in questo periodo ad una organizzazione paramilitare che preparava i giovani alla futura vita militare ed anche ad un’organizzazione di volontari che lavorava nei campi durante le vacanze estive.

Passava il tempo libero giocando a scacchi, nei quali eccelleva, e leggendo testi di matematica, specialmente di teoria dei numeri, tentando anche una dimostrazione del teorema di Fermat.

Dopo la fine della guerra la situazione politica tedesca divenne molto instabile e un’insurrezione di ispirazione sovietica venne repressa sanguinosamente da truppe paramilitari, i “Freikorps”: il diciassettenne Heisenberg prese parte in questi corpi, anche se poi riconoscerà che era per lui poco più di un “giocare alla guerra”. Al Gymnasium intanto guidava un gruppo di giovani aderenti alla Bund Deutscher Neupfadfinder, un movimento romantico, idealista e antimoderno, che bramava un ritorno ad una vita più naturale, ma spesso manifestava sentimenti antisemiti e antidemocratici, che però Heisenberg bandiva dal suo gruppo, dove accettava studenti ebrei.

Nel 1920 conseguì la licenza liceale e partecipò ad un concorso della Fondazione Maximilianeum, risultando undicesimo e ultimo degli ammessi, con risultati definiti “straordinari” in matematica e fisica, ma deludenti nel saggio sulla “tragedia come arte poetica”!

Nel periodo di vacanza, prima di entrare all’Università, andò in gita in montagna con il suo gruppo studentesco e rischiò di morire di tifo.

Intendeva studiare matematica, specialmente teoria dei numeri, ed ebbe per questo un colloquio con il prof. Ferdinand von Lindemann che tuttavia, prossimo alla pensione, non mostrò grande entusiasmo; così si rivolse ad Arnold Sommerfeld, che lo accolse con piacere invitandolo ad un severo studio della fisica classica.

Iniziò così a studiare fisica teorica con Sommerfeld, insieme a Wolfgang Pauli, appassionandosi specialmente alla relatività, ma fu sconsigliato da Pauli ad intraprendere la tesi di ricerca in questo campo e indirizzato piuttosto alla struttura atomica dove c’era molto di più da fare.

Nel 1922-23 passò vari periodi a Göttingen a seguire lezioni di Bohr, Born, Franck e Hilbert e nel frattempo preparò la sua tesi di dottorato sulla turbolenza in correnti di fluidi.

Ottenne il dottorato nel 1923 con un mediocre voto, ottenuto dalla media dell’eccellente votazione di Sommerfeld con quella assai scarsa di Wien, Direttore dell’Istituto, che gli rimproverava la scarsa abilità e interesse verso la fisica sperimentale.

Deluso, tornò a Göttingen come assistente di Born e visitò Bohr a Copenhagen, dove incontrò per la prima volta Einstein. Al ritorno, nel 1924, ottenne la la libera docenza; scrisse poi a riguardo della sua formazione: ho imparato la matematica a Göttingen, la fisica da Bohr e l’ottimismo da Sommerfeld.

Fino al maggio 1925 soggiornò a Copenhagen con Bohr e, al ritorno, propose la sua meccanica delle matrici, dapprima in termini di ampiezze di probabilità quantizzate che costituivano un’algebra non commutativa; furono poi Max Born e Pascual Jordan a riconoscere in questa un’algebra delle matrici. Nel 1926 quindi Heisenberg, Born e Jordan pubblicarono il loro fondamentale lavoro (dreimannerarbeit), considerato l’atto di nascita della meccanica quantistica.

Nel 1927, a 26 anni, ebbe la cattedra di Fisica Teorica dall’Università di Lipsia, dove rimarrà fino al 1941, quando si trasferirà a Berlino come Direttore del Kaiser Wilhelm Institut .

Probabilmente Heisenberg è più noto per il principio di indeterminazione, proposto nel 1927 che stabilisce che il prodotto dell’incertezza nella determinazione della posizione con l’incertezza nella determinazione della quantità di moto di una particella non può essere minore della costante di Planck h, il che è trascurabile negli eventi macroscopici, ma non nel mondo microscopico.

Nel 1927 partecipò al Congresso Solvay a Bruxelles e da lì iniziarono quei cinque anni che più tardi definì l’età d’oro della fisica atomica. Nel 1928 pubblicò I principi fisici della teoria dei quanti e nel 1929 iniziò un giro del mondo di conferenze e lezioni negli Stati uniti, Giappone e India.

Nel 1932 scrisse un lavoro in tre parti sulla struttura del nucleo che aprì la strada alla trattazione quantistica del nucleo atomico.

Nel 1932 gli fu assegnato il Premio Nobel per la Fisica, che ritirerà insieme a Schroedinger e Dirac nel 1933, per la creazione della meccanica quantistica, che ha portato, tra altre cose, alla scoperta della forma di idrogeno allotropico. La motivazione è giustificata dal fatto che, come è noto, per statuto, il premio Nobel non può essere assegnato per una ricerca puramente teorica, senza fare cenno a implicazioni sperimentali, né al complesso del lavoro di uno scienziato.

Quel Nobel scatenò rivalità, polemiche ed imbarazzo: ad Heisenberg il premio intero per il 1932, mentre Schroedinger e Dirac si dividevano il premio per il 1933; dimenticati del tutto Born, Jordan e Pauli.

Nel 1935 Sommerfeld dovette andare in pensione e indicò Heisenberg come suo successore, tuttavia il governo nazista propagandava la “fisica tedesca” e non vedeva di buon occhio la relatività e la meccanica quantistica considerate “fisica ebrea” e Heisenberg non ottenne il posto, pur non essendo ebreo.

Venne anche duramente attaccato dalla stampa e dai colleghi Lenard e Stark, che sul giornale delle SS lo definisce ebreo bianco, gli rimprovera la nomina a Lipsia dovuta alla mafia ebraica e lo paragona a Carl von Ossietzky, premio Nobel per la pace 1935, oppositore del regime e rinchiuso a Dachau.

Nel 1937, a 35 anni, sposò la ventiduenne Elisabeth Schumacher, incontrata tre mesi prima ad un concerto che egli, eccellente pianista, dava a casa di un amico. Avranno due gemelli l’anno dopo, primi dei sette figli della coppia.

Durante la Seconda Guerra mondiale fu chiamato a guidare il progetto “Urano”, per la costruzione di un arma nucleare. Con Otto Hahn, uno degli scopritori della fissione nucleare, lavorarono allo sviluppo di un reattore nucleare, ma fallirono nella costruzione di una bomba, non è chiaro se per mancanza di risorse o per mancanza di volontà.

Nel settembre del 1941 si incontrò con l’amico Bohr a Copenhagen e sui contenuti di quel colloqui non fu mai fatta definitiva chiarezza. L’episodio è il cuore dell’opera teatrale Copenhagen di Michael Frayn.

Dopo la guerra fu arrestato dagli alleati e trasferito a Farm Hall in Inghilterra insieme ad altri scienziati tedeschi per accertare lo stato di avanzamento del progetto nucleare. Ritornò in Germania nel 1946 per essere nominato Direttore del neonato Max Planck Institut per la Fisica e Astrofisica a Göttingen, poi trasferito nel 1958 a Monaco, incarico che mantenne fino al pensionamento nel 1970.

I suoi interessi di ricerca nel dopoguerra si rivolsero alla fisica del plasma e alle reazioni termonucleari e più tardi alle teorie di campo unificate per le particelle elementari. Fu uno dei promotori del CERN, capo della delegazione tedesca e membro del Consiglio Scientifico per molti anni.

Interessato da sempre alla filosofia, pubblicò i libri Fisica e filosofia (ed it. Il Saggiatore, Milano, 1998 – ristampa Net, 2003), Fisica e oltre: incontri con i protagonisti (ultima ed.it. Bollati Boringhieri, Torino, 1999), Mutamenti nelle basi della scienza (Bollati Boringhieri, Torino, 1978).

Ricevette oltre al Nobel numerosi riconoscimenti e dottorati onorari, socio della Royal Society e delle accademie di Göttingen, Baviera, Prussia, Svezia, Norvegia, Spagna, Pontificia di Roma, dell’Accademia dei Lincei e dell’Accademia Americana delle Scienze, fu il primo Presidente della Fondazione Alexander Von Humboldt che permise e permette tuttora a molti fisici stranieri di approfondire i propri studi in Germania.