Werner Heisenberg dan Prinsip Ketidakpastian (Bagian 1)

Pada kesempatan ini penulis membahas kembali seorang ilmuwan yang terkenal pada zamannya dan sampai saat ini eksistensinya masih terus dibicarakan.

Mungkin dari kalian ada yang tidak mengenal sosok ilmuwan ini karena kalian bukan menggeluti atau mendalami ilmu fisika dan kimia. Penulis akan memberikan sedikit gambaran mengenai sosok ini, menghubungkan sosok tersebut dengan film documenter mengenai perang dunia kedua (World War II atau disingkat WWII).

Di perang dunia kedua terjadi perselisihan antara Blok Poros yang terdiri dari Jerman, Italia dan Jepang melawan Blok Sekutu yang terdiri dari Amerika, Britania Raya, Uni Soviet dan Tiongkok. Jerman mempunyai sebuah proyek yang dinamakan proyek senjata nuklir Nazi yang rencananya akan membantu Blok Poros untuk menang.

Singkat cerita, setelah mekanisme fisi nuklir ditemukan di Jerman pada tahun 1939, Werner Heisenberg yang merupakan salah satu anggota dari program tenaga nuklir dibawah pimpinan Profesor Walther Bothe terlibat dalam program pengembangan senjata nuklir Jerman.  Werner dianggap salah satu ilmuwan yang menghitung massa kritikal uranium yang dibutuhkan oleh sebuah bom atom.

Siapakah Werner Heisenberg? Mari kita kupas biografi dari tokoh ini

Nama lengkapnya Werner Karl Heisenberg, lahir di Wurzburg Jerman pada 5 Desember 1901 dan meninggal di Munchen Jerman pada 1 Februari 1976 di usia 74 tahun. Werner Heisenberg adalah seorang ahli teori sub-atom dari Jerman, pemenang Penghargaan Nobel Fisika tahun 1932. Ayah Werner Heisenberg adalah August Heisenberg dan ibunya adalah Anna Wecklein. Pada saat Werner dilahirkan, ayahnya akan berganti profesi dari menjadi guru sekolah bahasa klasik menjadi Privatdozent di Universitas Würzburg. Ayah Anna, Nikolaus Wecklein, adalah kepala sekolah Maximilians Gymnasium di Munich dan ketika Agustus Heisenberg adalah seorang guru trainee di sekolah itu ia bertemu dengan Anna. Agustus dan Anna menikah pada Mei 1899. Werner memiliki kakak laki-laki Erwin, yang lahir pada bulan Maret 1900.

Di tahun 1906, pada saat ulang tahunya yang kelima, Werner mendaftar di sebuah sekolah dasar di Würzburg. Dia menghabiskan tiga tahun di sekolah itu tetapi kemudian pada tahun 1909 ayahnya diangkat sebagai Profesor Bahasa di Universitas Munich. Pada bulan Juni 1910, beberapa bulan setelah ayahnya menjadi guru besar, Werner dan seluruh keluarganya pindah ke Munich. Di sana ia menghadiri Elisabethenschule dari September, menghabiskan hanya satu tahun di sekolah ini sebelum memasuki Gimnasium Maximilians di Munich. Ini tentu saja adalah sekolah di mana kakeknya adalah kepala sekolah.

Pada 1914 Perang Dunia I dimulai dan Gimnasium ditempati oleh pasukan bersenjata. Pelajaran disusun di gedung yang berbeda dan sebagai akibat dari gangguan Heisenberg melakukan banyak studi independen yang mungkin memiliki efek menguntungkan pada pendidikannya. Subjek-subjek terbaiknya adalah matematika, fisika, dan agama, tetapi catatannya sepanjang karier sekolahnya sangat bagus. Bahkan kemampuan matematikanya sedemikian cemerlang sehingga pada tahun 1917 ia mengajari kalkulus ke teman-teman satu sekolahnya. Selama periode ini ia menjadi anggota organisasi paramiliter yang beroperasi di Gimnasium dengan tujuan mempersiapkan para pemuda untuk dinas militer selanjutnya

Di Gimnasium Heisenberg memimpin gerakan pemuda dan dia kemudian memimpin gerakan di dalam Liga Bavaria Muda. Pada tahun 1920 ia mengikuti ujian Abiturnya dan merupakan salah satu dari dua murid yang masuk dari Maximilians Gymnasium untuk mengikuti kompetisi Bavaria untuk mendapatkan beasiswa dari Maximilianeum Foundation. Sebelas beasiswa tersedia dan Heisenberg berhasil mencapai tempat kesebelas. Hasil ujiannya dalam matematika dan fisika digolongkan luar biasa, tetapi esainya tentang “tragedi sebagai seni puitis” jauh lebih mengesankan. Dia menolak tawaran akomodasi gratis dari Yayasan, lebih memilih tinggal bersama orang tuanya.

Pada periode sebelum memasuki Universitas Munich, Heisenberg pergi hiking bersama teman-teman mudanya. Dia hampir mati karena penyakit tipus yang menyerangnya setelah menghabiskan malam di sebuah kastil yang telah digunakan sebagai rumah sakit militer. Setelah sembuh ia siap untuk memulai studi di universitas. Selama musim panas 1920 Heisenberg,  untuk belajar matematika murni di universitas.

Dia  yang memberikan survei lengkap tentang teori bilangan dan ini akan menjadi topik penelitian yang dimaksudkan untuk doktornya. Dia mendekati Ferdinand von Lindemann untuk melihat apakah dia akan menjadi supervisor penelitiannya.

JIka penelitian dengan Lindemann sukses maka Heisenberg hari ini mungkin dikenal sebagai ahli teori angka yang luar biasa. Namun, penelitian  tidak berjalan dengan baik, karena Lindemann hanya dua tahun lagi akan pensiun dan hanya setuju untuk membantu penelitian  Heisenberg sebagai suatu bantuan karena ayahny merupakan teman dan kolega. Setelah itu Heisenberg melakukan penelitian  dengan Sommerfeld yang dengan senang hati menerima dia sebagai mahasiswa.

Dengan rekannya Pauli , Heisenberg mulai belajar fisika teoretis di bawah Sommerfeld pada Oktober 1920. Awalnya ia berhati-hati, mengambil sebagian besar kelas matematika dan memastikan bahwa ia dapat kembali ke matematika jika fisika teoretis berjalan buruk. Dia menghindari kursus oleh  Namun demikian, minat matematisnya beralih dari teori bilangan ke geometri. Segera kepercayaannya dalam fisika teoretis sedemikian rupa sehingga pada semester kedua ia mengambil semua program Sommerfeld . Dia juga mengambil kursus dalam fisika eksperimental, yang wajib, dan dia mulai merencanakan untuk melakukan penelitian dalam relativitas. Namun Pauli , yang pada waktu itu sedang mengerjakan survei utama teori relativitas, menyarankannya untuk tidak melakukan penelitian dalam topik itu. Pada struktur atom, bagaimanapun, Pauli menjelaskan, banyak yang perlu dilakukan karena teori dan eksperimen tidak setuju.

Pada Juni 1922 ia menghadiri kuliah oleh Niels Bohr di Göttingen. Tak lama setelah itu ia kembali ke Munich dan Sommerfeld memberikan sebuah penelitian  dalam hidrodinamika untuk membuatnya sibuk sementara ia (Sommerfeld ) menghabiskan sesi 1922-23 di Amerika Serikat. Heisenberg mempresentasikan hasil awal tentang masalah turbulensi di sebuah konferensi di Innsbruck sebelum pergi lagi ke Göttingen untuk belajar dengan Born , Franck, dan Hilbert ketika atasannya pergi. Di sana ia bekerja dengan Born pada teori atom, menulis makalah bersama dengannya tentang helium. Disertasi doktoralnya, disajikan ke Munich pada tahun 1923, sedang turbulensi dalam aliran fluida.

Setelah mengambil doktornya Heisenberg melakukan perjalanan ke Finlandia kemudian, pada Oktober 1923, ia kembali ke Göttingen sebagai asisten Born . Pada bulan Maret 1924 ia mengunjungi Niels Bohr di Institute for Theoretical Physics di Copenhagen di mana ia bertemu Einstein untuk pertama kalinya. Kembali lagi ke Göttingen ia menyampaikan  kuliah habilitasi pada tanggal 28 Juli 1924 dan memenuhi syarat untuk mengajar di universitas-universitas Jerman.

Heisenberg kemudian menulis:

Saya belajar optimisme dari Sommerfeld , matematika di Göttingen, dan fisika dari Bohr .

Dari September 1924 hingga Mei 1925 ia bekerja, dengan dukungan hibah Rockefeller, dengan Niels Bohr di Universitas Kopenhagen, kembali untuk musim panas 1925 ke Göttingen. 

Heisenberg menemukan mekanika matriks , versi pertama mekanika kuantum , pada tahun 1925. Namun, ia tidak menemukan konsep-konsep ini sebagai aljabar matriks, tetapi ia memusatkan perhatian pada serangkaian amplitudo probabilitas quantised. Amplitudo ini membentuk aljabar non-komutatif. Itu Max Born dan Pascual Jordan di Göttingen yang diakui aljabar non-komutatif ini menjadi aljabar matriks.

Mekanika matriks dikembangkan lebih lanjut dalam makalah tiga penulis oleh Heisenberg, Born dan Jordan diterbitkan pada 1926. Pada Mei 1926 Heisenberg diangkat sebagai Dosen Fisika Teoritis di Kopenhagen di mana ia bekerja dengan Niels Bohr . Pada tahun 1927 Heisenberg diangkat ke kursi di Universitas Leipzig dan ia menyampaikan kuliah pengukuhannya pada tanggal 1 Februari 1928. Ia akan memegang jabatan ini sampai, pada tahun 1941, ia diangkat menjadi direktur Institut Fisika Kaiser Wilhelm untuk Fisika di Berlin.

Pada 1932 ia dianugerahi Hadiah Nobel dalam fisika untuk: –

Penciptaan mekanika kuantum, aplikasi yang telah menyebabkan, antara lain, untuk penemuan bentuk alotropik hidrogen.

Heisenberg mungkin paling dikenal karena Prinsip Ketidakpastian , yang ditemukan pada tahun 1927, yang menyatakan bahwa menentukan posisi dan momentum suatu partikel tentu mengandung kesalahan yang produknya tidak dapat kurang dari konstanta kuantum ℏ. Kesalahan ini diabaikan secara umum tetapi menjadi kritis ketika mempelajari yang sangat kecil seperti atom. Pada tahun 1927 Heisenberg menghadiri Solvay Conference di Brussel

Heisenberg menerbitkan The Physical Principles of Quantum Theory pada tahun 1928. Pada tahun 1929 ia melakukan tur ceramah ke Amerika Serikat, Jepang, dan India. Pada 1930-an Heisenberg dan Pauli menggunakan realisasi ruang quantised dalam perhitungan kisi mereka. Heisenberg berharap properti matematika ini akan mengarah pada properti fundamental alam dengan ‘panjang fundamental’ sebagai salah satu konstanta alam.

Pada 1932 Heisenberg menulis sebuah makalah tiga bagian yang menggambarkan gambaran modern tentang inti atom. Dia memperlakukan struktur berbagai komponen nuklir yang membahas energi ikatan dan kestabilannya. Makalah ini membuka jalan bagi orang lain untuk menerapkan teori kuantum ke inti atom.

Pada tahun 1935 Nazi membawa hukum dimana profesor di atas 65 harus pensiun. Sommerfeld berusia 66 dan dia sudah mengindikasikan bahwa dia ingin Heisenberg menggantikannya. Itu adalah janji yang sangat diinginkan Heisenberg dan pada tahun 1935 Sommerfeld sekali lagi menunjukkan bahwa dia ingin Heisenberg mengisi kursi. Namun ini adalah periode ketika Nazi menginginkan “matematika Jerman” untuk menggantikan “matematika Yahudi” dan “fisika Jerman” untuk menggantikan “fisika Yahudi”. Teori relativitas dan kuantum digolongkan sebagai “Yahudi” dan sebagai akibatnya penunjukan Heisenberg ke Munich diblokir. Meskipun ia sama sekali bukan Yahudi, Heisenberg menjadi sasaran serangan yang sering di pers menggambarkan dia sebagai “gaya Yahudi”.

Pada 1937 Heisenberg menikahi Elisabeth Schumacher. Dia bertemu dengannya melalui musiknya yang penting baginya sepanjang hidupnya. Seorang pianis yang sangat baik, Heisenberg bertemu Elisabeth Schumacher di sebuah konser di mana ia tampil di rumah seorang teman. Elizabeth baru berusia 22 tahun ketika mereka bertemu, Heisenberg berusia 35 tahun. Mereka menikah pada 29 April 1937, kurang dari tiga bulan setelah mereka pertama kali bertemu. Heisenberg telah diminta untuk mengambil penunjukan di Munich pada bulan Maret tetapi telah meminta tanggal ditunda hingga Agustus karena pernikahannya. Disetujui bahwa ia harus mengambil penunjukan pada 1 Agustus. Dia dan istrinya tiba di Munich pada bulan Juli tetapi pengangkatannya diblokir oleh Nazi.

Selama Perang Dunia Kedua Heisenberg memimpin proyek senjata nuklir Jerman yang gagal, Uranverein. Dia bekerja dengan Otto Hahn, salah satu penemu fisi nuklir, dalam pengembangan reaktor nuklir tetapi gagal mengembangkan program yang efektif untuk senjata nuklir. Apakah ini karena kurangnya sumber daya atau kurangnya keinginan untuk meletakkan senjata nuklir di tangan Nazi, tidak jelas.

Setelah perang ia ditangkap oleh Alsos, sebuah misi rahasia yang mengikuti pasukan Sekutu yang maju di Eropa untuk menentukan kemajuan proyek bom atom Jerman. Dia diinternir di Balai Pertanian di Godmanchester, Huntingdonshire, Inggris, dengan ilmuwan Jerman terkemuka lainnya. Namun dia kembali ke Jerman pada tahun 1946 ketika dia ditunjuk sebagai direktur Max Planck Institut Fisika dan Astrofisika di Göttingen. Pada musim dingin 1955-1956, ia memberi kuliah Gifford “Fisika dan filsafat” di Universitas St Andrews. Ketika Max Planck Institute pindah ke Munich pada tahun 1958 Heisenberg melanjutkan sebagai direkturnya.

Pada tahun 1957, Heisenberg bersama Otto Hahn, Max Laue, Carl Friedrich von Weizsacker dan Max Born merumuskan dan menandatangani protes melawan pengerahan senjata nuklir oleh Angkatan Bersenjata Jerman dan di seluruh dunia. Rumusan ini dikenal sebagai Gottingen Declaration of the German Nuclear Physicist. Dia memegang jabatan ini sampai dia mengundurkan diri pada tahun 1970

Ia memegang banyak kedudukan administratif di Jerman Barat dan mewakili negaranya pada pertempuran internasional. Ia beristirahat dan meninggal pada tahun 1976 meninggalkan istri yang masih berusia 39 dan 7 anak.

Pada bulan Februari 2002, kisah tentang dirinya kembali mencuat setelah seseorang menemukan surat dari Niels Bohr yang tak terkirim. Surat inilah yang menjadi landasan jurnalis Robert Junk dalam tulisannya Brighter than a Thousand Suns untuk menggambarkan Heisenberg sebagai pahlawan. Ia dianggap sebagai pahlawan karena telah berusaha menyesatkan proyek Jerman sendirian, atas alasan moral

Heisenberg menerima banyak penghargaan atas kontribusinya yang luar biasa di samping Hadiah Nobel untuk Fisika. Ia terpilih sebagai Fellow dari Royal Society of London , dan merupakan anggota akademi Göttingen.

Gimana tanggapan kalian mengenai biografi werner heisenber? sungguh keren kan.. semoga kalian dapat terinspirasi dan mengambil sikap baik dari beliau

Dibagian 1 penulis membahas biografi dari werner heisenberg dan di bagian 2 penulis akan membahas karya yang paling terkenal dari beliau yaitu Prinsip ketidakpastian

Terima kasih atas waktunya kurang lebihnya mohon maaf wassalamualikum wr wb

REFRENSI

• http://www.fisikanet.lipi.go.id/utama.cgi?cetakartikel&1399733006
• http://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Heisenberg.html