Суадносіны нявызначанасцяў

У пачатку 1926 года пачалі публікавацца працы Эрвіна Шродзінгера па хвалевай механіке, дзе апісаны атамныя працэссы ў форме дыферэнцыальных ураўнанняў. Гейзенберг крытычна ставіўся да новай тэорыі і, асабліва, да яе першапачатковай інтэрпрэтацыі, якая мае справу з рэальнымі хвалямі, якія нясуць электрычны зарад^[9]. І нават з’яўленне борнаўскай імавернаснай трактоўкі хвалевай функцыі не вырашыла праблему інтэрпрэтацыі самога фармалізму, то бок высвятлення сэнсу ўжытых у ім паняццяў. Патрэба ў вырашэнні гэтага пытання стала асабліва яснай у верасні 1926 года, пасля візіту Шродзінгера ў Капенгаген, дзе ён у працяглых дыскусіях з Борам і Гейзенбергам адстойваў карціну бесперапыннасці атамных з’яў і крытыкаваў ўяўленні пра дыскрэтнасць і квантавыя скачкі^[10].

Зыходным пунктам у аналізе Гейзенберга стала ўсведамленне патрэбы карэктыроўкі класічных паняццяў («каардыната» і «імпульс»), каб іх можна было ўжываць ў мікрафізіцы, падобна як тэорыя адноснасці скарэктавала паняцці прасторы і часу, надаўшы тым самым сэнс фармалізму пераўтварэнняў Лорэнца.

• 
  Удзельнікі Сальвееўскага кангрэса 1927 года, на якім абмяркоўваліся праблемы інтэрпрэтацыі квантавай механікі. Гейзенберг стаіць трэці справа.

Выхад з сітуацыі ён знайшоў у накладанні абмежавання на ўжыванне класічных паняццяў, выяўленым матэматычна ў выглядзе суадносін нявызначанасцяў: «чым дакладней вызначаны становішча, тым меней дакладна вядомы імпульс, і наадварот». Свае высновы ён прадэманстраваў вядомым разумовым эксперыментам з Гама-мікраскопам. Атрыманыя вынікі Гейзенберг выклаў у 14-старонкавым лісце Паўлі, які высока іх ацаніў. Бор, які вярнуўся з адпачынку ў Нарвегіі, быў не зусім задаволены і выказаў шэраг заўваг, але Гейзенберг адмовіўся ўносіць змены ў свой тэкст, згадаўшы пра прапановы Бора ў постскрыптуме. Артыкул «пра наглядны змест квантаватэарытычнай кінематыкі і механікі» з падрабязным выкладам прынцыпу нявызначанасці быў атрыманы рэдакцыяй Zeitschrift für Physik 23 сакавіка 1927 года.

Прынцып нявызначанасці не толькі адыграў важную ролю ў развіцці інтэрпрэтацыі квантавай механікі, але і падняў шэраг філасофскіх праблем. Бор звязаў яго з больш агульнай канцэпцыяй дадатковасці, якая развівалася ім у гэты ж час: ён тлумачыў суадносіны нявызначанасцяў як матэматычны выраз той мяжы, да якога магчыма ўжыванне ўзаемна выключных (дадатковых) паняццяў. Акрамя таго, артыкул Гейзенберга прыцягнуў увагу фізікаў і філосафаў да канцэпцыі вымярэння, а таксама да новага, незвычайнага разумення прычыннасці, прапанаванага аўтарам: «… у моцнай фармулёўцы закона прычыннасці: „калі дакладна ведаць сучаснасць, можна прадказаць будучыню“, няслушная перадумова, а не заключэнне. Мы ў прынцыпе не можам даведацца сучаснасць ва ўсіх дэталях». Пазней, у 1929 годзе, ён увёў у квантавую тэорыю паняцце «калапс хвалевага пакета», якое стала адным з асноўных паняццяў у межах так званай «Капенгагенскай інтэрпрэтацыі» квантавай механікі.

Прыкладанні квантавай механікі

З’яўленне квантавай механікі (спачатку ў матрычнай, а затым у хвалевай форме), адразу ж прызнанай навуковай супольнасцю, стымулявала хуткі прагрэс у развіцці квантавых уяўленняў, вырашэнні шэрагу пэўных праблем. Сам Гейзенберг у сакавіку 1926 года скончыў сумесны з Ёрданам артыкул, які даў тлумачэнне анамальнага эфекту Зеемана з ужываннем гіпотэзы Гаўдсміта і Уленбека пра спін электрона. У наступных працах, напісаных ужо з ужываннем шродзінгераўскага фармалізму, ён разгледзеў сістэмы некалькіх часціц і паказаў важнасць меркаванняў сіметрыі станаў для разумення асаблівасцяў спектраў гелія (тэрмы пара- і артагелія), іёнаў літыя, двухатамных малекул, што дазволіла зрабіць выснову пра існаванні дзвюх алатропных формаў вадароду — орта- і паравадароду. Фактычна Гейзенберг незалежна прыйшоў да статыстыкі Фермі — Дзірака для сістэм, якія задавальняюць прынцып Паўлі.

У 1928 годзе Гейзенберг заклаў асновы квантавай тэорыі ферамагнетызма (мадэль Гейзенберга^[11]), ужыўшы ўяўленне пра абменныя сілы паміж электронамі для тлумачэння так званага «малекулярнага поля», уведзенага П’ерам Вейсам яшчэ ў 1907 годзе^[12]. Пры гэтым ключавую ролю адыгрываў адносны кірунак спінаў электронаў, які вызначаў сіметрыю прасторавай часткі хвалевай функцыі і, такім чынам, уплываў на прасторавае размеркаванне электронаў і электрастатычнае ўзаемадзеянне паміж імі. У 2-й палове 1940-х гадоў Гейзенберг распачаў няўдалую спробу пабудовы тэорыі звышправоднасці, у якой улічвалася толькі электрастатычнае ўзаемадзеянне паміж электронамі.