HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)

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La carrière du savant

Heisenberg, né à Würzburg en 1901, eut comme maîtres, en physique théorique, Arnold Sommerfeld à Munich et Max Born à Göttingen. Il manifesta une étonnante précocité, publiant entre 1922 et 1924, en collaboration avec ses professeurs, une douzaine de travaux sur des problèmes de physique atomique ; en même temps, il passait sa thèse de doctorat (1923) sur l'écoulement turbulent des fluides (sujet sur lequel il reviendra pour une courte période en 1948). C'est à cette époque que débutent ses relations d'amitié avec Wolfgang Pauli, autre théoricien de génie, d'une égale précocité, et dont le jugement critique, d'une pénétration exceptionnelle, complétait heureusement les qualités propres de Heisenberg. Le constant échange d'idées qui se poursuivit entre les deux amis pendant tout le cours de leurs carrières, jusqu'à la mort de Pauli (1959), contribua puissamment à l'élaboration des conceptions nouvelles dont ils enrichirent tous deux la physique.

C'est en 1924 que Heisenberg prit contact avec Niels Bohr : sous l'inspiration des idées développées à ce moment à l'Institut de physique théorique de Copenhague par Bohr et son collaborateur Hendrik Kramers, Heisenberg parvint dès l'année suivante à jeter les bases d'une mécanique nouvelle des systèmes atomiques, dans laquelle le quantum d'action était incorporé d'une manière rationnelle : il apportait ainsi la justification logique des postulats quantiques formulés par Niels Bohr en 1913, et substituait aux méthodes précaires basées sur ces postulats un formalisme algébrique précis et cohérent. Par sa découverte des relations d'incertitude (1927), il éclairait le sens physique du nouveau formalisme et en révélait les profondes implications épistémologiques. Ces travaux, qui ouvraient à une analyse théorique rigoureuse le champ immense des propriétés physiques et chimiques de la matière, valurent à Heisenberg le prix Nobel de physique en 1932.

Dès 1927, il était appelé à la chaire de physique théorique de l'université de Leipzig, qu'il occupa jusqu'en 1941 ; de cette période datent ses travaux et ceux de ses disciples, Felix Bloch et Rudolf E. Peierls, sur la théorie de l'état métallique, suivis d'une série de contributions essentielles à la théorie des noyaux atomiques. Parallèlement se poursuit le développement, en étroite collaboration avec Pauli, de la théorie quantique des champs d'interactions, dont le prototype était le champ électromagnétique, auquel vint bientôt s'ajouter celui des forces nucléaires.

Lorsque se posa, au début de la guerre, le problème de l'application de la fission des noyaux lourds à des fins militaires – au moment même où deux physiciens allemands émigrés en Angleterre, Otto Frisch et Peierls, esquissaient la méthode qui devait conduire les Alliés au succès –, Heisenberg arrivait de son côté à la conclusion qu'on pouvait fabriquer une bombe atomique. En mai et juin 1942, il présentait devant les autorités militaires et gouvernementales « les fondations théoriques pour obtenir de l'énergie à partir de la fission de l'uranium ». Il y soulignait que l'isotope 235 de l'uranium était de fait « un matériau explosif d'une puissance inimaginable » et insistait sur l'importance de la mise au point d'un processus d'enrichissement de l'uranium naturel en isotope 235. Après avoir décrit le schéma de principe d'un réacteur nucléaire modéré à l'eau lourde, et noté son rôle potentiel comme mode de propulsion des navires et des sous-marins, il remarquait que les réactions nucléaires y produisaient une nouvelle substance (le plutonium) qui devrait être un explosif aussi puissant que l'uranium 235 et qui serait beaucoup plus facile à séparer. Les recherches se poursuivirent à Berlin et allaient aboutir à la réalisation d'un réacteur nucléaire lorsque les bombardements de la ville obligèrent le groupe de physiciens dirigé par Walther Gerlach et Heisenberg à s'installer en dans le sud de l'Allemagne. C'est là qu'ils furent capturés en avril 1945 par la mission Alsos mise sur pied par les services de renseignements américains et britanniques. Heisenberg fut ensuite interné avec neuf physiciens compatriotes à Farm Hall, près de Cambridge, pendant six mois. Après la guerre, Heisenberg reconstitua [...]

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Werner Heisenberg

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Paul Dirac et Werner Heisenberg

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  • : professeur à l'Institut nordique de physique atomique théorique, Copenhague

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Pour citer l’article

Léon ROSENFELD, « HEISENBERG WERNER KARL - (1901-1976) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/werner-karl-heisenberg/