Werner Heisenberg

生平

維爾納·海森伯1901年12月5日出生於德國維爾茨堡，1920年從慕尼黑的一所中學畢業後，在慕尼黑大學學習物理學，師從阿諾·索末菲、威廉·維恩等，1922年鼕天轉去哥廷根大學，師從馬剋斯·玻恩（1954年諾貝爾物理學奬）、詹姆斯·弗蘭剋（1925年諾貝爾物理學奬）和大衛·希爾伯特。1923年他在慕尼黑大學獲得博士學位，並去哥廷根大學擔任玻恩的助手，1924年獲得大學任教資格。

從1924年至1927年，海森伯在哥廷根擔任講師。1924年9月17日至1925年5月1日，由於一項國際教育委員會洛剋菲勒基金會奬學金的支持，海森伯與哥本哈根大學物理主任玻爾進行研究。之後他回到哥廷根和尼爾斯·玻爾（1922年諾貝爾物理學奬）共事並共同發表了矩陣力學。1926年又前往哥本哈根大學教授理論物理學。1927年，發展了海森伯不確定性原理，為後來知名的哥本哈根詮釋奠定了基礎，於同年，年僅26歲的海森伯被任命為萊比錫大學的教授，他的第一篇論文發表於萊比錫。1929年，他又前往美國、日本和印度巡回講學。1941年成為柏林洪堡大學的物理學教授和物理研究所主任。

第二次世界大戰結束後，他和其他德國物理學家作為囚犯，被美國軍隊送往英國Farm Hall。1946年重返德國後，他和他的同事們重建了哥廷根物理研究所，該研究所在1948年改名為馬剋斯-普朗剋物理學研究所。1948年他在英國劍橋講學數月，1950年和1954年又應邀前往美國講學，1955年鼕天他在蘇格蘭的聖安德魯斯大學教書，這些課程後來出版成書。1955年作為馬剋斯-普朗剋物理學研究所的主任，與研究所一起遷往慕尼黑，1958年成為慕尼黑大學的物理學教授，他的研究所被改名為“馬剋斯-普朗剋物理學和天體物理學研究所”（現為馬剋斯-普朗剋天體物理學研究所）。

海森伯愛好經典音樂，是個出色的鋼琴手，1937年與伊麗莎白·舒馬赫（Elisabeth Schumacher）結婚，生有7個孩子，居住在慕尼黑。海森伯在1976年2月1日因癌癥於傢中逝世。

研究

海森伯的名字一直都和他的量子力學理論聯繫在一起，這一理論發表時他年僅23歲，他也因為提出這一理論及其應用（尤其是氫的自旋異構體發現），獲得了1932年度的諾貝爾物理學奬（1933年頒發）。

海森伯提出的新理論，是完全基於對原子輻射的觀察，他認為，在某一個給定的時間點，一個電子所處的位置是無法確定的，也無法跟蹤它的軌跡，所以玻爾假定的電子軌道並不存在；諸如位置、速度等力學量，無法用通常的數字來描述，但可以用抽象的數學結構即矩陣來表達，海森伯用矩陣形式給出了他的新理論（矩陣力學）。

此後，海森伯又提出了著名的“不確定性原理”（又稱“海森伯測不準原理”），在一個量子力學係統中，一個運動粒子的位置和它的動量不可被同時確定，位置的不確定性${displaystyle Delta x}$和動量的不確定性${displaystyle Delta p}$是不可避免的，它們的乘積不小於${displaystyle h/4pi }$（${displaystyle h}$為普朗剋常數），這些誤差對於人類來說雖然是微小的，但是在原子研究中並不能被忽略。

在萊比錫期間，海森伯為原子核物理學做出了重要貢獻，為基本粒子理論引入了內部對稱量子數（1932年，1933年），發展了一種鐵磁性理論（1928年），和沃爾夫岡·泡利對量子場論進行了開創性研究工作。海森伯和約翰·惠勒同為S矩陣（1942年，1944年）之父，他很早就研究了量子場論的基本長度模型（1938年）。1940年代，他還研究了宇宙射綫及其産生的離子碎片，導致不久後在英國發現了第一個介子。

1957年起，海森伯的研究興趣轉嚮了等離子體物理和高熱原子核反應問題，並與日內瓦國際原子物理研究所緊密合作，他擔任該研究所的科學政策委員會主席，並一直是該委員會的成員。在他於1953年成為洪堡基金會主席後，為基金會做了很多促進工作，他邀請各國科學家來德國，並協助他們在德國開展研究工作。

1953年起，他的理論工作偏嚮基本粒子的統一場論，這對於他來說，是理解基本粒子物理學的關鍵。

榮譽

除了獲得馬剋斯·普朗剋奬章、德國聯邦十字勳章等奬章，諾貝爾物理學奬等奬項外，海森伯還被布魯塞爾大學、卡爾斯魯厄大學和布達佩斯大學授予榮譽博士頭銜。他是倫敦皇傢學會的會員、以及哥廷根、巴伐利亞、薩剋森、普魯士、瑞典、羅馬尼亞、挪威、西班牙、荷蘭、羅馬、美國等衆多科學學會的成員，德國科學院和意大利科學院的院士。1953年成為洪堡基金會的主席。

納粹德國的核武器計劃

海森伯曾經是德國核武器開發計劃研製的參與者，不過納粹德國自始至終都沒有能力將核武器從理論變為現實。海森伯本人提供的一種說法稱，他其實並不信任希特勒政權，因此在盡力拖延納粹德國的研究計劃。但曼哈頓計劃重要領導人古德施密特等一些人對這種說法嗤之以鼻，這也被稱之為“海森伯之謎”。

參閱

• 莫特問題

註釋

參考資料

延伸閱讀

• Nobel Lectures, Physics 1922-1941, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1965.
• Werner Heisenberg - Biography Archived 2011-08-18 at WebCite. The Nobel Foundation. （諾貝爾官方網站關於維爾納·海森伯簡介）
• Ivan Todorov: Werner Heisenberg. Institut für Theoretische Physik, Universität Göttingen. Göttingen, Germany.

外部鏈接

• 《Remarks on the origin of the relations of uncertainty》全文翻譯（出自臺大物理係係刊《時空》第23期）

Werner Karl Heisenberg (/ˈhaɪzənbɜːrɡ/; German: [ˈvɛɐ̯nɐ ˈhaɪzn̩ˌbɛɐ̯k]; 5 December 1901 – 1 February 1976) was a German theoretical physicist and one of the key pioneers of quantum mechanics. He published his work in 1925 in a breakthrough paper. In the subsequent series of papers with Max Born and Pascual Jordan, during the same year, this matrix formulation of quantum mechanics was substantially elaborated. He is known for the Heisenberg uncertainty principle, which he published in 1927. Heisenberg was awarded the 1932 Nobel Prize in Physics "for the creation of quantum mechanics".

He also made important contributions to the theories of the hydrodynamics of turbulent flows, the atomic nucleus, ferromagnetism, cosmic rays, and subatomic particles, and he was instrumental in planning the first West German nuclear reactor at Karlsruhe, together with a research reactor in Munich, in 1957. He was a principal scientist in the German nuclear weapons program during World War II. He travelled to occupied Copenhagen where he met and discussed the German project with Niels Bohr.

Following World War II, he was appointed director of the Kaiser Wilhelm Institute for Physics, which soon thereafter was renamed the Max Planck Institute for Physics. He was director of the institute until it was moved to Munich in 1958, when it was expanded and renamed the Max Planck Institute for Physics and Astrophysics.

Heisenberg was also president of the German Research Council, chairman of the Commission for Atomic Physics, chairman of the Nuclear Physics Working Group, and president of the Alexander von Humboldt Foundation.