Werner Heisenberg

生平

维尔纳·海森伯1901年12月5日出生于德国维尔茨堡，1920年从慕尼黑的一所中学毕业后，在慕尼黑大学学习物理学，师从阿诺·索末菲、威廉·维恩等，1922年冬天转去哥廷根大学，师从马克斯·玻恩（1954年诺贝尔物理学奖）、詹姆斯·弗兰克（1925年诺贝尔物理学奖）和大卫·希尔伯特。1923年他在慕尼黑大学获得博士学位，并去哥廷根大学担任玻恩的助手，1924年获得大学任教资格。

从1924年至1927年，海森伯在哥廷根担任讲师。1924年9月17日至1925年5月1日，由于一项国际教育委员会洛克菲勒基金会奖学金的支持，海森伯与哥本哈根大学物理主任玻尔进行研究。之后他回到哥廷根和尼尔斯·玻尔（1922年诺贝尔物理学奖）共事并共同发表了矩阵力学。1926年又前往哥本哈根大学教授理论物理学。1927年，发展了海森伯不确定性原理，为后来知名的哥本哈根诠释奠定了基础，于同年，年仅26岁的海森伯被任命为莱比锡大学的教授，他的第一篇论文发表于莱比锡。1929年，他又前往美国、日本和印度巡回讲学。1941年成为柏林洪堡大学的物理学教授和物理研究所主任。

第二次世界大战结束后，他和其他德国物理学家作为囚犯，被美国军队送往英国Farm Hall。1946年重返德国后，他和他的同事们重建了哥廷根物理研究所，该研究所在1948年改名为马克斯-普朗克物理学研究所。1948年他在英国剑桥讲学数月，1950年和1954年又应邀前往美国讲学，1955年冬天他在苏格兰的圣安德鲁斯大学教书，这些课程后来出版成书。1955年作为马克斯-普朗克物理学研究所的主任，与研究所一起迁往慕尼黑，1958年成为慕尼黑大学的物理学教授，他的研究所被改名为“马克斯-普朗克物理学和天体物理学研究所”（现为马克斯-普朗克天体物理学研究所）。

海森伯爱好经典音乐，是个出色的钢琴手，1937年与伊丽莎白·舒马赫（Elisabeth Schumacher）结婚，生有7个孩子，居住在慕尼黑。海森伯在1976年2月1日因癌症于家中逝世。

研究

海森伯的名字一直都和他的量子力学理论联系在一起，这一理论发表时他年仅23岁，他也因为提出这一理论及其应用（尤其是氢的自旋异构体发现），获得了1932年度的诺贝尔物理学奖（1933年颁发）。

海森伯提出的新理论，是完全基于对原子辐射的观察，他认为，在某一个给定的时间点，一个电子所处的位置是无法确定的，也无法跟踪它的轨迹，所以玻尔假定的电子轨道并不存在；诸如位置、速度等力学量，无法用通常的数字来描述，但可以用抽象的数学结构即矩阵来表达，海森伯用矩阵形式给出了他的新理论（矩阵力学）。

此后，海森伯又提出了著名的“不确定性原理”（又称“海森伯测不准原理”），在一个量子力学系统中，一个运动粒子的位置和它的动量不可被同时确定，位置的不确定性${displaystyle Delta x}$和动量的不确定性${displaystyle Delta p}$是不可避免的，它们的乘积不小于${displaystyle h/4pi }$（${displaystyle h}$为普朗克常数），这些误差对于人类来说虽然是微小的，但是在原子研究中并不能被忽略。

在莱比锡期间，海森伯为原子核物理学做出了重要贡献，为基本粒子理论引入了内部对称量子数（1932年，1933年），发展了一种铁磁性理论（1928年），和沃尔夫冈·泡利对量子场论进行了开创性研究工作。海森伯和约翰·惠勒同为S矩阵（1942年，1944年）之父，他很早就研究了量子场论的基本长度模型（1938年）。1940年代，他还研究了宇宙射线及其产生的离子碎片，导致不久后在英国发现了第一个介子。

1957年起，海森伯的研究兴趣转向了等离子体物理和高热原子核反应问题，并与日内瓦国际原子物理研究所紧密合作，他担任该研究所的科学政策委员会主席，并一直是该委员会的成员。在他于1953年成为洪堡基金会主席后，为基金会做了很多促进工作，他邀请各国科学家来德国，并协助他们在德国开展研究工作。

1953年起，他的理论工作偏向基本粒子的统一场论，这对于他来说，是理解基本粒子物理学的关键。

荣誉

除了获得马克斯·普朗克奖章、德国联邦十字勋章等奖章，诺贝尔物理学奖等奖项外，海森伯还被布鲁塞尔大学、卡尔斯鲁厄大学和布达佩斯大学授予荣誉博士头衔。他是伦敦皇家学会的会员、以及哥廷根、巴伐利亚、萨克森、普鲁士、瑞典、罗马尼亚、挪威、西班牙、荷兰、罗马、美国等众多科学学会的成员，德国科学院和意大利科学院的院士。1953年成为洪堡基金会的主席。

纳粹德国的核武器计划

海森伯曾经是德国核武器开发计划研制的参与者，不过纳粹德国自始至终都没有能力将核武器从理论变为现实。海森伯本人提供的一种说法称，他其实并不信任希特勒政权，因此在尽力拖延纳粹德国的研究计划。但曼哈顿计划重要领导人古德施密特等一些人对这种说法嗤之以鼻，这也被称之为“海森伯之谜”。

参阅

• 莫特问题

注释

参考资料

延伸阅读

• Nobel Lectures, Physics 1922-1941, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1965.
• Werner Heisenberg - Biography Archived 2011-08-18 at WebCite. The Nobel Foundation. （诺贝尔官方网站关于维尔纳·海森伯简介）
• Ivan Todorov: Werner Heisenberg. Institut für Theoretische Physik, Universität Göttingen. Göttingen, Germany.

外部链接

• 《Remarks on the origin of the relations of uncertainty》全文翻译（出自台大物理系系刊《时空》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.