物理学家：海森伯.pdf

海森伯加到收藏夹添加相关资源 生平简介 科学成就 趣闻轶事 一、生平简介 海森伯， W.K. （Werner Karl Heisenberg 1907～1976）德国理论物 理学家，量子力学第一种有效形式（矩阵力学）的创建者 1901 年 12 月 5 日生于维尔兹堡，出身于一位教古希腊语言的中学教师 家庭，从小就受到家庭在古代文学方面的熏陶1920 年中学毕业，进慕 尼黑大学学习理论物理学，他在慕尼黑大学时，在索末菲（Sommerfeld ） 指导下学习理论物理学1923 年在那里获得哲学博士学位然后，他到 哥廷根大学深造， 成为玻恩教授和希尔伯特教授的学生，备受玻恩教授赏 识 据玻恩回忆：“海森伯是我所能想象的最敏锐和最有能力的合作者”， “要跟上年青人， 这对我一个上了年纪的人来说是很困难的”1924 年， 海森伯开始在哥廷根大学讲课 两年后成为哥本哈根大学的讲师 在那里， 由洛克菲勒基金发给薪水，在N.玻尔的指导下进行研究 1927 年，年仅 26 岁的海森伯回到德国担任莱比锡大学的理论物理学教授，一直到 1941 年1941 年至 1945 年间，他在德国柏林大学担任物理学教授兼任凯 泽·威廉（ Kaiser-wihelm ）物理学研究所所长。

1946 年他再度到哥廷根 大学担任物理学教授并兼任哥廷根的普朗克物理学研究所所长，一直到 1958 年在此期间， 1955 至 1956 年还兼任圣安德勒斯大学革福特 （Gifford ）讲座讲师， 1955 年成为英国皇家学会会员1958 年至 1970 年， 在德国慕尼黑担任物理学与天体物理学的普朗克研究所所长兼慕尼黑 大学教授 1970 年以后成为上述研究所的荣誉退休所长 1932 年度的诺贝尔物理学奖金于1933 年授予海森伯，因为他创立 了量子力学（矩阵力学）它导致了氢的同素异形形式的发现此外，他 还获得许多其他方面的奖励 1976 年 2 月 1 日海森伯教授与世长辞，终年75 岁 二、科学成就 海森伯在物理学中的主要成就是和别的学者一起创立了量子力学，发 现了测不准原理，第一个提出基本粒子中的同位旋概念 海森伯于 1925 年七月在德国《物理学杂志》上发表第一篇关于矩阵 力学的论文，题目是《关于运动学和动力学的量子力学解释》海森伯认 为量子力学的问题不能直接用不可观测的轨道来表述，应该采用跃迁几率 这类可以观测的量来描述接着，海森伯就和玻恩、约尔丹（1902—） 一起进行研究，创立了量子力学的一种表达方式——矩阵力学。

1927 年海森伯首先提出了测不准原理，他在《原子核物理学》一书 中提出：“有两个参数： 微观粒子的位置和速度， 可以确定该微观粒子的 运动不过，任何时候也不可能同时准确地了解这两个参数任何时候也 不可能同时了解：微观粒子处于何处，以多大的速度和向哪个方向运动 如果进行实验测量， 如精确地测定粒子在特定时刻所处的位置，那么运动 即遭到破坏， 以致以后不可能重新找到该粒子反之，如果精确地测出它 的速度，那么它的位置图象就完全模糊不清后来海森堡还提出， 不但 坐标和动量，而且方位角和角动量、 能量和时间等也都是成对的测不准量 为了表彰他在科学上的重大贡献——建立量子力学，海森伯获得 1932 年诺贝尔物理学奖，并获得马克斯·普朗克奖章 海森伯从 1930 年起作了长期而系统的理论和实验研究，证实了中子 和中子、质子和质子、 质子和中子之间的相互作用力都是相同的，是一种 特殊的核力 从这个事实出发， 海森伯认为质子和中子实际上是同一种粒 子的两种量子状态，只是内部坐标不同，这种内部坐标被称为同位旋 此外，海森伯还对高能粒子的碰撞作用进行过理论研究，创立了S 矩阵理论在铁磁体理论的研究方面，海森伯也做出了一定的贡献。

三、趣闻轶事 1.走进物理学世界 海森伯有一个幸福和安宁的童年，他最早的回忆， 是维尔茨堡高地的 教学五彩缤纷的窗玻璃所展现给他的一个五光十色的世界他在 11 岁时， 曾因在欢迎摄政王路德维希（Ludwig, 即后来的国王路德维希三世）访问 马克西米利安高级文科中学时背诵了他母亲所写的一首小诗，而获得路德 维希赠给他的一副刻有王冠的纯金饰物家庭和生活圈子对他的熏陶不只 是古典文学， 还有古典音乐 他在十三四岁时， 已能准确无误地看谱演奏 钢琴，参加室内音乐的演奏， 以至于考虑是否应该做一个音乐家，可是在 那个时候，他的兴趣和未来的生活道路已经基本上确定了 海森伯 8 岁时，他的家庭从维尔茨堡迁到了慕尼黑，这里虽然看不到 故乡维尔茨堡那令人陶醉神往的山川河流和森林，却是他有声有色的物理 学生涯的真正故乡和出发点 学校的功课对他算不了什么， 所以他有足够 的时间按照自己的计划忙个不停他曾和哥哥一道做了一只有0.75 米长 的大型军舰模型， 上面装有自己制作的小炮， 真的可以射击， 并且是用电 来触发的在这个时期，海森伯已经深深地被自然科学特别是数学和物理 学吸引住了 后来在回忆这一时期的生活时，他曾有点腼腆地说过： “我 有点像个神童。

他在14 岁时，就曾帮助过家庭的一位女友准备化学博 士考试中的数学问题 除了数学本身外， 海森伯很早就意识到与数学紧紧 联系的那些哲学问题的重要性H.韦耳（ Weyl）的《空间、时间和物质》 （Raum-Zeit-Materie,Berlin,1918）那本书使他着了魔，以至他在中学毕 业后就去找慕尼黑大学的数学家F.林德曼（Lindemann ）教授讨教林德 曼拒绝了他，因为教授认为读这本书已毁了他学数学的前途后来是A. 索末菲（ Sommerfeld ）教授把他的这个兴趣富有成效地引导到同物理结 合起来 2.一个有胆识的大学生 1920 年海森伯中学毕业后，进入慕尼黑大学学习理论物理，在索末 菲的指导下， 海森伯很快就进入当时物理学研究的前沿，表现出出众的才 华第一学期，为了解释反常塞曼效应的谱线，他首先引进了半量子数 这需要很大胆识，当时普遍认为量子数都是整数 第二学期上流体力学课， 海森伯写了一篇关于卡门涡流的绝对大小的论文，深得索末菲的赞赏， 1922 年 6 月，海森伯随索末菲到格丁根大学，参加由M.玻恩（Born）和 J.夫兰克（ Franck ）发起的关于原子物理的讨论，这个讨论会是围绕N. 玻尔（Bohr）的一系列关于原子物理和元素周期律的演讲而展开的，在 一次讨论中，当时年仅20 岁的海森伯竟站起来对玻尔的某些论点提出异 议，并勇敢地进行辩论。

讨论结束时玻尔约他当日下午一同去散步，以便 继续讨论 这次与玻尔在散步中的长时间谈话，对海森伯启发很大， 无怪 乎他说，这次散步是他科学上成长的起点 3.治学特色 爱因斯坦 和狄拉克 的思考方式与研究风格，是从第一性的原理出发， 经过严密的逻辑推理和数学演绎，来获得对物理现象的深入和全新理解 这是理论物理学家思考方式与研究风格的一种类型而海森伯的思考方式 与研究风格更接近玻尔， 他们先从具体物理实验和现象的分析中发掘新的 思想观念和物理原理， 然后再在此基础上建立理论体系这是理论物理学 家思考方式与研究风格的又一种类型他们熟悉具体的实验现象， 强调新 的实验现象蕴含着新的物理，而在研究工作中往往更依赖于过去的经验、 对现象的综合和物理的直觉 多数获得了实际成果的理论研究都属于这后 一种类型，所以海森伯的思想和哲学在西方物理学界有很大影响 海森伯具有一种能够从物理上把握问题关键的直觉，这使他成为20 世纪最富于创造性和最成功的物理学家之一海森伯对于从一般哲学的深 度来提出和分析问题的偏爱， 使他成了关于量子力学的解释的哥本哈根学 派中仅次于玻尔的领袖人物 由于对哲学以及有关人情、 艺术和文学方面 的共同观点， 海森伯与玻尔曾经建立了深厚的友谊，只是由于在发生于德 国而随后殃及全人类的那一法西斯浩劫中，海森伯为纳粹在制造核武器的 可能性方面所作的物理学研究， 致使他无可挽回地失去了玻尔以及其他一 些物理学家的信任和友谊。

海森伯生活中的这段经历， 则成了战后物理学 界乃至社会公众争议的一个话题 海森伯是一个举止文雅的人， 容易与人交朋友 他多才多艺， 对人类文化 的各个方面都感兴趣他是一个钢琴家，一个登山和滑雪运动的爱好者 他青年时常和朋友结伴作徒步旅行，或与音乐爱好者举行室内音乐会他 留下的著作除《量子论的物理原理》和《基本粒子统一场论导论》外，还 有《原子核物理学》，《自然科学基础的变迁》（1935 年初版，英译本 名为《原子核科学的哲学问题》）《当代物理学的自然观》（1955 年初 版，英译本名为《物理学家的自然观》），《物理学与哲学 ——现代科学 中的革命》（1958 年英文版）， 《物理学和其他 ——遭遇和对话》（1971 年英文版），《原子物理学的发展和社会》，《超越界限》，以及自传性 质的《部分与整体》（ 1969 年初版）等。