海森堡

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维尔纳·海森堡(德语:Werner Heisenberg,1901年12月5日-1976年2月1日),德国物理学家,量子力学创始人之一,“哥本哈根学派”代表性人物。1932年,海森堡因为“创立量子力学以及由此导致的氢的同素异形体的发现”而荣获诺贝尔物理学奖。

维尔纳·海森堡

他对物理学的主要贡献是给出了量子力学的矩阵形式(矩阵力学),提出了“不确定性原理”(又称“海森堡不确定性原理”)和S矩阵理论等。他的《量子论的物理学原理》是量子力学领域的一部经典著作。

生平
维尔纳·海森堡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,海森堡在哥廷根担任讲师。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,海森堡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,发展了海森堡不确定性原理,为后来知名的哥本哈根诠释奠定了基础,于同年,年仅26岁的海森堡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)。

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

研究
海森堡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年的诺贝尔物理学奖。

海森堡提出的新理论,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,海森堡用矩阵形式给出了他的新理论(矩阵力学)。

此后,海森堡又提出了著名的“不确定性原理”(又称“海森堡测不准原理”),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,位置的不确定性和动量的不确定性是不可避免的,它们的乘积不小于(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,海森堡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。海森堡和约翰·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,海森堡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,海森堡还被布鲁塞尔大学、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
海森堡曾经是纳粹德国核武器研制的领导人,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。海森堡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“海森堡之谜”。

转自维基百科


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