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天才的足迹--Werner Heisenberg
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天才的足迹--Werner Heisenberg
海森堡(Werner Heisenberg,1901年-1976年),德国著名物理学家,量子力学的创立人之一.他于20世纪20年代创立的量子力学,可用于研究电子,质子,中子以及原子和分子内部的其它粒子的运动,从而引发了物理界的巨大变化,开辟了20世纪物理时代的新纪元。1932年,荣获诺贝尔物理学奖,成为20世纪继爱因斯坦和波尔之后的世界级的伟大科学家。
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艺术与物理
Heisenberg不仅对量子力学感兴趣,对艺术和音乐也十分在行.他的研究风格与达·芬奇作画时尽量利用素描,色彩和光线的明暗等手段相似,力求达到客观与主观的协调一致。他认为:音乐如同语言,极具个性化;而物理研究也如同作曲,古典物理犹如巴赫的交响曲。而他把物理当成了作曲，不同的是,作曲家使用的是音符,Heisenberg则使用数学符号。他了解的是物理的自然法则,在其理论的声音里没有游离"音",在他的证明空间里发出的"音调"是原子法则,其目的是为了完善原子理论。
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青少年时代 (1901–1924年)
Heisenberg1901年12月5日出生于巴伐利亚州小城乌尔兹堡。
1910年Heisenberg一家迁居巴伐利亚州首府慕尼黑市。他的父亲A.Heisenberg在慕尼黑大学担任中世纪及现代希腊语言学终身教授。
1911年Heisenberg进入久负盛名的慕尼黑马克希米廉斯中学。
1917年至1919年间Heisenberg作为志愿者服务于战争后方从事救助工作。
1920年Heisenberg进入慕尼黑大学开始学习物理,数学,化学和天文学 ;在这个十字路口上,他首先选择了数学:
A)大学第一学期Heisenberg想加入数学家F.林德曼的研讨班却被拒绝 ……(原因是经过一次见面F.林德曼之后认为他不适合学习数学 )
B)数学之门关闭之后他转而选择物理学家A.索末菲作为导师 ,索末菲引导他进入了新兴的量子论最前沿领域 ……
1922年冬季索末菲带领Heisenberg来到哥廷根大学聆听物理学大师N.玻尔关于原子结构的系列讲座.年轻的Heisenberg给玻尔留下了深刻印象,两人的师生友谊也从此开始 ……
Heisenberg的博士论文是经典难题—湍流：经过深入研究,Heisenberg提出了一种巧妙独到的解决湍流问题的方案。
索末菲对Heisenberg的才能青睐有加,曾写信给他的父亲A.Heisenberg称赞道,"你的家庭出了一位物理学与数学奇才".
Heisenberg1923年夏天获得博士学位，尽管答辩时曾受到实验物理学家W.韦恩的刁。
获得博士学位后,Heisenberg受聘于哥廷根大学,担任物理学家M.玻恩的助手。这时他的主要研究兴趣转到了量子理论.经过一年的努力,Heisenberg在哥廷根顺利通过了申请终身教授职位的资格考试 .
1924年9月Heisenberg离开哥廷根,以洛克菲勒基金会研究员的身份奔赴他向往已久的理论物理学圣地—哥本哈根大学玻尔研究所.
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量子力学的诞生 (1924 – 1927年)
在哥本哈根访问工作数月后,Heisenberg于1925年5月返回德国,暂时任教于哥廷根大学;1926年5月他再次访问哥本哈根大学,担任理论物理学讲师和玻尔的主要研究助手.作为量子力学的创始人之一,1924至1927年是年轻的Heisenberg学术生涯的第一个颠峰期 .1925年6月在海格兰岛养病期间,Heisenberg的研究有了突破性进展,从而导致了全新自洽的原子理论--矩阵量子力学的诞生。
之后不久,玻恩,P.约丹和海森堡在哥廷根大学建立了量子力学的完备数学体系,称为矩阵力学!
当时量子力学有五种不同的数学体系:
(1)矩阵力学,由玻恩,约丹和海森堡在哥廷根建立;
(2)Q-代数,由P.狄拉克在剑桥建立;
(3)积分方程理论,由K.兰酋斯在法兰克福建立;
(4)算符力学,由玻恩和N.维也纳合作完成;
(5)波动力学,由苏黎世大学的E.薛定谔于1926年根据。
L.德布勒意在1923年提出的物质波思想推导建立。
如何诠释量子力学波函数的概念是1926年理论物理学界的一大焦点.经过一番辩论,薛定谔的"连续诠释"观点被玻恩的"统计诠释"观点和狄拉克-约丹的"统计变换理论"驳倒了。
1927年Heisenberg首次提出并证明了量子力学的"测不准原理".紧接着玻尔发展了"互补性原理"。至此量子力学的基本概念得到了完备自洽的物理解释.
第一次世界大战结束后,欧洲终于恢复了平静;哥本哈根聚集了一群充满朝气的物理学家。德国的Heisenberg,瑞士的泡利,英国的狄拉克等人都投师于玻尔的门下,形成闻名于世的哥本哈根学派,他们共同完成了新的量子力学理论。其中不确定性原理可谓量子力学的基石,它是Heisenberg于1926年至1927年间提出的微观世界的基本法则.
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莱比锡—原子理论的新中心 (1927 – 1933年)
Heisenberg于1927年10月到莱比锡任职理论物理学教授,并带领学生进行凝聚态量子力学的研究。并同其它原子理论研究中心(比如哥本哈根,哥廷根,慕尼黑和苏黎世)一直保持密切的学术交流。
泡索尔维会议 (1930,1933)海森堡应邀参加并做报告，与泡利,W.(Wolfgang Ernst Pauli1900～1958)接下深厚的友谊。泡利于1928年获得了理论物理学终身教授职位.由于发现"不相容原理"(后称泡利不相容原理),获得1945年诺贝尔物理学奖。
1929年3月初Heisenberg完成了一篇重要的研究手稿,概括了他两年来推导相对论性量子场论的尝试和结果。之后开始访问美国,先后访问了麻省理工学院,哥伦比亚大学,芝加哥大学并做了题为"量子理论的物理原理"的系列讲座.
经由夏威夷访问日本，Heisenberg和狄拉克向汤川秀树等日本同行介绍了他们各自在量子力学方面的最新研究工作。最后海森堡取道中国和印度返回了莱比锡,而狄拉克则穿越了苏联经由莫斯科回到剑桥。
1933年底Heisenberg实至名归,荣获1932年度的诺贝尔物理学奖—该奖项肯定了他对量子力学理论及其应用的创造性贡献。与此同时,诺贝尔奖评委会宣布将1933年度的物理学奖颁发给狄拉克和薛定谔,以表彰他们对新的原子理论的杰出贡献。
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从和平到战争:核物理与核能源(1935 – 1945年)
1937年4月,"犹太物理学"与"德意志家庭"
纳粹政府蓄意煽动的种族歧视浪潮对德国各大学造成严重冲击 ,许多犹太同事相继离开.对Heisenberg的人身攻击开始了,原因是他拒绝在一篇向A.希特勒献媚的致词中签名 ,但他抵制了用心险恶的诽谤。
1937年4月,Heisenberg与E.苏玛赫结婚,组成了一个典型的"德意志家庭".两人共生育了七个孩子。
德国军械局确定了利用铀裂变制造核武器的研究立项,并招Heisenberg来领导这个项目。
1942年,Heisenberg被任命为凯萨-威海姆物理研究所所长兼柏林大学教授 ,计划在柏林进行核武器的具体研制和大规模实验。
1945年初在德国南部小城海格劳赫实施近乎取得成功.
同年,美国特别分队逮捕了Heisenberg和其他九位德国原子物理学家并进行秘密审讯.拘留所里,Heisenberg等人获悉了日本广岛和长琦被美军原子弹摧毁的消息。
第二次世界大战以核武器的研制成功和毁灭性使用后果而告终。
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重建德国和欧洲的物理事业(1945 – 1957年)
1949至1951年间,Heisenberg担任德意志研究院院长.他同时是西德政府处理核问题的科学顾问。
1952年6月,由Heisenberg等人倡议的西欧核子研究中心(CERN)在日内瓦正式创建。
1953年Heisenberg担任战后重建的A.洪堡基金会主席,邀请世界各国的优秀青年学者到西德的大学和研究所从事科学研究和交流。他担当这一职务达二十七年之久。
1957年4月发表了著名的哥廷根限制核武器宣言。
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天才的殒落
1976年2月1日,一代物理学宗师Heisenberg在慕尼黑逝世,享年七十五岁。
海森堡
物理学全明星
原子弹爆炸
附上海森堡1927测不准原理原文。愿国内学者也能多发表如此经典的论文
https://blog.sciencenet.cn/blog-40108-225315.html
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