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維爾納‧海森堡

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Werner Heisenberg
維爾納‧海森堡1932年諾貝爾物理學獎得主
Heisenberg 10.jpg
出生 1901年12月5日
德國巴伐利亞維爾茨堡
逝世 1976年2月1日(1976-02-01)(74歲)
西德慕尼黑
居住地 德國
國籍 Flag of Germany.svg德國
研究領域 物理
機構 哥廷根大學
哥本哈根大學
萊比錫大學
柏林洪堡大學
南京大學[來源請求]
聖安德魯斯大學
慕尼黑大學
母校 慕尼黑大學
博士導師 阿諾‧索末菲
博士生 費利克斯‧布洛赫Nobel prize medal.svg
愛德華‧特勒
知名於 測不準原理量子力學
著名獎項 Nobel prize medal.svg諾貝爾物理學獎(1932年)

維爾納‧海森堡(德語:Werner Heisenberg,1901年12月5日-1976年2月1日),德國物理學家量子力學創始人之一,「哥本哈根學派」代表性人物。1932年,海森堡因為「創立量子力學以及由此導致的同素異形體的發現」而榮獲諾貝爾物理學獎

他對物理學的主要貢獻是給出了量子力學的矩陣形式(矩陣力學),提出了「不確定性原理」(又稱「海森堡不確定性原理」)和S矩陣理論等。他的《量子論的物理學原理》是量子力學領域的一部古典著作。

生平[編輯]

維爾納‧海森堡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年冬天轉去哥廷根大學,師從馬克斯‧玻恩(1954年諾貝爾物理學獎)、詹姆斯‧法蘭克(1925年諾貝爾物理學獎)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,海森堡在哥廷根擔任講師。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克菲勒基金會獎學金的支持,海森堡與哥本哈根大學物理主任波耳進行研究。之後他回到哥廷根尼爾斯‧波耳(1922年諾貝爾物理學獎)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,發展了海森堡不確定性原理,為後來知名的哥本哈根詮釋奠定了基礎,於同年,年僅26歲的海森堡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,他又前往美國日本印度巡迴講學。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英語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年改名為馬克斯-普朗克物理學研究所。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年冬天他在蘇格蘭聖安德魯斯大學教書,這些課程後來出版成書。1955年作為馬克斯-普朗克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「馬克斯-普朗克物理學和天體物理學研究所」(現為馬克斯-普朗克天體物理學研究所)。

海森堡愛好古典音樂,是個出色的鋼琴手,1937年與伊莉莎白‧徐赫(Elisabeth Schophauer)結婚,生有7個孩子,居住在慕尼黑。海森堡在1976年2月1日因癌症於家中逝世。

研究[編輯]

海森堡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年的諾貝爾物理學獎

海森堡提出的新理論,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,所以波耳假定的電子軌道並不存在;諸如位置速度力學量,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,海森堡用矩陣形式給出了他的新理論(矩陣力學)。

此後,海森堡又提出了著名的「不確定性原理」(又稱「海森堡測不準原理」),在一個量子力學系統中,一個運動粒子的位置和它的動量不可被同時確定,位置的不確定性和動量的不確定性是不可避免的,它們的乘積不小於普朗克常數),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。

萊比錫期間,海森堡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‧包立量子場論進行了開創性研究工作。海森堡和約翰‧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,他還研究了宇宙射線及其產生的離子碎片,導致不久後在英國發現了第一個介子

1957年起,海森堡的研究興趣轉向了電漿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,他的理論工作偏向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[編輯]

除了獲得馬克斯‧普朗克獎章、德國聯邦十字勳章等獎章,諾貝爾物理學獎等獎項外,海森堡還被布魯塞爾大學卡爾斯魯厄大學布達佩斯大學授予榮譽博士頭銜。他是倫敦皇家學會的會員、以及哥廷根、巴伐利亞、薩克森、普魯士、瑞典、羅馬尼亞、挪威、西班牙、荷蘭、羅馬、美國等眾多科學學會的成員,德國科學院義大利科學院的院士。1953年成為洪堡基金會的主席。

納粹德國的核武器計劃[編輯]

海森堡曾經是納粹德國核武器研製的領導人,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。海森堡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英語Samuel Goudsmit等一些人對這種說法嗤之以鼻,他認為恰恰是海森堡的「無能」導致納粹德國的核武器計劃失敗。這也被稱之為「海森堡之謎」。[1][2]

參閱[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ 海森堡是納粹幫凶? 諾貝爾獎師生書信公開(附圖). 新浪新聞. 北京晚報. 2002-02-09 [2017-02-18]. 
  2. ^ 曹天元. 量子物理史話. 八方出版股份有限公司. : 海森堡之謎. ISBN 9789865810443. 
  • Nobel Lectures, Physics 1922-1941, Elsevier Publishing Company, Amsterdam, 1965.
  • Werner Heisenberg - Biography. The Nobel Foundation. (諾貝爾官方網站關於維爾納‧海森堡簡介)
  • Ivan Todorov: Werner Heisenberg. Institut für Theoretische Physik, Universität Göttingen. Göttingen, Germany.

外部連結[編輯]