量子力学的奠基人――海森堡|海森堡量子力学矩阵
时间：2019-02-02 03:25:50 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
海森堡(Werner Karl Heisenberg 1901-1976),德国理论物理学家,生于维尔兹堡.1920年进慕尼黑大学,在索末菲指导下学习理论物理,并获博士学位,后来去格廷根大学,担任玻恩的助手.1927年26岁的海森堡任莱比锡大学教授,1941年任柏林大学教授兼凯泽・威廉物理研究所所长,1946年到哥廷根大学任普朗克物理学研究所所长,1958年在德国慕尼黑任物理学与天体物理学普朗克研究所所长兼慕尼黑大学教授,1976年2月1日卒于慕尼黑.
1925年海森堡发表第一篇矩阵力学的论文《关于运动学和动力学的量子力学解释》,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,海森堡和玻恩、约尔丹一起进行研究,创立了矩阵力学.因此成为量子力学的创建者而荣获1932年诺贝尔物理学奖.主要著作有:《量子论的物理学原理》、《原子核物理》、《物理学与哲学》等.
海森堡学说所得出的成果之一是著名的“测不准原理”.这条原理由他在1927亲自提出,一般被认为是物理学中最深奥、意义最深远的原理之一.测不准原理所起的作用就在于它说明了我们的科学度量的能力在理论上存在的某些局限性,具有巨大的意义.如果一个科学家用物理学基本定律甚至在最理想的情况下也不能获得有关他正在研究的体系的准确知识,那么就显然表明该体系的将来行为是不能完全预测出来的.根据测不准原理,不管对测量仪器做出何种改进都不可能使我们克服这个困难!
海森堡测不准原理是建立在经典力学持续发展基础上的第三次大进步.基础研究起点的具体内容是物质质量与距离关系形成的万有引力定律、并由质量与力的关系,进一步演绎出力与运动速度的关系.第二大进步是爱因斯坦发现的相对论,揭示了运动速度与质量的变化关系.
从1927年到1941年,海森堡任莱比锡大学教授.此后4年,他任柏林的威廉皇家物理研究所所长.虽然他并没有公开反对纳粹统治,但他对于纳粹政治并无好感.在第二次世界大战中,他和核裂变发明者之一的O・哈恩一起工作,发展了核反应堆.1939年到1940年冬天,海森堡已经完成了说明铀核反应堆与铀弹之间的区别的理论计算,认识到铀弹内不受控制的大量中子会增加到爆炸点.但是这种看法只保留在海森堡的同事中间(如魏茨塞克)的小范围内.他们慎重地回避将自己的研究结果张扬出去,并尽力使亲近的助手们不去注意制造原子弹的可能性.他们用消极怠工、观望、阳奉阴违的态度对付纳粹当局,一方面使政府心目中保留着铀计划有前途的看法,以保护年轻的物理学家免得去前线当希特勒的炮灰,否则连海森堡自己都难以逃避开往前线.另外他还扬言:“目前,在战争的条件下,只用德国当时的有限资源,我们尚不能找到制造原子弹的实际方法.”以此来拖延和搪塞.他没有制定发展核武器的有效计划,可能是由于缺乏技术资源,也可能由于不想这样做.
从技术观点来看,海森堡他们犯了计算上的错误,他们认为,“天然铀是不能制造原子弹的.那是一点点幸运.连锁反应只能够在很纯的或铀-235含量很高的铀中才能发生.要达到这个要求,需要在技术上作出巨大的努力.当然,可能有其他物质,但那正如获得铀-235一样是困难的.原子弹需要的这些物质,在最近的未来不可能被制造出来,英国不能,美国和我们也不能.”海森堡从德国的范围来看,也许是正确的,但对美国的估计就大错而特错了.在这个军事与科技联姻的时代,他们以为别人无所作为,这就未免过于轻敌了.
诚然,开发铀-235的风险事业,过去从没有人做过.可在这个你死我活的战争年月,对手是决不会闲着的.虽然,这期间在德国法西斯的权力机构内部,想献媚争宠、卑躬屈膝、贪图名利的官僚以及科学败类大有人在,但他们并未得到希特勒的赏识,始终未成气候.生活在德国的十几位有影响的著名科学家,由于默契,避免与希特勒的战争机器合作,他们逐渐麻痹了政府部门对于制造铀弹的可能性的认识,而将注意力转移到铀设备即核动力设备方面,这是一些对战争无直接作用的课题.
1942年6月6日,海森堡向德国供应部长施皮尔及其总部作了汇报.施皮尔决定:由于制造原子弹的技术复杂,一时无法解决,故不作重点研究方向.希特勒的命令、施皮尔的决定,解脱了许多物理学家们的思想负担.战后,他组织了格丁根的马克斯・普朗克物理和天文物理研究所,自任所长,并于1958年把研究所移到慕尼黑.从1954年起,他也是欧洲核研究组织的德国代表.
海森堡在1937年和伊丽莎白・舒马赫尔结婚,他们有七个孩子.他除了物理外还喜欢音乐,而且在两种嗜好之间有很好的融合.他也写一些哲学论文,相信在哲学的老问题如部分与整体以及单一和许多之间输入新的观点,可以有助于微观物理学的发现.海森堡被广泛公认为20世纪的创新思想家之一.海森堡也曾获得马克斯・普朗克奖章、马泰乌奇奖章,以及哥伦比亚大学的巴纳德学院奖章.
