沃納·卡爾·海森堡
沃納·卡爾·海森堡簡介
公元1901～公元1976
德國物理學(xué)家沃納·卡爾·海森堡由于在取得整個科學(xué)史上的最重要的成就之──量子力學(xué)的創(chuàng)立中所起的作用，于1932年獲得諾貝爾物理獎。
力學(xué)是研究物體運動普遍規(guī)律的物理學(xué)分支。它是物理學(xué)的最基本分支，又是最基礎(chǔ)學(xué)科。在20世紀初的年月里，人們逐漸認識到公認的力學(xué)定律不能描寫極其微小物體如原子和亞原子粒子的行為；他們對此感到迷惑不解，忐忑不安，因為公認的定律應(yīng)用于宏觀物體（即比個體原子大得多的物體）時是白璧無瑕，完美無缺的。
1925年，沃納·海森堡提出了一個新的物理學(xué)說，一個在基本概念上與經(jīng)典牛頓學(xué)說有著根本不同的學(xué)說。這個新學(xué)說──在海森堡的繼承人做了某些修正后──取得了光輝的成果，今天被公認為可以應(yīng)用于所有的物理體系，而不管其類型如何或規(guī)模大小。
用數(shù)學(xué)能演證出：在只涉及宏觀體系的情況下，量子力學(xué)的預(yù)測不同于經(jīng)典力學(xué)的預(yù)測，不過由于兩者在量上差別太小而無法度量出來（由于這種原因，經(jīng)典力學(xué)──在數(shù)學(xué)上比量子力學(xué)簡單得多──仍可用于大多數(shù)的科學(xué)運算）。但是在涉及原子量綱體系的情況下，量子力學(xué)的預(yù)測與經(jīng)典力學(xué)的預(yù)測迥然各異；實驗表明在這樣的情況下，量子力學(xué)的預(yù)測是正確的。
海森堡學(xué)說所得出的成果之一是著名的“測不準原理”。這條原理由他在1927親自提出，被一般認為是科學(xué)中所有道理最深奧、意義最深遠的原理之一。測不準原理所起的作用就在于它說明了我們的科學(xué)度量的能力在理論上存在的某些局限性，具有巨大的意義。如果一個科學(xué)家用物理學(xué)基本定律甚至在最理想的情況下也不能獲得有關(guān)他正在研究的體系的準確知識，那么就顯然表明該體系的將來行為是不能完全預(yù)測出來的。根據(jù)測不準原理，不管對測量儀器做出何種改進都不可能會使我們克服這個困難！
測不準原理表明從本質(zhì)上來講物理學(xué)不能做出超越統(tǒng)計學(xué)范圍的預(yù)測（例如，一位研究放射的科學(xué)家可能會預(yù)測出在三兆個原子中將會有兩百萬個在翌日放射υ射線，但是他卻無法預(yù)測出任何一個具體的鐳原子將會是如此）。在許多實際情況中，這并不構(gòu)成一種嚴重的限制。在牽涉到巨大數(shù)目的情況下，統(tǒng)計方法經(jīng)常可以為行動提供十分可靠的依據(jù)；但是在牽涉到小數(shù)目的情況下，統(tǒng)計預(yù)測就確實靠不住了。事實上在微觀體系里，測不準原理迫使我們不得不拋棄我們的嚴格的物質(zhì)因果觀念。這就表明了科學(xué)基本觀發(fā)生了非常深刻的變化；的確是非常深刻的變化以致于象愛因斯坦這樣的一位偉大的科學(xué)家都不愿意接受。愛因斯坦曾經(jīng)說過：“我不相信上帝在和宇宙投骰子�！比欢@卻基本上是大多數(shù)現(xiàn)代物理學(xué)家感到必須得采納的觀點。
顯而易見，從某種理論觀點來看，量子學(xué)說改變了我們對物質(zhì)世界的基本觀念，其改變的程度也許甚至比相對論還要大。然而量子學(xué)說帶來的結(jié)果并不僅僅是人生觀的變化。
在量子學(xué)說的實際應(yīng)用的行列之中，有諸如電子顯微鏡、激光器和半導(dǎo)體等現(xiàn)代儀器。它在核物理學(xué)和原子能領(lǐng)域里也有著許許多多的應(yīng)用；它構(gòu)成了我們的光譜學(xué)知識的基礎(chǔ)，廣泛地用于天文學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域；它還用于對各種不同論題的理論研究，諸如液態(tài)氦的特性、星體的內(nèi)部構(gòu)造、鐵磁性和放射性等等。
沃納·海森堡于1901年出生在德國，1923年在慕尼黑大學(xué)獲得理論物理學(xué)博士學(xué)位。從1924年到1927年他在哥本哈根與偉大的丹麥物理學(xué)家尼爾斯·玻爾共事。他的關(guān)于量子力學(xué)的第一篇重要論文發(fā)表于1925年，他對測不準原理論述的結(jié)果于1927年問世。海森堡1976年溘然長逝，享年七十四歲，他留下了妻子和七個兒女。
就量子力學(xué)的重要性而論，讀者可能要問為什么不把海森堡的名次在本冊中排得更加高些。然而海森堡并不是量子力學(xué)創(chuàng)立中的唯一重要的科學(xué)家，為此做出了有深遠意義貢獻的有他的前輩馬克斯·普朗克、阿伯特·愛因斯坦、尼爾斯·玻爾和法國科學(xué)家路易·德·布羅格利。此外，在海森堡的那篇具有獨創(chuàng)性的論文發(fā)表不久以后的年月里，許多其他科學(xué)家其中包括奧地利人歐文·施羅丁格和英國人p·a·m迪拉克都對量子學(xué)說做出了重要的貢獻。但是我認為海森堡是量子力學(xué)創(chuàng)立中的主要人物，即使按勞分功，他的貢獻也理應(yīng)使他在本冊中名列高位。