一、不断与哥哥竞争的海森堡

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一、不断与哥哥竞争的海森堡

沃纳·海森堡———德国物理学家,1901年出生在德国,1923年在慕尼黑大学获得理论物理学博士学位。从1924~1927年他在哥本哈根与伟大的丹麦物理学家尼尔斯·玻尔共事。26岁任莱比锡大学教授。1941年任伯林大学教授和凯泽·威廉研究所所长。第二次世界大战期间领导德国原子能利用事业。战后被俘往美国。1946年返回德国后，任普朗克物理研究所所长兼哥廷根大学教授。量子力学的奠基人之一，“哥本哈根学派”代表性人物，因创立矩阵力学而获1932年诺贝尔物理学奖。主要著作有：《量子论的物理学基础》、《自然科学基础的变化》、《原子核物理》、《物理学与哲学》等。

1.他提出了“测不准原理”

海森堡在理论物理学的许多不同方面，特别是光谱学方面，作出了许多卓越的贡献。使他永远扬名于世的是他创立了量子力学中的矩阵力学。1925年，海森堡鉴于玻尔原子模型所存在的问题，抛弃了所有的原子模型，而着眼于观察发射光谱线的频率、强度和极化，利用矩阵这一数学工具，把这三个物理量从数学上加以联系，从而提出微观粒子的不可观察的力学量，如位置、动量应其所发射光谱的可观察的频率、强度来表示。这个由海森堡首先提出的、以后被玻恩、狄拉克以及其他人所发展的伟大理论，是求解微观物理基本过程的最主要的表述方式。利用海森堡的量子力学或矩阵力学，可以使我们了解分子、原子乃至于原子核的性质。实际上，量子力学已经是今天用以说明物质的许多物理性质和化学性质的语言。玻恩在1926年提出的关于波函数的统计解释只是理解原子物理学中涉及波粒二象性的第一步，而对于澄清这种思想作出最重要贡献的，是海森堡1927年提出的测不准原理。该原理认为，运动中的电子的位置与动量，不能同时精确地确定，也就是说，一个电子的动量和位置的乘积，永远不能准确到少于ih/i/2π的程度(ih/i是普朗克常数)。

这种见解已成为量子力学哥本哈根“正统学派”解释的两大支柱之一。1928年，海森堡用量子力学的交换现象，解释了物质的铁磁性问题。1929年，他与泡利提出相对论性量子场论。后来，海森堡的研究课题是原子核和核过程的理论。关于核力的电荷无关性问题,1932年在查德威克发现中子和安德逊等人发现正电子之后，海森堡曾提出核子中的质子与中子本来就是同一种粒子，只不过它们的荷电情况不同而已。他认为中子和质子说不定可以用一种正电子的交换过程保持在一起，质子失去一个正电子就变成中子，而中子得到一个正电子就变成质子;1943年他又提出粒子相互作用的散射矩阵理论。

2.在中学里，每个老师都喜欢他

海森堡的父亲奥古斯特·海森堡是著名的希腊悲剧研究专家，奥古斯特一直引导海森堡和比他大一岁的哥哥竞争，即使是在做游戏的时候，因为奥古斯特相信竞争有利于激发智力。父亲在早期对兄弟俩慎重而不失时机地积极引导，对海森堡的进取心和自信心的培养产生了决定性的影响。

8岁时海森堡一家迁移到慕尼黑，这次迁居对于海森堡的未来成长是极为重要的。慕尼黑是巴伐利亚州的政治、经济与文化中心，这里有海森堡成长的理想环境。

1910年和1911年，海森堡兄弟俩先后考入马克西良文科高级中学。马克西良文科高级中学在当时的教育界与社会上都有享有盛誉。它被称为“贵族学校”，并不仅仅因为它收费比较高，主要是因为它培养出一大批杰出人才，著名的量子论创始人普朗克就是它的最卓越的学生之一，并曾在这里短期教过物理。而海森堡的外公当时正在这里任校长。

“文科中学”这个名称含有重文轻理的倾向，这与德国教育的一贯传统有关。但随着技术工业的迅速发展与进步，以及威廉二世国王在促进和赞助科学技术研究方面的强烈个人兴趣，再加上先进科学的迅速兴起(如X射线和放射性的发现），德国的教育改革开始转向科学。

马克西良文科中学也不例外，很快马克西良成为慕尼黑最现代化的中学，这里有着先进的科学实验设备和不少知名的教授任教。但毕竟是刚刚由文科转向理科，理科教师还为数不多，实际上所有的理科教师通常不得不任教所有9个年级。结果是，也许受校内的先进设备的鼓舞，理科老师在他们的低年级教学中有意无意地给学生灌输更多的先进科学观念。像海森堡这样早熟的低年级学生可以从物理老师所灌输的更深的科学知识中得到激励。

在中学阶段后期，海森堡的学习需求已经远远地超出了教学大纲的要求。由于父亲有意识的训练，他成为一名有野心的学生，已经习惯在竞争中取胜。学校的功课对他没有难度，他的智力远远过剩，他渴望更高难度的挑战与刺激。老师们评价他说：“思想运转快，能迅速而几乎没有错误地解语法和数学习题，有抱负，能自发地下工夫。”又说他：“玩得很潇洒，却能轻易取得优秀成绩。”

虽然海森堡不善于交际，但在学校中他却得到广泛承认，而且为大家所喜欢。这不仅因为他是校长的两个外孙之一，而且也因为他的温文尔雅的举止、他的数学天才与音乐技能。当然，身为校长的外孙还是有好处的，海森堡的家庭关系有一回给他带来了特殊荣耀。1913年3月，当时的巴伐利亚摄政王路德维希王子(即后来的国王路德维希三世）来参加文科中学新大楼的落成典礼。海森堡朗诵了一首他母亲安妮为了向王族贵宾表示崇敬而写的赞美诗。由于诗的作者是校长的女儿，也由于朗诵者对母亲所写诗歌的深入理解，海森堡博得了这位高贵王子的欢心。王子及时地将一份官方证书和一颗刻有皇家标记L的金纽扣，赏赐给少年海森堡作为答谢。它成为海森堡所保存的最珍贵的纪念品之一。

第一次世界大战爆发后，父亲奥古斯特参了军，但海森堡并没有因为缺少父亲的督促而放松自己，相反他更自觉也更自由地学习，发展自己对数学和物理的特殊爱好。

1918年，处在战争中的德国物品严重匮乏，海森堡曾因身体衰弱和精疲力尽连同骑着的自行车一起掉进了公路旁的阴沟里。于是，海森堡不得不到慕尼黑南部的一个农场当雇工，以获得足够的生活来源。海森堡在农场的这段劳动经历，对他的一生产生了深远的影响。他后来回忆说：“我在农村学到了什么叫劳动。”海森堡学到了如何动手去做，如何有目的、有效率地运用自己的力量，如何坚持不懈地完成工作。

1920年,18岁的海森堡以优异的成绩从马克西良中学毕业，并考入了慕尼黑大学。他跟随物理学家索末菲成为慕尼黑学派的一员，七年后在莱比锡被任命为理论物理学教授。此期间量子物理学经历了从混沌到有序的深刻变化，就是从量子危机走向量子革命，海森堡在这中间作出了不可磨灭的贡献。

3.海森堡：《科学真理和宗教真理》———1973年3月在慕尼黑接受巴伐利亚天主教科学院瓜尔迪尼奖的演说

我感谢你们给我的荣誉，这是和罗曼诺·瓜尔迪尼的名字相联系的。这对我特别亲切，因为瓜尔迪尼的精神世界早在我青年时期就给我以深刻的影响。当我还是一个青年的时候，我读了他的著作，通过他的评介来看陀思妥耶夫斯基作品中的人物，后来我又很幸运地与他有个人的交往。瓜尔迪尼的世界是宗教的世界，而且是彻底的基督的世界，乍看起来似乎很难找到它与科学的世界之间的联系，而我从学生时代起就在科学的世界之中从事工作了。你们都知道，在科学的发展过程中，自从对伽利略的著名审判以来，人们已一再表示了这样的意见，即科学真理不能与对世界的宗教解释相调和。尽管我深信科学真理在它自身的领域内是不容置疑的，但是我决不能排斥宗教思想的内容，不能认为它只是我们曾经经历过的人类意识的一个阶段而在将来我们就可以排除这部分内容一。所以在我生中，我不得不持续不断地思考这两个精神世界之间的关系，因为我从来不能够怀疑它们两者所指示的真理。我想在我这个讲话中首先谈谈科学真理的不容置疑的特性；然后谈谈更广泛的宗教领域，这里要涉及瓜尔迪尼以如此令人信服的方式论述过的基督教；最后,———这将是最难以表述的方面———谈谈两种真理彼此之间的关系。

关于现代科学的开始，即哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿的发现，人们通常是这样说的，圣经和教会神父的著作中所断言的宗教天启的真理曾支配了中世纪的思想，这时被补充以感觉经验的实在，它可以由每个人的健全的五官加以检验，如果检验时足够小心，其结果是无可怀疑的。但是这种最初的描述新思想的方法只对了一半，它忽略了某些十分重要的因素，忽视了这些因素，我们就不能理解这种新思想的力量。现代科学的开始是否定亚里士多德而接受柏拉图相联系的，这绝不是偶然的。早在古代，亚里士多德作为一个经验论哲学家，就曾经抨击过毕达哥拉斯派(而我们必须把柏拉图算作其中的一个）不是从事实寻求解释和理论，而是根据某些理论和所珍爱的观念来摆弄事实，而且我们可以说，他们把自己看成是参与给宇宙以形状的(我在这里基本上是引用亚里士多德的原话）。事实上，新科学并不像亚里士多德批评时所主张的那样直接来自经验。我们只要想一想对行星运动的理解。直接的经验教导我们，地球静止不动而太阳绕它运转。今天，我们甚至可以更极端的形式说,“静止”一词是由地球静止着这个陈述来定义的，并且我们把相对于地球是不动的每一物体描述为静止的如果对。“静止”一词作如此理解———而这是普遍接受的意义———那么,托勒密是对的，哥白尼却错了。只有当我们沉思了“运动”和“静止”的概念，并把运动理解为至少是关于两个物体的关系的陈述,我们才能够把关系倒转过来一,使太阳成为行星系的不动的中心并获得个简单得多、也更统一的关于行星系的观点,后来牛顿充分评价了这种观点的简明的力量因此哥白尼把一。，个全新的要素加到直接经验之上,我称这个要素为“自然定律的简单性”,而它与直接经验毫无关系。从伽利略的落体定律可以看到同样的情况。直接的经验教导说，轻的物体比重的物体落得更慢些。可是，伽利略主张，在真空中一切物体落得同样快;而且它们的降落运动可以用数学表述的定律,即伽利略的落体定律,作正确的描述。那时还可能观测真空中的运动。直接经验的位置被经验的理想化形式所取代,而这成了理想化的正确形式,在这种形式中可以使数学结构在现象中显现出来。毫无疑问,在现代科学的早期阶段，对新发现的数学定律产生了最大的信心。这些数学定律是神的意志的明显的表示———我们从开普勒的著作中读到这句话———并且开普勒对他自己是第一个认识到神的创作之美的人感到狂喜。由此可见,这种新思想与排斥宗教毫无关系。即使新的发现确实在某些地方违背了教会的教义,但是如果一个人能够如此直接地体验上帝在自然界中的创造，上述违背就无关紧要了。

当然，我们在这里所说的上帝是安排秩序的上帝，我们不知道他是否等同于我们祈求的上帝，我们把生命归之于他的上帝。所以，我们或许可以说，过去的着重点是在神的创造的这一部分，因此产生了失去整体观点、广泛联系的观点的危险。但这也是新科学取得巨大成果的真正理由。哲学家和神学家关于事物的广泛联系谈了那么多，以至于在这个题目上没有多少新东西可讲了；经院哲学已经为思维过程耗尽了精力。但是很少有人深入自然事件的细节。这是少得多的人物能够作出贡献的那种工作，此外———也考虑到关于这些细节的知识有某些实际的用途。在当时出现的某些学会中，只讨论观测到的细节，而不讨论广泛的联系，几乎成了一个神圣的原则。他们处理的不是直接经验，而是理想化了的经验，这一事实导致新的实验和量度技术，作为一种接近理想情形的方法，它可以得出总可能与实验结果相符合的结论。这当然不如在以后几个世纪显得那么明显；因为它假定在同样条件下总是发生同样的事情。人们开始发现，如果人们可以通过仔细地选择实验条件并与外部世界相隔绝而创立某种现象，那么支配这些现象的定律就会以纯粹的形式出现，而现象则由明确的因果性所决定。这提高了对事件的因果性过程的信任，人们认为它是客观的并且不依赖于观测者的，这成了新科学的基本假设。你们都知道，几个世纪以来的事实已经证明了这个假设的价值，而只是到了最近，我们通过关于原子的实验才被迫认识到这种方法的极限。即使把这一经验记在心中，我们似乎仍有一个不容置疑的真理标准。可重复的实验的自然界最终总是使人们同意自然的真实的行为。

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