沃納·卡爾·海森伯格,德國著名物理學家,在原子論和核子論方麵有突出貢獻。他的“測不準原理”成為量子力學的重要原理,他也因此於1932年榮獲諾貝爾物理學獎。
1910年12月5日,在德國維爾次堡大學教職員宿舍裏,有一位婦人忍受著臨產前的煎熬。那天夜裏,天空陰沉沉的,飄拂著鵝毛大雪,道路被大雪覆蓋了,醫生沒法來,產婦也無法送往醫院,正當人們焦急萬分的時刻,一個男嬰的啼哭聲驅走了黑夜的沉寂,給焦急的父親帶來了極大的安慰,小海森伯格誕生了。海森伯格從小就有著得天獨厚的學習環境,父親是一個曆史學權威,舅舅也都是當時德國數一數二的科學家,他的家又居住在騰斯堡大學裏。那是一所文史、自然科學並重的大學,在德國很有名氣。但是,海森伯格並沒有繼承父業,他從小對理化有著天生的愛好和濃厚的興趣。
在他10歲那年,一天,天色已黑,學校早就放學了,孩子們都回了家。他的父親正等待著兒子回來,但是左等右等都不見他的影子,父母親著急了,到處尋找,一直尋到掌燈時分才鬆了口氣。原來學校實驗室的玻璃窗上映出了一張圓圓的小臉,這正是小海森伯格。原來,他被一個物理現象給迷住了,忘記了回家。由於天才和優良的學習環境,這位年輕人很快成了一名科學家。他中學畢業以後,就順利地進入了慕尼黑大學。1923年,他第一次獲得科學博士學位時,年僅22歲。他的成長引起了人們的欽佩,他的導師——著名物理學家安諾德·索末菲老教授更是讚歎不已。他說:“這幾年來,眼看著海森伯格輕易地完成了他的學業和研究,真令人產生‘智者不難’的感覺,在理論的造詣上,我們都自愧不如。”海森伯格雖然年輕有為,卻十分謙遜好學。他對前輩的理論勇於提出自己的看法,這一獨立思考的長處深為權威學者們所賞識,他們把他當作不可多得的朋友。有一次,哥丁根大學物理研究所權威學者馬克斯·玻恩在慕尼黑大學講學,課後,海森伯格給他遞上了一張紙條,並且謙虛地說:“這是我對先生研究的學理提供的一點心得。”玻恩先生當時沒有把這個“毛孩子”放在眼裏,隻是默默地把紙片折起來裝進口袋裏,連道謝的話也沒有說一句。當馬克斯·玻恩回到哥丁根以後,有一天,無意中掏口袋,翻出了海森伯格遞給他的紙片。這一看,使他十分吃驚,沒想到這個“毛孩子”竟能提出那麼深刻的見解,他這才後悔不已,深感在慕尼黑未能與海森伯格當麵切磋。海森伯格向他提供的正是他研究不深入,或者是疏忽了的原理。看了這張紙條,使他對這位青年人簡直佩服得五體投地。後來,他打聽到海森伯格已經榮獲博士學位,於是在1923年秋天,堅決邀請他到哥丁根大學去擔任自己的助教。玻恩教授手下有一大批助教,按照哥丁根大學的老規矩,助教至少要當3年才具有升任講師的資格,而海森伯格到哥丁根大學不到3個月,就被破格提升為講師。
海森伯格對原子論和核子論的創新見解引起了學術界的矚目。不久,他獲得了洛克菲勒基金會的助學金,到丹麥哥本哈根大學進修。他的導師是丹麥著名的物理學家尼爾斯·波爾,他們既是師生又是忘年交。在哥本哈根的3年裏,他們經常通宵達旦地討論問題,這使海森伯格在學術上又大大地向前邁進了一步。在海森伯格60壽辰時,波爾回憶當年的情景時說:“那時候,我們繼續進行著在哥丁根大學開始的探討,無論是在研究所裏,還是在散步中,我們都熱烈地展開討論,他那少有的天賦和才能給我留下了強烈的印象。”
1924年,海森伯格和荷蘭物理學家克拉摩斯進一步發展了色散理論,提出了克拉摩斯——海森伯格色散公式。這一理論後來成為海森伯格創立一種量子力學的階梯。海森伯格23歲就提出這樣高難度的理論,不能不使人對他深為尊敬。不久,他在物理學上又有了新的重大突破。他在1925年引入了一種最為巧妙的形式體係:將力學量表示成厄密矩陣,各矩陣元對應著定態間一切可能的躍遷過程,他發現了可以導出這些定態的能量和相應的躍遷過程的幾率。這就是海森伯格創立的矩陣量子力學,它同施羅丁格於次年創立的波動力學都是人們研究微觀世界必不可少的強大工具。